數(shù)控機床主軸部件及其維護維修

1、煙臺工程職業(yè)技術學院 數(shù)控技術 系 數(shù)控設備應用與維護 專業(yè) 08302 級畢業(yè)設計（論文）題 目: 數(shù)控機床主軸部件及其維護維修 姓名 學號 指導教師（簽名） 二一年十月十二日 煙臺工程職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文)誠 信 承 諾 書本人慎重承諾：我所撰寫的設計（論文） 數(shù)控機床主軸部件及其維護維修 是在老師的指導下自主完成，沒有剽竊或抄襲他人的論文或成果。如有剽竊、抄襲，本人愿意為由此引起的后果承擔相應責任。畢業(yè)論文（設計）的研究成果歸屬學校所有。 學生(簽名) 年 月 日目 錄摘要4前言41、 數(shù)控機床的發(fā)展5（1） 數(shù)控機床的發(fā)展5（2） 數(shù)控機床的發(fā)展概況5（3） 數(shù)控機床的發(fā)展趨勢5

2、2、 數(shù)控機床維修的特點63、 數(shù)控機床維護維修的基本要求6（1） 在思想上高度重視數(shù)控機床的維護維修6（2） 提高操作人員的綜合素質(zhì)6（3） 要為數(shù)控機床創(chuàng)造一個良好的使用環(huán)境7（4） 嚴格遵循正確的操作流程7（5） 使用中盡可能提高數(shù)控機床的開動率7（6） 要冷靜對待機床故障，不可盲目處理7（7） 制定并嚴格執(zhí)行數(shù)控機床管理的規(guī)章制度84、 主軸部件的維護與保養(yǎng)8五、數(shù)控機床主軸部件常見故障的維修及其分析方法9（一）數(shù)控機床主軸部件常見故障及其維修9（二）數(shù)控機床主軸故障分析方法 10（三）實例分析：主軸沒有高速 11六、結(jié)論 12七、致謝 12八、參考文獻 12【摘要】數(shù)控機床是一種綜合

3、應用了計算機技術、自動控制技術、自動檢測技術和精密機械設計和制造等先進技術的高新技術產(chǎn)物，是技術密集度和自動化程度都很高的、典型的機電一體化產(chǎn)品。數(shù)控機床不僅具有零件加工精度高、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定自動化程度極高的特點，而且它還可以完成普通機床難以完成或根本無法加工的復雜曲面的零件加工，因而數(shù)控機床在機械制造業(yè)中的地位顯得愈來愈為重要。但是，在企業(yè)生產(chǎn)中，數(shù)控機床能否達到加工精度高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、提高生產(chǎn)效率的目標，這不僅取決于機床本身的性能和精度，很大程度上也與操作者在生產(chǎn)中能否正確的對數(shù)控機床進行維護維修和使用密切相關。其中，主軸部件是數(shù)控機床機械部分中的重要組成部件，主要由主軸、軸承

4、、主軸準停裝置、自動夾緊和切屑清除裝置組成。主軸部件的精度、熱變性的對加工質(zhì)量有直接的影響，特別是數(shù)控機床在加工過程中不進行人工調(diào)整，這些影響就更為嚴重。所以，數(shù)控機床主軸部件及其維護維修在數(shù)控機床的維護維修中顯得尤為重要?！娟P鍵詞】 數(shù)控機床 主軸部件 維修 維護前言 數(shù)控加工是用程序控制機床實現(xiàn)自動加工,數(shù)控加工程序的編制和數(shù)控機床的維修在日常生產(chǎn)中占有非常重要的位置。數(shù)控機床的發(fā)展極大地提高了生產(chǎn)效率,提高了加工過程的安全性,使工人的操作變得簡單,但由于數(shù)控機床應用了許多現(xiàn)代化的高科技技術,維修就顯得復雜,要求維修的專業(yè)性。 其中，主軸部件是數(shù)控機床機械部分中的重要組成部件，主要由主軸、

5、軸承、主軸準停裝置、自動夾緊和切屑清除裝置組成。主軸部件的精度、熱變性的對加工質(zhì)量有直接的影響，特別是數(shù)控機床在加工過程中不進行人工調(diào)整，這些影響就更為嚴重。所以，數(shù)控機床主軸部件及其維護維修在數(shù)控機床的維護維修中顯得尤為重要。本論文從數(shù)控的基本控制原理出發(fā),以現(xiàn)實生產(chǎn)中容易發(fā)生的主軸的一般故障為例,分析其發(fā)生的原因和解決問題的方法。數(shù)控機床主軸部件及其維護維修劉旭光一、數(shù)控機床的發(fā)展（1） 數(shù)控機床的發(fā)展 隨著社會生產(chǎn)和科學技術的不斷進步，各類工業(yè)新產(chǎn)品層出不窮。機械制造產(chǎn)業(yè)作為國民工業(yè)的基礎，其產(chǎn)品更是日趨精密復雜，熱別是在宇航、航海、軍事的領域所需的機械零件，精度要求更高，形狀更為復雜，

6、加工這類產(chǎn)品需要經(jīng)常改裝或調(diào)整設備，普通機床和專用機床無法滿足這些要求。同時，隨著市場競爭的日益加劇，企業(yè)生產(chǎn)也迫切需要進一步提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。為了適應企業(yè)生產(chǎn)的需求，一種新型的生產(chǎn)設備數(shù)控機床就應運而生了。（2） 數(shù)控機床的發(fā)展概況第一代數(shù)控機床：1952年，電子管元件構(gòu)成的專用數(shù)控裝置（NC）第二代數(shù)控機床：1959年，晶體管電路的NC系統(tǒng)第三代數(shù)控機床：1965年，中、小規(guī)模集成電路的NC系統(tǒng)第四代數(shù)控機床：1970年，大規(guī)模集成電路的小型通用計算機控制系統(tǒng)（CNC）第五代數(shù)控機床：1974年，微型計算機控制系統(tǒng)（MNC）現(xiàn)代數(shù)控機床：計算機直接數(shù)控（DNC）系統(tǒng)，即使用一臺計

7、算機為數(shù)臺數(shù)控機床進行自動編程，編程結(jié)果直接通過數(shù)據(jù)線輸送到各臺數(shù)控機床的控制箱。（3） 數(shù)控機床的發(fā)展趨勢數(shù)控機床是綜合應用了當代最新科技成果的新型機械加工設備。十幾年來，數(shù)控機床在品種、數(shù)量、加工范圍與加工精度等方面有了驚人的發(fā)展，高精度、高速度、高柔性、多功能和高自動化是數(shù)控機床的發(fā)展趨勢，大規(guī)模集成電路和微型計算機的發(fā)展和完善，是數(shù)控系統(tǒng)的價格逐年下降，精度和可靠性大大提高。數(shù)控機床的發(fā)展不僅表現(xiàn)為數(shù)量迅速增長，而且在質(zhì)量、性能和控制方式上也有明顯的改善。2、 數(shù)控機床維修的特點數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)與普通機床的大體相同，維修也與普通機床基本相同，因此普通機床維修中很多工藝方法都可以一直到

8、數(shù)控機床的維修中。但是，數(shù)控機床仍有一些特點，列舉如下：第一是數(shù)控機床結(jié)構(gòu)上保證了動、靜剛度。不論是在動態(tài)負荷還是靜態(tài)負荷作用下，數(shù)控機床的抗變形能力都很大。數(shù)控機床為了提高精度，必須保證在外力作用下，保持很小的變形，否則談不到精度。第二是數(shù)控機床的傳動應是無間隙傳動，數(shù)控機床為了保證尺寸的精確加工，必須是無間隙傳動。如果對這個特點認識不足，就可能對數(shù)控機床以及原有的定位精度造成損壞。第三是摩擦力要小。這一點也是非常重要的。由于要減小摩擦力，在數(shù)控機床中很多滑動部件均改為滾動部件，改不了的也采取了必要的措施：如導軌采用注塑含油鑲面、靜壓導軌或滾動導軌。滾珠絲杠也把原來的滑動摩擦改成了滾動摩擦，

9、大大地降低了摩擦力。第四就是數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)大多數(shù)采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)大大提高了其動剛度，加上各種阻尼筋板，可以改善其振動特性，提高了動態(tài)剛度，甚至可以改善固有振動頻率，讓外力遠離機床的共振區(qū)。第五就是數(shù)控機床在受熱變形上也采取了很多措施，如排屑裝置即使地把發(fā)熱的鐵屑清除掉。在受熱區(qū)盡可能達到受熱均勻，避免產(chǎn)生不必要的附加局部應力，這些措施都最大限度地減小了受熱產(chǎn)生的變形。從20世紀80年代開始，我國各大企業(yè)開始引進數(shù)控設備。這些設備現(xiàn)已到了故障多發(fā)期。機械的故障也逐漸增多。如何積累經(jīng)驗，移植老的修理工藝來修復這些設備，也是當務之急。三、數(shù)控機床維護維修的基本要求 （1） 在思想上高度重視

10、數(shù)控機床的維護維修 在思想上高度重視數(shù)控機床的維護維修工作，尤其是對數(shù)控機床的操作者更應如此，我們不能只管操作而忽視對數(shù)控機床日常的維護維修。（二）提高操作人員的綜合素質(zhì)數(shù)控機床的使用比使用普通機床的難度要大，因為數(shù)控機床是典型的機電一體化產(chǎn)品，它牽連的知識面較寬，即操作者應具有機、電、液、氣等更寬廣的專業(yè)知識；再有，由于其電氣控制系統(tǒng)中的CNC系統(tǒng)升級、更新?lián)Q代比較快，如果不定期參加專業(yè)理論培訓學習，則不能熟練掌握新的CNC系統(tǒng)的應用。因此對操作人員提出的素質(zhì)要求是很高的。為此必須對數(shù)控操作人員進行培訓，使其對數(shù)控原理、性能、潤滑部位及其方式，進行較系統(tǒng)的學習，為更好的使用機床奠定基礎。同時

11、在數(shù)控機床的使用和管理方面，制定一系列切合實際、行之有效的措施。（三）要為數(shù)控機床創(chuàng)造一個良好的使用環(huán)境由于數(shù)控機床內(nèi)含有大量的電子元件，它們最怕陽光直接照射，也怕潮濕、灰塵和振動等，這些均可使電子元件腐蝕變壞或造成元件間的短路，引起機床運行不正常。為此，對數(shù)控機床的使用環(huán)境應做到清潔、干燥、恒溫和無振動等。（四）嚴格遵循正確的操作流程無論是什么類型的數(shù)控機床，它都有自己的一套操作規(guī)程，這既是保障操作人員人身安全的重要措施之一，也是保障設備安全、使用產(chǎn)品質(zhì)量等的重要措施。因此，使用者必須按照操作規(guī)程正確操作，如果機床在第一次使用或長期沒有時，應使其先空轉(zhuǎn)幾分鐘；并要特別注意使用中注意開機、關機

12、的順序和注意事項。（五）使用中盡可能提高數(shù)控機床的開動率在使用中，盡可能提高數(shù)控機床的開動率。對于新購置的數(shù)控機床應盡快投入使用，設備在使用初期故障率往往要大一些，用戶應在保修期內(nèi)充分利用機床，使其薄弱環(huán)節(jié)盡早暴露出來，在保修期內(nèi)得以解決。如果在缺少生產(chǎn)任務時，也不能空閑不用，要定期充電，每次空運行1小時左右，利用機床運行時的發(fā)熱量來去除或降低機床內(nèi)的濕度。(6) 要冷靜對待機床故障，不可盲目處理機床在使用中不可避免的會出現(xiàn)一些故障，此時操作者應冷靜對待，不可盲目處理，一面產(chǎn)生更為嚴重的后果，要注意保留現(xiàn)場，待維修人員來后如實說明故障發(fā)生前后的情況，并參與共同分析問題，盡早排除故障，故障如屬于

13、操作原因，操作人員要及時吸取經(jīng)驗，避免下次犯同樣的錯誤。（7） 制定并且嚴格執(zhí)行數(shù)控機床管理的規(guī)章制度除了對數(shù)控機床的日常維護外，還必須制定并且嚴格執(zhí)行數(shù)控機床管理的規(guī)章制度。主要包括：定人、定崗和定責任的“三定”制度，定期檢查制度，規(guī)范的交接班制度等。這也是數(shù)控機床管理、維修維護的主要內(nèi)容。 四、主軸部件的維護與保養(yǎng) 主軸部件是數(shù)控機床機械部分中的重要組成部件，主要由主軸、軸承、主軸準停裝置、自動夾緊和切屑清除裝置組成。數(shù)控機床主軸部件的潤滑、冷卻與密封是機床使用和維護過程中值得重視的幾個問題。 首先，良好的潤滑效果，可以降低軸承的工作溫度和延長使用壽命；為此，在操作使用中要注意到：低速時，

14、采用油脂、油液循環(huán)潤滑；高速時采用油霧、油氣潤滑方式。但是，在采用油脂潤滑時，主軸軸承的封入量通常為軸承空間容積的10，切忌隨意填滿，因為油脂過多，會加劇主軸發(fā)熱。對于油液循環(huán)潤滑，在操作使用中要做到每天檢查主軸潤滑恒溫油箱，看油量是否充足，如果油量不夠，則應及時添加潤滑油；同時要注意檢查潤滑油溫度范圍是否合適。 為了保證主軸有良好的潤滑，減少摩擦發(fā)熱，同時又能把主軸組件的熱量帶走，通常采用循環(huán)式潤滑系統(tǒng)，用液壓泵強力供油潤滑，使用油溫控制器控制油箱油液溫度。高檔數(shù)控機床主軸軸承采用了高級油脂封存方式潤滑，每加一次油脂可以使用710年。新型的潤滑冷卻方式不單要減少軸承溫升，還要減少軸承內(nèi)外圈的

15、溫差，以保證主軸熱變形小。 常見主軸潤滑方式有兩種，油氣潤滑方式近似于油霧潤滑方式，但油霧潤滑方式是連續(xù)供給油霧，而油氣潤滑則是定時定量地把油霧送進軸承空隙中，這樣既實現(xiàn)了油霧潤滑，又避免了油霧太多而污染周圍空氣。噴注潤滑方式是用較大流量的恒溫油（每個軸承34l/min）噴注到主軸軸承，以達到潤滑、冷卻的目的。這里較大流量噴注的油必須靠排油泵強制排油，而不是自然回流。同時，還要采用專用的大容量高精度恒溫油箱，油溫變動控制在0.5。 第二，主軸部件的冷卻主要是以減少軸承發(fā)熱，有效控制熱源為主 第三，主軸部件的密封則不僅要防止灰塵、屑末和切削液進入主軸部件，還要防止?jié)櫥偷男孤?。主軸部件的密封有接

16、觸式和非接觸式密封。對于采用油氈圈和耐油橡膠密封圈的接觸式密封，要注意檢查其老化和破損；對于非接觸式密封，為了防止泄漏，重要的是保證回油能夠盡快排掉，要保證回油孔的通暢。 綜上所述，在數(shù)控機床的使用和維護過程中必須高度重視主軸部件的潤滑、冷卻與密封問題，并且仔細做好這方面的工作。五、數(shù)控機床主軸部件常見故障的維修及其分析方法（1） 數(shù)控機床主軸部件常見故障及其維修1. 主軸夾緊裝置不動作,這里指的一般為數(shù)控車及加工中心或是大型機床,一般都是液壓沒有到達規(guī)定值,發(fā)生此現(xiàn)象時要檢查液壓油泵是否在運轉(zhuǎn),泵有故障就查看連接泵的那些電路設備是否有斷路的,繼而就是看泵的軸承和軸是否有壞的。在泵沒有問題的情

17、況時就要查看過濾器是否被堵塞,換向筏是否被堵塞或已不能再使用,堵塞的要拆開清洗,壞損的要予以更換。如果是床長時間沒有運轉(zhuǎn),也可能是因為加工用的冷卻液把卡爪和爪盤銹死在一起。2. 加工過程中主軸過熱,發(fā)生此現(xiàn)象一般都是由于摩擦產(chǎn)生的熱。(1) 首先要查看主軸的軸承是否損壞,有損壞的要予以更換。(2) 查看潤滑油是否充足,要保證在規(guī)定的時間間隔添加潤滑脂。(3) 熱源也可能是經(jīng)過傳遞到達主軸的,此時就要查看和主軸相連接的那些傳動機構(gòu),如傳動軸傳動軸承和主軸驅(qū)動電機是否有了機械故障或潤滑不足,解決方法同上。3.如果在加工第一件工件時發(fā)現(xiàn)加工精度和工藝要求的不一致,發(fā)生這種情況的原因可能是因為開機后的

18、預熱時間太短,在每天開機后要有足夠的預熱時間以保證主軸的溫度和其他部件保持一致,在溫度不一致的情況下加工出的工件變動會很大。4.主軸的轉(zhuǎn)速達不到預定值,可能的原因。(1)加工工件時進刀量過大超過了機床所能承受的范圍。(2)傳動皮帶上有油導致皮帶打滑。(3)傳動皮帶過松,要合理調(diào)整兩輪間的距離。(4)傳動皮帶達到使用期,要予以更換新皮帶。(5)傳動齒輪有損壞,可能發(fā)生斷齒等現(xiàn)象,要更換新的。5.機床主軸定位精度不準,可能的原因有:滑軌運行時的阻力太大,位置環(huán)的增益或減速環(huán)的低頻增益太低,機械傳動部分有反向間隙,位置環(huán)或速度環(huán)的零點平衡調(diào)整不合理,接地與屏蔽不好或電纜布線不合理,處理方法仍然是加潤

19、滑油,合理調(diào)整預緊和增益環(huán),重新布線。6.主軸有行程但主軸刀不旋轉(zhuǎn),首先查看主軸的電機部分是否完好,接著看電路是否完好,就可以初步判斷是否為機械故障,如果打開機蓋發(fā)現(xiàn)兩個傳動齒輪沒有正確嚙合,傳動軸溫度很高,不能單純以為是脫齒了,要仔細看兩個齒輪間的徑向距離是否遠遠大于,兩齒輪半徑之和,如果遠遠大于這時已經(jīng)基本判定是傳動軸的支撐軸承壞了。（二）數(shù)控機床主軸故障分析方法1.常規(guī)分析法:常規(guī)分析法是對數(shù)控機床的機、電、液等部分進行的常規(guī)檢查,以此來判斷故障原因的一種方法。在數(shù)控機床上常規(guī)分析法主要包括以下內(nèi)容:(1)檢查電源的規(guī)格(包括電壓、頻率、相序、容量等)是否符合要求。(2)檢查CNC伺服驅(qū)

20、動、主軸驅(qū)動、電動機、輸入輸出信號的連接是否正確、可靠。(3)檢查CNC伺服驅(qū)動等裝置內(nèi)的印刷電路板是否安裝牢固,插件部分是否有松動。(4)檢查CNC伺服驅(qū)動、主軸驅(qū)動等部分的設定端、電位器的設定、調(diào)整是否正確。(5)檢查液壓、氣動、潤滑部件的油壓、氣壓等是否符合機床要求。(6)檢查電氣元件、機械部件是否有明顯損壞,等等。2.動作分析法:動作分析法是通過觀察、監(jiān)視機床實際動作,判定動作不良部位,并由此來追溯故障根源的一種方法。一般來說,數(shù)控機車采用液壓、氣動控制的部位如:自動換刀裝置、交換工作臺裝置、夾具與傳輸裝置等均可以通過動作診斷來判定故障原因。3.狀態(tài)分析法:狀態(tài)分析法是通過監(jiān)測執(zhí)行元件

21、的工作狀態(tài),判定故障原因的一種方法,這一方法在數(shù)控機床維修過程中應用最廣。在現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)中伺服進給、主軸進給系統(tǒng)、電源模塊等部件的主要參數(shù)都可以進行動態(tài)、靜態(tài)檢測,這些參數(shù)包括:輸入輸出電壓、輸入輸出電流、給定實際轉(zhuǎn)速、位置實際的負載的情況等。此外,數(shù)控系統(tǒng)全部輸入輸出信號包括內(nèi)部繼電器、定時器等的狀態(tài),亦可以通過數(shù)控系統(tǒng)的診斷參數(shù)予以檢查。通過狀態(tài)分析法,可以在無儀器、設備的情況下根據(jù)系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)迅速找到故障的原因,在數(shù)控機床維修過程中應用最廣。4.操作、編程分析法:操作、編程分析法是通過某些特殊的操作或編制專門的測試程序段,確認故障原因的一種方法。如通過手動單步執(zhí)行自動換刀、自動交換工作

22、臺動作,執(zhí)行單一功能的加工指令等方法進行動作與功能的檢測。通過這種方法,可以具體判定故障發(fā)生的原因與部件,檢查程序編制的正確性。5.系統(tǒng)自診斷法:數(shù)控系統(tǒng)的自診斷是利用系統(tǒng)內(nèi)部自診斷程序或?qū)Ｓ玫脑\斷軟件,對系統(tǒng)內(nèi)部的關鍵硬件以及系統(tǒng)的控制軟件進行自我診斷、測試的診斷方法。它包括開機自診斷、在線控制與脫機測試這幾個方面的內(nèi)容。（三）實例分析：主軸沒有高速一臺從國外進口的大型數(shù)控銑床專門加工汽車模具，但三個月以來，一直沒有高速。主軸是三菱變頻器變頻的交流主軸。用萬能表測三菱變頻器輸出端，開始有操作者給了S200，只見主軸立即就以200r/min旋轉(zhuǎn)。這時變頻器從開始時的32V，一點兒一點兒地上升。

23、然后又給了S800，即主軸以800r/min旋轉(zhuǎn)，開始時變頻器上也是32V電壓，然后逐漸上升，主軸最終以800r/min旋轉(zhuǎn)。然后又給了S1200，這時三菱變頻器給出的電壓仍然是32V，但主軸轉(zhuǎn)了一兩圈，就停下了，32V電壓也消失。再給S1500、S2000，主軸都只是轉(zhuǎn)了一兩圈，然后就停下，且都有32V的電壓。這就說明變頻器沒有問題，肯定是推著滑移齒輪變速的油缸出了問題。立即拆下滑枕的大蓋，再給一個S2000。這時，只見油缸向上動了一下，就返回來，然后主軸慢慢地轉(zhuǎn)了一下，油缸又向上動了一下，又返回來。是不是油缸的背壓回路中的節(jié)流閥堵塞呢？立即拆下上面的油管，油缸上腔與大氣相連，這時，又給了一

24、個S2000，機床主軸立即以高速旋轉(zhuǎn)起來。打開回油路的圖紙，確實是一個進油的單向閥與一個節(jié)流閥并聯(lián)在一起，然后串聯(lián)在回油路中。這時延著回油管路查找這個裝置安裝的位置，它安裝在機床另一側(cè)的立柱上，打開蓋，用螺絲刀擰了一下節(jié)流閥的節(jié)流口調(diào)正螺釘，然后接好油缸的回油管，整個機床就可以完全正常了。油路示意圖如上圖所示。六、結(jié)論隨著社會的發(fā)展,數(shù)控機床也隨這科學技術的提高在發(fā)展,目前數(shù)控機床種類繁多,為保證它的正常運行, 出現(xiàn)問題后能及時的處理已成為至關重要的問題。能夠正確、快速的發(fā)現(xiàn)常見異常，查明原因并及時解決問題，這樣才能提高數(shù)控機床的開機可靠性和開動率。但數(shù)控機床主軸的故障及原因較多，而故障現(xiàn)象與

25、故障原因并無一一對應，往往一種故障現(xiàn)象由幾種原因綜合引起，或一種原因引起幾種故障。因此診斷故障應該從弄清具體數(shù)控系統(tǒng)的主軸結(jié)構(gòu)及其控制原理入手，結(jié)合機床結(jié)構(gòu)，憑借實踐經(jīng)驗和維修手冊，根據(jù)故障的表現(xiàn)形式進行故障定位，力求將故障定在盡可能小的范圍內(nèi)。再按照可能性的大小進行逐一檢查，排除假象，找出真正的故障所在，加以排除。 七、致謝 本論文在編寫過程中，參閱了有關院校、工廠、科研單位的教材、資料和文獻，并得到了指導老師張一、輔導員王卉及同學李豐超的支持和幫助，在此對給予支持和幫助的人謹致謝忱！八、參考文獻1韓鴻鸞.數(shù)控機床維修實例M.北京:中國電力出版社,2006.2龔仲華.數(shù)控機床故障診斷與維修500例M.北京:機械工業(yè)出版