第六章数控机床常见机械故障及其维修资料电子教案Word格式.docx
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为了适应主轴转速向更高速化发展的需要,新的润滑冷却方式相继开发出来。
这些新的润滑冷却方式不单要减少轴承温升,还要减少轴承内外圈的温差,以保证主轴热变形小。
①油气润滑方式。
这种润滑方式近似于油雾润滑方式,所不同的是,油气润滑是定时定量的把油雾送进轴承空隙中,这样既实现了油雾润滑,又不至于油雾太多而污染周围空气;
后者则是连续供给油雾。
②喷注润滑方式。
它用较大流量的恒温油(每个轴承3~4L/min)喷注到主轴轴承,以达到润滑冷却的目的。
需要特别指出的是,较大流量的油,不是自然回流,而是用排油泵强制排油,同时,采用专用高精度大容量恒温油箱,油温变动控制在±
0.5℃。
2、防泄漏在密封件中,被密封的介质往往是以穿漏、渗透或扩散的形式越界泄漏到密封连接处的彼侧。
造成泄漏的基本原因是流体从密封面上的间隙中溢出。
或是由于密封部件内外两侧密封介质的压力差或浓度差,致使流体向压力或浓度低的一侧流动。
图7-1所示为卧式
加工中心主轴前支承的密封结构。
图7-1卧式加工中心主轴前支承的密封结构
1、进油口;
2、轴承;
3、4、5、法兰盘;
6、主轴;
7、泄漏孔;
8、回油斜孔;
9、泄油孔
卧式加工中心主轴前支承处采用的双层小间隙密封装置。
主轴前端车出两组锯齿形护油槽,在法兰盘4和5上开沟槽及泄漏孔,当喷入轴承2内的油液流出后被法兰盘4内壁挡住,并经过其下部的泄油孔9和套筒3上的回油斜孔7流回油箱,少量油液沿着主轴6流出时,主轴护油槽在离心力的作用下被甩至法兰盘4的沟槽内,经过回油斜孔7重新流回油箱,达到了润滑介质防泄漏的目的
当外部切削液、切屑及灰尘等沿主轴6与法兰盘5之间的间隙进入时,经法兰盘5的沟槽由泄漏孔7排出,少量的切削液、切屑及灰尘进入前锯齿沟槽,在主轴6高速旋转的离心力作用下仍被甩至法兰盘5的沟槽内由泄油孔7排出,达到了主轴端部密封的目的。
要使间隙密封结构能在一定的压力和温度范围内具有良好的密封防泄漏性能,必须保证法兰盘4和5与主轴及轴承端面的配合间隙符合如下条件。
①法兰盘4与主轴6的配合间隙应控制在0.1~0.2mm(单边)范围内。
如果间隙偏大,则泄漏量将按照间隙的3次方扩大;
若间隙过小,由于加工及安装的误差,容易与主轴局部接触使主轴局部升温并产生噪声。
+
②法兰盘4内端与轴承端面的间隙应控制在0.15~0.3mm之间。
小间隙可使压力油直接被挡住并沿法兰盘4内端面下部的泄油孔9经回油斜孔7流回油箱。
③法兰盘5与主轴的配合间隙应控制在0.15~0.25mm(单边)范围内。
间隙太大,进入主轴6内的切削液及杂物会显著增多,间隙太小,则容易与主轴接触。
法兰盘5沟槽深度应大于10mm(单边),泄漏孔7应大于Φ6mm,并位于主轴下端靠近沟槽内壁处。
④法兰盘4的沟槽深度应大于12mm(单边),主轴上的锯齿尖而深;
一般在5~7mm范围内,以确保具有足够的甩油空间。
法兰盘4处的主轴锯齿向后倾斜,法兰盘5处的主轴锯齿向前倾斜,
⑤法兰盘4上的沟槽与主轴6上的护油槽对齐,以保证被主轴甩至法兰盘沟槽内腔的油液能可靠地流回油箱。
⑥套筒前端的回油斜孔7及法兰盘4的泄油孔9流量为进油孔1的2~3倍,以保证压力油能顺利地流回油箱。
(3)刀具夹紧在自动换刀机床的刀具自动夹紧装置中,刀具自动夹紧装置的刀杆常采用7:
24的大锥度锥柄,既利于定心,也为松刀带来方便。
用蝶形弹簧通过拉杆及夹头拉住刀柄的尾部,使刀具锥柄和主轴锥孔紧密配合,夹紧力达10000N以上。
松刀时,通过液压缸活塞推动拉杆来压缩蝶形弹簧,使夹头张开,夹头与刀柄上的拉钉脱离,刀具就可拔出进行新、旧刀具的更换,新刀装入后,液压缸活塞后移,新刀具又被蝶形弹簧拉紧。
在活塞推动拉杆松开刀柄的过程中,压缩空气由喷气头经过活塞中心孔和拉杆中的孔吹出,将锥孔清理干净,防止主轴锥孔中掉入切屑和灰尘,把主轴锥孔表面和刀杆的锥柄划伤,同时保证刀具的正确位置。
7.1.3主传动系统的常见故障及排除方法(见表7-1)
表7-1主传动系统的常见故障及排除方法
序号
故障现象
故障原因
排除方法
1
主轴发热
主轴轴承损伤或轴承不清洁
更换轴承,清除脏物
主轴前端盖与主轴箱体压盖研伤
修磨主轴前端盖,使其压紧主轴前轴承,轴承与后盖有0.02~0.05mm间隙
轴承润滑油脂耗尽或润滑油脂涂抹过多
涂抹润滑油脂,每个3ml
2
主轴在强力切削时停转
电动机与主轴连接的皮带过松
移动电动机座,拉紧皮带,然后将电动机座重新锁紧
皮带表面有油
用汽油清洗后擦干净,再装上
皮带使用过久而失效
更换新皮带
摩擦离合器调整过松或磨损
调整摩擦离合器,修磨或更换摩擦片
3
主轴噪声
缺少润滑
涂抹润滑脂保证每个轴承涂抹润滑脂量不得超过3ml
小带轮与大带轮传动平稳情况不佳
带轮上的平衡块脱落,重新进行动平衡
主轴与电动机连接的皮带过紧
移动电动机座,使皮带松紧度合适
齿轮啮合间隙不均匀或齿轮损坏
调整啮合间隙或更换新齿轮
传动轴承损坏或传动轴弯曲
修复或更换轴承,校直传动轴
4
主轴没有润滑油循环或润滑不足
油泵转向不正确,或间隙太大
改变油泵转向或修理油泵
吸油管没有插入油箱的油面下面
将吸油管插入油面以下2/3
油管和滤油器堵塞
清除堵塞物
润滑油压力不足
调整供油压力
5
润滑油泄漏
润滑油过量
调整供油量
密封件损坏
更换密封件
管件损坏
更换管件
6
刀具不能夹紧
蝶形弹簧位移量较小
调整蝶形弹簧行程长度
刀具松紧弹簧上的螺母松动
顺时针旋转松夹刀具弹簧上的螺母使其最大工作载荷不得超过13kN
7
刀具夹紧后不能松开
松刀弹簧压合过紧
逆时针旋转松夹刀具弹簧上的螺母使其最大工作载荷不得超过13kN
液压缸压力和行程不够
调整液压压力和活塞行程开关位置
7.1.4主传动系统维修实例
例1.主轴噪声的故障维修
故障现象:
车床CK6140在1200转时,主轴噪声变大
分析及处理过程:
CK6140采用的是齿轮变速传动。
一般来讲主轴产生噪声的噪声源主要有:
齿轮在啮合时的冲击和摩擦产生的噪声;
主轴润滑油箱的油不到位产生的噪声;
主轴轴承的不良引起的噪声。
将主轴箱上盖的固定螺钉松开,卸下上盖,发现油箱的油在正常水平。
检查该挡位的齿轮及变速用的拨叉,看看齿轮有没有毛刺及啮合硬点,结果正常,拨叉上的铜块没有摩擦痕迹,且移动灵活。
在排除以上故障后,卸下皮带轮及卡盘,松开前后锁紧螺母,卸下主轴,检查主轴轴承,检查中发现轴承的外环滚道表面上有一个细小的凹坑碰伤,更换轴承,重新安装好后,用声级计检测,主轴噪声降到73.5dB。
例2.主轴漏油
ZJK7532铣钻床加工过程中出现漏油
该铣钻床为手动换挡变速,通过主轴箱盖上方的注油孔加入冷却润滑油。
在加工时只要速度达到400rpm时,油就会顺着主轴流下来。
观察油箱油标,油标显示在油在上限位置。
拆开主轴箱上盖,发现冷却油已注满了主轴箱(还未超过主轴轴承端),游标也被油浸没。
可以肯定是油加的过多,在达到一定速度时油弥漫所致。
放掉多余的油后主轴运转时漏油问题解决。
外部观察油标正常,是因为加油过急导致游标的空气来不及排出,油将游标浸没,从而给加油者假象,导致加油过多,从而漏油。
例3.主轴箱渗油
CJK6032车床主轴箱部位有油渗出
将主轴外部防护罩拆下,发现油是从主轴编码器处渗出。
该CJK6032车床的编码器安装在主轴箱内,属于第三轴,该编码器的油密封采用O型密封圈的密封方式。
拆下编码器,将编码器轴卸下,发现该O型密封圈的橡胶已磨损,弹簧已露出来,属于安装O型密封圈不当所致。
更换密封圈后问题解决。
例4.加工件粗糙度不合格
CK6136车床车削工件粗糙度不合格
该机床在车削外圆时,车削纹路不清晰,精车后粗糙度达不到
。
在排除工艺方面的因素后(如刀具、转速、材质、进给量、吃刀量等),将主轴挡位挂到空挡,用手旋转主轴,感觉主轴较松。
打开主轴防护罩,松开主轴止退螺钉,收紧主轴锁紧螺母用手旋转主轴,感觉主轴合适后,锁紧主轴止退螺钉,重新精车削,问题得到解决。
7.2数控机床进给系统的结构及维修
数控机床的进给传动系统的任务是实现执行机构(刀架、工作台等)的运动。
大部分数控机床的进给系统是由伺服电动机经过联轴器与滚珠丝杠直接相连,然后由滚珠丝杠螺母副驱动工作台运动,其机械结构比较简单。
数控机床进给系统中的机械传动装置和器件具有高寿命、高刚度、无间隙、高灵敏度、和低摩擦阻力等特点。
7.2.1滚珠丝杠副
滚珠丝杠副是在丝杆和螺母之间以滚珠为滚动体的螺旋传动元件。
它将电动机的旋转运动转化为直线运动。
1、滚珠丝杠副的安装
数控机床的进给系统要获得较高的传动刚度,除了加强滚珠丝杠螺母本身的刚度之外,滚珠丝杠正确的安装及其支承的结构刚度也是不可忽视的因素。
螺母座及支承座都应具有足够的刚度和精度。
通常都适当加大和机床结合部件的接触面积,以提高螺母座的局部刚度和接触刚度,新设计的机床在工艺条件允许时常常把螺母座或支承座与机床本体做成整体来增大刚度。
滚珠丝杠副的安装方式最常用的通常有以下几种:
①双推——自由方式如图7-2a所示,丝杆一端固定,另一端自由。
固定端轴承同时承受轴向力和径向力。
这种支承方式用于行程小的短丝杆。
c
图7-2滚珠丝杆副的3种安装方式
1—电动机2—弹性联轴器3—轴承4—滚珠丝杆5—滚珠丝杆螺母
②双推——支承方式如图b所示,丝杆一端固定,另一端支承。
固定端同时承受轴向力和径向力;
支承端只承受径向力,而且能作微量的轴向浮动,可以减少或避免因丝杆自重而出现的弯曲,同时丝杆热变形可以自由地向一端伸长。
③双推——双推方式如图c所示,丝杆两端均固定。
固定端轴承都可以同时承受轴向力,这种支承方式,可以对丝杆施加适当的预紧力,提高丝杆支承刚度,可以部分补偿丝杆的热变形。
2、滚珠丝杠副的防护及润滑
①滚珠丝杠副的防护滚珠丝杠副和其他滚动摩擦的传动器件一样,应避免硬质灰尘或切屑污物进入,因此必须装有防护装置。
如果滚珠丝杠副在机床上外露,则应采用封闭的防护罩,如采用螺旋弹簧钢带套管、伸缩套管以及折叠式套管等。
安装时将防护罩的一端连接在滚珠螺母的侧面,另一端固定在滚珠丝杠的支承座上。
如果滚珠丝杠副处于隐蔽的位置,则可采用密封圈防护,密封圈装在螺母的两端。
接触式的弹性密封圈采用耐油橡胶或尼龙制成,其内孔做成与丝杆螺纹滚道相配的形状;
接触式密封圈的防尘效果好,但由于存在接触压力,使摩擦力矩略有增加。
非接触式密封圈又称迷宫式密封圈,它采用硬质塑料制成,其内孔与丝杆螺纹滚道的形状相反,并稍有间隙,这样可避免摩擦力矩,但是防尘效果差。
工作中应避免碰击防护装置,防护装置一有损坏应及时更换。
②轴向间隙的调整为了保证反向传动精度和轴向刚度,必须消除轴向间隙。
双螺母滚珠丝杠副消除间隙的方法是,利用两个螺母的相对轴向位移,使两个滚珠螺母中的滚珠分别贴紧在螺旋滚道的两个相反的侧面上。
此外还要消除丝杆安装部分和驱动部分的间隙。
常用的双螺母丝杆间隙的调整方法有:
垫片调隙式、螺纹调隙式及齿差调隙式。
如图7-3所示。
图(a)为垫片调隙式结构;
图(b)为螺母调隙式结构;
图(c)为齿差调隙式结构图。
(c)
上述三图其基本原理都是使两个螺母间产生轴向位移,以达到消除间隙和产生预紧力的目的。
但此时应切实控制好预紧力的大小。
如预紧力过小,不能完全消除轴向间隙,起不到预紧的作用,如预紧力过大,又会使空载力矩增加,从而降低传动效率缩短使用寿命。
③滚珠丝杠副螺母副的润滑润滑剂可提高耐磨性及传动效率。
润滑脂可分为润滑油和润滑脂两大类。
润滑油一般为全损耗系统用油;
润滑脂可采用锂基润滑脂。
润滑脂一般加在螺纹滚道和安装螺母的壳体空间内,而润滑油则经过壳体上的油孔注入螺母的空间内。
每半年对滚珠丝杠上的润滑脂更换一次,清洗丝杆上的旧润滑脂,涂上新的润滑脂。
用润滑油润滑的滚珠丝杠副,可在每次机床工作前加油一次。
④支承轴承的定期检查应定期检查丝杆支承与床身的连接是否有松动以及支承轴承是否损坏等。
如有以上问题,要及时紧固松动部件并更换支承轴承。
3、滚珠丝杠副的常见故障及排除方法(见表7-2)
7-2:
滚珠丝杠副的常见故障及排除方法
滚珠丝杠螺母副噪声
丝杆支承轴承的压盖压合情况不好
调整轴承压盖,使其压紧轴承端面
丝杆支承轴承可能破损
如轴承破损更换新轴承
电动机与丝杆联轴器松动
拧紧联轴器锁紧螺钉
丝杆润滑不良
改善润滑条件,使润滑油量充足
滚珠丝杠螺母副滚珠有破损
更换新滚珠
滚珠丝杠运动不灵活
轴向预加载荷太大
调整轴向间隙和预加载荷
丝杆与导轨不平行
调整丝杆支座的位置,使丝杆与导轨平行
螺母轴线与导轨不平行
调整螺母座的位置
丝杆弯曲变形
校直丝杆
滚珠丝杠螺母副传动状况不良
滚珠丝杠螺母副润滑状况不良
用润滑脂润滑的丝杆需要移动工作台取下套罩,涂上润滑脂
7.2.2滚珠丝杠副维修实例
实例1.跟踪误差过大报警
XK713加工过程中X轴出现跟踪误差过大报警
该机床采用闭环控制系统,伺服电动机与丝杆采用直联的连接方式。
在检查系统控制参数无误后,拆开电动机防护罩,在电动机伺服带电的情况下,用手拧动丝杆,发现丝杆与电动机有相对位移,可以判断是由于电动机与丝杆连接的胀紧套松动所致,紧定紧固螺钉后,故障消除。
实例2.机械抖动
CK6136车床在Z向移动时有明显的机械抖动。
该机床在Z向移动时,明显感受到机械抖动,在检查系统参数无误后,将Z轴电动机卸下,单独转动电动机,电动机运行平稳。
用扳手转动丝杆,振动手感明显。
拆下Z轴丝杆防护罩,发现丝杆上有很多小铁屑及脏物,初步判断为丝杆故障引起的机械抖动。
拆下滚珠丝杠副,打开丝杆螺母,发现螺母反向器内也有很多小铁屑及脏物,造成钢球运转流动不畅,时有阻滞现象。
用汽油认真清洗,清除杂物,重新安装,调整好间隙,故障排除。
7.3数控机床导轨副的结构及维修
7.3.1导轨副的结构
导轨副是机床的重要部件之一,它在很大程度上决定数控机床的刚度、精度和精度保持性。
数控机床导轨必需具有较高的导向精度、高刚度、高耐磨性,机床在高速进给时不振动、低速进给不爬行等特性。
目前数控机床使用的导轨主要有3种:
贴塑滑动导轨、滚动导轨和静压导轨。
1、贴塑滑动导轨
贴塑滑动导轨结构如图2-4所示。
如不仔细观察,从表面上看,它与普通滑动导轨没有多少区别。
它是在两个金属滑动面之间粘贴了一层特制的复合工程塑料带,这样将导轨的金属与金属的摩擦副改变为金属与塑料的摩擦副,因而改变了数控机床导轨的摩擦特性。
图2-4工作台和滑座剖面图
1-床身;
2-工作台;
3-下压板;
4-导轨软带;
5-贴有导轨软带的镶条
目前,贴塑材料常采用聚四氟乙烯导轨软带和环氧型耐磨导轨涂层两类。
①聚四氟乙烯导轨软带的特点
·
摩擦性能好:
金属对聚四氟乙烯导轨软带的动静摩擦系数基本不变。
耐磨特性好:
聚四氟乙烯导轨软带材料中含有青铜、二硫化铜和石墨,因此其本身就具有润滑作用,对润滑的要求不高。
此外,塑料质地较软,即使嵌入金属碎屑、灰尘等,也不致损伤金属导轨面和软带本身,可延长导轨副的使用寿命。
减振性好:
塑料的阻尼性能好,其减振效果、消声的性能较好,有利于提高运动速度。
工艺性能好:
可以降低对粘贴塑料的金属基体的硬度和表面质量要求,而且塑料易于加工,使得导轨副接触面获得优良的表面质量。
②环氧型耐磨导轨涂层
环氧型耐磨导轨涂层是以环氧树脂和二硫化钼为基体,加入增塑剂,混合成液状或膏状为一组份和固化剂为另一组分的双组分塑料涂层。
德国生产的SKIC3和我国生产的HNT环氧型耐磨涂层都具有以下特点:
良好的加工性:
可经车、铣、刨、钻、磨削和刮削。
良好的摩擦性。
耐磨性好。
使用工艺简单。
2、滚动导轨
滚动导轨作为滚动摩擦副的一类,具有以下特点:
摩擦系数小(0.003~0.005),运动灵活。
动、静摩擦系数基本相同,因而启动阻力小,而且不易产生爬行。
可以预紧,刚度高;
寿命长,精度高,润滑方便。
滚动导轨有多种形式,目前数控机床常用的滚动导轨为直线滚动导轨,如图7-5所示。
它主要由导轨体、滑块、滚柱或滚珠、保持器、端盖等组成。
当滑块与导轨体相对移动时,滚动体在导轨体和滑块之间的圆弧直槽内滚动,并通过端盖内的滚道,从工作负荷区到非工作负荷区,然后再滚动回工作负荷区,不断循环,从而把导轨体和滑块之间的移动变成滚动体的滚动。
为防止灰尘和脏物进入导轨滚道,滑块两端及下部均装有塑料密封垫,滑块上还有润滑油杯。
3、液体静压导轨
液体静压导轨是将具有一定压力的油液经节流器输送到导轨面的油腔,形成承载油膜,将相互接触的金属表面隔开,实现液体摩擦。
这种导轨的摩擦系数小(约0.0005),机械效率高;
由于导轨面间有一层油膜,吸振性好;
导轨面不相互接触,不会磨损,寿命长,而且在低速下运行也不易产生爬行。
但是静压导轨结构复杂,制造成本较高,一般用于大型或重型机床。
7.3.2导轨副的维护
1、间隙调整
导轨副维护很重要的一项工作是保证导轨面之间具有合理的间隙。
间隙过小,则摩擦阻力大,导轨磨损加剧;
间隙过大,则运动失去准确性和平稳性,失去导向精度。
下面介绍几种间隙的调整方法。
①压板调整间隙。
图7-6所示为矩形导轨上常用的几种压板装置。
压板用螺钉固定在动导轨上,常用钳工配合刮研及选用调整垫片、平镶条等机构,使导轨面与支承面之间的间隙均匀,达到规定的接触点数。
对图7-6(a)所示的压板结构,如间隙过大,应修磨和刮研B面;
间隙过小或压板与导轨压得太紧,则可刮研或修磨A面;
图(b)采用镶条式调整间隙;
图(c)采用垫片式调整间隙。
(a)修磨刮研式(b)镶条式(c)垫片式
图7-6压板调整间隙
②镶条调整间隙。
图7-7(a)所示为一种全长厚度相等、横截面为平行四边形(用于燕尾形导轨)或矩形的平镶条,通过侧面的螺钉调节和螺母锁紧,以其横向位移调整间隙。
由于收紧力不均匀,故在螺钉的着力点有挠曲。
图7-7(b)所示为一种全长厚度变化的斜镶条及三种用于斜镶条的调节螺钉,以其斜镶条的纵向位移来调整间隙。
斜镶条在全长上支承,其斜度为1:
40或1:
100,由于锲形的增压作用会产生过大的横向压力,因此调整时应细心。
③压板镶条调整间隙。
如图7-8所示,T形压板用螺钉固定在运动部件上,运动部件内侧和T形压板之间放置斜镶条,镶条不是在纵向有斜度,而是在高度方面做成倾斜。
调整时,借助压板上几个推拉螺钉,使镶条上下移动,从而调整间隙。
三角形导轨的上滑动面能自动补偿,下滑动面的间隙调整和矩形导轨的下压板调整底面间隙的方法相同;
圆形导轨的间隙不能调整。
2、滚动导轨的预紧
为了提高滚动导轨的刚度,对滚动导轨应进行预紧。
预紧可提高接触刚度和消除间隙;
在立式滚动导轨上,预紧可防止滚动体脱落和歪斜。
常见的预紧方法有两种。
(a)等厚度镶条(b)斜镶条
图7-7镶条调整间隙
图7-8压板镶条调整间隙
①采用过盈配合。
预加载荷大于外载荷,预紧力产生过盈量为2~3μm,过大会使牵引力增加。
若运动部件较重,其重力可起预加载荷作用,若刚度满足要求,可不施加预紧载荷。
预紧载荷的大小,客户在订货时提出要求,由导轨制造厂商解决。
②调整法。
利于螺钉、斜块或偏心轮调整来进行预紧。
3、导轨的润滑
导轨面上进行润滑后,可降低摩擦系数,减少磨损,并且可防止导轨面锈蚀。
导轨常用的润滑剂有润滑油和润滑脂,前者用于滑动导轨,而滚动导轨两者都用。
①润滑方法。
导轨最简单的润滑方式是人工定期加油或用油杯供油,这种方法简单、成本低,但不可靠,一般用于调节辅助导轨及运动速度低、工作不频繁的滚动导轨。
对运动速度较高的导轨大都采用润滑泵,以压力强制润滑。
这样不但可连续或间歇供油给导轨进行润滑,而且可利用油的流动冲洗和冷却导轨表面。
为实现强制润滑,必须有专门的供油系统。
②对润滑油的要求。
在工作温度变化时,润滑油黏度变化要小,要有良好的润滑性能和足够的油膜刚度,油中杂质尽量少且不侵蚀机件。
常用的全损耗系统用油有L-AN10、L-