数控机床003.docx
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数控机床003
烟台工程职业技术学院
数控技术系数控设备应用与维护专业08302级
毕业设计（论文）
题目:
数控机床主轴部件及其维护维修
姓名刘旭光学号2008080038
指导教师（签名）
二○一〇年十月十二日
烟台工程职业技术学院毕业设计（论文）
诚信承诺书
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我所撰写的设计（论文）《数控机床主轴部件及其维护维修》是在老师的指导下自主完成，没有剽窃或抄袭他人的论文或成果。
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毕业论文（设计）的研究成果归属学校所有。
学生（签名）
年月日
目录
摘要……………………………………………………………………………4
前言……………………………………………………………………………4
1、数控机床的发展…………………………………………………………5
（1）数控机床的发展………………………………………………………5
（2）数控机床的发展概况…………………………………………………5
（3）数控机床的发展趋势…………………………………………………5
2、数控机床维修的特点……………………………………………………6
3、数控机床维护维修的基本要求…………………………………………6
（1）在思想上高度重视数控机床的维护维修……………………………6
（2）提高操作人员的综合素质……………………………………………6
（3）要为数控机床创造一个良好的使用环境……………………………7
（4）严格遵循正确的操作流程……………………………………………7
（5）使用中尽可能提高数控机床的开动率………………………………7
（6）要冷静对待机床故障，不可盲目处理………………………………7
（7）制定并严格执行数控机床管理的规章制度…………………………8
4、主轴部件的维护与保养…………………………………………………8
五、数控机床主轴部件常见故障的维修及其分析方法……………………9
（一）数控机床主轴部件常见故障及其维修………………………………9
（二）数控机床主轴故障分析方法………………………………………10
（三）实例分析：
主轴没有高速…………………………………………11
六、结论……………………………………………………………………12
七、致谢……………………………………………………………………12
八、参考文献………………………………………………………………12
【摘要】
数控机床是一种综合应用了计算机技术、自动控制技术、自动检测技术和精密机械设计和制造等先进技术的高新技术产物，是技术密集度和自动化程度都很高的、典型的机电一体化产品。
数控机床不仅具有零件加工精度高、生产效率高、产品质量稳定自动化程度极高的特点，而且它还可以完成普通机床难以完成或根本无法加工的复杂曲面的零件加工，因而数控机床在机械制造业中的地位显得愈来愈为重要。
但是，在企业生产中，数控机床能否达到加工精度高、产品质量稳定、提高生产效率的目标，这不仅取决于机床本身的性能和精度，很大程度上也与操作者在生产中能否正确的对数控机床进行维护维修和使用密切相关。
其中，主轴部件是数控机床机械部分中的重要组成部件，主要由主轴、轴承、主轴准停装置、自动夹紧和切屑清除装置组成。
主轴部件的精度、热变性的对加工质量有直接的影响，特别是数控机床在加工过程中不进行人工调整，这些影响就更为严重。
所以，数控机床主轴部件及其维护维修在数控机床的维护维修中显得尤为重要。
【关键词】数控机床主轴部件维修维护
前言
数控加工是用程序控制机床实现自动加工,数控加工程序的编制和数控机床的维修在日常生产中占有非常重要的位置。
数控机床的发展极大地提高了生产效率,提高了加工过程的安全性,使工人的操作变得简单,但由于数控机床应用了许多现代化的高科技技术,维修就显得复杂,要求维修的专业性。
其中，主轴部件是数控机床机械部分中的重要组成部件，主要由主轴、轴承、主轴准停装置、自动夹紧和切屑清除装置组成。
主轴部件的精度、热变性的对加工质量有直接的影响，特别是数控机床在加工过程中不进行人工调整，这些影响就更为严重。
所以，数控机床主轴部件及其维护维修在数控机床的维护维修中显得尤为重要。
本论文从数控的基本控制原理出发,以现实生产中容易发生的主轴的一般故障为例,分析其发生的原因和解决问题的方法。
数控机床主轴部件及其维护维修
刘旭光
一、数控机床的发展
（1）数控机床的发展
随着社会生产和科学技术的不断进步，各类工业新产品层出不穷。
机械制造产业作为国民工业的基础，其产品更是日趋精密复杂，热别是在宇航、航海、军事的领域所需的机械零件，精度要求更高，形状更为复杂，加工这类产品需要经常改装或调整设备，普通机床和专用机床无法满足这些要求。
同时，随着市场竞争的日益加剧，企业生产也迫切需要进一步提高生产效率，降低生产成本。
为了适应企业生产的需求，一种新型的生产设备——数控机床就应运而生了。
（2）数控机床的发展概况
第一代数控机床：
1952年，电子管元件构成的专用数控装置（NC）
第二代数控机床：
1959年，晶体管电路的NC系统
第三代数控机床：
1965年，中、小规模集成电路的NC系统
第四代数控机床：
1970年，大规模集成电路的小型通用计算机控制系统（CNC）
第五代数控机床：
1974年，微型计算机控制系统（MNC）
现代数控机床：
计算机直接数控（DNC）系统，即使用一台计算机为数台数控机床进行自动编程，编程结果直接通过数据线输送到各台数控机床的控制箱。
（3）数控机床的发展趋势
数控机床是综合应用了当代最新科技成果的新型机械加工设备。
十几年来，数控机床在品种、数量、加工范围与加工精度等方面有了惊人的发展，高精度、高速度、高柔性、多功能和高自动化是数控机床的发展趋势，大规模集成电路和微型计算机的发展和完善，是数控系统的价格逐年下降，精度和可靠性大大提高。
数控机床的发展不仅表现为数量迅速增长，而且在质量、性能和控制方式上也有明显的改善。
2、数控机床维修的特点
数控机床的机械结构与普通机床的大体相同，维修也与普通机床基本相同，因此普通机床维修中很多工艺方法都可以一直到数控机床的维修中。
但是，数控机床仍有一些特点，列举如下：
第一是数控机床结构上保证了动、静刚度。
不论是在动态负荷还是静态负荷作用下，数控机床的抗变形能力都很大。
数控机床为了提高精度，必须保证在外力作用下，保持很小的变形，否则谈不到精度。
第二是数控机床的传动应是无间隙传动，数控机床为了保证尺寸的精确加工，必须是无间隙传动。
如果对这个特点认识不足，就可能对数控机床以及原有的定位精度造成损坏。
第三是摩擦力要小。
这一点也是非常重要的。
由于要减小摩擦力，在数控机床中很多滑动部件均改为滚动部件，改不了的也采取了必要的措施：
如导轨采用注塑含油镶面、静压导轨或滚动导轨。
滚珠丝杠也把原来的滑动摩擦改成了滚动摩擦，大大地降低了摩擦力。
第四就是数控机床的结构大多数采用钢板焊接结构，这种结构大大提高了其动刚度，加上各种阻尼筋板，可以改善其振动特性，提高了动态刚度，甚至可以改善固有振动频率，让外力远离机床的共振区。
第五就是数控机床在受热变形上也采取了很多措施，如排屑装置即使地把发热的铁屑清除掉。
在受热区尽可能达到受热均匀，避免产生不必要的附加局部应力，这些措施都最大限度地减小了受热产生的变形。
从20世纪80年代开始，我国各大企业开始引进数控设备。
这些设备现已到了故障多发期。
机械的故障也逐渐增多。
如何积累经验，移植老的修理工艺来修复这些设备，也是当务之急。
三、数控机床维护维修的基本要求
（1）在思想上高度重视数控机床的维护维修
在思想上高度重视数控机床的维护维修工作，尤其是对数控机床的操作者更应如此，我们不能只管操作而忽视对数控机床日常的维护维修。
（二）提高操作人员的综合素质
数控机床的使用比使用普通机床的难度要大，因为数控机床是典型的机电一体化产品，它牵连的知识面较宽，即操作者应具有机、电、液、气等更宽广的专业知识；再有，由于其电气控制系统中的CNC系统升级、更新换代比较快，如果不定期参加专业理论培训学习，则不能熟练掌握新的CNC系统的应用。
因此对操作人员提出的素质要求是很高的。
为此必须对数控操作人员进行培训，使其对数控原理、性能、润滑部位及其方式，进行较系统的学习，为更好的使用机床奠定基础。
同时在数控机床的使用和管理方面，制定一系列切合实际、行之有效的措施。
（三）要为数控机床创造一个良好的使用环境
由于数控机床内含有大量的电子元件，它们最怕阳光直接照射，也怕潮湿、灰尘和振动等，这些均可使电子元件腐蚀变坏或造成元件间的短路，引起机床运行不正常。
为此，对数控机床的使用环境应做到清洁、干燥、恒温和无振动等。
（四）严格遵循正确的操作流程
无论是什么类型的数控机床，它都有自己的一套操作规程，这既是保障操作人员人身安全的重要措施之一，也是保障设备安全、使用产品质量等的重要措施。
因此，使用者必须按照操作规程正确操作，如果机床在第一次使用或长期没有时，应使其先空转几分钟；并要特别注意使用中注意开机、关机的顺序和注意事项。
（五）使用中尽可能提高数控机床的开动率
在使用中，尽可能提高数控机床的开动率。
对于新购置的数控机床应尽快投入使用，设备在使用初期故障率往往要大一些，用户应在保修期内充分利用机床，使其薄弱环节尽早暴露出来，在保修期内得以解决。
如果在缺少生产任务时，也不能空闲不用，要定期充电，每次空运行1小时左右，利用机床运行时的发热量来去除或降低机床内的湿度。
（6）要冷静对待机床故障，不可盲目处理
机床在使用中不可避免的会出现一些故障，此时操作者应冷静对待，不可盲目处理，一面产生更为严重的后果，要注意保留现场，待维修人员来后如实说明故障发生前后的情况，并参与共同分析问题，尽早排除故障，故障如属于操作原因，操作人员要及时吸取经验，避免下次犯同样的错误。
（7）制定并且严格执行数控机床管理的规章制度
除了对数控机床的日常维护外，还必须制定并且严格执行数控机床管理的规章制度。
主要包括：
定人、定岗和定责任的“三定”制度，定期检查制度，规范的交接班制度等。
这也是数控机床管理、维修维护的主要内容。
四、主轴部件的维护与保养
主轴部件是数控机床机械部分中的重要组成部件，主要由主轴、轴承、主轴准停装置、自动夹紧和切屑清除装置组成。
数控机床主轴部件的润滑、冷却与密封是机床使用和维护过程中值得重视的几个问题。
首先，良好的润滑效果，可以降低轴承的工作温度和延长使用寿命；为此，在操作使用中要注意到：
低速时，采用油脂、油液循环润滑；高速时采用油雾、油气润滑方式。
但是，在采用油脂润滑时，主轴轴承的封入量通常为轴承空间容积的10％，切忌随意填满，因为油脂过多，会加剧主轴发热。
对于油液循环润滑，在操作使用中要做到每天检查主轴润滑恒温油箱，看油量是否充足，如果油量不够，则应及时添加润滑油；同时要注意检查润滑油温度范围是否合适。
为了保证主轴有良好的润滑，减少摩擦发热，同时又能把主轴组件的热量带走，通常采用循环式润滑系统，用液压泵强力供油润滑，使用油温控制器控制油箱油液温度。
高档数控机床主轴轴承采用了高级油脂封存方式润滑，每加一次油脂可以使用7～10年。
新型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。
常见主轴润滑方式有两种，油气润滑方式近似于油雾润滑方式，但油雾润滑方式是连续供给油雾，而油气润滑则是定时定量地把油雾送进轴承空隙中，这样既实现了油雾润滑，又避免了油雾太多而污染周围空气。
喷注润滑方式是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。
这里较大流量喷注的油必须靠排油泵强制排油，而不是自然回流。
同时，还要采用专用的大容量高精度恒温油箱，油温变动控制在±0.5℃。
第二，主轴部件的冷却主要是以减少轴承发热，有效控制热源为主
第三，主轴部件的密封则不仅要防止灰尘、屑末和切削液进入主轴部件，还要防止润滑油的泄漏。
主轴部件的密封有接触式和非接触式密封。
对于采用油毡圈和耐油橡胶密封圈的接触式密封，要注意检查其老化和破损；对于非接触式密封，为了防止泄漏，重要的是保证回油能够尽快排掉，要保证回油孔的通畅。
综上所述，在数控机床的使用和维护过程中必须高度重视主轴部件的润滑、冷却与密封问题，并且仔细做好这方面的工作。
五、数控机床主轴部件常见故障的维修及其分析方法
（1）数控机床主轴部件常见故障及其维修
1.主轴夹紧装置不动作,这里指的一般为数控车及加工中心或是大型机床,一般都是液压没有到达规定值,发生此现象时要检查液压油泵是否在运转,泵有故障就查看连接泵的那些电路设备是否有断路的,继而就是看泵的轴承和轴是否有坏的。
在泵没有问题的情况时就要查看过滤器是否被堵塞,换向筏是否被堵塞或已不能再使用,堵塞的要拆开清洗,坏损的要予以更换。
如果是床长时间没有运转,也可能是因为加工用的冷却液把卡爪和爪盘锈死在一起。
2.加工过程中主轴过热,发生此现象一般都是由于摩擦产生的热。
（1）首先要查看主轴的轴承是否损坏,有损坏的要予以更换。
（2）查看润滑油是否充足,要保证在规定的时间间隔添加润滑脂。
（3）热源也可能是经过传递到达主轴的,此时就要查看和主轴相连接的那些传动机构,如传动轴传动轴承和主轴驱动电机是否有了机械故障或润滑不足,解决方法同上。
3.如果在加工第一件工件时发现加工精度和工艺要求的不一致,发生这种情况的原因可能是因为开机后的预热时间太短,在每天开机后要有足够的预热时间以保证主轴的温度和其他部件保持一致,在温度不一致的情况下加工出的工件变动会很大。
4.主轴的转速达不到预定值,可能的原因。
（1）加工工件时进刀量过大超过了机床所能承受的范围。
（2）传动皮带上有油导致皮带打滑。
（3）传动皮带过松,要合理调整两轮间的距离。
（4）传动皮带达到使用期,要予以更换新皮带。
（5）传动齿轮有损坏,可能发生断齿等现象,要更换新的。
5.机床主轴定位精度不准,可能的原因有:
滑轨运行时的阻力太大,位置环的增益或减速环的低频增益太低,机械传动部分有反向间隙,位置环或速度环的零点平衡调整不合理,接地与屏蔽不好或电缆布线不合理,处理方法仍然是加润滑油,合理调整预紧和增益环,重新布线。
6.主轴有行程但主轴刀不旋转,首先查看主轴的电机部分是否完好,接着看电路是否完好,就可以初步判断是否为机械故障,如果打开机盖发现两个传动齿轮没有正确啮合,传动轴温度很高,不能单纯以为是脱齿了,要仔细看两个齿轮间的径向距离是否远远大于,两齿轮半径之和,如果远远大于这时已经基本判定是传动轴的支撑轴承坏了。
（二）数控机床主轴故障分析方法
1.常规分析法:
常规分析法是对数控机床的机、电、液等部分进行的常规检查,以此来判断故障原因的一种方法。
在数控机床上常规分析法主要包括以下内容:
（1）检查电源的规格（包括电压、频率、相序、容量等）是否符合要求。
（2）检查CNC伺服驱动、主轴驱动、电动机、输入﹨输出信号的连接是否正确、可靠。
（3）检查CNC伺服驱动等装置内的印刷电路板是否安装牢固,插件部分是否有松动。
（4）检查CNC伺服驱动、主轴驱动等部分的设定端、电位器的设定、调整是否正确。
（5）检查液压、气动、润滑部件的油压、气压等是否符合机床要求。
（6）检查电气元件、机械部件是否有明显损坏,等等。
2.动作分析法:
动作分析法是通过观察、监视机床实际动作,判定动作不良部位,并由此来追溯故障根源的一种方法。
一般来说,数控机车采用液压、气动控制的部位如:
自动换刀装置、交换工作台装置、夹具与传输装置等均可以通过动作诊断来判定故障原因。
3.状态分析法:
状态分析法是通过监测执行元件的工作状态,判定故障原因的一种方法,这一方法在数控机床维修过程中应用最广。
在现代数控系统中伺服进给、主轴进给系统、电源模块等部件的主要参数都可以进行动态、静态检测,这些参数包括:
输入﹨输出电压、输入﹨输出电流、给定﹨实际转速、位置实际的负载的情况等。
此外,数控系统全部输入﹨输出信号包括内部继电器、定时器等的状态,亦可以通过数控系统的诊断参数予以检查。
通过状态分析法,可以在无仪器、设备的情况下根据系统的内部状态迅速找到故障的原因,在数控机床维修过程中应用最广。
4.操作、编程分析法:
操作、编程分析法是通过某些特殊的操作或编制专门的测试程序段,确认故障原因的一种方法。
如通过手动单步执行自动换刀、自动交换工作台动作,执行单一功能的加工指令等方法进行动作与功能的检测。
通过这种方法,可以具体判定故障发生的原因与部件,检查程序编制的正确性。
5.系统自诊断法:
数控系统的自诊断是利用系统内部自诊断程序或专用的诊断软件,对系统内部的关键硬件以及系统的控制软件进行自我诊断、测试的诊断方法。
它包括开机自诊断、在线控制与脱机测试这几个方面的内容。
（三）实例分析：
主轴没有高速
一台从国外进口的大型数控铣床
专门加工汽车模具，但三个月以来，
一直没有高速。
主轴是三菱变频器变
频的交流主轴。
用万能表测三菱变频器输出端，
开始有操作者给了S200，只见主轴
立即就以200r/min旋转。
这时变频
器从开始时的32V，一点儿一点儿地
上升。
然后又给了S800，即主轴以800r/min旋转，开始时变频器上也是32V电压，然后逐渐上升，主轴最终以800r/min旋转。
然后又给了S1200，这时三菱变频器给出的电压仍然是32V，但主轴转了一两圈，就停下了，32V电压也消失。
再给S1500、S2000……，主轴都只是转了一两圈，然后就停下，且都有32V的电压。
这就说明变频器没有问题，肯定是推着滑移齿轮变速的油缸出了问题。
立即拆下滑枕的大盖，再给一个S2000。
这时，只见油缸向上动了一下，就返回来，然后主轴慢慢地转了一下，油缸又向上动了一下，又返回来。
是不是油缸的背压回路中的节流阀堵塞呢？
立即拆下上面的油管，油缸上腔与大气相连，这时，又给了一个S2000，机床主轴立即以高速旋转起来。
打开回油路的图纸，确实是一个进油的单向阀与一个节流阀并联在一起，然后串联在回油路中。
这时延着回油管路查找这个装置安装的位置，它安装在机床另一侧的立柱上，打开盖，用螺丝刀拧了一下节流阀的节流口调正螺钉，然后接好油缸的回油管，整个机床就可以完全正常了。
油路示意图如上图所示。
六、结论
随着社会的发展,数控机床也随这科学技术的提高在发展,目前数控机床种类繁多,为保证它的正常运行,出现问题后能及时的处理已成为至关重要的问题。
能够正确、快速的发现常见异常，查明原因并及时解决问题，这样才能提高数控机床的开机可靠性和开动率。
但数控机床主轴的故障及原因较多，而故障现象与故障原因并无一一对应，往往一种故障现象由几种原因综合引起，或一种原因引起几种故障。
因此诊断故障应该从弄清具体数控系统的主轴结构及其控制原理入手，结合机床结构，凭借实践经验和维修手册，根据故障的表现形式进行故障定位，力求将故障定在尽可能小的范围内。
再按照可能性的大小进行逐一检查，排除假象，找出真正的故障所在，加以排除。
七、致谢
本论文在编写过程中，参阅了有关院校、工厂、科研单位的教材、资料和文献，并得到了指导老师张一、辅导员王卉及同学李丰超的支持和帮助，在此对给予支持和帮助的人谨致谢忱！
八、参考文献
[1]韩鸿鸾.数控机床维修实例[M].北京:
中国电力出版社,2006.
[2]龚仲华.数控机床故障诊断与维修500例[M].北京:
机械工业出版社,2005.
[3]孙汉卿.数控机床维修技术[M].北京:
机械工业出版社,2007.
[4]《数控机床维修技师手册》编委会.数控机床维修技师手册[M].北京:
机械工业出版社,2006.
[5]楼章华.数控加工编程与操作[M].北京：
人民邮电出版社，2009.5
[6]马立克张丽华.数控加工技术[M].大连：
大连理工大学出版社，2009.11
烟台工程职业技术学院
毕业（设计）成绩评定评分表
评价基元
评价内涵
满分
实评分
平时成绩
30％
能按时完成毕业设计（论文）各阶段所要求的工作
10
能综合运用所学知识分析与解决问题的能力、独立工作能力和实际动手能力
14
工作态度认真、端正、虚心、严谨，严格遵守纪律
6
小计
30
评阅成绩
30%
能按任务书要求出成果
3
论文结构完整、合理，条理清晰，对实验方案的论述正确
5
能运用本学科常规研究方法及相关研究手段（如计算机、实验仪器设备等）进行实验、实践并加工处理、整合信息，实验数据可靠,实验结果正确
5
设计用语、格式、图纸（图表）、数据、量和单位符合国家标准，各种资料引用规范
4
视角新颖，主题突出，论据充分，论证有力，分析透彻，计算和结论正确
5
论文中所表述的基本概念清楚，基础知识和专业知识的掌握牢固扎实
6
文字表达通顺无误，字数符合要求
2
小计
30
答辩成绩
40％
答辩时基本概念清楚,基础知识和专业知识的掌握牢固扎实
10
答辩过程中的自述简明无误，语言流畅
10
能正确回答问题,特别是本课题范围内的基本理论和基本技能问题
20
课题范围以外的提问仅作参考,不计分
小计
40
总成绩合计
100
说明：
评定成绩分为优秀、良好、中等、及格、不及格五个等级，实评总分90分（含90分）以上记为优秀,80分（含80分）以上为良好，70分（含70分）以上记为中等，60分（含60分）以上记为及格，60分以下记为不及格。
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指导教师评审意见
评语：
评定等级：
指导教师（签名）：
答辩小组意见
评语：
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学院抽查意见
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