数控机床维修创新型应用人才培养系列教材数控机床维修创新型应用人才培养系列教材数控机床故障诊断与维护数控机床故障诊断与维护数控机床机械结构故数控机床机械结构故障诊疗障诊疗数控机床维修创新型应用人才培养系列教材数控机床维修创新型应用人才培养系列教材数控机床故障诊断与维护数控机床故障诊断与维护第一节 数控机床机械结构的主要组成第二节数控机床的主传动系统第三节数控机床的进给传动系统第四节自动换刀装置第五节第五节 回转工作台第六节数控机床的液压与气动装置2023/11/152数控机床机械结构故障诊疗数控机床维修创新型应用人才培养系列教材数控机床维修创新型应用人才培养系列教材数控机床故障诊断与维护数控机床故障诊断与维护由于进给伺服驱动、主轴驱动和CNC技术的发展，以及为适应高生产率的需要，数控机床的机械结构已从初期对普通机床局部结构的改进逐步发展为数控机床的独特机械结构。图2-1所示为CK6136型数控车床。第一节第一节 数控机床机械结构的数控机床机械结构的主要组成主要组成2023/11/153数控机床机械结构故障诊疗数控机床维修创新型应用人才培养系列教材数控机床维修创新型应用人才培养系列教材数控机床故障诊断与维护数控机床故障诊断与维护第二节第二节 数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统一、主轴变速方式一、主轴变速方式1无级变速，如图2-2所示2分段无级变速，如图2-3所示。3液压拨叉变速机构，如图2-4所示4电磁离合器变速，如图2-5 2-6 2-7所示5内装电动机主轴变速，如图2-8所示2023/11/154数控机床机械结构故障诊疗二、主轴部件二、主轴部件主轴部件是机床的一个关键部件，它包括主轴的支承、安装在主轴上的传动零件等。主轴部件质量的好坏直接影响加工质量。主轴端部的结构形状如图2-9所示2023/11/155数控机床机械结构故障诊疗三、主轴部件的支承三、主轴部件的支承机床主轴带着刀具或夹具在支承中作回转运动，应能传递切削转矩承受切削抗力，并保证必要的旋转精度。机床主轴多采用滚动轴承作为支承，对于精度要求高的主轴则采用动压或静压滑动轴承作为支承。下面着重介绍主轴部件所用的滚动轴承。1主轴部件常用滚动轴承的类型如图2-10所示2滚动轴承的精度主轴部件所用滚动轴承的精度有高级6、精密级5、特精级4和超精级2。前支承的精度一般比后支承的精度高一级，也可以用相同的精度等级。普通精度的机床通常前支承取4、5级，后支承用5、6级。3主轴滚动轴承的配置如图2-11所示2023/11/156数控机床机械结构故障诊疗4主轴滚动轴承的预紧常用的方法有以下几种：(1)轴承内圈移动 如图2-12所示(2)修磨座圈或隔套 如图2-13所示四、主轴的材料和热处理四、主轴的材料和热处理主轴材料可根据强度、刚度、耐磨性、载荷特点和热处理变形大小等因素来选择。主轴刚度与材质的弹性模量E有关。无论是普通钢还是合金钢其E值基本相同。因此，对于一般要求的机床其主轴可用价格便宜的中碳钢、45钢，进行调质处理后硬度为2228HRC。2023/11/157数控机床机械结构故障诊疗五、主轴的润滑与冷却 主轴轴承润滑和冷却是保证主轴正常工作的必要手段。六、主轴部件的维护数控机床主轴部件是影响机床加工精度的主要部件，它的回转精度影响工件的加工精度；它的功率大小和回转速度影响加工效率；它的自动变速、准停和换刀等影响机床的自动化程度。七、主传动链的维护八、主传动系统常见故障及排除方法如表2-12023/11/158数控机床机械结构故障诊疗第三节第三节 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统一、滚珠丝杠螺母副一、滚珠丝杠螺母副目前广泛应用的进给运动的传动方式主要有两种：一种是回转伺服电机通过滚珠丝杠螺母副的间接传动的进给运动方式，另一种是采用直线电机直接驱动的进给运动方式。后者多用于高速加工中常用的循环方式有外循环与内循环两种：1、外循环如图2-18所示2、内循环如图2-19所示（一）滚珠丝杠副的预紧滚珠丝杠副预紧的目的是为了消除丝杠与螺母之间的间隙和施加预紧力，以保证滚珠丝杠反向传动精度和轴向刚度。2023/11/159数控机床机械结构故障诊疗在数控机床进给系统中使用的滚珠丝杠螺母副的预紧方法有修配垫片厚度、双螺母消隙、齿差式调整方法等。广泛采用的是双螺母结构消隙。1、修配垫片消隙式如图2-20所示2、双螺母消隙式如图2-21所示3、齿差消隙式如图2-22所示（二）滚珠丝杠副的支承安装方式对滚珠丝杠副承载能力、刚性及最高转速有很大影响。滚珠丝杠螺母副在安装时应满足以下要求：1）、滚珠丝杠螺母副相对工作台不能有轴向窜动；2）、螺母座孔中心应与丝杠安装轴线同心；3）、滚珠丝杠螺母副中心线应平行于相应的导轨；4）、能方便地进行间隙调整、预紧和预拉伸。2023/11/1510数控机床机械结构故障诊疗常见安装方式有以下四种情况(如图2-23的（a）、（b）、（c）、（d）所示)。(1)固定自由 适用于低转速，中精度，短轴向丝杠；(2)支承支承 适用于中等转速，中精度；(3)固定支承 适用于中等转速、高精度；(4)固定固定 适用于高转速、高精度。（三）制动装置滚珠丝杠副的传动效率高但不能自锁，用在垂直传动或高速大惯量场合时需要制动装置。2023/11/1511数控机床机械结构故障诊疗（四）滚珠丝杠副的润滑及防护装置（四）滚珠丝杠副的润滑及防护装置滚珠丝杠副在工作状态下，必须润滑，以保证其充分发挥机能。润滑方式主要有以下两种：润滑脂、润滑油。润滑脂的给脂量一般是螺母内部空间容积的1/3，某些生产厂家在装配时螺母内部已加注润滑脂。而润滑油的给油量随行程、润滑油的种类、使用条件等的不同而不同。滚珠丝杠副与滚动轴承一样，如果污物及异物进入就很快使它磨损，因此考虑油污物异物（切削）进入时，必须采用防尘装置，将丝杠轴完全保护起来。防尘装置可采用可随移动部件移动而收展的钢制盖板或柔性卷帘。2023/11/1512数控机床机械结构故障诊疗二、导轨滑块副二、导轨滑块副导轨副按接触面的摩擦性质可以分为滑动导轨、静压导轨和滚动导轨。（一）滑动导轨（二）静压导轨如图2-25所示（三）滚动导轨如图2-26所示（四）滚动导轨的结构，结构如图2-27所示（五）滚动导轨的安装、预紧如图2-30所示2023/11/1513数控机床机械结构故障诊疗三、静压蜗杆三、静压蜗杆蜗轮条传动蜗轮条传动（一）传动原理静压蜗杆蜗轮齿条是一种精密传动副，用于将回转运动转变为直线位移。如图2-31所示，蜗杆可看作长度很短的丝杠，其长径比很小。蜗轮齿条则可以看作一个很长的螺母沿轴向剖开后的一部分。与滚珠丝杠不同，蜗轮齿条能无限接长，因此，运动部件的行程可以很长。（二）传动方案蜗杆蜗轮齿条机构常用传动方案有以下两种：蜗杆箱固定，如图2-33所示。蜗轮齿条固定，如图2-34所示。2023/11/1514数控机床机械结构故障诊疗第四节第四节 自动换刀装置自动换刀装置 为进一步提高数控机床的加工效率，数控机床正向着工件在一台机床一次装夹即可完成多道工序或全部工序加工的方向发展，因此出现了各种类型的加工中心机床，如车削中心、镗铣加工中心、钻削中心等。这类多工序加工的数控机床在加工过程中要使用多种刀具，因此必须有自动换刀装置，以便选用不同刀具，完成不同工序的加工工艺。各类数控机床的自动换刀装置的结构取决于机床的类型、工艺范围、使用刀具的种类和数量。数控机床常用的自动换刀装置的类型、特点、适用范围见表2-5。2023/11/1515数控机床机械结构故障诊疗一、排刀式刀架一、排刀式刀架 排刀式刀架一般用于小规格数控车床，以加工棒料为主的机床较为常见。它的结构形式为夹持着各种不同用途刀具的刀夹沿着机床的X坐标轴方向排列在横向滑板或一种称之为快换台板上。刀具典型布置方式如图2-35所示。二、经济型数控车床方刀架二、经济型数控车床方刀架 经济型数控车床方刀架是在普通车床四方刀架的基础上发展的一种自动换刀装置，功能和普通四方刀架一样，有四个刀位，能装夹4把不同功能的刀具，方刀架回转90。时，刀具交换一个刀位，但方刀架的回转和刀位号的选择是由加工程序指令控制如图2-37所示 三、一般转塔回转刀架三、一般转塔回转刀架 图2-38为数控车床的转塔回转刀架它适用于盘类零件的加工。在加工轴类零件时，可以换用四方回转刀架。2023/11/1516数控机床机械结构故障诊疗五、刀库的故障五、刀库的故障刀库的主要故障有：刀库不能转动或转动不到位；刀库的刀套不能夹紧，刀具、刀库上不到位等。(1)刀库不能转动或转动不到位，刀库不能转动的可能原因有：联接电动机轴与蜗杆轴的联轴器松动；变频器故障，应查变频器的输入输出电压正常与否；PLC无控制输出，可能是接口板中的继电器失效；机械连接过紧或黄油粘涩；电网电压过低(不应低于370V)。刀库转动不到位的可能原因有：电机转动故障，传动机构误差。(2)刀套不能夹紧刀具 可能原因是刀套上的调整螺母松动，或弹簧太松，造成卡紧力超重，刀具超重。(3)刀套上下不到位 可能原因是装置调整不当或加工误差过大而造成拨叉位置不正确；因限位开关安装不准或调整不当而造成反馈信号错误。2023/11/1517数控机床机械结构故障诊疗六、换刀机械手故障六、换刀机械手故障（1）刀具夹不紧 可能原因有气泵气压不足，增压漏气，刀具卡紧气压漏气，刀具松开弹簧上的螺帽松动。(2)刀具夹紧后松不开 可能原因有松锁刀的弹簧压合过紧，应调节松锁刀弹簧上的螺钉，使最大载荷不超过额定数值。(3)刀具从机械手中脱落 应检查刀具是否超重，机械手卡紧锁是否损坏或没有弹出来。(4)刀具交换时掉刀 换刀时主轴箱没有回到换刀点或换刀点漂移，机械手抓刀时没有到位，就开始拔刀，都会导致换刀时掉刀。(5)机械手换刀速度过快或过慢 可能是因气压太高或太低和换刀气阀节流开口太大或太小。2023/11/1518数控机床机械结构故障诊疗七、加工中心自动换刀装置常见故障分析七、加工中心自动换刀装置常见故障分析 刀库乱刀故障处理方法 故障原因：1）PMC参数丢失或系统记忆值与实际不符；2）换刀装置拆修；3）操作者误操作；具体处理方法：1）手动方式使刀库回到原位位置，即1号刀座对应换刀位置；2）通过系统PMC参数画面，初始化数据表，数据表的D000设定为0，D001D024设定值分别为1、2、3-24进行设定；3）通过系统PMC参数画面刀库计数器初始化设定为23；4）系统MDI方式下，把实际刀具送回到刀库中。换刀过程中出现碰刀的处理2023/11/1519数控机床机械结构故障诊疗第五节第五节 回转工作台回转工作台 为了扩大数控机床的加工性能，适应某些零件加工的需要，数控机床的进给运动，除X、Y、Z三个坐标轴的直线进给运动之外，还可以有绕X、Y、Z三个坐标轴的圆周进给运动，这分别称A、B、C轴。通常数控机床的圆周进给运动，可以实现精确的自动分度改变工件相对于主轴的位置，以便分别加工各个表面，这对箱体类零件的加工带来了便利。对于自动换刀多工序数控机床来说，回转工作台已成为一个不可缺少的部件。数控机床中常用的回转工作台有分度工作台和数控工作台。2023/11/1520数控机床机械结构故障诊疗一、鼠牙盘式分度工作台一、鼠牙盘式分度工作台鼠牙盘式分度工作台主要由工作台面底座、夹紧液压缸、分度液压缸和鼠牙盘等零件组成，其结构如图2-54所示。二、数控回转运动工作台二、数控回转运动工作台数控回转运动工作台能实现进给运动，它在结构上和数控机床的进给驱动机构有许多共同之点。如图2-55所示为闭环数控旋转工作台结构图。三、回转工作台的常见故障及排除方法三、回转工作台的常见故障及排除方法回转工作台的常见故障及排除方法如表2-6所示。2023/11/1521数控机床机械结构故障诊疗现代数控机床在实现整机的全自动化控制中，除数控系统外，还需要配备液压和气动装置来辅助实现整机的自动运行功能。液压传动装置使用工作压力高的液体介质，机构输出力大，机械结构更紧凑、动作平稳可靠，易于调节和噪声较小，但要配置液压泵和油箱，当油液渗漏时污染环境。