1、第 8章 機械部件的維修與調(diào)整8.1 數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理與維修主傳動系統(tǒng)是用來實現(xiàn)機床主運動的,它將主電動機的原動力變成可供主軸上刀具切削加工的切削力矩 和切削速度。為適應(yīng)各種不同的加工及各種不同的加工方法,數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)應(yīng)具有較大的調(diào)速 范圍,以保證加工時能選用合理的切削用量,同時主傳動系統(tǒng)還需要有較高精度及剛度并盡可能降低噪 聲,從而獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量。8.1.1 主傳動系統(tǒng)目前數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)大致可以分為以下幾類:其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊,但主軸轉(zhuǎn)速的變化及轉(zhuǎn)矩的輸出和電動機的輸出特性致,因而使用上受到一定限制, 如圖 8-1所示。一級變速目前多用 V 帶或同

2、步帶來完成,其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單安裝調(diào)試方便,且在一定程度上能夠滿足轉(zhuǎn) 速與轉(zhuǎn)矩輸出要求,但主軸調(diào)速范圍比仍與電動機一樣,受電動機調(diào)速范圍比的約束,如圖 8-2, 所示。 圖 8-1 電動機與主軸直聯(lián)的主傳動 圖 8-2 通過帶傳動的主傳動這種配置方式大、中型數(shù)控機床采用較多。它通過少數(shù)幾對齒輪降速,使之成為分段無極變速,確保低 速大轉(zhuǎn)矩,以滿足主軸輸出轉(zhuǎn)矩特性的要求,如圖 8-3所示。電主軸通常作為現(xiàn)代機電一體化的功能部件,裝備在高速數(shù)控機床上 (如圖 8-4.所示 。其主軸部件結(jié)構(gòu) 緊湊,重量輕,慣量小,可提高起動、停止的響應(yīng)特性,有利于控制振動和噪聲;缺點是制造和維護困 難且成本較高。電動機

3、運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量直接影響主軸,主軸的熱變形嚴重影響機床的加工精度,因此合 理選 生的熱量直接影響主軸,主軸的熱變形嚴重影響機床的加工精度,因此合理選用主軸軸承以及潤滑、冷 卻裝置十分重要8.1.2 主軸部件數(shù)控機床主軸部件是影響機床加工精度的主要部件,它的回轉(zhuǎn)精度影響工件的加工精度,它的功率大小 與回轉(zhuǎn)速度影響加工效率,它的自動變速、準停和換刀等影響機床的自動化程度。因此,要求主軸部件 具有與本機床工作性能相適應(yīng)的高回轉(zhuǎn)精度、剛度、抗振性、耐磨性和低的溫升。在結(jié)構(gòu)上,必須很好 地解決刀具和工具的裝夾、軸承的配置、軸承間隙調(diào)整和潤滑密封等問題。加工中心的主軸軸承一般采用 2個或 3個角接觸球軸承組

4、成,或用角接觸球軸承與圓柱滾子軸承組成, 這種軸承經(jīng)過預(yù)緊后可得到較高的剛度。當(dāng)要求有很大剛性時,則采用圓柱滾子軸承和雙向推力球軸承 的組合。常用的加工中心主軸支承的典型結(jié)構(gòu)有以下 3種,如圖 8-5所示。1 前后支承用雙列圓柱滾子軸承來承受徑向負荷,用安裝在主軸前端的雙向角接觸球軸承來承受軸向負 荷,如圖 8-5a 所示。這種結(jié)構(gòu)剛性較好,能進行強力切削,適用于中等轉(zhuǎn)速的機床。 圖 8-5 加工中心主軸支承的結(jié)構(gòu)2 前支承用角接觸球軸承,背靠背安裝,以 23個軸承為一套,用以承受軸向和徑向負荷:后支承用圓 柱滾子軸承,如圖 8-5b 所示。這種結(jié)構(gòu)適應(yīng)較高轉(zhuǎn)速、較重切削負荷,主軸精度較高,但

5、所承受軸向負 載較前一種結(jié)構(gòu)小。3 前后支承都采用成組角接觸球軸承,承受軸向和徑向負荷,如圖 8-5c 所示。這種結(jié)構(gòu)適應(yīng)高轉(zhuǎn)速、中 等切削負荷的數(shù)控機床。使用角接觸球軸承,采用脂潤滑,其極限 dn 值達 80×104:如采用油氣潤滑或 噴油潤滑,則轉(zhuǎn)速可進一步提高。目前高速主軸多數(shù)采用陶瓷滾動軸承,在脂潤滑情況下 dn 值可達 120×104(d 為軸承平均直徑 mm , n 為軸承每分鐘轉(zhuǎn)數(shù) 。在自動換刀機床的刀具自動夾緊裝置中,刀桿常采用 7:24的大錐度錐柄,既利于定心,也為松刀帶來 方便。用碟形彈簧通過拉桿及夾頭拉住刀柄的尾部,使刀具錐柄和主軸錐孔緊密配合,夾緊力

6、達 10000N 以上。松刀時,通過液壓缸活塞推動拉桿來壓縮碟形彈簧,使夾頭漲開,夾頭與刀柄上的拉釘脫離,刀 具即可拔出進行新舊刀具的交換;新刀裝入后,液壓缸活塞后移,新刀具又被碟形彈簧拉緊。在活塞推 動拉桿松開刀柄的過程中,壓縮空氣由噴氣頭經(jīng)過活塞中心孔和拉桿中的孔吹出,將錐孔清理干凈,防 止主軸錐孔中掉入切屑和灰塵,把主軸孔表面和刀桿的錐柄劃傷,保證刀具的正確位置。數(shù)控機床為了完成 ATC(刀具自動交換 的動作過程, 必須設(shè)置主軸準停機構(gòu)。 由于刀具裝在主軸上, 切削 時切削轉(zhuǎn)矩不可能僅靠錐孔的摩擦力來傳遞,因此在主軸前端設(shè)置一個突鍵,當(dāng)?shù)毒哐b入主軸時,刀柄 上的鍵槽必須與突鍵對準,才能順

7、利換刀:為此,主軸必須準確停在某固定的角度上。由此可知主軸準 停是實現(xiàn) ATC 過程的重要環(huán)節(jié)。通常主軸準停機構(gòu)有 2種方式,即機械式與電氣式。機械方式采用機械凸輪機構(gòu)或光電盤方式進行粗定位,然后有一個液動或氣動的定位銷插入主軸上的銷 孔或銷槽實現(xiàn)精確定位,完成換刀后定位銷退出,主軸才開始旋轉(zhuǎn)。采用這種傳統(tǒng)方法定位,結(jié)構(gòu)復(fù)雜, 在早期數(shù)控機床上使用較多。而現(xiàn)代數(shù)控機床采用電氣方式定位較多。電氣方式定位一般有以下兩種方式。一種是用磁性傳感器檢測定位,這種方法如圖 8-6所示,在主軸上安裝一個發(fā)磁體與主軸一起旋轉(zhuǎn),在 距離發(fā)磁體旋轉(zhuǎn)外軌跡 12mm處固定一個磁傳感器,它經(jīng)過放大器并與主軸控制單元相

8、連接,當(dāng)主軸 需要定向時,便可停止在調(diào)整好的位置上。另一種是用位置編碼器檢測定位,這種方法是通過主軸電動機內(nèi)置安裝的位置編碼器或在機床主軸箱上 安裝一個與主軸 1:1同步旋轉(zhuǎn)的位置編碼器來實現(xiàn)準停控制,準停角度可任意設(shè)定,如圖 8-3所示。 1-主軸箱體 2-發(fā)磁體 3-磁傳感器 4-帶輪 5-主軸(1主軸潤滑 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熱量帶走, 通常采用循環(huán) 式潤滑系統(tǒng)。用液壓泵供油強力潤滑,在油箱中使用油溫控制器控制油液溫度。近年來一部分數(shù)控機床 的主軸軸承采用高級油脂封放式潤滑, 每加一次油脂可以使用 710年, 簡化了結(jié)構(gòu), 降低了成本且維護 保養(yǎng)

9、簡單,但需防止?jié)櫥秃陀椭旌?通常采用迷宮式密封方式。為了適應(yīng)主軸轉(zhuǎn)速向更高速化發(fā)展 的需要,新的潤滑冷卻方式相繼開發(fā)出來。這些新的潤滑冷卻方式不單要減少軸承溫升,還要減少軸承 內(nèi)外圈的溫差,以保證主軸的熱變形小。 圖 8-7 臥式加工中心主軸前支承的密封結(jié)構(gòu)1-進油口 2-軸承 3-箱體 4、 5-法蘭盤6-主軸 7-泄漏孔 8-回油斜孔 9-泄油孔油氣潤滑方式:這種潤滑方式近似于油霧潤滑方式,所不同的是,油氣潤滑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,又不至于油霧太多而污染周圍空氣;而油霧潤滑則是連續(xù)供給油 霧。噴注潤滑方式:它用較大流量的恒溫油 (每個軸承 34L/m

10、in噴注到主軸軸承上,以達到潤滑、冷卻的 目的。這里需特別指出的是,較大流量噴注的油,不是自然回流,而是用排油泵強制排油,同時,采用 專用高精度大容量恒溫油箱,油溫變動控制在 ±0.5。(2密封 在密封件中, 被密封的介質(zhì)往往是以穿漏、 滲透或擴散的形式越界泄漏到密封連接處的彼側(cè)。 造 成泄漏的基本原因是流體從密封面上的間隙中溢出,或是由于密封部件內(nèi)外兩側(cè)密封介質(zhì)的壓力差或濃 度差,致使流體向壓力或濃度低的一側(cè)流動。圖 8-7所示為一臥式加工中心主軸前支承的密封結(jié)構(gòu)。 該臥式加工中心主軸前支承處采用的雙層小間隙密封裝置。 主軸前端車出兩組鋸齒形護油槽, 在法蘭盤 4和 5上開溝槽及泄

11、漏孔,當(dāng)噴入軸承 2內(nèi)的油液流出后被法蘭盤 4內(nèi)壁擋住,并經(jīng)其下部的泄油孔 9和 箱體 3上的回油斜孔 8流回油箱,少量油液沿主軸 6流出時,主軸護油槽在離心力的作用下被甩至法蘭 盤 4的溝槽內(nèi),經(jīng)回油斜孔 8流回油箱,達到防止?jié)櫥橘|(zhì)泄漏的目的。當(dāng)外部切削液、切屑及灰塵等 沿主軸 6與法蘭盤 5之間的間隙進入時,經(jīng)法蘭盤 5的溝槽由泄漏孔 7排出,達到了主軸端部密封的目 的。要使間隙密封結(jié)構(gòu)能在一定的壓力和溫度范圍內(nèi)具有良好的密封防漏性能,必須保證法蘭盤 4和 5與主 軸及軸承端面的配合間隙。8.1.4 主傳動系統(tǒng)故障維修 7例故障現(xiàn)象:加工中心主軸定位不良,引發(fā)換刀過程發(fā)生中斷。分析及處理

12、過程:某加工中心主軸定位不良,引發(fā)換刀過程發(fā)生中斷。開始時,出現(xiàn)的次數(shù)不很多,重 新開機后又能工作,但故障反復(fù)出現(xiàn)。經(jīng)在故障出現(xiàn)后,對機床進行了仔細觀察,才發(fā)現(xiàn)故障的真正原 因是主軸在定向后發(fā)生位置偏移,且主軸在定位后如用手碰一下 (和工作中在換刀時當(dāng)?shù)毒卟迦胫鬏S時的 情況相近 ,主軸則會產(chǎn)生相反方向的漂移。檢查電氣單元無任何報警,該機床的定位采用的是編碼器, 從故障的現(xiàn)象和可能發(fā)生的部位來看,電氣部分的可能性比較小;機械部分又很簡單,最主要的是聯(lián)接, 所以決定檢查聯(lián)接部分。在檢查到編碼器的聯(lián)接時發(fā)現(xiàn)編碼器上聯(lián)接套的緊定螺釘松動,使聯(lián)接套后退 造成與主軸的聯(lián)接部分間隙過大使旋轉(zhuǎn)不同步。將緊定螺

13、釘按要求固定好后故障消除 (見圖 8-3 。注意:發(fā)生主軸定位方面的故障時,應(yīng)根據(jù)機床的具體結(jié)構(gòu)進行分析處理,先檢查電氣部分,如確認正 常后再考慮機械部分。故障現(xiàn)象:主軸噪聲較大,主軸無載情況下,負載表指示超過 40 。分析及處理過程:首先檢查主軸參數(shù)設(shè)定,包括放大器型號,電動機型號以及伺服增益等,在確認無誤 后,則將檢查重點放在機械側(cè)。發(fā)現(xiàn)主軸軸承損壞,經(jīng)更換軸承之后,在脫開機械側(cè)的情況下檢查主軸 電動機遠轉(zhuǎn)情況。發(fā)現(xiàn)負載表指示已正常但仍有噪聲。隨后,將主軸參數(shù) 00號設(shè)定為 1,也即讓主軸驅(qū)動系統(tǒng)開環(huán)運行,結(jié)果噪聲消失,說明速度檢測器件 PLG 有問題。經(jīng)檢查,發(fā)現(xiàn) PLG 的安裝不正,調(diào)

14、整 位置之后再運行主軸電動機,噪聲消失,機床能正常工作。故障現(xiàn)象:機床在工作過程中,主軸箱內(nèi)機械變檔滑移齒輪自動脫離嚙合,主軸停轉(zhuǎn)。分析及處理過程:圖 8-3為帶有變速齒輪的主傳動,采用液壓缸推動滑移齒輪進行變速,液壓缸同時也 鎖住滑移齒輪。變檔滑移齒輪自動脫離嚙合,原因主要是液壓缸內(nèi)壓力變化引起的。控制液壓缸的 O 形 三位四通換向閥在中間位置時不能閉死,液壓缸前后兩腔油路相滲漏,這樣勢必造成液壓缸上腔推力大 于下腔,使活塞桿漸漸向下移動,逐漸使滑移齒輪脫離嚙合,造成主軸停轉(zhuǎn)。更換新的三位四通換向閥 后即可解決問題;或改變控制方式,采用二位四通,使液壓缸一腔始終保持壓力油。故障現(xiàn)象:發(fā)出主軸

15、箱變檔指令后,主軸處于慢速來回搖擺狀態(tài),一直掛不上檔。分析及處理過程:圖 8-3為帶有變速齒輪的主傳動。為了保證滑移齒輪移動順利嚙合于正確位置,機床 接到變檔指令后,在電氣設(shè)計上指令主電動機帶動主軸作慢速來回搖擺運動。此時,如果電磁閥發(fā)生故 障 (閥芯卡孔或電磁鐵失效 ,油路不能切換,液壓缸不動作,或者液壓缸動作,發(fā)反饋信號的無觸點開關(guān) 失效,滑移齒輪變檔到位后不能發(fā)出反饋信號,都會造成機床循環(huán)動作中斷。更換新的液壓閥或失效的 無觸點開關(guān)后,故障消除。故障現(xiàn)象:主軸箱經(jīng)過數(shù)次變檔后,主軸箱噪聲變大。分析及處理過程:圖 8-3為帶有變速齒輪的主傳動。當(dāng)機床接到變檔指令后,液壓缸通過撥叉帶動滑移

16、齒輪移動。此時,相嚙合的齒輪相互間必然發(fā)生沖擊和摩擦。如果齒面硬度不夠,或齒端倒角、倒圓不 好,變檔速度太快沖擊過大都將造成齒面破壞,主軸箱噪聲變大。解決方法:使齒面硬度大于 55HRC , 認真做好齒端倒角、倒圓工作,調(diào)節(jié)變檔速度,減小沖擊。故障現(xiàn)象:XK7160型數(shù)控銑床主傳動系統(tǒng) (圖 8-3 ,采用齒輪變速傳動。工作中不可避免地要產(chǎn)生振動 噪聲、摩擦噪聲和沖擊噪聲。數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)的變速是在機床不停止工作的狀態(tài)下,由計算機控 制完成的。因此它比普通機床產(chǎn)生的噪聲更為連續(xù),更具有代表性。機床起初使用時,噪聲就較大,并 且噪聲聲源主要來自主傳動系統(tǒng)。經(jīng)使用了多年后,噪聲越來越大。用聲級

17、計在主軸 4000r/min的最高 轉(zhuǎn)速下,測得噪聲為 85.2dB 。分析及處理過程:我們知道,機械系統(tǒng)受到任何激發(fā)力,該系統(tǒng)就會對此激發(fā)力產(chǎn)生響應(yīng)而出現(xiàn)振動。 這個振動能量在整個系統(tǒng)中傳播,當(dāng)傳播到輻射表面,這個能量就轉(zhuǎn)換成壓力波經(jīng)空氣再傳播出去,即 聲輻射。因此,這個激發(fā)響應(yīng)、系統(tǒng)內(nèi)部傳遞及輻射三步驟就是振動噪聲、摩擦噪聲和沖擊噪聲的形成 過程。XK7160數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)在工作時正是由于齒輪、軸承等零部件經(jīng)過激發(fā)響應(yīng),并在系統(tǒng)內(nèi)部傳遞 和輻射出現(xiàn)了噪聲,而這些部件又由于出現(xiàn)了異常情況,使激發(fā)力加大,從而使噪聲增大。(1齒輪的噪聲分析 XK7160數(shù)控銑床的主傳動系統(tǒng)是由主電動機和齒

18、輪來完成變速傳動的。因此,齒輪 的嚙合傳動是主要噪聲源之一。首先看一對齒輪的嚙合情況,根據(jù)齒輪的嚙合原理,任意瞬時 t 兩齒輪齒間的相對滑動速度為:v s =v t1-v t 2。齒輪副在嚙合區(qū)傳動時,嚙合點是沿嚙合線移動的,當(dāng)嚙合點移向節(jié)點時相對滑動速度逐漸減小,在 節(jié)點處,相對滑動速度在方向上發(fā)生了變化,造成了激振力。如果齒輪的各種誤差加大和外界負荷的波 動及其他零部件的影響,傳動系統(tǒng)的共振,潤滑條件的不好,就會加劇激振力的產(chǎn)生。當(dāng)嚙合點漸遠節(jié) 點時,相對滑動速度逐漸增大,齒面相對滑動速度正比于齒輪的回轉(zhuǎn)速度。機床主傳動系統(tǒng)中齒輪在運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的噪聲主要有:1 齒輪在嚙合中,使齒與齒之間出現(xiàn)

19、連續(xù)沖擊而使齒輪在嚙合頻率下產(chǎn)生受迫振動并帶來沖擊噪聲。2 因齒輪受到外界激振力的作用而產(chǎn)生齒輪固有頻率的瞬態(tài)自由振動并帶來噪聲。3 因齒輪與傳動軸及軸承的裝配出現(xiàn)偏心引起的旋轉(zhuǎn)不平衡的慣性力,因此產(chǎn)生了與轉(zhuǎn)速相一致的低頻 振動。隨著軸的旋轉(zhuǎn),每轉(zhuǎn)發(fā)出一次共鳴噪聲。4 因齒與齒之間的摩擦導(dǎo)致齒輪產(chǎn)生的自激振動并帶來摩擦噪聲。如果齒面凸凹不平,會引起快速、周 期性的沖擊噪聲。(2軸承的噪聲分析 XK7160數(shù)控銑床的主軸變速系統(tǒng)中共有滾動軸承 12個, 最大的軸承外徑為 125mm 。 軸承與軸徑及支承孔的裝配、預(yù)緊力、同心度、潤滑條件以及作用在軸承上負荷的大小,徑向間隙等都 對噪聲有很大影響。

20、另外一個重要原因是國家標準對滾動軸承零件都有相應(yīng)的公差范圍,因此軸承本身 的制造偏差,在很大程度上就決定了軸承的噪聲。可以說滾動軸承的噪聲是該機床主軸變速系統(tǒng)的另一 個主要噪聲源,特別在高轉(zhuǎn)速下表現(xiàn)更為強烈。滾動軸承最易產(chǎn)生變形的部位就是其內(nèi)外環(huán)。內(nèi)外環(huán)在 外部因素和自身精度的影響下,有可能產(chǎn)生搖擺振動、軸向振動、徑向振動、軸承環(huán)本身的徑向振動和 軸向彎曲振動。綜上所述,大致可以從以下幾個方面對噪聲進行控制:(1齒輪的噪聲控制 由于齒輪噪聲的產(chǎn)生是多因素引起的, 其中有些因素是齒輪的設(shè)計參數(shù)所決定的。 針 對該機床出現(xiàn)的主軸傳動系統(tǒng)的齒輪噪聲的特點,在不改變原設(shè)計的基礎(chǔ)上,有下列在原有齒輪上進

21、行 修整和改進的一些做法。1 齒形修緣。由于齒形誤差和法向齒距的影響,在輪齒承載產(chǎn)生了彈性變形后,會使齒輪嚙合時造成瞬 時頂撞和沖擊。因此,為了減小齒輪在嚙合時由于齒頂凸出而造成的嚙合沖擊,可進行齒頂修緣。齒頂 修緣的目的就是校正齒的彎曲變形和補償齒輪誤差,從而降低齒輪噪聲。修緣量取決于法向齒距誤差和 承載后齒輪的彎曲變形量,以及彎曲方向等。齒形修緣時,可根據(jù)這幾對齒輪的具體情況只修齒頂,或 只修齒根,只有在修齒頂或修齒根達不到良好效果時,才將齒頂和齒根一塊修。2 控制齒形誤差。齒形誤差是由多種因素造成的,觀察該機床主傳動系統(tǒng)中齒輪的齒形誤差主要是加工 過程中出現(xiàn)的,以及長期運行條件不好所致。

22、因齒形誤差而在齒輪嚙合時產(chǎn)生的噪聲在該機床中是比較 明顯的。一般情況下,齒形誤差越大,產(chǎn)生的噪聲也就越大。3 控制嚙合齒輪的中心距。嚙合齒輪的實際中心距的變化將引起壓力角的改變,如果嚙合齒輪的中心距 出現(xiàn)周期性變化,那么也將使壓力角發(fā)生周期性變化,噪聲也會周期性增大。對嚙合中心距的分析表明, 當(dāng)中心距偏大時,噪聲影響并不明顯;而中心距偏小時,噪聲就明顯增大。在控制嚙合齒輪的中心距時, 將齒輪的外徑,傳動軸的彎曲變形及傳動軸與齒輪、軸承的配合都控制在理想狀態(tài),這樣可盡量消除由 于嚙合中心距的改變而產(chǎn)生的噪聲。4 潤滑油對控制噪聲的作用。潤滑油在潤滑和冷卻的同時,還起一定的阻尼作用,噪聲隨油的數(shù)量

23、和粘 度的增加而變小。若能在齒面上維持一定的油膜厚度,就能防止嚙合齒面直接接觸,就能衰減振動能量, 從而降低噪聲。實際上,齒輪潤滑需油量很少,而大量給油是為了冷卻作用。實驗證明,齒輪潤滑以嚙 出側(cè)給油最佳,這樣既起到了冷卻作用,又在進入嚙合區(qū)前,在齒面上形成了油膜;如果能控制油少量 進入嚙合區(qū),降噪效果更佳。據(jù)此,將各個油管重新布置,使?jié)櫥桶蠢硐霠顟B(tài)濺入每對齒輪,以控制 由于潤滑不利而產(chǎn)生的噪聲。(2軸承的噪聲控制1 控制內(nèi)外環(huán)質(zhì)量。在 XK7160數(shù)控銑床的主傳動系統(tǒng)中,所有軸承都是內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)動、外環(huán)固定。這時內(nèi)環(huán) 如出現(xiàn)徑向偏擺就會引起旋轉(zhuǎn)時的不平衡,從而產(chǎn)生振動噪聲。如果軸承的外環(huán)與配合孔

24、形狀公差和位 置公差都不好,則外環(huán)就會出現(xiàn)徑向擺動,這樣就破壞了軸承部件的同心度。內(nèi)環(huán)與外環(huán)端面的側(cè)向出 現(xiàn)較大跳動,還會導(dǎo)致軸承內(nèi)環(huán)相對于外環(huán)發(fā)生歪斜。軸承的精度越高,上述的偏擺量就越小,產(chǎn)生的 噪聲也就越小。除控制軸承內(nèi)外環(huán)幾何形狀偏差外,還應(yīng)控制內(nèi)外環(huán)滾道的波紋度,減小表面粗糙度, 嚴格控制在裝配過程中使?jié)L道表面磕傷、劃傷,否則不可能降低軸承的振動噪聲。經(jīng)觀察和實驗發(fā)現(xiàn), 滾道的波紋度為密波或疏波時滾珠在滾動時的接觸點顯然不同,由此引起振動頻率差別很大。2 控制軸承與孔和軸的配合精度。在該機床的主傳動系統(tǒng)中,軸承與軸和孔配合時,應(yīng)保證軸承有必要 的徑向間隙。徑向工作間隙的最佳數(shù)值,是由內(nèi)

25、環(huán)在軸上和外環(huán)在孔中的配合以及在運行狀態(tài)下內(nèi)環(huán)和 外環(huán)所產(chǎn)生的溫差所決定的。因此,軸承中初始間隙的選擇對控制軸承的噪聲具有重要意義。過大的徑 向間隙會導(dǎo)致低頻部分的噪聲增加,而較小的徑向間隙又會引起高頻部分的噪聲增加。外環(huán)在孔中的配 合形式會影響固體噪聲的傳播,較緊的配合能提高傳聲性,會使噪聲加大:配合過緊,會迫使?jié)L道變形, 從而加大軸承滾道的形狀誤差,使徑向間隙減小,也導(dǎo)致噪聲的增加;但軸承外環(huán)過松的配合還是會引 起較大噪聲。只有松緊適當(dāng)?shù)呐浜喜庞欣?這樣可使軸承與孔接觸處的油膜對外環(huán)振動產(chǎn)生阻尼,從而 降低噪聲。配合部位的形位公差和表面加工的粗糙度,應(yīng)符合所選軸承精度等級的要求。如果軸承很

26、緊 地安裝在加工不精確的軸上,那么軸的誤差就會傳遞給軸承內(nèi)環(huán)滾道上,并以較高的波紋度形式表現(xiàn)出 來,噪聲也就隨之增大。通過上述對 XK7160數(shù)控銑床主傳動系統(tǒng)的噪聲分析和控制后, 取得了可喜的效果。 在同樣條件下, 用聲 級計對修復(fù)后的機床噪聲又進行了測試,主傳動系統(tǒng)經(jīng)過噪聲控制后為 74dD ,降低了 11.2dD 。經(jīng)過幾 年的使用,該機床的噪聲一直穩(wěn)定在這個水平上。故障現(xiàn)象:主軸高速旋轉(zhuǎn)時發(fā)熱嚴重分析及處理過程:電主軸運轉(zhuǎn)中的發(fā)熱和溫升問題始終是研究的焦點。電主軸單元的內(nèi)部有兩個主要熱 源:一是主軸軸承,另一個是內(nèi)藏式主電動機。電主軸單元最凸出的問題是內(nèi)藏式主電動機的發(fā)熱。由于主電動機

27、旁邊就是主軸軸承,如果主電動機的 散熱問題解決不好,還會影響機床工作的可靠性。主要的解決方法是采用循環(huán)冷卻結(jié)構(gòu),分外循環(huán)和內(nèi) 循環(huán)兩種,冷卻介質(zhì)可以是水或油,使電動機與前后軸承都能得到充分冷卻。主軸軸承是電主軸的核心支承,也是電主軸的主要熱源之一。當(dāng)前高速電主軸,大多數(shù)采用角接觸陶瓷 球軸承。因為陶瓷球軸承具有以下特點:由于滾珠重量輕,離心力小,動摩擦力矩小。因溫升引起 的熱膨脹小,使軸承的預(yù)緊力穩(wěn)定。彈性變形量小,剛度高,壽命長。由于電主軸的運轉(zhuǎn)速度高,因 此對主軸軸承的動態(tài)、熱態(tài)性能有嚴格要求。合理的預(yù)緊力,良好而充分的潤滑是保證主軸正常運轉(zhuǎn)的 必要條件。采用油霧潤滑,霧化發(fā)生器進氣壓為

28、0.250.3MPa,選用 20#透平油,油滴速度控制在 80 100滴 /min。 潤滑油霧在充分潤滑軸承的同時, 還帶走了大量的熱量。 前后軸承的潤滑油分配是非常重要 的問題,必須加以嚴格控制。進氣口截面大于前后噴油口截面的總和,排氣應(yīng)順暢,各噴油小孔的噴射 角與軸線呈 15º夾角,使油霧直接噴入軸承工作區(qū)。8.2 進給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理和維修8.2.1 伺服進給系統(tǒng)的組成及特點數(shù)控機床的進給系統(tǒng)一般由驅(qū)動控制單元、驅(qū)動元件、機械傳動部件、執(zhí)行元件和檢測反饋環(huán)節(jié)等組成。 驅(qū)動控制單元和驅(qū)動元件組成伺服驅(qū)動系統(tǒng),機械傳動部件和執(zhí)行元件組成機械傳動系統(tǒng),檢測元件與 反饋電路組成檢測裝置,

29、亦稱檢測系統(tǒng)。數(shù)控機床進給系統(tǒng)中的機械傳動裝置和器件具有高壽命、高剛度、無間隙、高靈敏度和低摩擦阻力等特 點。目前,數(shù)控機床進給驅(qū)動系統(tǒng)中常用的機械傳動裝置有以下幾種:滾珠絲杠副、靜壓蝸桿一蝸母條、預(yù) 加載荷雙齒輪齒條及直線電動機。8.2.2 滾珠絲杠副滾珠絲杠副是在絲杠和螺母之間以滾珠為滾動體的螺旋傳動元件。滾珠絲杠副有多種結(jié)構(gòu)型式。按滾珠 循環(huán)方式分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩大類。外循環(huán)回珠器用插管式的較多,內(nèi)循環(huán)回珠器用腰形槽嵌塊式的 較多。按螺紋軌道的截面形狀分為單圓弧和雙圓弧兩種截形。由于雙圓弧截形軸向剛度大于單圓弧截形,因此 目前普遍采用雙圓弧截形的絲杠。按預(yù)加負載形式分,可分為單螺母無預(yù)

30、緊、單螺母變位導(dǎo)程預(yù)緊、單螺母加大鋼球徑向預(yù)緊、雙螺母墊 片預(yù)緊、雙螺母差齒預(yù)緊、雙螺母螺紋預(yù)緊。數(shù)控機床上常用雙螺母墊片式預(yù)緊,其預(yù)緊力一般為軸向 載荷的 1/3。滾珠絲杠副與滑動絲杠螺母副比較有很多優(yōu)點:傳動效率高、靈敏度高、傳動平穩(wěn):磨損小、壽命長; 可消除軸向間隙,提高軸向剛度等。滾珠絲杠螺母傳動廣泛應(yīng)用于中小型數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)。在重型數(shù)控機床的短行程 (6m以下 進給 系統(tǒng)中也常被采用。數(shù)控機床的進給系統(tǒng)要獲得較高的傳動剛度,除了加強滾珠絲杠螺母本身的剛度之外,滾珠絲杠正確的 安裝及其支承的結(jié)構(gòu)剛度也是不可忽視的因素。螺母座及支承座都應(yīng)具有足夠的剛度和精度。通常都適 當(dāng)加大和機

31、床結(jié)合部件的接觸面積,以提高螺母座的局部剛度和接觸強度,新設(shè)計的機床在工藝條件允 許時常常把螺母座或支承座與機床本體做成整體來增大剛度。為了提高支承的軸向剛度,選擇適當(dāng)?shù)臐L動軸承也是十分重要的。國內(nèi)目前主要采用兩種組合方式。一 種是把向心軸承和圓錐軸承組合使用,其結(jié)構(gòu)雖簡單,但軸向剛度不足。另一種是把推力軸承或向心推力軸承和向心軸承組合使用,其軸向剛度有了提高,但增大了軸承的摩擦阻力和發(fā)熱而且增加了軸承支 架的結(jié)構(gòu)尺寸。近年來國內(nèi)外的軸承生產(chǎn)廠家已生產(chǎn)出一種滾珠絲杠專用軸承,這是一種能夠承受很大 軸向力的特殊向心推力球軸承, 與一般的向心推力球軸承相比, 接觸角增大到 60º, 增加

32、了滾珠的數(shù)目并 相應(yīng)減小滾珠的直徑。這種新結(jié)構(gòu)的軸承比一般軸承的軸向剛度提高了兩倍以上,而且使用極為方便, 產(chǎn)品成對出售,而且在出廠時已經(jīng)選配好內(nèi)外環(huán)的厚度,裝配時只要用螺母和端蓋將內(nèi)環(huán)和外環(huán)壓緊, 就能獲得出廠時已經(jīng)調(diào)整好的預(yù)緊力。滾珠絲杠副安裝方式通常有以下幾種:(1雙推一自由方式 如圖 8-8a 所示,絲杠一端固定,端自由。固定端軸承同時承受軸向力和徑向力。這 種支承方式用于行程小的短絲杠。(2雙推一支承方式 如圖 8-8b 所示, 絲杠一端固定, 另一端支承。 固定端軸承同時承受軸向力和徑向力; 支承端軸承只承受徑向力,而且能作微量的軸向浮動,可以避免或減少絲杠因自重而出現(xiàn)的彎曲。同時

33、 絲杠熱變形可以自由地向一端伸長。(3雙推一雙推方式 如圖 8-8c 所示,絲杠兩端均固定。固定端軸承都可以同時承受軸向力和徑向力,這 種支承方式,可以對絲杠施加適當(dāng)?shù)念A(yù)拉力,提高絲杠支承剛度,可以部分補償絲杠的熱變形。(4采用絲杠固定、螺母旋轉(zhuǎn)的傳動方式 如圖 8-8d 所示,此時,螺母一邊轉(zhuǎn)動、一邊沿固定的絲杠作軸 向移動:由于絲杠不動,可避免受臨界轉(zhuǎn)速的限制,避免了細長滾珠絲杠高速運轉(zhuǎn)時出現(xiàn)的種種問題。 螺母慣性小、運動靈活,可實現(xiàn)的轉(zhuǎn)速高。此種方式可以對絲杠施加較大的預(yù)拉力,提高絲杠支承剛度, 補償絲杠的熱變形。(1滾珠絲杠副的防護 滾珠絲杠副和其他滾動摩擦的傳動器件一樣, 應(yīng)避免硬質(zhì)

34、灰塵或切屑污物進入, 因 此必須裝有防護裝置。如果滾珠絲杠副在機床上外露,則應(yīng)采用封閉的防護罩,如采用螺旋彈簧鋼帶套 管、伸縮套管以及折疊式 圖 8-8 滾珠絲杠副的 4種安裝方式1-電動機 2-彈性聯(lián)軸器 3-軸承 4-滾珠絲杠 5-滾珠絲杠螺母 6-同步帶輪 7-彈性脹緊套 8-鎖緊螺釘套管等。安裝時將防護罩的一端連接在滾珠螺母的側(cè)面,另一端固定在滾珠絲杠的支承座上。如果滾珠 絲桿副處于隱蔽的位置,則可采用密封圈防護,密封圈裝在螺母的兩端。接觸式的彈性密封圈采用耐油 橡膠或尼龍制成,其內(nèi)孔做成與絲杠螺紋滾道相配的形狀;接觸式密封圈的防塵效果好,但由于存在接 觸壓力,使摩擦力矩略有增加。非接

35、觸式密封圈又稱迷宮式密封圈,它采用硬質(zhì)塑料制成,其內(nèi)孔與絲 杠螺紋滾道的形狀相反,并稍有間隙,這樣可避免摩擦力矩,但防塵效果差。工作中應(yīng)避免碰擊防護裝 置,防護裝置一有損壞應(yīng)及時更換。(2滾珠絲杠副的潤滑 潤滑劑可提高耐磨性及傳動效率。 潤滑劑可分為潤滑油和潤滑脂兩大類。 潤滑油一 般為全損耗系統(tǒng)用油:潤滑脂可采用鋰基潤滑脂。潤滑脂一般加在螺紋滾道和安裝螺母的殼體空間內(nèi), 而潤滑油則經(jīng)過殼體上的油孔注入螺母的空間內(nèi)。每半年對滾珠絲杠上的潤滑脂更換一次,清洗絲杠上 的舊潤滑脂,涂上新的潤滑脂。用潤滑油潤滑的滾珠絲杠副,可在每次機床工作前加油一次。高速加工是面向 21世紀的一項高新技術(shù),它以高效率

36、、高精度和高表面質(zhì)量為基本特征,在航天航空、 汽車工業(yè)、模具制造、光電工程和儀器儀表等行業(yè)中獲得了越來越廣泛的應(yīng)用,并已取得了重大的技術(shù) 經(jīng)濟效益,是當(dāng)代先進制造技術(shù)的重要組成部分。為了實現(xiàn)高速加工,首先要有高速數(shù)控機床。高速數(shù) 控機床必須同時具有高速主軸系統(tǒng)和高速進給系統(tǒng),才能實現(xiàn)材料切削過程的高速化。為了實現(xiàn)高速進 給,國內(nèi)外有關(guān)制造廠商不斷采取措施,提高滾珠絲杠的高速性能。主要措施有:1 適當(dāng)加大絲杠的轉(zhuǎn)速、導(dǎo)程和螺紋頭數(shù)。目前常用大導(dǎo)程滾珠絲杠名義直徑與導(dǎo)程的匹配為:40mm×20mm , 50mm×25mm, 50mm×30mm等,其進給速度均可達到 6

37、0m/min以上。為了提高滾珠絲杠的 剛度和承載能力,大導(dǎo)程滾珠絲杠一般采用雙頭螺紋,以提高滾珠的有效承載圈數(shù)。2 改進結(jié)構(gòu),提高滾珠運動的流暢性。改進滾珠循環(huán)反向裝置,優(yōu)化回珠槽的曲線參數(shù),采用三維造型 的導(dǎo)珠管和回珠器,真正做到沿著內(nèi)螺紋的導(dǎo)程角方向?qū)L珠引進螺母體中,使?jié)L珠運動的方向與滾道 相切而不是相交。這樣可把沖擊損耗和噪聲減至最小。3 采用 “ 空心強冷 ” 技術(shù)。高速滾珠絲杠在運行時由于摩擦產(chǎn)生高溫,造成絲杠的熱變形,直接影響高速機 床的加工精度。 采用 “ 空心強冷 ” 技術(shù), 就是將恒溫切削液通入空心絲杠的孔中, 對滾珠絲杠進行強制冷卻, 保持滾珠副溫度的恒定。這個措施是提高

38、中、大型滾珠絲杠高速性能和工作精度的有效途徑。4 對于大行程的高速進給系統(tǒng),可采用絲杠固定、螺母旋轉(zhuǎn)的傳動方式。此時,螺母一邊轉(zhuǎn)動、一邊沿 固定的絲杠作軸向移動,由于絲杠不動,可避免受臨界轉(zhuǎn)速的限制,避免了細長滾珠絲杠高速運轉(zhuǎn)時出 現(xiàn)的種種問題。螺母慣性小、運動靈活,可實現(xiàn)的轉(zhuǎn)速高。5 進一步提高滾珠絲杠的制造質(zhì)量。通過采用上述種種措施后,可在一定程度上克服傳統(tǒng)滾珠絲杠存在 的一些問題。日本和瑞士在滾珠絲杠高速化方面一直處于國際領(lǐng)先地位,其最大快速移動速度可達 60m/ min ,個別情況下甚至可達 90m/min,加速度可達 15m/s2。由于滾珠絲杠歷史悠久、工藝成熟、應(yīng)用廣 泛、成本較低

39、,因此在中等載荷、進給速度要求并不十分高、行程范圍不太大 (小于 45m 的一般高速 加工中心和其他經(jīng)濟型高速數(shù)控機床上仍然經(jīng)常被采用。8.2.3 靜壓蝸桿 蝸母條傳動液體靜壓蝸桿 蝸母條機構(gòu)是在蝸桿 蝸母條的嚙合齒面注入壓力油, 以形成一定厚度的油膜, 使兩嚙合 齒面間成為液體摩擦,其工作原理如圖 8-9所示。靜壓蝸桿 蝸母條傳動由于既有純液體摩擦的特點, 又有蝸桿 蝸母條機械結(jié)構(gòu)上的特點, 因此特別適合 于重型機床進給驅(qū)動系統(tǒng)。其主要特點有: 1 摩擦阻力小。起動摩擦因數(shù)可小至 0.0005,功率消耗少,傳動效率高,可達 94%98%,在低速下也 很平穩(wěn)。2 壽命長,精度保持好。3 抗振性

40、能好。4 軸向剛度大。5 蝸母條可無限接長,適合長行程運動部件。8.2.4 預(yù)加載荷雙齒輪齒條傳動8.2.4 預(yù)加載荷雙齒輪齒條傳動工作行程很大的大型數(shù)控機床通常采用齒輪齒條來實現(xiàn)進給運動。進給力不大時,可以采用類似于圓柱 齒輪傳動中的雙薄片齒輪結(jié)構(gòu),通過錯齒的方法來消除間隙;當(dāng)進給力較大時,通常采用雙厚齒輪的傳 動結(jié)構(gòu)。圖 8-10是雙厚齒輪的傳動結(jié)構(gòu)圖。進給運動由軸 2輸入,通過兩對斜齒輪將運動傳給軸 1和軸 3,然后由兩個直齒輪 4和 5去傳動齒條,帶動工作臺移動。軸 2上面兩個斜齒輪的螺旋線的方向相反。 如果通過彈簧在軸 2上用一個軸向力 F , 使斜齒輪產(chǎn)生微量的軸向移動, 這時軸

41、1和軸 3便以相反的方向 轉(zhuǎn)過微小的角度,使齒輪 4和 5分別與齒條的兩齒面貼緊,消除了間隙。8.2.5 直線電動機傳動隨著現(xiàn)代切削技術(shù)的發(fā)展,高速切削和超高速切削技術(shù)日趨成熟。高速切削時,隨著主軸轉(zhuǎn)速的提高, 進給速度也必須大幅度地提高。傳統(tǒng)的滾珠絲杠副傳動機構(gòu)最大進給速度可達 60m/min左右,而直線電 動機驅(qū)動系統(tǒng)進給速度可達 100m/min以上。由于直線電動機驅(qū)動有無間隙、慣性小、剛度較大而無磨 損、定位精度和跟蹤精度高以及行程不受限制等優(yōu)點,現(xiàn)己得到愈來愈廣泛的應(yīng)用。直線電動機的基本 結(jié)構(gòu)與普通旋轉(zhuǎn)電動機相似,如圖 8-11所示。 1-導(dǎo)軌系統(tǒng) 2-籠型次級繞組 (定子 3-三相

42、初級繞組 (轉(zhuǎn)子 4-直線行程測量系統(tǒng)直線電動機的原理并不復(fù)雜。設(shè)想把一臺旋轉(zhuǎn)電動機沿著半徑的方向剖開,并且展平,就成了一臺直線 電動機。在直線電動機中,相當(dāng)于旋轉(zhuǎn)電動機定子的,叫初級;相當(dāng)于旋轉(zhuǎn)電動機轉(zhuǎn)子的,叫次級,初 級中通以交流電,次級就在電磁力的作用下沿著初級做直線運動。直線電動機既可以把初級做得很長 (即 初級固定,次級移動 ,也可以把次級做得很長 (即次級固定,初級移動 。直線電動機有多種類型,按結(jié)構(gòu)形式可分為扁平型、管型、圓盤型和圓弧型。按工作原理可分為交流直 線感應(yīng)電動機、交流直線同步電動機、直線直流電動機和直線步進電動機。直線電動機的優(yōu)點是:1 出色的動態(tài)響應(yīng)和非常高的移動速

43、度。2極好的精度(納米級。3安裝簡單。為了減小電動機發(fā)熱對機械的影響,電動機采用了特殊的冷卻方式,即雙冷卻回路:主冷卻回路和精密 冷卻回路。盡管直線電動機有諸多優(yōu)點,但是只有在機械計適應(yīng)高速、高加速度運行要求的前提下,它的優(yōu)勢才能 發(fā)揮出來。所以設(shè)計的需要注意:1盡量減輕移動的質(zhì)量。因為是直接驅(qū)動,所以直線電動機對負載更加敏感,因而在設(shè)計時,在設(shè)定目 標速度和加速度時,要充分考慮負載2 良好的基礎(chǔ) (地基 。3 良好的機床剛性,較高的固有頻率。4 整體結(jié)構(gòu)具有較高的阻尼系數(shù)。5 初級、次級之間的引力:通常這個引力是電動機額定推力的 23倍,選擇直線導(dǎo)軌時需要考慮。6 暴露的磁場。在有鐵屑產(chǎn)生的

44、加工環(huán)境,需要很好地防護。7 動力 /信號電纜。要能滿足高速、高加速度運行的要求。8 緊急停車。應(yīng)具有安全可靠的制動裝置。9 動態(tài)剛性。要求驅(qū)動與電動機能良好地配合。10 電動機熱保護。水冷散熱,雙回路 (主冷卻和精密冷卻 。8.2.6 進給伺服系統(tǒng)的常見故障及診斷方法進給伺服系統(tǒng)的常見故障有以下幾種:當(dāng)進給運動超過由軟件設(shè)定的軟限位或由限位開關(guān)設(shè)定的硬限位時,就會發(fā)生超程報警,一般會在 CRT 上顯示報警內(nèi)容,根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)說明書,即可排除故障,解除報警。當(dāng)進給運動的負載過大,頻繁正、反向運動以及傳動鏈潤滑狀態(tài)不良時,均會引起過載報警。一般會在 C RT 上顯示伺服電動機過載、過熱或過流等報警

45、信息。同時,在強電柜中的進給驅(qū)動單元上、指示燈或數(shù) 碼管會提示驅(qū)動單元過載、過電流等信息。在進給時出現(xiàn)竄動現(xiàn)象:測速信號不穩(wěn)定,如測速裝置故障、測速反饋信號干擾等;速度控制信號 不穩(wěn)定或受到干擾;接線端子接觸不良,如螺釘松動等。當(dāng)竄動發(fā)生在由正方向運動與反向運動的換 向瞬間時,一般是由于進給傳動鏈的反向間隙或伺服系統(tǒng)增益過大所致。發(fā)生在起動加速段或低速進給時,一般是由于進給傳動鏈的潤滑狀態(tài)不良、伺服系統(tǒng)增益低及外加負載 過大等因素所致。 尤其要注意的是:伺服電動機和滾珠絲杠聯(lián)接用的聯(lián)軸器,由于聯(lián)接松動或聯(lián)軸器本 身的缺陷,如裂紋等,造成滾珠絲杠轉(zhuǎn)動與伺服電動機的轉(zhuǎn)動不同步,從而使進給運動忽快忽

46、慢,產(chǎn)生 爬行現(xiàn)象。機床以高速運行時,可能產(chǎn)生振動,這時就會出現(xiàn)過流報警。機床振動問題一般屬于速度問題,所以就 應(yīng)去查找速度環(huán);而機床速度的整個調(diào)節(jié)過程是由速度調(diào)節(jié)器來完成的,即凡是與速度有關(guān)的問題,應(yīng) 該去查找速度調(diào)節(jié)器,因此振動問題應(yīng)查找速度調(diào)節(jié)器。主要從給定信號、反饋信號及速度調(diào)節(jié)器本身 這三方面去查找故障。數(shù)控系統(tǒng)至進給驅(qū)動單元除了速度控制信號外,還有使能控制信號,一般為 DC+24V繼電器線圈電壓。 伺服電動機不轉(zhuǎn),常用診斷方法有:檢查數(shù)控系統(tǒng)是否有速度控制信號輸出;檢查使能信號是否接 通。通過 CRT 觀察 I/O狀態(tài),分析機床 PLC 梯形圖 (或流程圖 ,以確定進給軸的起動條件

47、,如潤滑、冷 卻等是否滿足;對帶電磁制動的伺服電動機,應(yīng)檢查電磁制動是否釋放;進給驅(qū)動單元故障;伺 服電動機故障。當(dāng)伺服軸運動超過位置允差范圍時,數(shù)控系統(tǒng)就會產(chǎn)生位置誤差過大的報警,包括跟隨誤差、輪廓誤差 和定位誤差等。主要原因有:系統(tǒng)設(shè)定的允差范圍小;伺服系統(tǒng)增益設(shè)置不當(dāng);位置檢測裝置有 污染;進給傳動鏈累積誤差過大;主軸箱垂直運動時平衡裝置 (如平衡液壓缸等 不穩(wěn)。在數(shù)控機床的進給傳動鏈中,常常由于傳動元件的鍵槽與鍵之間的間隙使傳動受到破壞,因此,除了在 設(shè)計時慎重選擇鍵聯(lián)結(jié)機構(gòu)之外,對加工和裝配必須進行嚴查。在裝配滾珠絲杠時應(yīng)當(dāng)檢查軸承的預(yù)緊 情況,以防止?jié)L珠絲杠的軸向竄動,因為游隙也是

48、產(chǎn)生明顯傳動間隙的另一個原因。8.2.7 滾珠絲杠副的常見故障及排除方法表 8-2 滾珠絲杠副的常見故障及排除方法序號故障現(xiàn)象 故障原因 排除方法絲杠支承軸承的壓蓋壓合情況不好 調(diào)整軸承壓蓋,使其壓緊軸承端面 絲杠支承軸承可能破裂 如軸承破損,更換新軸承電動機與絲杠聯(lián)軸器松動 擰緊聯(lián)軸器鎖緊螺釘絲杠潤滑不良 改善潤滑條件,使?jié)櫥土砍渥?1 滾珠絲杠副噪聲滾珠絲杠副滾珠有破損 更換新滾珠軸向預(yù)加載荷太大 調(diào)整軸向間隙和預(yù)加載荷絲杠與導(dǎo)軌不平行 調(diào)整絲杠支座位置,使絲杠與導(dǎo)軌平行 螺母軸線與導(dǎo)軌不平行 調(diào)整螺母座的位置2 滾珠絲杠運動不靈活絲杠彎曲變形 調(diào)整絲杠3 滾珠絲杠潤滑狀況不良 檢查各絲

49、杠副潤滑 用潤滑脂潤滑的絲杠,需移動工作臺, 取下罩套,涂上潤滑脂8.2.8 進行系統(tǒng)故障維修 8例例 358.頻繁出現(xiàn) 113、 111、 112、 114號報警的故障維修故障現(xiàn)象:1984年從德國進口的臥式加工中心,設(shè)備長期運行都比較正常。直到 1990年 5月,機床因 頻繁出現(xiàn) 113號 NC 報警,間或出現(xiàn) 111、 112、 114號報警而使機床停機。分析及處理過程:從上述報警號可以斷定,故障發(fā)生在 Y 軸,進而從機床操作手冊中找出這幾個報警號的解釋:113是輪 廓誤差監(jiān)視, 111是靜態(tài)誤差監(jiān)視, 112是給定速度太高, 114是監(jiān)視測量系統(tǒng)硬件。上述報警出現(xiàn),表 示機床發(fā)生下列故

50、障:113號報警的出現(xiàn),提示正在運動軸的實際位置超出了 TEN 346機床參數(shù)規(guī)定的 公差帶; 111號報警,提示坐標軸定位時的實際位置與給定位置之差,超過 TEl01規(guī)定的準停極限:112或 114報警,是由于要消除誤差,調(diào)整 NC 運動速度而引起。Y 軸是一個閉環(huán)位置控制系統(tǒng),與其他軸的不同之處是:為抵消主軸箱的重量, Y 軸增加了一套液壓平衡 系統(tǒng);且 Y 軸的伺服電動機具有斷電制動功能。Y 軸控制系統(tǒng)大致可分為:NC 系統(tǒng) (SINUMERIK8系統(tǒng) 、光柵位置檢測系統(tǒng) (HEIDENHAIN 公司的 LSl0 7光柵 、速度調(diào)節(jié)系統(tǒng) (1NDRAMAT伺服系統(tǒng) 和機械 (包括液壓 系

51、統(tǒng) 4部分。這 4部分中哪個系統(tǒng)出現(xiàn) 故障,都會影響到機床運動誤差,從而導(dǎo)致機床報警。我們檢修機床是按逐一否定法進行的。具體做法是,把各種故障因素中懷疑最大的,先作為故障環(huán)節(jié)對 待,其他部位則暫定完好無故障。對有懷疑的環(huán)節(jié)先進行全面檢查,直至排除所有故障疑點后,將此定 為無故障環(huán)節(jié),再尋求下一個故障環(huán)節(jié),直至排除。以此類推,直到機床全部運行完好。在 Y 軸閉環(huán)位置控制的 4大系統(tǒng)中,由于 NC 系統(tǒng)檢修比較復(fù)雜,更換組件時又會造成 RAM 存儲器中的 數(shù)據(jù)丟失,因此必須做好重新輸入數(shù)據(jù)的準備,否則很難恢復(fù)機床的原有功能。通常這部分留待最后解 決。速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)出現(xiàn)故障引起報警,常常是由于驅(qū)動電動

52、機轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定造成的。這部分檢修最簡單的 辦法是更換速度調(diào)節(jié)器和伺服電動機。 如果沒有備件, 可用 X 軸的調(diào)節(jié)器和電動機替換 (因 X 軸是正常的 。 換用時要注意調(diào)節(jié)器調(diào)零。用 X 軸的調(diào)節(jié)器和電動機時,要把 Y 軸調(diào)節(jié)器的編程板換到 X 軸調(diào)節(jié)器上; 由于 X 軸電動機無制動裝置,更換電動機時要把主軸箱支撐好,開機后再去掉支撐。經(jīng)交換檢查電器系 統(tǒng)和光柵位置檢測系統(tǒng)正常。問題可能在機械 (包括液壓 系統(tǒng)方面。這部分涉及的零件較多,能直接影響運動誤差的有液壓平衡系統(tǒng)、絲杠螺母間隙、絲杠預(yù)拉伸力、主軸 箱與導(dǎo)軌的縱、橫向間隙等。這方面的檢修我們采取先易后難的原則進行。(1拆卸平衡液壓缸,清洗調(diào)

53、整液壓閥 Y 軸主軸箱的液壓平衡系統(tǒng)如圖 8-12所示。液壓平衡力的大小及 其變化,直接影響著驅(qū)動電動機的工作電流及運動誤差。檢查平衡力是否合適,最有效的辦法是檢查驅(qū) 動電動機的電流。 平衡良好時, 機床主軸箱上升和下降時的電動機電流值相差不大。 當(dāng)機床用 100%快速 上升時,電動機電流達 4.6A 左右,以同樣速度下降時平衡液壓缸的第二級液壓缸工作,電動機電流就由 5A 突然上升到 89A 。拆下電動機,用轉(zhuǎn)矩扳手轉(zhuǎn)動絲杠,當(dāng)轉(zhuǎn)矩值在正常范圍,且上升時的轉(zhuǎn)矩略大 于下降時的轉(zhuǎn)矩,則說明下降時電動機電流增大的原因,是由于小液壓缸工作時回油不暢造成的。進一 步分析,回油不暢與調(diào)壓閥、溢流閥和液

54、壓缸有關(guān)。在沒有平衡液壓缸具體結(jié)構(gòu)圖的情況下,為了進一 步核算平衡力和完善資料,我們對液壓缸進行了拆卸測繪。與此同時,為排除油路堵塞的可能性,對調(diào) 壓閥和溢流閥進行了清洗,對壓力進行了重新調(diào)整。1 檢查蓄能器充氮壓力。蓄能器的壓力直接影響快速運動時液壓缸的壓力穩(wěn)定。檢修前,應(yīng)先檢查蓄能 器的壓力是否符合圖樣要求,經(jīng)檢查現(xiàn)有壓力只有 2.8MPa ,遠低于 5MPa 的規(guī)定。于是重新將蓄能器充 到 5MPa ,開車試機,運動狀況沒有改善。2 拆卸液壓缸,清洗調(diào)整液壓閥。拆卸平衡液壓缸之前,為防止電動機制動力不夠而使主軸箱下滑,主 軸箱下面墊一防落支撐。平衡液壓缸是一伸縮式液壓缸,共兩級。第一級液

55、壓缸直徑為 ø105mmø90m m , 第二級液壓缸直徑為 ø65mm-ø36mm, 兩液壓缸的有效工作面積均為 23cm 2, 如按規(guī)定的調(diào)整壓力 5. 5MPa 計算,平衡力為 12400N 。裝好清洗后的液壓缸、調(diào)壓閥和溢流閥,啟動液壓泵,把壓力調(diào)到 5.5 MPa 。用轉(zhuǎn)矩扳手轉(zhuǎn)動絲杠,測得主軸箱上升時轉(zhuǎn)矩略大。故將壓力調(diào)到 5.7MPa 以增加平衡力。這時液 壓缸的回油壓力為 5.9MPa ,裝上電動機試車后,測得電動機上升時的電流為 4.5A ,下降時為 68A,兩 者的差值仍較大。由圖 8-12可知,快速下降時溢流閥參與了增加回油速度的工

56、作,所以壓力不宜調(diào)得太 高,只要調(diào)到稍高于 5.9MPa 即可。我們用 100%快速運動時,壓力調(diào)到 6MPa 測量電動機上升時的電流 為 4.5A ,下降時為 6A 。因兩者相差較小,調(diào)至此壓力是合適的。(2拆裝 Y 軸滾珠絲杠 圖 8-8c 為 Y 軸滾珠絲杠結(jié)構(gòu)圖。滾珠絲杠與螺母間的間隙、絲杠預(yù)拉力的大小都 直接影響著運動誤差,所以決定:調(diào)整滾珠絲杠與螺母達到一定的預(yù)緊力。調(diào)整由于左、右端向心-推力組合軸承的磨損,使絲杠預(yù)拉力為 3000N ,使絲杠伸長 0.02mm ,從而 減小產(chǎn)生的軸向間隙。 1 拆卸步驟:測出滾珠絲杠空載轉(zhuǎn)矩。先起動液壓系統(tǒng),使平衡液壓缸工作,拆下 Y 軸伺服電動

57、機。 用扭力扳手旋轉(zhuǎn)絲杠,沿主軸箱上、中、下不同位置測量 (每隔 200mm 測一次,共測 6點 ,記下主軸 箱在每個位置的上升、下降的轉(zhuǎn)矩,以供重裝時參考。關(guān)閉液壓系統(tǒng),為防止主軸箱下滑,支撐 Y 軸 滑座。拆掉上護板與主軸箱聯(lián)接螺釘,將護板推到上端,用繩拴牢。拆下下護板。由于這臺機床屬 加長導(dǎo)軌, Y 軸滑座的行程為 1250mm ,護板不能從下端拆下,為松開絲杠下端軸承螺母,須將下護板 的下端蓋鋸下來 (為便于維修,可改為拆裝的結(jié)構(gòu) ,將下護板向上推至主軸箱,并用繩子拴牢。用自制 專用扳手松開上、下絲杠軸承螺母 (先松防松螺母 。旋轉(zhuǎn)絲杠頂出上、下向心-推力組合軸承,檢查其 磨損情況。拆

58、除絲杠螺母法蘭的固定螺栓,從上方旋出螺母 (滾珠螺母為內(nèi)循環(huán)雙螺母,上下共 8排 1 76只滾珠 。為便于檢查絲杠與螺母的磨損情況及調(diào)整其間隙,需將上、下軸承座拆除,取出絲杠副。 調(diào)整絲杠與螺母的間隙 (預(yù)緊力 。 為了使絲杠與螺母在最大軸向載荷時不致產(chǎn)生過大的間隙, 應(yīng)對絲杠 和螺母施加一定的預(yù)緊力。預(yù)緊力的大小,一般應(yīng)等于或稍小于最大載荷的 1/3。測量預(yù)緊力則是靠測量 預(yù)緊后增加的摩擦力矩大小來換算, 如:預(yù)緊力為 3000N 時, 經(jīng)換算, 最后的附加摩擦力矩為 0.43Nm 。 亦就是說,如果螺母的力矩是 0.43Nm ,預(yù)緊力即約為 3000N 。預(yù)緊力可通過上、下螺母端面間的墊片 來調(diào)整。2 裝配注意事項:裝配順序基本上是拆卸順序的顛倒。旋上固定絲杠螺母法蘭的固定螺栓,逐步將 螺栓旋緊,最終旋緊要求的力矩為 49N.m ;為便于以后調(diào)整立柱導(dǎo)軌與主軸箱的間隙,暫不裝上、下護 板。絲杠上軸承螺母 (M40x1.5mm的預(yù)緊力矩為 1.5N.m 。經(jīng)計算預(yù)緊力約為 30004000N,按軸預(yù)緊 力不小于絲杠最大軸向載荷的 1/3計算,絲杠最大軸向載荷約為 100