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數控機床機械結構的維修與調整

教學提示：數控機床由于采用了電氣自動控制，其機械結構大為簡化，數控機床加工高精度合格產品，不僅取決于電氣控制的可靠性，還取決于機械結構的平穩性和可靠性、機械零件與裝配的精度。機械故障不僅影響加工零件的誤差和外表質量，還可能引起停機和電氣元件的損壞。經驗說明：數控機床30%以上的故障與機械結構有關，因此，數控機床機械結構的維護、保養、維修和調整應給以足夠的重視。教學要求：了解數控機床主軸的變速方式、主軸部件，常用進給機械結構工作原理，常用自動換刀機構、回轉工作臺的結構；掌握數控機床主軸部件的調整和主傳動系統的常見故障及排除方法，常用進給傳動機械的調整和故障維修方法，自動換刀機構的調整和故障維修方法，液壓與氣動傳動系統的維護和故障排除方法，回轉工作臺的調整和維修。2025/4/522025/4/53第一章緒論7.1數控機床主傳動系統的維修與調整7.2數控機床進給系統維修與調整7.3自動換刀裝置的維修與調整7.4數控機床輔助機構的維修與調整7.4數控機床輔助機構的維修與調整2025/4/54一、主軸變速方式1．無級變速·數控機床一般采用直流或交流主軸伺服電動機實現主軸無級變速。2．分段無級變速(1)帶有變速齒輪的主傳動(見圖7-1a)(2)通過帶傳動的主傳動(見圖7-1b)(3)用兩個電動機分別驅動主軸(見圖7-1c)(4)內裝電動機主軸變速〔如圖7-1d所示〕7.1數控機床主傳動系統的維修與調整2025/4/55二、主軸部件

主軸部件是機床的一個關鍵部件，它包括主軸的支承、安裝在主軸上的傳動零件等。主軸部件質量的好壞直接影響加工質量。無論哪種機床的主軸部件都應滿足下述幾個方面的要求：主軸的回轉精度、部件的結構剛度和抗振性、運轉溫度和熱穩定性以及部件的耐磨性和精度保持能力等。對于數控機床尤其是自動換刀數控機床，為了實現刀具在主軸上的自動裝卸與夾持，還必須有刀具的自動夾緊裝置、主軸準停裝置和主軸孔的清理裝置等結構?！惨弧持鬏S端部的結構形狀圖7-2a為車床主軸端部，卡盤靠前端的短圓錐面和凸緣端面定位，用撥銷傳遞轉矩，卡盤裝有雙頭螺栓，卡盤裝于主軸端部時，螺栓從凸緣上的孔中穿過，轉動快卸卡板將數個螺栓同時栓住，再擰緊螺母將卡盤固牢在主軸端部。主軸為空心，前端有莫氏錐度孔，用以安裝頂尖或心軸。圖7-2b為銑、鏜類機床的主軸端部，銑刀或刀桿在前端7:24的錐孔內定位，由于不能自鎖要用拉桿從主軸后端拉緊，而且由前端的端面鍵傳遞轉矩。2025/4/562025/4/57圖7-2c為外圓磨床砂輪主軸的端部；圖d為內圓磨床砂輪主軸端部；圖e為鉆床與普通鏜桿端部，刀桿或刀具由莫氏錐孔定位，用錐孔后端第一扁孔傳遞轉矩，第二個扁孔用以拆卸刀具。但在數控鏜床上要使用b圖的形式，圖為7:24的錐孔沒有自鎖作用，便于自動換刀時拔出刀具；圖7-2〔f〕為快換鉆套。2025/4/58〔二〕主軸部件的支承1．主軸部件常用滾動軸承的類型圖7-3a為錐孔雙列圓柱滾子軸承，內圈為1：12的錐孔，當內圈沿錐形軸頸軸向移動時，內圈脹大以調整滾道的間隙。滾子數目多，兩列滾子交錯排列，因而承載能力大，剛性好，允許轉速高。它的內、外圈均較薄，因此，要求主軸軸頸與箱體孔均有較高的制造精度，以免軸頸與箱體孔的形狀誤差使軸承滾道發生畸變而影響主軸的旋轉精度。該軸承只能承受徑向載荷。圖7-3b是雙列推力角接觸球軸承，接觸角為60°，球徑小，數目多，能承受雙向軸向載荷。磨薄中間隔套，可以調整間隙或預緊，軸向剛度較高，允許轉速高。該軸承一般與雙列圓柱滾子軸承配套用作主軸的前支承，并將其外圈外徑做成負偏差，保證只承受軸向載荷。2025/4/592025/4/510圖7-3c是雙列圓錐滾子軸承，它有一個公用外圈和兩個內圈，由外圈的凸肩在箱體上軸向定位，箱體孔可以鏜成通孔。磨薄中間隔套可以調整間隙或預緊，兩列滾子的數目相差一個，能使振動頻率不一致，明顯改善了軸承的動態性。這種軸承能同時承受徑向和軸向載荷，通常用作主軸的前支承。2025/4/511圖7-3d為帶凸肩的雙列圓柱滾子軸承，結構上與圖c相似，可用作主軸前支承；滾子作成空心的，保持架為整體結構，充滿滾子之間的間隙，潤滑油由空心滾子端面流向擋邊摩擦處，可有效地進行潤滑和冷卻?？招臐L子承受沖擊載荷時可產生微小變形，能增大接觸面積并有吸振和緩沖作用。

2025/4/512圖7-3e為帶預緊彈簧的圓錐滾子軸承，彈簧數目為16～20根，均勻增減彈簧可以改變預加載荷的大小。2．滾動軸承的精度圖主軸部件所用滾動軸承的精度有高級6〔E〕、精密級5〔D〕、特精級4〔C〕和超精級2〔B〕。前支承的精度一般比后支承的精度高一級，也可以用相同的精度等級。普通精度的機床通常前支承取4〔C〕、5〔D〕級，后支承用5〔D〕、6〔E〕級。特高精度的機床前后支承均用級2〔B〕級精度。2025/4/5133．主軸滾動軸承的配置在實際應用中，數控機床主軸軸承常見的配置有以下三種形式.圖a所示的配置形式能使主軸獲得較大的徑向和軸向剛度，可以滿足機床強力切削的要求，普遍應用于各類數控機床的主軸，如數控車床、數控銑床、加工中心等。這種配置的后支承也可用圓柱滾子軸承，進一步提高后支承徑向剛度。圖b所示的配置沒有圖a所示的主軸剛度大，但這種配置提高了主軸的轉速，適合主軸要求在較高轉速下工作的數控機床。目前，這種配置形式在立式、臥式加工中心機床上得到廣泛應用，滿足了這類機床轉速范圍大、最高轉速高的要求。為提高這種形式配置的主軸剛度，前支承可以用四個或更多個的軸承相組配，后支承用兩個軸承相組配。2025/4/5142025/4/515圖c所示的配置形式能使主軸承受較重載荷(尤其是承受較強的動載荷)，徑向和軸向剛度高，安裝和調整性好。但這種配置相對限制了主軸最高轉速和精度，適用于中等精度、低速與重載的數控機床主軸。2025/4/516為提高主軸組件剛度，數控機床還常采用三支承主軸組件。尤其是前后軸承間跨距較大的數控機床，采用輔助支承可以有效地減少主軸彎曲變形。三支承主軸結構中，一個支承為輔助支承，輔助支承可以選為中間支承，也可以選為后支承。輔助支承在徑向要保存必要的游隙，防止由于主軸安裝軸承處軸徑和箱體安裝軸承處孔的制造誤差(主要是同軸度誤差)造成的干預。輔助支承常采用深溝球軸承。2025/4/5174．主軸滾動軸承的預緊

所謂軸承預緊，就是使軸承滾道預先承受一定的載荷，不僅能消除間隙而且還使滾動體與滾道之間發生一定的變形，從而使接觸面積增大，軸承受力時變形減少，抵抗變形的能力增大。

(1)軸承內圈移動

如圖7-5所示，這種方法適用于錐孔雙列圓柱滾子軸承。圖a的結構簡單，但預緊量不易控制，常用于輕載機床主軸部件。圖b用右端螺母限制內圈的移動量，易于控制預緊量。圖c在主軸凸緣上均布數個螺釘以調整內圈的移動量，調整方便，但是用幾個螺釘調整，易使墊圈歪斜。圖d將緊靠軸承右端的墊圈做成兩個半環，可以徑向取出，修磨其厚度可控制預緊量的大小，調整精度較高，調整螺母一般采用細牙螺紋，便于微量調整，而且在調好后要能鎖緊防松。2025/4/518(2)修磨座圈或隔套

圖7-6a為軸承外圈寬邊相對(背對背)安裝，這時修磨軸承內圈的內側；圖7-6b為外圈窄邊相對(面對面)安裝，這時修磨軸承外圈的窄邊。在安裝時按圖示的相對關系裝配，并用螺母或法蘭蓋將兩個軸承軸向壓攏，使兩個修磨過的端面貼緊，這樣在兩個軸承的滾道之間產生預緊。另一種方法是將兩個厚度不同的隔套放在兩軸承內、外圈之間，同樣將兩個軸承軸向相對壓緊，使滾道之間產生預緊，如圖7-7a、b所示。2025/4/519〔三〕主軸的材料和熱處理主軸材料可根據強度、剛度、耐磨性、載荷特點和熱處理變形大小等因素來選擇。主軸剛度與材質的彈性模量E有關。無論是普通鋼還是合金鋼其E值根本相同。因此，對于一般要求的機床其主軸可用價格廉價的中碳鋼、45鋼，進行調質處理后硬度為22～28HRC；當載荷較大或存在較大的沖擊時，或者精密機床的主軸為減少熱處理后的變形，或者需要作軸向移動的主軸為了減少它的磨損時，那么可選用合金鋼。常用的合金鋼有：40Cr進行淬硬硬度到達40～50HRC，或者用20Cr進行滲碳淬硬使硬度到達56～62HRC。某些高精度機床的主軸材料那么選用38CrMoAl進行氮化處理，使硬度到達850～1000HV。2025/4/520〔四〕主軸的潤滑與冷卻主軸軸承潤滑和冷卻是保證主軸正常工作的必要手段。為了盡可能減少主軸部件溫升引起的熱變形對機床工作精度的影響，通常利用潤滑油循環系統把主軸部件的熱量帶走，使主軸部件與箱體保持恒定的溫度，在某些數控機床上，采用專用的冷卻裝置，控制主軸箱溫升。有些主軸軸承用高級油脂潤滑，每加一次油脂可以使用7～10年。對于某些主軸要采用油氣潤滑、噴注潤滑和突入滾道潤滑等措施，以保證在高速時正常冷卻潤滑效果。2025/4/521三、主軸準停主軸準停功能又稱主軸定位功能(SpindleSpecifiedPositionStop)，即當主軸停止時，控制其停于固定的位置，這是自動換刀所必須的功能。主軸準停可分為機械準停與電氣準停，它們的控制過程是一樣的，機械準停控制過程如圖7-8所示。常用的電氣準停有：磁傳感器主軸準停；編碼器型主軸準停；數控系統控制準停。圖7-8主軸準?？刂茍D四、數控車床主軸部件的結構與調整

1．主軸部件結構

圖7-9是CK7815型數控車床主軸部件結構圖，該主軸工作轉速范圍為15-5000r／min。主軸9前端采用三個角接觸軸承12，通過前支承套14支承，由螺母11預緊。后端采用圓柱滾子軸承15支承，徑向間隙由螺母3和螺母7調整。螺母8和螺母10分別用來鎖緊螺母7和螺母11，防止螺母7和11的回松。帶輪2直接安裝在主軸9上(不卸荷)。同步帶輪1安裝在主軸9后端支承與帶輪之間，通過同步帶和安裝在主軸脈沖發生器4軸上的另一同步帶輪相連，帶動主軸脈沖發生器4和主軸同步運動。在主軸前端，安裝有液壓卡盤或其他夾具。2025/4/5222．主軸部件的拆卸與調整

2025/4/5233)拆下液壓卡盤(圖7-9中未畫出)及主軸后端液壓缸等部件。排盡油管中余油并包扎管口。4)拆下電動機傳動帶及主軸后端帶輪和鍵。5)拆下主軸后端螺母3。6)松開螺釘5，拆下支架6上的螺釘，拆去主軸脈沖發生器(含支架、同步帶)。7)拆下同步帶輪1和后端油封件。8)拆下主軸后支承處軸向定位盤螺釘。9)拆下主軸前支承套螺釘。10)拆下(向前端方向)主軸部件。2025/4/52411)拆下圓柱滾子軸承15和軸向定位盤及油封。12)拆下螺母7和螺母8。13)拆下螺母10和螺母11以及前油封。14)拆下主軸9和前端蓋13。主軸拆下后要輕放，不得碰傷各部螺紋及圓柱外表。15)拆下角接觸球軸承12和前支承套14。

以上各部件、零件拆卸后，應清洗及防銹處理，并妥善存放保管。2025/4/525(2)主軸部件裝配及調整裝配前，各零件、部件應嚴格清洗，需要預先涂油的部件應涂油。裝配設備、裝配工具以及裝配方法，應根據裝配要求及配合部位的性質選取。操作者必須注意，不正確或不標準的裝配方法，將影響裝配精度和裝配質量，甚至損壞被裝配件。對CK7815數控車床主軸部件的裝配過程，可大體依據拆卸順序逆向操作。主軸部件裝配時的調整，應注意以下幾個部位的操作：2025/4/5261)前端三個角接觸球軸承，應注意前面兩個大口向外，朝向主軸前端，后一個大口向里(與前面兩個相反方向)。預緊螺母11的預緊量應適當(查閱制造廠家說明書)，預緊后一定要注意用螺母10鎖緊，防止回松。2)后端圓柱滾子軸承的徑向間隙由螺母3和螺母7調整。調整后通過螺母8鎖緊，防止回松。3)為保證主軸脈沖發生器與主軸轉動的同步精度，同步帶的張緊力應合理。調整時先略略松開支架6上的螺釘，然后調整螺釘5，使之張緊同步帶。同步帶張緊后，再旋緊支架6上的緊固螺釘。2025/4/5274)液壓卡盤裝配調整時，應充分清洗卡盤內錐面和主軸前端外短錐面，保證卡盤與主軸短錐面的良好接觸?？ūP與主軸聯接螺釘旋緊時應對角均勻施力，以保證卡盤的工作定心精度。5)液壓卡盤驅動液壓缸(圖7-9中未畫出)安裝時、應調好卡盤拉桿長度，保證驅動液壓缸有足夠的、合理的夾緊緊行程儲藏量。2025/4/528五、數控銑床主軸部件的結構與調整1．主軸部件結構圖7-10是NT-J320A型數控銑床主軸部件結構圖。該機床主軸可作軸向運動，主軸的軸向運動坐標為數控裝置中的Z軸，軸向運動由直流伺服電動機16，經同步齒形帶輪13、15，同步帶14，帶動絲杠17轉動，通過絲杠螺母7和螺母支承10使主軸套筒6帶動主軸5作軸向運動，同時也帶動脈沖編碼器12，發出反響脈沖信號進行控制。2025/4/529

主軸為實心軸，上端為花鍵，通過花鍵套11與變速箱聯接，帶動主軸旋轉，主軸前端采用兩個特輕系列角接觸球軸承1支承，兩個軸承背靠背安裝，通過軸承內圈隔套2，外圈隔套3和主軸臺階與主軸軸向定位，用圓螺母4預緊，消除軸承軸向間隙和徑向間隙。后端采用深溝球軸承；與前端組成一個相對于套筒的雙支點單固式支承。主軸前端錐孔為7:24錐度，用于刀柄定位。主軸前端端面鍵，用于傳遞銑削轉矩?？鞊Q夾頭18用于快速松、夾緊刀具。2025/4/5302．主軸部件的拆卸與調整(1)主軸部件的拆卸

主軸部件維修拆卸前的準備工作與前述數控車床主軸部件拆卸準備工作相同。在準備就緒后，即可進行如下順序的拆卸工作：1)切斷總電源及脈沖編碼器12以及主軸電動機等電器的線路。2)拆下電動機法蘭盤聯接螺釘。2025/4/5313)拆下主軸電動機及花鍵套11等部件(根據具體情況，也可不拆此局部)。4)拆下罩殼螺釘，卸掉上罩殼。5)拆下絲杠座螺釘。6)拆下螺母支承10與主軸套筒6的聯接螺釘。7)向左移動絲杠7和螺母支承10等部件，卸下同步帶14和螺母支承10處與主軸套筒聯接的定位鎖。2025/4/5328)卸下主軸部件。9)拆下主軸部件前端法蘭和油封。10)拆下主軸套筒。11)拆下圓螺母4和9。12)拆下前后軸承1和8以及軸承隔套2和3。13)卸下快換夾頭18。

拆卸后的零件、部件應進行清洗和防銹處理，并妥善保管存放。

2025/4/533(2)主軸部件的裝配及調整

裝配前的準備工作與前述車床相同。裝配設備，工具及裝配方法根據裝配要求和裝配部位配合性質選取。

裝配順序可大體按拆卸順序逆向操作。機床主軸部件裝配調整時應注意以下幾點：2025/4/5341)為保證主軸工作精度，調整時應注意調整好預緊螺母4的預緊量。2)前后軸承應保證有足夠的潤滑油。3)螺母支承10與主軸套筒的聯接螺釘要充分旋緊。4)為保證脈沖編碼器與主軸的同步精度，調整時同步帶14應保證合理的張緊量。2025/4/535六、主軸部件的維護

數控機床主軸部件是影響機床加工精度的主要部件，它的回轉精度影響工件的加工精度；它的功率大小和回轉速度影響加工效率；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的高回轉精度、剛度、抗振性、耐磨性和低的溫升。在結構上，必須很好地解決刀具和工件的裝夾、軸承的配置、軸承間隙調整和潤滑密封等問題。2025/4/536

主軸的結構根據數控機床的規格、精度采用不同的主軸軸承。一般中、小規格的數控機床的主軸部件多采用成組高精度滾動軸承；重型數控機床采用液體靜壓軸承，高精度數控機床采用氣體靜壓軸承；轉速達20000r／min的主軸采用磁力軸承或氮化硅材料的陶瓷滾珠軸承。2025/4/5371．防泄漏在密封件中，被密封的介質往往是以穿漏、滲透或擴散的形式越界泄漏到密封連接處的彼側。造成泄漏的根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外兩側密封介質的壓力差或濃度差，致使流體向壓力或濃度低的一側流動。圖7-11為臥式加工中心主軸前支承的密封結構。2025/4/538主軸的密封有接觸式和非接觸式密封。圖7-12是幾種非接觸密封的形式。圖中a是利用軸承蓋與軸的間隙密封，軸承蓋的孔內開槽是為了提高密封效果，這種密封用在工作環境比較清潔的油脂潤滑處；圖中b是在螺母的外圓上開鋸齒形環槽，當油向外流時，靠主軸轉動的離心力把油沿斜面甩到端蓋1的空腔內，油液流回箱內；2025/4/5392025/4/5402．刀具夾緊

在自動換刀機床的刀具自動夾緊裝置中，刀具自動夾緊裝置的刀桿常用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，夾緊力達10000N以上。2025/4/541松刀時，通過液壓缸活塞推動拉桿來壓縮碟形彈簧，使夾頭張開，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，把主軸錐孔外表和刀桿的錐柄劃傷，同時保證刀具的正確位置。主軸錐孔的清潔十分重要。2025/4/542七、主傳動鏈的維護1)熟悉數控機床主傳動鏈的結構、性能參數，嚴禁超性能使用。2)主傳動鏈出現不正常現象時，應立即停機排除故障。3)操作者應注意觀察主軸油箱溫度，檢查主軸潤滑恒溫油箱，調節溫度范圍，使油量充足。4)使用帶傳動的主軸系統，需定期觀察調整主軸驅動皮帶的松緊程度，防止因皮帶打滑造成的丟轉現象。2025/4/5435)由液壓系統平衡主軸箱重量的平衡系統，需定期觀察液壓系統的壓力表，當油壓低于要求值時，要進行補油。6)使用液壓撥叉變速的主傳動系統，必須在主軸停車后變速。7)使用嚙合式電磁離合器變速的主傳動系統，離合器必須在低于1～2r/min的轉速下變速。8)注意保持主軸與刀柄連接部位及刀柄的清潔，防止對主軸的機械碰擊。2025/4/5449)每年對主軸潤滑恒溫油箱中的潤滑油更換一次，并清洗過濾器。10)每年清理潤滑油池底一次，并更換液壓泵濾油器。11)每天檢查主軸潤滑恒溫油箱，使其油量充足，工作正常12)防止各種雜質進入潤滑油箱，保持油液清潔。13)經常檢查軸端及各處密封，防止潤滑油液的泄漏。2025/4/54514)刀具夾緊裝置長時間使用后，會使活塞桿和拉桿間的間隙加大，造成拉桿位移量減少，碟形彈簧張閉伸縮量不夠，影響刀具的夾緊，故需及時調整液壓缸活塞的位移量。15)經常檢查壓縮空氣氣壓，并調整到標準要求值；足夠的氣壓才能使主軸錐孔中的切屑和灰塵清理徹底。2025/4/546八、主傳動鏈故障及診斷方法

主傳動鏈常見故障及排除方法如表7-1所示。2025/4/547

表7-1主傳動鏈常見故障診斷及排除方法

2025/4/5482025/4/5492025/4/5502025/4/551

例7-1：加工中心主軸定位不良，引發換刀過程發生中斷。

例7-2：主軸噪聲較大，主軸無載情況下，負載表指示超過40%。

例7-3：機床在工作過程中，主軸箱內機械變檔滑

移齒輪自動脫離嚙合，主軸停轉。

例7-4：主軸高速旋轉時發熱嚴重。2025/4/5527.2數控機床進給系統維修與調整

數控機床的進給傳動系統是伺服系統的重要組成局部，它將伺服電機的旋轉運動或直線伺服電機的直線運動通過機械傳動結構轉化為執行部件的直線或回轉運動。目前，數控機床進給系統中的機械傳動裝置常用的有如下幾種：滾珠絲杠螺母副，導軌滑塊副，靜壓蝸桿——蝸輪條，預加載荷雙齒輪齒條及直線電動機。數控機床進給系統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。2025/4/553

一、滾珠絲杠螺母副

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構形式。按滾珠循環方式分為外循環和內循環。外循環回珠器用插管式的較多，內循環回珠器用腰型槽嵌塊式的較多。

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，因此目前絲杠普遍采用雙圓弧截形。2025/4/554按預加負載形式分，可分為單螺母無預緊、單螺母變位導程預緊、單螺母加大鋼球徑向預緊、雙螺母墊片預緊、雙螺母差齒預緊、雙螺母螺紋預緊。數控機床上常用雙螺母墊片式預緊，其預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點：傳動效率高、靈敏度高、傳動平穩；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用于中小型數控機床的進給傳動系統。在重型數控機床的短行程〔6m以下〕進給系統中也常被采用。2025/4/555〔一〕滾珠絲杠副的安裝安裝方式對滾珠絲杠副承載能力、剛性及最高轉速有很大影響。滾珠絲杠螺母副在安裝時應滿足以下要求：1．滾珠絲杠螺母副相對工作臺不能有軸向竄動；2．螺母座孔中心應與絲杠安裝軸線同心；3．滾珠絲杠螺母副中心線應平行于相應的導軌；4．能方便地進行間隙調整、預緊和預拉伸。2025/4/556常見安裝方式有以下四種情況：(1)固定——自由〔G-Z方式〕如圖7-14的〔a〕所示，僅在一端裝可以承受雙向載荷與徑向載荷的推力角接觸球軸承或滾針/推力圓柱滾子軸承，并進行軸向預緊，另一端完全自由，不做支承。這種支承方式結構簡單，但承載能力較小，適用于低轉速，中精度，絲杠長度、行程不長的短軸向絲杠。2025/4/557(2)固定——支承方式〔G-J方式〕如圖7-14(b)所示，絲桿一端固定，另一端支承。固定端同時承受軸向力和徑向力；支承端只承受徑向力，而且能作微量的軸向浮動，可以減少或防止因絲桿自重而出現的彎曲，同時絲桿熱變形可以自由地向一端伸長。適用于中等轉速、高精度。2025/4/558(3)固定——固定雙推方式〔G-G方式〕如圖7-14(c)所示，絲桿兩端均固定，在兩端都安裝承受雙向載荷與徑向載荷的推力角接觸球軸承或滾針/推力圓柱滾子軸承，并進行預緊，提高絲桿支承剛度，可以局部補償絲桿的熱變形。適用于高轉速、高精度。(4)兩端支承方式〔J-J方式〕如圖7-14〔d〕所示，絲桿兩端均為支承，這種支承方式簡單，但由于支承端只承受徑向力，絲桿熱變形后伸長，將影響加工精度，只適用于中等轉速，中精度的場合。2025/4/559

滾珠絲杠副作為精密、高效、靈敏的傳動元件，除了應采用高精度的絲杠、螺母和滾珠外，還應注意選用軸向剛度高、摩擦力矩小、運轉精度高的軸承。滾珠絲杠支承常用雙向推力角接觸球軸承、圓錐滾子軸承、滾針和推力滾子組合軸承、深溝球軸承和推力球軸承等。2025/4/560目前，滾珠絲杠支承采用最多的是60°接觸角的單列推力角接觸球軸承，與一般角接觸球軸承相比軸向剛度提高兩倍以上，而且產品在出廠時已選配好內外環的厚度，裝配調試時只要用螺母和端蓋將內外環壓緊，就能獲得出廠時已調整好的預緊力，使用方便。購置時，滾珠絲杠副的端部需按設計要求向廠家預定，可以加工出軸肩或螺紋。2025/4/561〔二〕滾珠絲杠副的預緊

滾珠絲杠副預緊的目的是為了消除絲杠與螺母之間的間隙和施加預緊力，以保證滾珠絲杠反向傳動精度和軸向剛度。

在數控機床進給系統中使用的滾珠絲杠螺母副的預緊方法有修磨墊片厚度、鎖緊雙螺母消隙、齒差式調整方法等。廣泛采用的是雙螺母結構消隙。2025/4/5621．修磨墊片消隙式

如圖7-15所示。

通過調整墊片厚度使左右兩螺母產生軸向位移，即可消除絲杠螺母間的間隙并產生預緊力。這種方法結構簡單，但調整不方便，當滾道有磨損時不能隨時消除間隙和進行預緊。2025/4/5632．鎖緊雙螺母消隙式

如圖7-16所示。

用兩個鎖緊螺母調整絲杠螺母的預緊量。這種方式簡便易行，但不易精確調整預緊量。2025/4/5643．齒差消隙式如圖7-17所示。在兩個螺母的凸緣上各制有圓柱外齒輪，分別與緊固在螺母座兩端的內齒圈相嚙合，其齒數分別為和，并相差一個齒。調整時，先取下內齒圈，讓兩個螺母相對于螺母座同方向轉動一個齒〔那么螺母1沿軸向移動，螺母2移動〕，然后插上內齒輪，再將內齒輪緊固，那么兩個螺母便產生相對軸向位移，位移量為〔為絲杠導程〕。這種方式結構比較復雜、尺寸較大，但調整精確可靠，宜用于高精度的傳動機構。2025/4/565〔三〕滾珠絲杠副的潤滑及防護裝置

滾珠絲杠副在工作狀態下，必須潤滑，以保證其充分發揮機能。潤滑方式主要有以下兩種：潤滑脂、潤滑油。潤滑脂的給脂量一般是螺母內部空間容積的1/3，某些生產廠家在裝配時螺母內部已加注潤滑脂。而潤滑油的給油量隨行程、潤滑油的種類、使用條件等的不同而不同。2025/4/566滾珠絲杠副與滾動軸承一樣，如果污物及異物進入就很快使它磨損，因此考慮油污物異物〔切削〕進入時，必須采用防塵裝置，將絲杠軸完全保護起來。防塵裝置可采用可隨移動部件移動而收展的鋼制蓋板或柔性卷簾。2025/4/567

二、導軌滑塊副

導軌主要用來支承和引導運動部件沿一定的軌道運動，從而保證各部件的相對位置和相對位置精度。導軌在很大程度上決定了數控機床的剛度、精度和精度保持性，所以數控機床要求導軌的導向精度要高，耐磨性要好，剛度要大和良好的磨擦特性。

導軌副按接觸面的摩擦性質可以分為滑動導軌、靜壓導軌和滾動導軌。2025/4/5681．滑動導軌

滑動導軌分為金屬對金屬的一般類型的導軌和金屬對塑料的塑料導軌兩類。金屬對金屬型式，靜摩擦系數大，動摩擦系數隨速度變化而變化，在低速時易產生爬行現象。塑料導軌有聚四氟乙烯導軌軟帶和環氧性耐磨導軌涂層兩種。塑料導軌的缺點是耐熱性差、導熱率低、熱膨脹系數比金屬大、在外力作用下易產生變形、剛性差、吸濕性大、影響尺寸穩定性。2025/4/5692．靜壓導軌

液體靜壓導軌指壓力油通過節流器進入兩相對運動的導軌面，所形成的油膜使兩導軌面分開，保證導軌面在液體摩擦狀態下工作。有很強的吸振性，導軌運動平穩，無爬行。應用在高精度、高效率的大型、重型數控機床上。液體靜壓導軌的結構型式可分為開式和閉式兩種。2025/4/570

圖7-18為開式靜壓導軌工作原理圖。對于閉式液體靜壓導軌，其導軌的各個方向導軌面上均開有油腔，所以閉式導軌具有承受各方向載荷的能力，且其導軌保持平衡性較好。除液體靜壓導軌外還有氣體靜壓導軌，又稱氣墊導軌。其摩擦因數比液體靜壓導軌還小。2025/4/5713．滾動導軌

滾動導軌是在導軌面間放置滾珠、滾柱、滾針等滾動體，使導軌面間的摩擦為滾動摩擦，滾動導軌具有運動靈敏度高、定位精度高、精度保持性好和維修方便的優點。圖7-19為直線滾動導軌外形圖。2025/4/572滾動導軌副按結構形式可分為滾動導軌和滾柱導軌塊兩種。其中滾動導軌多用于中、小型數控機床中。滾動導軌副按形狀可分為滾動直線導軌副、滾動圓弧導軌副。滾動直線導軌副按導軌與滑塊的關系分為整體型和別離型導軌副。按導軌副中是否就有帶球保持器分為普通型和低噪音型滾動直線導軌。2025/4/5734．滾動導軌的安裝、預緊

直線滾動導軌副的安裝固定方式主要有螺釘固定、壓板固定、定位銷固定和斜楔塊固定，如圖7-20所示。直線滾動導軌的安裝形式可以水平、豎直或傾斜，可以兩根或多根平行安裝，也可以把兩根或多根短導軌接長，以適應各種行程和用途的需要。2025/4/574圖7-20a為用緊定螺釘頂緊然后再用螺釘固定；圖7-20b為用壓板頂緊，也可在壓板上再加緊固螺釘；圖7-20c中導軌的側基面是裝配式，工藝性較好：圖7-20d為用楔塊頂緊；圖7-20e為在同一平面內平行安裝兩副導軌，該方法適用于有沖擊和振動，精度要求較高的場合；數控機床滾動導軌的安裝，多數采用此方法。2025/4/575導軌安裝步驟如下：1)將導軌基準面緊靠機床裝配外表的側基面，對準螺孔，將導軌輕輕地用螺栓予以固定。2)上緊導軌側面的頂緊裝置，使導軌基準側面緊靠貼床身的側面。3)按表7-2的參考值，用力矩扳手擰緊導軌的安裝螺釘；從中間開始按交叉順序向兩端擰緊。2025/4/576滑塊座安裝步驟如下：1)將工作臺置于滑塊座的平面上，并對準安裝螺釘孔，輕輕地壓緊。2)擰緊基準側滑塊座側面的壓緊裝置，使滑塊座基準側面緊緊靠貼工作臺的側基面。3)按對角線順序擰緊基準側和非基準側滑塊座上各個螺釘。安裝完畢后，檢查其全行程內運行是否輕便、靈活，有無打頓、阻滯現象；摩擦阻力在全行程內不應有明顯的變化。到達上述要求后，檢查工作臺的運行直線度、平行度是否符合要求。2025/4/577導軌預緊是為了提高滾動導軌的剛度。預緊可提高接觸剛度和消除間隙；在立式導軌上，預緊可防止滾動體脫落和歪斜。常見的預緊方式有采用過盈配合和調整法兩種?！?〕采用過盈配合：預加載荷大于外加載荷，預緊力產生過盈量2~3um，過大會使牽引力增加。假設運動部件較重，其重力可起預加載荷的作用。假設剛度滿足要求，可不施預加載荷。〔2〕調整法：利用螺釘、斜塊或偏心輪調整來進行預緊。圖7-21為滾動導軌的預緊方法。2025/4/578

三、靜壓蝸桿—蝸輪齒條傳動

靜壓蝸桿—蝸輪齒條是一種精密傳動副，用于將回轉運動轉變為直線位移。

流體靜壓蝸桿蝸輪齒條的工作原理如圖7-22所示，圖中油腔開在蝸輪上，用毛細管節流的定壓供油方式給該機構提供壓力油。從液壓泵輸出的壓力油，經過蝸桿螺紋內的毛細管節流器，分別進入蝸桿—蝸輪齒條的兩側面油腔內，然后經過嚙合面之間的間隙，再進入齒頂與齒根的間隙，壓力降為零，流回油箱。2025/4/579

四、預加載荷雙齒輪齒條

工作行程很大的大型數控機床通常采用齒輪齒條來實現進給運動。圖7-23是雙厚齒輪的傳動結構圖。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，帶開工作臺移動。軸2上兩個斜齒輪的螺旋線的方向相反。如果通過彈簧在軸2上作用一個軸向力F，使斜齒輪產生微量的軸向移動，這時軸1和軸3便以相反的方向轉過微小的角度，使齒輪4和5分別與齒條的兩齒面貼緊，消除了間隙。2025/4/580

五、直線電動機傳動

直線電動機的工作原理與旋轉電動機沒有本質區別，可將其視為旋轉電動機沿圓周方向拉伸展平的產物，如圖7-24所示，對應于旋轉電動機的定子局部，稱為直線電動機的初級；對應于旋轉電動機的轉子局部，稱為直線電動機的次級。當多相交變電流通過多相對稱繞組時，就會在直線電動機初級和次級之間的氣隙中產生一個行波磁場，從而使初級和次級之間相對移動。當然，二者之間也存在下一個垂直力，可以是吸引力，也可以是推斥力。2025/4/581直線電動機可以分為步進直線電動機、直流直線電動機和交流直線電動機三大類。在機床上主要使用交流直線電動機。在結構上，可以有如圖7-25所示的短次級和短初級兩種形式。為了減小發熱量和降低本錢，高速機床用直線電動機一般采用圖7-25b所示的短初級和動次級結構。2025/4/582在勵磁方式上，交流直線電動機可以分為永磁(同步)式和感應(異步)式兩種。永磁式直線電動機的次級是一塊一塊鋪設的永久磁鋼，其初級是含鐵心的三相繞組。感應式直線電動機的初級和永磁式直線電動機的初級相同，而次級是用自行短路的不饋電柵條來代替永磁式直線電動機的永久磁鋼。永磁式直線電動機在單位面積推力、效率、可控性等方面均優于感應式直線電動機，但其本錢高，工藝復雜，而且給機床的安裝、使用和維護帶來不便。感應式直線電動機在不通電時是沒有磁性的，因此有利于機床的安裝、使用和維護。2025/4/583六、進給傳動系統常見故障診斷及維修

1．表7-3、7-4分別例舉了絲杠、導軌在使用過程中常見的的故障、故障原因及維修方法。2．進給傳動系統常見故障診斷及維修實例2025/4/584例7-5：一臺數控車床，加工零件時，常出現徑向尺寸忽大忽小的故障例7-6：TH6363臥式加工中心，Y軸導軌潤滑缺乏例7-7：某加工中心運行時，工作臺X軸方向位移接近行程終端過程中產生明顯的機械振動故障，故障發生時系統不報警。例7-8：X軸電動機過熱報警例7-9：某加工中心采用直線滾動導軌，安裝后用扳手轉動滾珠絲杠進行手感檢查，發現工作臺X軸方向移動過程中產生明顯的機械干預故障，運動阻力很大。

2025/4/585例7-10：其配套西門子公司生產的SINUMEDIK8MC的數控裝置的數控鏜銑床，機床Z軸運行〔方滑枕為Z軸〕抖動，瞬間即出現123號報警；機床停止運行。例7-11：某加工中心運行九個月后，發生Z軸方向加工尺寸不穩定，尺寸超差且無規律，CRT及伺服放大器無任何報警顯示。例7-12：某臥式加工中心出現ALM421報警，即Y軸移動中的位置偏差量大于設定值而報警。例7-13：絲杠竄動引起的故障維修

2025/4/586七、自動換刀裝置故障診斷與維修實例

例7-14：一臺配套FANUC0MC系統，型號為XH754的數控機床，刀庫在換刀過程中不停轉動。2025/4/587例7-15：一臺配套FANUC0MC系統，型號為XH754的數控機床，在換刀過程中，主軸上移至刀爪時，刀庫刀爪有錯動，拔插刀時，有明顯聲響，似乎卡滯。

2025/4/588例7-16：某數控機床的換刀系統在執行換刀指令時不動作，機械臂停在行程中間位置上，CRT顯示報警號，查閱手冊得知該報警號表示：換刀系統機械臂位置檢測開關信號為“0〞及“刀庫換刀位置錯誤〞。2025/4/589例7-17換刀臂平移至C時，無拔刀動作。圖7-33b為某立式加工中心自動換刀控制示意圖。2025/4/590

7.3自動換刀裝置的維修與調整

為進一步提高數控機床的加工效率，數控機床正向著工件在一臺機床一次裝夾即可完成多道工序或全部工序加工的方向開展，因此出現了各種類型的加工中心機床，如車削中心、鏜銑加工中心、鉆削中心等。各類數控機床的自動換刀裝置的結構取決于機床的類型、工藝范圍、使用刀具的種類和數量。數控機床常用的自動換刀裝置的類型、特點、適用范圍見表7-5。2025/4/591一、排刀式刀架

排刀式刀架一般用于小規格數控車床，以加工棒料為主的機床較為常見。刀具典型布置方式如圖7-26所示。這種刀架的特點之一是在使用上刀具布置和機床調整都較方便，可以根據具體工件的車削工藝要求，任意組合各種不同用途的刀具，一把刀完成車削任務后，橫向滑板只要按程序沿X軸向移動預先設定的距離后，第二把刀就到達加工位置，這樣就完成了機床的換刀動作。這種換刀方式迅速省時，有利于提高機床的生產效率。2025/4/592

特點之二是使用如圖7-27所示的快換臺板，可以實現成組刀具的機外預調，即當機床在加工某—工件的同時，可以利用快換臺板在機外組成加工同一種零件或不同零件的排刀組，利用對刀裝置進行預調。當刀具磨損或需要更換加工零件品種時，可以通過更換臺板來成組地更換刀具，從而使換刀的輔助時間大為縮短。2025/4/593特點三是還可以安裝各種不同用途的動力刀具(如圖7-26所示中刀架兩端的動力刀具)來完成一些簡單的鉆、銑、攻螺紋等二次加工工序，以使機床可在一次裝夾中完成工件的全部或大局部加工工序。特點之四是排刀式刀架結構簡單，可在一定程度上降低機床的制造本錢。然而，采用排刀式刀架只適合加工旋轉直徑比較小的工件，只適合較小規格的機床配置。不適用于加工較大規格的工件或細長的軸類零件。一般說來旋轉直徑超過100mm的機床大都不用排刀式刀架，而采用轉塔式刀架。2025/4/594二、經濟型數控車床方刀架

經濟型數控車床方刀架是在普通車床四方刀架的根底上開展的一種自動換刀裝置，功能和普通四方刀架一樣，有四個刀位，能裝夾4把不同功能的刀具，方刀架回轉90°時，刀具交換一個刀位，但方刀架的回轉和刀位號的選擇是由加工程序指令控制。換刀時方刀架的動作順序是：刀架抬起、刀架轉位、刀架定位和夾緊刀架。為完成上述動作要求，要有相應的機構來實現，下面就以WZD4型刀架為例說明其具體結構，如圖7-28所示。2025/4/595

該刀架可以安裝四把不同的刀具，轉位信號由加工程序指定。當換刀指令發出后，小型電動機1起動正轉，通過平鍵套簡聯軸器2使蝸桿軸3轉動，從而帶動蝸輪絲桿4轉動。蝸輪的上部外圓柱加工有外螺紋，所以該零件稱蝸輪絲杠。刀架體7內孔加工有內螺紋，與蝸輪絲杠旋合。蝸輪絲杠內孔與刀架中心軸外圓是滑動配合，在轉位換刀時，中心軸固定不動，蝸輪絲杠環繞中心軸旋轉。當蝸輪開始轉動時，由于在刀架底座5和刀架體7上的端面齒處在嚙合狀態，且蝸輪絲杠軸向固定，這時刀架體7抬起。2025/4/596刀架不定期位出現過位或不到位時，可松開螺母12調好發信體11與電刷14的相對位置。隨夾緊力增加，轉矩不斷增大時，到達一定值時，在傳感器的控制下，電動機1停止轉動。譯碼裝置由發信體11與電刷13、14組成，電刷13負責發信，電刷14負責位置判斷。刀架不定期位出現過位或不到位時，可松開螺母12調好發信體11與電刷14的相對位置。這種刀架在經濟型數控車床及普通車床的數控化改造中得到廣泛的應用。2025/4/597

三、一般轉塔回轉刀架

圖7-29為數控車床的轉塔回轉刀架．它適用于盤類零件的加工。在加工軸類零件時，可以換用四方回轉刀架。由于兩者底部安裝尺寸相同，更換刀架十分方便?；剞D刀架動作根據數控指令進行，由液壓系統通過電磁換向閥和順序閥進行控制，其動作過程分為如下四個步驟：2025/4/598(1)刀架抬起

當數控裝置發出換刀指令后，壓力油從A孔進入壓緊液壓缸的下腔，使活塞1上升，刀架2抬起使定位用活動插銷10與固定插銷9脫開。同時，活塞桿下端的端齒離合器5與空套齒輪7結合。(2)刀架轉位當刀架抬起后，壓力油從c孔進入轉位液壓缸左腔，活塞6向右移動，通過接板13帶動齒條8移動，使空套齒輪7連同端齒離合器5逆時針旋轉60°，實現刀架轉位。活塞行程應當等于齒輪7的節圓周長的1／6，并由限位開關控制。2025/4/599(3)刀架壓緊

刀架轉位后，壓力油從B孔進入壓緊液壓缸的上腔，活塞1帶動刀架2下降。件3的底盤上精確地安裝著6個帶斜楔的圓柱固定插銷9，利用活動銷10消除定位銷與孔之間的間隙，實現反靠定位。當刀架體2下降時，定位活動插銷與另一個固定插銷9卡緊，同時，件3與件4以錐面接觸，刀架在新的位置上定位并壓緊。此時，端面離合器與空套齒輪脫開。(4)轉位液壓缸復位

刀架壓緊后，壓力油從D孔進轉位液壓缸右腔，活塞6帶動齒條復位。由于此時端齒離合器已脫開，齒條帶動齒輪在軸上空轉。如果定位，壓緊動作正常，推桿11與相應的觸頭12接觸，發出信號表示已完成換刀過程，可進行切削加工。2025/4/5100四、刀庫的形式

刀庫用于存放刀具，它是自動換刀裝置中主要部件之一。其容量、布局和具體結構對數控機床的設計有很大影響。根據刀庫存放刀具的數目和取刀方式，刀庫可設計成多種形式。圖7-30所示為常見的幾種刀庫形式。單盤式刀庫圖7-30(a)-(d)存放的刀具數目—般為15-40把，為適應機床主軸的布局，刀庫上刀具軸線可以按不同方向配置，如軸向、徑向或斜向。2025/4/5101圖7-30(d)是刀具可作90°翻轉的圓盤刀庫，采用這種結構可以簡化取刀動作。單盤式的結構簡單，取刀也很方便，因此應用廣泛。當刀庫存放刀具的數目要求較多時，假設仍采用單圓盤刀庫．那么刀庫直徑增加太大而使結構龐大。為了既能增大刀庫容量而結構又較緊湊，研制了各種形式的刀庫。如7-30(e)為鼓輪彈倉式(又稱刺猬式)刀庫，其結構十分緊湊，在相同的空間內，它的刀庫容量最大，但選刀和取刀的動作較復雜。2025/4/5102

圖7-31為鏈式刀庫，其結構有較大的靈活性，圖7-31(a)是某一自動換刀數控鏜銑床所采用的單排鏈式刀庫簡圖，刀庫置于機床立柱側面，可容納45把刀具，如刀具儲存量過大，將使刀庫過高。為了增加鏈式刀庫的儲存量，可采用圖7-31(b)所示的多排鏈式刀庫，我國JCS-013型自動換刀數控鏜銑床采用了四排刀鏈，每排儲存15把刀具；整個刀庫儲存60把刀具。這種刀庫常獨立安裝于機床之外，因此占地面積大；由于刀庫遠離主軸，必須有刀具中間搬運裝置，使整個換刀系統結構復雜。2025/4/5103圖7-31(c)為加長鏈條的鏈式刀庫，采用增加支承鏈輪數目的方法，使鏈條折疊繚繞，提高其空間利用率，從而增加了刀庫的儲存量。此外，還有多盤式和格子式刀庫，如圖7-30(g)、圖7-30(h)所示，這種刀庫雖然儲存量大，但結構復雜．選刀和取刀動作多。故較少采用。2025/4/5104刀庫除了存儲刀具之外，還要能根據要求將各工序所用的刀具運送到取刀位置。刀庫常采用單獨驅動裝置。如圖7-32〔a〕,圖7-32〔b〕所示為圓盤式刀庫的結構圖，可容納40把刀具，圖7-32(a)為刀庫的驅動裝置，由液壓馬達驅動，通過蝸桿4和蝸輪5，端齒離合器2和3帶動與圓盤13相連的軸1轉動。2025/4/5105如圖7-32(b)所示，圓盤13上均布40個刀座9，其外側邊緣上有固定不動的刀座號讀取裝置7。當圓盤13轉動時，刀座號碼板8依次經過刀座號讀取裝置，并讀出各刀座的編號，與輸入指令相比較，當找到所要求的刀座號時，即發出信號，高壓油進入油缸6右腔使端齒離合器2和3脫開，使圓盤13處于浮動狀態。同時油缸12前腔的高壓油通路被切斷，并使其與回油箱連通，在彈簧10的作用下，油缸12的活塞桿帶著定位V形塊14使圓盤13定位，以便換刀裝置換刀。這種裝置比較簡單,但圓盤直徑較大，轉動慣量大，一般這種刀庫多安裝在離主軸較遠的位置，因此，要采用中間搬運裝置來將刀具傳送到換刀位置。2025/4/5106THK6370自動換刀數控臥式鏜銑床采用鏈式刀庫。其結構示意圖如圖7-33a所示。刀庫由45個刀座組成，刀座就是鏈傳動的鏈節，刀座的運動由ZM-40液壓馬達通過減速箱傳到下鏈輪軸上，下鏈輪帶動刀座運動。刀庫運動的速度通過調節ZM-40的速度來實現。刀座的定位用正靠的方法將所要的刀具準確地定位在取刀〔還刀〕位置上。在刀具進入取刀位置之前，刀座首先減速。刀座上的燕尾進入刀庫立柱的燕尾導軌，在選刀與定位區域內，刀座在燕尾導軌內移動，以保持刀具編碼環與選刀器的位置關系的一致性。2025/4/5107五、刀庫的故障

刀庫的主要故障有：刀庫不能轉動或轉動不到位；刀庫的刀套不能夾緊，刀具、刀庫上不到位等。(1)刀庫不能轉動或轉動不到位，刀庫不能轉動的可能原因有：①聯接電動機軸與蝸桿軸的聯軸器松動；②變頻器故障，應查變頻器的輸入輸出電壓正常與否；③PLC無控制輸出，可能是接口板中的繼電器失效；④機械連接過緊或黃油粘澀；⑤電網電壓過低(不應低于370V)。

刀庫轉動不到位的可能原因有：電機轉動故障，傳動機構誤差。2025/4/5108(2)刀套不能夾緊刀具可能原因是刀套上的調整螺母松動，或彈簧太松，造成卡緊力超重，刀具超重。(3)刀套上下不到位可能原因是裝置調整不當或加工誤差過大而造成撥叉位置不正確；因限位開關安裝不準或調整不當而造成反響信號錯誤。(4)刀套不能拆卸或停留一段時間才能拆卸應檢查操縱刀套90°上下的氣缸、氣閥是否松動，氣壓足缺乏，刀套的轉動軸銹蝕等。2025/4/5109六、換刀機械手故障

〔1〕刀具夾不緊可能原因有氣泵氣壓缺乏，增壓漏氣，刀具卡緊氣壓漏氣，刀具松開彈簧上的螺帽松動。例如VMC-65A型加工中心使用半年出現主軸拉刀松動，無任何報警信息。分析主軸拉不緊刀的原因是：①主軸拉刀碟簧變形或損壞；②拉力氣缸動作不到位；③拉釘與刀柄夾頭間的螺紋聯接松動。經檢查，發現拉釘與刀柄夾頭的螺紋聯接松動，刀柄夾頭隨著刀具的插撥發生旋轉，后退了約1.5mm。2025/4/5110該臺機床的拉釘與刀柄夾頭間無任何聯接防松的鎖緊措施。在插拔刀具時，假設刀具中心與主軸錐孔中心稍有偏差，刃柄夾頭與刀柄間就會存在一個偏心摩擦。刀柄夾頭在這種摩擦和沖擊的共同作用下，時間一長，螺紋松動退絲，出現主軸拉不住刀的現象。假設將主軸拉釘和刀柄夾頭的螺紋聯接用螺紋鎖固密封膠鎖固及鎖緊螺母鎖緊后，故障消除。(2)刀具夾緊后松不開可能原因有松鎖刀的彈簧壓合過緊，應調節松鎖刀彈簧上的螺釘，使最大載荷不超過額定數值。2025/4/5111(3)刀具從機械手中脫落

應檢查刀具是否超重，機械手卡緊鎖是否損壞或沒有彈出來。(4)刀具交換時掉刀

換刀時主軸箱沒有回到換刀點或換刀點漂移，機械手抓刀時沒有到位，就開始拔刀，都會導致換刀時掉刀。這時應重新操作主軸箱運動，使其回到換刀點位置，重新設定換刀點。(5)機械手換刀速度過快或過慢

可能是因氣壓太高或太低和換刀氣閥節流開口太大或太小。應調整氣壓大小和節流閥開口的大小。下面通過一個典型例子說明如何從換刀裝置的結構、換刀過程來分析和判斷換刀過程中出現的故障。2025/4/5112七、自動換刀裝置故障診斷與維修實例

例7-14：一臺配套FANUC0MC系統，型號為XH754的數控機床，刀庫在換刀過程中不停轉動。2025/4/5113例7-15：一臺配套FANUC0MC系統，型號為XH754的數控機床，在換刀過程中，主軸上移至刀爪時，刀庫刀爪有錯動，拔插刀時，有明顯聲響，似乎卡滯。

2025/4/5114例7-16：某數控機床的換刀系統在執行換刀指令時不動作，機械臂停在行程中間位置上，CRT顯示報警號，查閱手冊得知該報警號表示：換刀系統機械臂位置檢測開關信號為“0〞及“刀庫換刀位置錯誤〞。2025/4/5115例7-17換刀臂平移至C時，無拔刀動作。圖7-33b為某立式加工中心自動換刀控制示意圖。2025/4/51162025/4/5117117

一、數控機床液壓回路常見故障及維修液壓傳動系統在數控機床中占有很重要的位置，加工中心的刀具自動交換系統(ATC)，托盤自動交換系統，主軸箱的平衡，主軸箱齒輪的變檔以及回轉工作臺的夾緊等—般都采用液壓系統來實現。7.4數控機床輔助機構的維修與調整

2025/4/51181．液壓泵故障液壓泵主要有齒輪泵、葉片泵等，下面以齒輪泵為例介紹故障及其診斷。在機器運行過程中，齒輪泵常見的故障有：噪聲嚴重及壓力波動；輸油量缺乏：液壓泵不正常或有咬死現象。(1)噪聲嚴重及壓力波動可能原因及排除方法1182025/4/51191)泵的過濾器被污物阻塞不能起濾油作用：用干凈的清洗油將過濾器去除污物。2)油位缺乏，吸油位置太高，吸油管露出油面：加油到油標位，降低吸油位置。3)泵體與泵蓋的兩側沒有加紙墊；泵體與泵蓋不垂直密封；旋轉時吸入空氣；泵體與泵蓋間參加紙墊；泵體用金剛砂在平板上研磨，使泵體與泵蓋垂直度誤差不超過0.005mm，緊固泵體與泵蓋的聯結，不得有泄漏現象。1192025/4/51204)泵的主動軸與電動機聯軸器不同心，有扭曲磨擦：調整泵與電動機聯軸器的同心度，使其誤差不超過0.2mm。5)泵齒輪的嚙合精度不夠：對研齒輪到達齒輪嚙合精度。6)泵軸的油封骨架脫落，泵體不密封：更換合格泵軸油封。2025/4/5121121(2)輸油缺乏的可能原因及排除方法1)軸向間隙與徑向間隙過大：小于齒輪泵的齒輪兩側端面在旋轉過程中與軸承座圈產生相對運動會造成磨損，軸向間隙和徑向間隙過大時必須更換零件。2)泵體裂紋與氣孔泄漏現象：泵體出現裂紋時需要更換泵體，泵體與泵蓋間參加紙墊，緊固各聯接處螺釘。3)油液粘度太高或油溫過高：用20#機械油選用適合的溫度，一般20#全損耗系統用油適用10~50℃的溫度工作，如果三班工作，應裝冷卻裝置。4)電動機反轉：糾正電動機旋轉方向。5)過濾器有污物，管道不暢通：去除污物，更換油液，保持油液清潔。6)壓力閥失靈：修理或更換壓力閥。2025/4/5122122(3)液壓泵運轉不正?；蛴幸垃F象的可能原因及排除方法1)泵軸向間隙及徑向間隙過?。狠S向、徑向間隙過小那么應更換零件間隙。2)滾針轉動不靈活：更換滾針軸承。3)蓋板和軸的同心度不好：更換蓋板，使其與軸同心。調整軸向或徑向間隙。4)壓力閥失靈：檢查壓力閥彈簧是否失靈，閥體小孔是否被污物堵塞，滑閥和閥體是否失靈；更換彈簧，去除閥體小孔污物或換滑閥。5)泵和電動機間聯軸器同心度不夠：調整泵軸與電動機聯軸器同心度，使其誤差不超過0.20mm。6)泵中有雜質：可能在裝配時有鐵屑遺留，或油液中吸入雜質；用細銅絲網過濾全損耗系統用油，去除污物。2025/4/51232．整體多路閥常見故障的可能原因及排除方法(1)工作壓力缺乏1)溢流閥調定壓力偏低：調整溢流閥壓力。2)溢流閥的滑閥卡死：拆開清洗，重新組裝。3)調壓彈簧損壞：更換新產品。4)系統管路壓力損失太大：更換管路，或在許用壓力范圍內調整溢流閥壓力。1232025/4/5124(2)工作油量缺乏1)系統供油缺乏：檢查油源。2)閥內泄漏量大，作如下處理：如油溫過高，粘度下降，那么應采取降低油溫措施；油液選擇不當，那么應更換油液；如滑閥與閥體配合間隙過大，那么應更換新產品。(3)復位失靈復位彈簧損壞與變形更換新產品。1242025/4/5125125(4)外泄漏1)Y形圈損壞，更換產品。2)油口安裝法蘭面密封不良。檢查相應部位的緊固和密封3)各結合面緊固螺釘、調壓螺釘背帽松動或堵塞，緊固相應部件。2025/4/51261263．電磁換向閥常見故障的可能原因和排除方法

(1)滑閥動作不靈活

1)滑閥被拉壞：拆開清洗，或修整滑閥與閥孔的毛刺及拉壞外表。

2)閥體變形：調整安裝螺釘的壓緊力，安裝轉矩不得大于規定值。

3)復位彈簧折斷：更換彈簧。2025/4/5127127(2)電磁線圈燒損1)線圈絕緣不良：更換電磁鐵2)電壓太低：使用電壓應在額定電壓的90％以上。3)工作壓力和流量超過規定值：調整工作壓力，或采用性能更高的閥。4)回油壓力過高：檢查背壓，應在規定值16MPa以下。2025/4/51282025/4/51284．液壓缸故障及排除方法(1)外部漏油1)活塞桿碰傷拉毛：用極細的砂紙或油石修磨，不能修的，更換新件。2)防塵密封圈被擠出和反唇：拆開檢查，重新更新。3)活塞和活塞桿上的密封件磨損與損傷：更換新密封件。4)液壓缸安裝定心不良，使活塞桿伸出困難：拆下來檢查安裝位置是否符合要求。129(2)活塞桿爬行和蠕動1)液壓缸內進入空氣或油中有氣泡：松開接頭，將空氣排出。2)液壓缸的安裝位置偏移：在安裝時必須檢查，使之與主機運動方向平行。3)活塞桿全長和局部彎曲：活塞桿全長校正直線度誤差應小于等于0.03／100mm或更換活塞。2025/4/51291302025/4/51305．常用液壓回路故障維修4例例7-18：壓力控制回路中溢流不正常。分析及處理過程：溢流閥主閥心卡住如圖7-34所示的壓力控制回路中，液壓泵為定量泵，采用三位四通換向閥，中位機能為Y型。所以，液壓缸停止工作運行時，系統不卸荷，液壓泵輸出的壓力油全部由溢流閥溢回油箱。系統中的溢流閥通常為先導式溢流閥，這種溢流閥的結構為三級同心式。三處同軸度要求較高，這種溢流閥用在高壓大流量系統中，調壓溢流性能較好。1312025/4/5131

將系統中換向閥置于中位，調整溢流閥的壓力時發現，當壓力值調在10MPa以下時，溢流閥工作正常；而當壓力調整到高于10MPa的任一壓力值時，系統會發出像吹笛一樣的尖叫聲，此時可看到壓力表指針劇烈振動，并發現噪聲來自溢流閥。其原因是因為在三級同軸高壓溢流閥中，主閥心與閥體、閥蓋有兩處滑動配合，如果閥體和閥蓋裝配后的內孔同軸度超出規定要求，主閥心就不能靈活地動作，而是貼在內孔的某一側作不正常運動。當壓力調整到一定值時，就必然激起主閥心振動。這種振動不是主閥心在工作運動中出現的常規振動，而是主閥心卡在某一位置(此時因主閥心同時承受著液壓卡緊力)而激起的高頻振動。這種高頻振動必將引起彈簧、特別是調壓彈簧的強烈振動，并出現共振噪聲。2025/4/51322025/4/5132另外，由于高壓油不通過正常的溢流口溢流，而是通過被卡住的溢流口和內泄油道溢回油箱，這股高壓油流將發出高頻率的流體噪聲。而這種振動和噪聲是在系統特定的運行條件下激發出來的，這就是為什么在壓力低于10MPa時不發生尖叫聲的原因。經過分析之后，排除故障就有方向了。首先可以調整閥蓋，因為閥蓋與閥體配合處有調整余地；裝配時，調整同軸度，使主閥心能靈活運動，無卡緊現象，然后按裝配工藝要求，依照一定的順序用定轉矩扳手擰緊，使擰緊力矩根本相同。當閥蓋孔有偏心時，應進行修磨，消除偏心。主閥心與閥體配合滑動面假設有污物，應清洗干凈，目的就是保證主閥心滑動靈活的工作狀態，防止產生振動和噪聲。133另外，主閥心上的阻尼孔，在主閥心振動時有阻尼作用，當工作油液粘度降低，或溫度過高時，阻尼作用將相應減小。因此，選用適宜粘度的油液和控制系統溫升過高也有利于減振降噪。2025/4/51332025/4/5134例7-19：速度控制回路中速度不穩定。

圖7-35進口節流調速回路示意圖

分析及處理過程：節流閥前后壓差小致使速度不穩定，在圖7-35所示系統中，液壓泵為定量泵，屬于進口節流調速系統，采用三位四通電動換向閥，中位機能為O型。系統回油路上設置單向閥以起背壓閥作用。系統的故障是液壓缸推動負載運動時，運動速度達不到調定值。經檢查，系統中各元件工作正常，油液溫度屬正常范圍。但發現溢流閥的調節壓力只比液壓缸工作壓力高0.3MPa，壓力差值偏小，即溢流閥的調節壓力較低，再加上回路中，油液通過換向閥的壓力損失為0.2MPa，這樣造成節流閥前后壓差值低于0.2~0.3MPa，致使通過節流閥的流量達不到設計要求的數值，于是液壓缸的運動速度就不可能到達調定值。提高溢流閥的調節壓力，使節流閥的前后壓差到達合理壓力值后，故障消除。1342025/4/5135例7-20：方向控制回路中滑閥沒有完全回位。分析及處理過程：在方向控制回路中，換向閥的滑閥因回位阻力增大而沒有完全回位是最常見的故障，將造成液壓缸回程速度變慢。排除故障首先應更換合格的彈簧：如果是由于滑閥精度差，而使徑向卡緊，應對滑閥進行修磨或重新配制。一般閥心的圓度和錐度允差為0.003~0.005mm，最好使閥心有微量的錐度，并使它的大端在低壓腔一邊，這樣可以自動減小偏心量，從而減小摩擦力，減小或防止徑向卡緊力。引起卡緊的原因還可能有：臟物進入滑閥縫隙中而使閥心移動困難：間隙配合過小，以致當油溫升高時閥心膨脹而卡死；電磁鐵推桿的密封圈處阻力過大，以及安裝緊固電動閥時使閥孔變形等。找到卡緊的原因，就好排除故障了。2025/4/5136例7-21：閥換向滯后引起的故障維修。故障現象：在圖7-36a所示系統中，液壓泵為定量泵，三位四通換向閥中位機能為Y型。系統為進口節流調速。液壓缸快進、快退時，二位二通閥接通。系統故障是液壓缸在開始完成快退動作時，首先出現向工件方向前沖，然后再完成快退動作。此種現象影響加工精度，嚴重時還可能損壞工件和刀具。分析及處理過程：從系統中可以看出：在執行快退動作時，三位四通電動換向閥和二位二通換向閥必須同時換向。由于三位四通換向閥換向時間的滯后，即在二位二通換向閥接通的一瞬間，有局部壓力油進入液壓缸工作腔，使液壓缸出現前沖。當三位四通換向閥換向終了時，壓力油才全部進入液壓缸的有桿腔，無桿腔的油液才經二位二通閥回油箱。2025/4/5137改進后的系統如圖7-36b所示。在二位二通換向閥和節流閥上并聯一個單向閥，液壓缸快退時，無杠腔油液經單向閥回油箱，二位二通閥處于關閉狀態，這樣就防止了液壓缸前沖的故障。2025/4/5138二、數控機床氣壓回路常見故障及維修1．氣動系統維護的要點(1)保證供給潔凈的壓縮空氣(2)保證空氣中含有適量的潤滑油(3)保持氣動系統的密封性(4)保證氣動元件中運動零件的靈敏性(5)保證氣動裝置具有適宜的工作壓力和運動速度2025/4/51392．氣動系統的點檢與定檢(1)管路系統點檢主要內容是對冷凝水和潤滑油的管理。冷凝水的排放，一般應當在氣動裝置運行之前進行。(2)氣動元件的定檢主要內容是徹底處理系統的漏氣現象。例如更換密封元件，處理管接頭或聯接螺釘松動等，定期檢驗測量儀表、平安閥和壓力繼電器等。具體可參見表7-6。2025/4/51403．氣動系統故障維修3例例7-22：TH5840立式加工中心換刀時，主軸錐孔吹氣，把含有鐵銹的水分子吹出附著在主軸錐孔和刀柄上。刀柄和主軸接觸不良。例7-23：TH5840立式加工中心換刀時，主軸松刀動作緩慢。例7-24：TH5840立式加工中心換擋變速時，變速氣缸不動作，無法變速。2025/4/5141三、數控機床用回轉工作臺

1．鼠牙盤式分度工作臺鼠牙盤式分度工作臺主要由工作臺面底座、夾緊液壓缸、分度液壓缸和鼠牙盤等零件組成，其結構如圖7-38所示。鼠牙盤是保證分度精度的關鍵零件，在每個齒盤的端面有數目相同的三角形齒。當兩個齒盤嚙合時，能自動確定周向和徑向的相對位置。2025/4/51422．數控回轉運開工作臺數控回轉運開工作臺能實現進給運動，它在結構上和數控機床的進給驅動機構有許多共同之點。不同之點在于數控機床的進給驅動機構實現的是直線進給運動，而數控轉臺實現的是圓周進給運動。數控回轉運開工作臺的外形和分度工作臺沒有多大區別，但在內部結構和功用上那么具較大的不同。數控回轉運開工作臺分為開環和閉環兩種。2025/4/5143如圖7-39所示為閉環數控旋轉工作臺結構圖。閉環回轉工作臺由電液脈沖馬達1驅動，在它的軸上裝有主動齒輪3〔＝22〕，它與從動齒輪4〔＝66〕相嚙合，齒的側隙靠調整偏心環2來消除。從動齒輪4與蝸桿10用楔形的拉緊銷釘5來連接，這種連接方式能消除軸與套的配合間隙。蝸桿10系雙螺距式，即相鄰齒的厚度是不同的。因此，可用軸向移動蝸桿的方法來消除蝸桿10和蝸輪11的齒側間隙。調整時，先松開殼體螺母套筒7上的鎖緊螺釘8，使鎖緊瓦6把絲杠9放松，然后轉動絲杠9，它便和蝸桿10同時在殼體螺母套筒7中作軸向移動，消除齒側間隙。調整完畢后，再擰緊鎖緊螺釘8，把鎖緊瓦6壓緊在絲杠9上，使其不能再作轉動。2025/4/5144蝸桿10的兩端裝有雙列滾針軸承作徑向支承，右端裝有兩只止推軸承承受軸向力，左端可以自由伸縮，保證運轉平穩。蝸輪11下部的內、外兩面均有夾緊瓦12及13。當蝸輪11不回轉時，回轉工作臺的底座18內均布有八個液壓缸14，其上腔進壓力油時，活塞15下行，通過鋼球17，撐開夾緊瓦12和13，把蝸輪11夾緊。當回轉工作臺需要回轉時，控制系統發出指令，使液壓缸上腔油液流回油箱。由于彈簧16恢復力的作用，把鋼球17抬起，夾緊瓦12和13就不夾緊蝸輪11，然后由電液脈沖馬達1通過傳動裝置，使蝸輪11和回轉工作臺一起按照控制指令作回轉運動?；剞D工作臺的導軌面由大型滾柱軸承支承，并由圓錐滾子軸承21和雙列圓柱滾子軸承20保持準確的回轉中心。2025/4/5145閉環數控回轉工作臺設有零點，當它作返零控制時，先用擋塊碰撞限位開關(圖中未示出)，使工作臺由快速變為慢速回轉，然后在無觸點開關的作用下，使工作臺準確地停在零位。數控回轉工作臺可作任意角度的回轉或分度，由光柵19進行讀數控制。光柵19沿其圓周上有21600條刻線，通過6倍頻線路，刻度的分辨能力為10″。這種數控回轉工作臺的驅動系統采用開環系統時，其定位精度主要取決于蝸桿蝸輪副的運動精度，雖然采用高精度的五級蝸桿蝸輪副，并用雙螺距桿實現無間隙傳動，但還不能滿足機床的定位精度(±10″)。因此，需要在實際測量工作臺靜態定位誤差之后，確定需要補償的角度位置和補償脈沖的符號(正向或反向)，記憶在補償回路中，由數控裝置進行誤差補償。2025/4/5146圖7-40為雙蝸桿傳動結構，用兩個蝸桿分別實現對蝸輪的正、反向傳動。蝸桿2可軸向調整，使兩個蝸桿分別與蝸輪左右齒面接觸，盡量消除正反傳動間隙。調整墊3、5用于調整一對錐齒輪的嚙合間隙。雙蝸桿傳動雖然較雙導程蝸桿傳動結構復雜，但普通蝸輪蝸桿制造工藝簡