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1、数控机床调试与维修数控机床调试与维修主编：张洪强主编：张洪强项目八：数控机床的安装与调试项目八：数控机床的安装与调试【学习目标学习目标】（一）专业能力目标1、能进行数控机床的滚珠丝杠安装；2、能进行数控机床的编码器安装；3、能进行数控机床的性能调试；（二）社会能力目标1.具有良好的职业道德和敬业精神；2.具有较强的责任感；3具有团结协作精神；4具有良好的心理素质和身体素质；（三）方法能力目标1.具有通过电教片、网络等现代途径学习和图书查询等自学能力；2.具有综合运用知识与技术从事程度较复杂的技术工作的能力。【相关知识相关知识】任务一：滚珠丝杠的安装与调试滚珠丝杠是数控机床的主要组成部分，它将进
2、给电动机的旋转运动转化为刀架（工作台）的直线运动，采用滚珠丝杠螺母副传动，可以有效地提高进给系统的定位精度和灵敏度，防止爬行。通过滚珠丝杠螺母带动刀架移动，数控机床进给传动装置的精度、灵敏度和稳定性，将直接影响工件的加工精度，因此，进给传动系统必须满足下列要求。(1)提高传动精度和刚度，消除传动间隙。(2)减小摩擦阻力。(3)减小运动部件惯量。(4)对系统添加适度阻尼，减轻振动影响。一、滚珠丝杠的型号选择要求滚珠丝杠的基本额定载荷6.31KN，通过参考文献查得，滚珠丝杠的型号为FD4006-3-P4 950/880，即内循环浮动式双螺母垫片预紧滚珠丝杠副，公称直径d0=40mm，公称导程Ph0
3、=6mm，负荷钢球圈数为3圈，精度等级为4级，额定动载荷为15.1KN。详细参数见表8-1所示。表8-1 FD4006-3-P4型滚珠丝杠详细参数二、滚珠丝杠的轴承选择与安装二、滚珠丝杠的轴承选择与安装滚珠丝杠采用一端固定一端铰支的支承形式，前端用两个角接触球轴承和一个推力球轴承，尾端用一个调心球轴承。前端的角接触球轴承内径为25mm，型号为7205AC；推力球轴承内径为25mm，型号为51105。尾端的调心球轴承内径为25mm，型号为1205K+H205。在安装时，两个角接触球轴承对称安装，采用外圈窄边相背的安装(反装)方式，O1、O2分别为两个轴承的实际支持力作用点，见图8-1所示。图8-
4、1 角接触轴承轴向载荷分布三、三、X轴、轴、Z轴装配图轴装配图经过安装及调试，最终装配如图8-2、8-3所示：1步进电机 2联轴器 3锁紧螺母 4轴承 5滚珠丝杠 6螺母屉图8-2 Z向进给装配图1步进电机2联轴器3锁紧螺母4轴承5滚珠丝杠6螺母屉7托板8床身9床鞍10T形板图8-3 X向进给装配图四、滚珠丝杠副轴向间隙的调整四、滚珠丝杠副轴向间隙的调整滚珠丝杠副的轴向间隙，源于两项因素的总和：一是负载时滚珠与滚道型面接触的弹性变形所引起的螺母相对丝杠的位移量；二是丝杠与螺母的几何间隙。丝杠与螺母的轴向间隙是传动中的反向运动死区，它使丝杠在反向转动时螺母产生运动滞后，直接影响进给运动的传动精度
5、。对轴向间隙进行调整的基本原理是使丝杠上的两个螺母间产生轴向相对位移，以达到消除间隙和产生预紧力的目的。五、轴向间隙调整的方法五、轴向间隙调整的方法1.螺纹调隙式两个螺母以平键与外套相连，平键可限制螺母在外套内转动，用两个锁紧螺母6能使螺母相对丝杠做轴向移动，如图8-4所示。这种结构紧凑，调整方便，但调整位移量不易精确控制，故预紧力不能准确控制。图8-4螺纹调隙式结构 2.垫片调隙式其结构是通过改变垫片的厚度，使两个螺母间产生轴向位移，从而两螺母分别与丝杠螺纹轨道的左、右侧接触，达到消除间隙和产生预紧力的作用，如图8-5所示。这种结构简单，刚性好，但调整费时，且不能在工作中随意调整。图8-5垫
6、片调隙式结构 3.齿差调隙式在两个螺母的凸缘上分别有齿数为Z1、Z2的齿轮，且Z1、Z2相差一个齿。在调整轴向间隙时使齿轮脱开内齿圈，令两个螺母同向转过相同的齿数，然后再合上内齿圈，如图8-6所示，从而实现间隙的调整和施加预紧力。如两齿同向各转过一个齿时，其位移量S=（1/Z1-1/Z2）P，其中P为滚珠丝杠的导程。这种结构复杂，但调整准确可靠，精度高。图8-6齿差调隙式结构任务小节任务小节滚珠丝杠是将进给电动机的旋转运动转化为刀架（工作台）的直线运动，可以有效提高进给系统的定位精度和灵敏度，防止爬行。它的传动的精度、灵敏度和稳定性，将直接影响工件的加工精度，因此，有一定的条件要求。滚珠丝杠的
7、型号应能够熟练掌握，根据型号能够清楚滚珠丝杠的特性。滚珠丝杠采用一端固定一端铰支的支承形式，前端用两个角接触球轴承和一个推力球轴承，尾端用一个调心球轴承。在安装时，两个角接触球轴承对称安装，采用外圈窄边相背的安装(反装)方式。对轴向间隙进行调整的基本原理是使丝杠上的两个螺母间产生轴向相对位移，以达到消除间隙和产生预紧力的目的。课后自测课后自测1、简述滚珠丝杠轴向间隙调整的基本原理。2、请指出型号为FD4006-3-P4 950/880的滚珠丝杠进行间隙调整采用的方法？该型号丝杠的公称直径是多少？3、滚珠丝杠轴向间隙调整的方法有哪些？任务二：编码器的安装任务二：编码器的安装为了保证CK6136数
8、控车床能切削螺纹，要求主轴转速和坐标轴进给速度有一定的比例关系。在主轴旁安装主轴编码器来反馈主轴实际转速，主轴编码器与主轴之间采用1:1的齿轮连接，把检测到的实际主轴转速经隔离电路以及I/O接口送给数控系统(CNC)。通过数控系统控制，进给轴电机得到的脉冲数与主轴的转数形成相对应的关系，完成不同形状、螺距的加工。依据数控机床控制形式，查阅GSK928TE车床数控系统说明书以及主轴编码器的相关资料，选择无锡市斯贝德科技有限公司生产的主轴编码器，型号为：SF5815-007C-1024-BZ-15L。主要参数如表8-2所示：表8-2 SF5815编码器技术参数项目参数输出波型方波输出相A、B、Z三
9、相消耗电流150mA响应频率0-120kHz载空比0.5T0.1T相位差9045电源电压DC5V、DC5-12V、DC12-24V、DC5-24V输出电压高电平VH85%Vcc，低电平VL0.3V最大转速6000rpm转动惯量110-6kg m2起动力矩210-3Nm轴最大负载径向85N轴向50N抗冲击980m/s2,6ms，XYZ方向各2次抗震动50m/s2,10200Hz，XYZ方向各2次工作寿命MTBF30000h（+25，2000rpm）工作温度-30100防护防火、防尘、防油IP54为了保证主轴编码器与主轴之间的传动比为1:1。在主轴箱外端找出与主轴同转速的轴，在其上安装一齿轮A，在
10、编码器的轴上安装一齿轮B，这两个齿轮的参数完全相同。编码器安装在法兰上，找准使两个齿轮A/B完全啮合的位置后，将法兰的另一端固定在机床上。安装结构如图8-7所示。图8-7车床主轴编码器的安装为了保证改造后的CK6136数控车床能切削螺纹，要求主轴转速和坐标轴进给速度有一定的比例关系，因此，数控系统必须知道主轴的实际转速。在主轴旁安装主轴编码器来反馈主轴实际转速，主轴编码器与主轴之间采用1:1的齿轮连接，使其传动比为1:1，把检测到的实际主轴转速经隔离电路以及I/O接口送给数控系统(CNC)。通过数控系统控制，进给轴电机得到的脉冲数与主轴的转数形成相对应的关系，完成不同形状、螺距的加工。、任务小
11、节任务小节本任务主要阐述了主轴转速和坐标轴进给速度的比例关系，为了使数控车床能切削螺纹，在主轴旁安装主轴编码器来反馈主轴实际转速，编码器把检测到的实际主轴转速经隔离电路以及I/O接口送给数控系统(CNC)。数控系统控制进给轴电机与主轴转数的对应比例，完成不同形状、螺距的加工。课后自测课后自测1、请列举出其它几种用于数控机床上的编码器名称。2、请思考主轴编码器与主轴之间采用1:1的连接传动，为什么？3、在一个加工程序运行时，运行到第一次出现进给率F的程序段时，程序不往下运行了，有没有可能是主轴编码器的原因，请分析？任务三：数控机床性能调试任务三：数控机床性能调试在安装完数控车床CK6136后，保
12、留原车床的主轴箱部分，依靠变档进行主轴转速调整。对机床的相应机构进行必要的维护和修调，在检修过程中，导轨磨损严重，精度不能满足要求，因此进行磨削处理，最后将其它部件组合装配，并且进行调试。一、主传动系统的调试主传动系统的调试打开主轴箱上盖，检测主轴箱内齿轮的侧隙及齿厚，发现齿轮传动精度不满足要求，更换新的传动齿轮。对齿轮与传动轴的配合精度进行检测，齿轮在传动轴上有间隙，更换了连接键，改善了传动条件。对主轴的噪声情况进行检测并且监视其发热状态，依据此将主轴上的轴承进行更换，装配时按规定调试预紧力。更换了主轴箱内的换润滑油管。由于离合及换挡机构工作异常更换离合器及换挡拨叉。经过维修与调试，使主轴达
13、到正常工作的性能要求。二、导轨副的修磨与调整普通车床经过长时间的使用，导轨面上已经出现凹凸不平的痕迹，这样会增大托板 在其表面上滑动时的摩擦力，也不利于滚珠丝杠的找正，需要对导轨面进行维修。由于导轨磨削比人工刮衍的性价比高，所以选择导轨磨削。在沧州机床有限公司机加工车间，对导轨进行磨削及处理后，导轨面的精度满足了使用要求。将大托板与导轨配合，采用“高点法”刮衍大托板与导轨的配合面，以导轨面作为基准面，通过刮衍，使大托板与导轨配合满足要求。同样，把小托板与大托板的配合面进行刮衍，并调试镶条的位置，使其满足要求。调试大托板与导轨配合部分的压板及预紧力，更换了压板及螺栓，使大托板在导轨上滑动时满足运
14、动要求。三、进给部件的安装调试安装X、Z向滚珠丝杠的，在安装过程中保证丝杠与导轨的平行度。Z轴丝杠的安装与找正：把丝杠螺母屉套在丝杠上，并用螺栓初步连接在滑溜板上，把丝杠前端装入主轴箱端的轴承座孔内(此时需要用铜锤敲击另一端)。用百分表表针接触丝杠上的A、B两点找正丝杠与导轨的平行度，百分表表针在丝杠上的测点位置如图8-8所示。图8-8 丝杠测点位置在滑溜板上打孔并攻丝，用螺栓把大托板和滑溜板紧固在一起，拆掉螺栓夹板。把两个角接触球轴承7207AC和推力球轴承51107安装在丝杠前端，把调心球轴承1205K+H205安装在尾座端的轴承座内安装X轴丝杠的方法与安装Z轴相同，不同之处是：使用专制的
15、检验棒代替丝杠，找正时以左侧导轨为基准面检测。将数控系统与所控制的部件进行连接，主要有与主轴转速检测与制动控制连接，与坐标轴电机进给驱动控制连接，与刀架装置控制连接，与输入输出接口控制连接，与辅助装置控制连接，总体框架如图8-9所示。图8-9 电控系统框图四、CK6136数控车床调试数控机床调试的目的是使用数控机床达到出厂时的各项性能指标，检验机床安装是否稳固，各传动、操纵和控制等系统是否正常和灵敏可靠。对于小型数控机床，一般都是整机发送，出厂前都已调好，但用户在使用前还需要注意几点：1、数控机床通电调试前要检查各类接口插座、接线端子、电磁阀和限位开关，检查电源电序和地线。2、机床总电源接通后
16、，查看冷却风扇、机床照明、油压气压指示等是否正常。观察有无漏油现象。为防止万一，应在接通电源的同时，做好按压急停按钮的准备，以便随时切断电源。3、通电正常后，检查各基本运动功能：(1)将状态选择开关放置在JOG模式，将点动速度放在最低档，分别进行各坐标正反方向的点动操作，同时按下与点动方向相对应的超程保护开关，验证其保护作用的可靠性，然后再进行慢速的超程试验，验证超程撞块安装的正确性。(2)将状态开关置于返参（回零）模式，完成返参操作。(3)将状态开关置于JOG模式，主轴转速倍率开关放在最低档，进行主轴正反转试验，观察主轴转情况，然后再逐渐升速到最高转速，观察主轴运转的稳定性。检查刀架换刀情况
17、。(4)检查快速倍率和进给倍率开关。(5)切削精度的检测与调试。切削精度是几何精度与定位精度在切削条件下的一项综合考核。在此，选用单向加工来检测精度，并对加工过程中的问题进行调试。车削外圆，选用45钢，直径50mm，切削长度为300mm，切削后圆度误差不得超过0.006mm，两端直径差不得超过0.03mm。在车槽过程中没有激烈震动，切削过的槽底没有振纹。车削螺纹时，在任意50mm测量长度上螺距累积误差不得超过0.03mm。(6)系统参数的调试。GSK928TE数控系统设计了P01P30共30个参数，每个参数都有其确定的含义并决定数控系统及车床的工作方式。在此，主要对参数P01P02(Z轴正负方
18、向行程限位值)、P03P04(X轴正负方向行程限位值)、P16(主轴制动信号时间)进行调试。五、数控机床的验收对于新购置的数控机床，要通过对其性能和精度方面的检验，完成验收工作。1、数控机床性能的检验机床性能包括数控系统的功能外，其它主要包括主轴部件、进给系统、机床控制面板、冷却润滑装置、排屑装置等附属装置的性能。验收的方法通常是：除少数部分项目可以通过检测有关数据（噪声/dB、温升/C）进行外，大部分项目则通过“耳闻目睹”和“触摸”方式进行验收。数控系统检验的方法可以编写一个考机程序，让机床在空载下连续自动运行，数控车床考验时间为16小时，加工中心为32小时。考机程序包括以下内容：（1）主轴
19、转动包括最低、最高、中间转速在内的五种以上速度的正、反转及停转。（2）进给试验包括各坐标轴低、中、高速变速，中速连续正反起动，停止和增量进给，运行应接近最大行程。进给高速和快速运行时间不应少于循环程序所用时间的10%。（3）包括尽可能多的直线插补、圆弧插补等准备功能和辅助功能，用户宏程序。（4）刀库装满刀具，其中有最大重量的刀具，任选方式换刀不少于2次。（5）用到的一些其他特殊功能，如交换工作台、测量功能等。2、数控机床精度精度检测数控机床精度包括几何精度、定位精度和切削精度。数控机床各项性能的好坏及数控功能是否正常发挥将直接影响到机床的正常使用。（1）数控机床几何精度的检测 几何精度检验又称
20、静态精度检验，是综合反映机床的各关键零部件及其组装后的几何形状误差。目前常用检测工具有精密水平仪、平尺、90角尺、千分尺、等高量块、百分表、检验棒等。机床几何精度的检测必须一次性完成，对于新安装的机床，要在机床精调整后进行几何精度检测。（2）数控机床定位精度的检测数控的机床的定位精度指机床各坐标轴在数控装置控制下运动所达到的位置精度。一般精度标准上规定了三项：定位精度、重复定位精度、反向偏差值，三项中每项又分为直线运动坐标轴和回转运动坐标轴。目前检测位置的仪器有激光干涉仪、精密线纹尺与读数显微镜、基准步距规与杠杆千分表，对于一般精度机床也可选用指示器和量块测量。（3）数控机床切削精度的检验机床
21、的切削精度是一项综合精度指标，它不仅反映了机床的几何精度和定位精度，同时还反映了试件的材料、环境温度、刀具性能及切削条件等各种因素造成的误差。任务小节任务小节本任务主要阐述了数控机床的性能调试，调试的目的是使用数控机床达到出厂时的各项性能指标。在安装调试坐标轴滚珠丝杠过程中要保证丝杠与导轨的平行度，采用同一截面上对间隔90的两点测量法。机床通电前要检查各类接口插座、接线端子、电磁阀和限位开关，检查电源电序和地线，查看冷却风扇、机床照明、油压气压指示等是否正常。在通电启动正常后，还要检查各基本运动功能：如返参（回零）、主轴正反转、超程保护、切削精度等。对于新购置的数控机床，要通过对其性能和精度方面的检验，完成验收工作，数控系统的性能通过一个考机程序，让机床在空载下连续自动运行，数控车床考验时间为16小时，加工中心为32小时。数控机床精度包括几何精度、定位精度和切削精度。课后自测课后自测1、数控机床安装、调试过程中有哪些工作内容？2、简述水平仪测量导轨直线度的方法。3、数控机床精度验收有哪些内容？