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1、武汉科技大学武汉科技大学第第第第8 8章章章章 数控机床机械故障诊断数控机床机械故障诊断数控机床机械故障诊断数控机床机械故障诊断8.1 机械故障及其分类机械故障及其分类8.2 数控机床机械故障诊断方法数控机床机械故障诊断方法8.3 主传动系统与主轴部件故障的诊断与维修主传动系统与主轴部件故障的诊断与维修8.4 进给传动机构故障的诊断及维修进给传动机构故障的诊断及维修8.5 导轨副故障的诊断与维修导轨副故障的诊断与维修8.6 液压、气动系统故障诊断及维修液压、气动系统故障诊断及维修8.7 刀库及自动换刀装置故障分析与排除刀库及自动换刀装置故障分析与排除2023/5/151产品数字化设计与制造技术
2、产品数字化设计与制造技术武汉科技大学武汉科技大学学习目的学习目的学习目的学习目的 数数控控机机床床是是现现代代机机械械制制造造系系统统中中的的重重要要组组成成设设备备，是是CAD/CAM,FMS,CIMS等等高高新新技技术术的的基基础础单单元元。随随着着机机电电一一体体化化进进程程不不断断深深入入，数数控控机机床床越越来来越越成成为为机机械械工工业业技技术术改改造造的的首首选选设设备备。它它的的通通用用、灵灵活活、高高效效率率、高高精精度度、高高质质量量等等特特点点，决决定定了了该该设设备备的的应应用用日日益益广广泛泛。本本章章介介绍绍了了数数控控机机床床机机械械故故障障的的特特点点、故障诊断
3、的方法。故障诊断的方法。2023/5/152产品数字化设计与制造技术产品数字化设计与制造技术武汉科技大学武汉科技大学v8.1.1 机械故障机械故障v 所所谓谓机机械械故故障障，就就是是指指机机械械系系统统(零零件件、组组件件、部部件件或或整整台台设设备备乃乃至至一一系系列列的的设设备备组组合合)因因偏偏离离其其设设计计状状态态而而丧丧失失部部分分或或全全部部功功能能的的现现象象。如如机机床床运运转转不不平平稳稳、轴轴承承噪噪声声过过大大、机机械械手手夹夹持持刀刀柄柄不不稳稳定定等等现现象象都都是机械故障的表现形式。是机械故障的表现形式。v8.1.2机械故障分类机械故障分类v 机机械械故故障障可
4、可以以从从不不同同的的角角度度来来进进行行分分类类。不不同同的的分分类类方方法法反反映映了了机机械械故故障障的的不不同同侧侧面面，对对机机械械故故障障进进行行分分类类的的目目的的是是为为了了更更好好地地针针对对不不同同的的故故障障形形式式采采取取相相应应的的对对策策。机机械械故故障障可可按按其其原原因因、性性质质、影影响响、特特点点等情况作如下分类。等情况作如下分类。8.1 8.1 机械故障及其分类机械故障及其分类机械故障及其分类机械故障及其分类2023/5/153产品数字化设计与制造技术产品数字化设计与制造技术武汉科技大学武汉科技大学v1.按故障发生的原因划分按故障发生的原因划分v （1）磨
5、损性故障）磨损性故障v 机机械械系系统统因因使使用用过过程程中中的的正正常常磨磨损损而而引引发发的的故故障障，对这类故障形式，一般只进行寿命预测。对这类故障形式，一般只进行寿命预测。v （2）错用性故障）错用性故障v 因使用不当而引发的故障。因使用不当而引发的故障。v （3）先天性故障）先天性故障v由由于于设设计计或或制制造造不不当当而而造造成成机机械械系系统统中中存存在在某某些些薄薄弱弱环节而引发的故障。环节而引发的故障。2023/5/154产品数字化设计与制造技术产品数字化设计与制造技术武汉科技大学武汉科技大学v2.按故障性质划分按故障性质划分v（1）间断性故障）间断性故障v只只是是短短期
6、期内内丧丧失失某某些些功功能能，稍稍加加修修理理调调试试就就能能恢恢复复，不需要更换零件。不需要更换零件。v （2）永久性故障）永久性故障v 某些零件已损坏，需要更换或修理才能恢复。某些零件已损坏，需要更换或修理才能恢复。2023/5/155产品数字化设计与制造技术产品数字化设计与制造技术武汉科技大学武汉科技大学v3.按故障发生后的影响程度划分按故障发生后的影响程度划分v （1）部分性故障）部分性故障v 设计功能部分丧失的故障。设计功能部分丧失的故障。v （2）完全性故障）完全性故障v 设计功能完全丧失的故障。设计功能完全丧失的故障。v4.按故障造成的后果划分按故障造成的后果划分v （1）危害
7、性故障）危害性故障v 会会对对人人身身、生生产产和和环环境境造造成成危危险险或或危危害害的的故故障障，如如机机床床保保护护系系统统不不能能有有效效工工作作而而造造成成损损害害工工件件或或操操作作者者等。等。v （2）安全性故障）安全性故障v 不不会会对对人人身身、生生产产和和环环境境造造成成危危害害的的故故障障。如如保保护护系统在不需保护时动作等。系统在不需保护时动作等。2023/5/156产品数字化设计与制造技术产品数字化设计与制造技术武汉科技大学武汉科技大学v 5.按故障发生的快慢划分按故障发生的快慢划分v （1）突发性故障）突发性故障v 不不能能靠靠早早期期测测试试检检测测出出来来的的故
8、故障障。即即此此类类故故障障是是不不可可预预测测的的，对对这这类类故故障障只只能能进进行行预预防防，如如过过载载造造成成机机件损坏。件损坏。v （2）渐发性故障）渐发性故障v 故故障障的的发发展展有有一一个个过过程程，因因而而可可对对其其进进行行预预测测和和监监视。如疲劳裂纹的产生和扩展。视。如疲劳裂纹的产生和扩展。v 6.按故障发生的频次划分按故障发生的频次划分v （1）偶发性故障）偶发性故障v 发生频率很低的故障，即发生频率很低的故障，即“意外现象意外现象”。v （2）多发性故障）多发性故障 v 经常发生的故障。经常发生的故障。v 2023/5/157产品数字化设计与制造技术产品数字化设计
9、与制造技术武汉科技大学武汉科技大学v7.按故障发生、发展规律划分按故障发生、发展规律划分v（1）随机故障）随机故障v故障发生的时间是随机的。故障发生的时间是随机的。v （2）有规则故障）有规则故障v 故障的发生比较有规则。故障的发生比较有规则。v 机机械械故故障障还还可可从从其其他他角角度度来来进进行行分分类类，但但不不管管如如何何分分类类，每每一一种种故故障障都都有有其其主主要要特特征征，即即所所谓谓故故障障模模式式或或故故障障状状态态。即即使使仅仅就就机机械械故故障障而而言言，要要将将其其一一一一罗罗列列也也是是相相当当复复杂杂的的，但但归归纳纳它它们们的的共共同同形形态态，可可列列出出下
10、下列列数数种种：异异常常振振动动、磨磨损损、疲疲劳劳、裂裂纹纹、破破断断、过过度度变变形形、腐腐蚀蚀、剥剥离离、渗渗漏漏、堵堵塞塞、异异常常声声响响、油油质质劣化、材料劣化、粘合、污染、不稳定及其他。劣化、材料劣化、粘合、污染、不稳定及其他。2023/5/158产品数字化设计与制造技术产品数字化设计与制造技术武汉科技大学武汉科技大学8.2 8.2 数控机床机械故障诊断方法数控机床机械故障诊断方法数控机床机械故障诊断方法数控机床机械故障诊断方法8.2.1数控机床机械故障特点数控机床机械故障特点 数数控控机机床床机机械械部部分分的的故故障障与与普普通通机机床床机机械械部部分分的的故故障障有有许许多
11、多共共同同点点，因因此此在在对对机机械械故故障障进进行行诊诊断断时时，有有许许多多地地方方是是相相通通的的，或或者者说说是是可可借借鉴鉴的的。但但由由于于数数控控机机床床大大量量采采用用电电气气控控制制与与驱驱动动，这这就就使使得得数数控控机机床床的的机机械械结结构构与与普普通通机机床床的的机机械械结结构构相相比比，有有了了很很大大的的简简化化。许许多多普普通通机机床床上上常常出出现现的的机机械械故故障障，在在数数控控机机床床上上的的发发生生率率已已大大大大降降低低或或根根本本没没有有。但但是是数数控控机机床床由由于于其其自自身身性性能能的的要要求求，使使得得其其机机械械结结构构又又具具有有许
12、许多多新新的的特特点点，因因此此数数控控机机床床机机械械结结构构的的故故障障又又呈呈现现出出一一些些新新的的特特征征。其其常常见见的的机机械械故故障障是是多多种种多多样样的的，数数控控机机床床的的说说明明书书或或机机械械修修理理手手册册对对一一些些机机械械故故障障进进行行了了说明，在此仅介绍一些带共性的部件故障。说明，在此仅介绍一些带共性的部件故障。2023/5/159产品数字化设计与制造技术产品数字化设计与制造技术武汉科技大学武汉科技大学v1.进给传动链故障进给传动链故障v 数数控控机机床床普普遍遍采采用用了了滚滚动动摩摩擦擦副副，所所以以进进给给传传动动链链故故障障大大部部分分是是以以运运
13、动动品品质质下下降降表表现现出出来来的的。如如定定位位精精度度下下降降、反反向向间间隙隙过过大大，机机械械爬爬行行，轴轴承承噪噪声声过过大大(一一般般都都在在撞撞车车后后出出现现)因因此此，这这部部分分修修理理常常与与运运动动副副预紧力、松动环节和补偿环节有关。预紧力、松动环节和补偿环节有关。v 2.主轴部件故障主轴部件故障v 由由于于使使用用调调速速电电动动机机，数数控控机机床床主主轴轴箱箱的的内内部部结结构构比比较较简简单单。可可能能出出现现故故障障的的部部分分有有自自动动换换刀刀部部分分的的刀刀杆杆拉拉紧紧机机构构、自自动动换换挡挡机机构构及及主主轴轴运运动动精精度度的的保保持持装装置置
14、等。等。2023/5/1510产品数字化设计与制造技术产品数字化设计与制造技术武汉科技大学武汉科技大学v 3.自动换刀装置自动换刀装置(ATC)故障故障v 自自动动换换刀刀装装置置用用于于加加工工中中心心等等设设备备，目目前前50的的机机械械故故障障与与它它有有关关。故故障障主主要要是是刀刀库库运运动动故故障障、定定位位误误差差过过大大、机机械械手手夹夹持持刀刀柄柄不不稳稳定定和和机机械械手手运运动动误误差差过过大大等等。这这些些故故障障最最后后大大多多数数都都造造成成换换刀刀动动作作卡卡住住，使使整机停止工作等。整机停止工作等。v 4.各级运动位置检查的行程开关压合故障各级运动位置检查的行程
15、开关压合故障v 在在数数控控机机床床中中，为为了了保保证证自自动动化化工工作作的的可可靠靠性性，大大量量采采用用运运动动位位置置检检查查的的行行程程开开关关。在在机机床床长长期期工工作作中中，运运动动部部件件运运动动特特性性的的变变化化、压压合合行行程程开开关关的的机机械械装装置置可可靠靠性性及及行行程程开开关关本本身身品品质质特特性性都都会会大大大大影影响响整整机机的的故障及排除故障的工作。故障及排除故障的工作。v 5.配套附件的可靠性配套附件的可靠性v 配配套套附附件件包包括括切切削削液液装装置置、排排屑屑装装置置、导导轨轨防防护护罩罩、冷冷却却液液防防护护罩罩、主主轴轴冷冷却却恒恒温温油
16、油箱箱和和液液压压油油箱箱等等。要要经常检查它们运行是否可靠。经常检查它们运行是否可靠。2023/5/1511产品数字化设计与制造技术产品数字化设计与制造技术武汉科技大学武汉科技大学v8.2.2数控机床机械故障诊断方法数控机床机械故障诊断方法v 数数控控机机床床机机械械故故障障诊诊断断包包括括对对数数控控机机床床运运行行状状态态的的识识别别，对对其其运运行行过过程程的的监监测测，以以及及对对其其运运行行发发展展趋趋势势的的预预测测三三个个方方面面。通通过过对对数数控控机机床床机机械械装装置置的的某某些些特特征征参参数数，如如振振动动、噪噪声声和和温温度度等等进进行行测测定定，将将测测定定值值与
17、与规规定定的的正正常常值值进进行行比比较较，以以判判断断机机械械装装置置的的工工作作状状态态是是否否正正常常。若若对对机机械械装装置置进进行行定定期期或或连连续续监监测测，便便可可获获得得机机械械装装置置状状态态变变化化的的趋趋势势性性规规律律，从从而而对对机机械械装置的运行状态进行预测和预报。装置的运行状态进行预测和预报。v 随随着着电电子子测测试试技技术术、信信号号处处理理技技术术以以及及计计算算机机技技术术的的迅迅猛猛发发展展，对对数数控控机机床床机机械械故故障障诊诊断断的的方方法法已已从从传传统统的的凭凭感感觉觉器器官官和和经经验验来来判判定定故故障障的的部部位位和和原原因因，拓拓展展
18、到到采采用用先先进进测测试试仪仪器器和和手手段段乃乃至至故故障障诊诊断断专专家家系系统统等等现现代代化化的的故故障障诊诊断断方方法法来来对对机机械械故故障障进进行行诊诊断断和和预预测。现分述如下：测。现分述如下：2023/5/1512产品数字化设计与制造技术产品数字化设计与制造技术武汉科技大学武汉科技大学v1.简易诊断法简易诊断法v 简简易易诊诊断断法法是是靠靠人人的的感感官官功功能能(视视、听听、触触、嗅嗅等等)，借借助助一一些些常常用用工工、量量具具对对机机床床的的运运行行状状态态进进行行监监测测和和判判断断的的过过程程。在在对对机械故障进行诊断之前，通常应询问机械故障进行诊断之前，通常应
19、询问下列情况下列情况：v （1）机机床床开开动动时时有有何何异异常常现现象象，故故障障是是在在什什么么情情况况下下发发生生的的，操作者都做过什么操作。操作者都做过什么操作。v （2）对对比比故故障障前前后后工工件件的的精精度度和和表表面面粗粗糙糙度度，以以便便分分析析故故障障产生的原因。产生的原因。v （3）主主轴轴系系统统、进进给给系系统统是是否否能能正正常常工工作作，有有无无异异常常现现象象出出现。现。v （4）润滑油品牌号是否符合规定，用量是否适当。）润滑油品牌号是否符合规定，用量是否适当。v （5）以以前前曾曾发发生生过过什什么么故故障障，是是如如何何处处理理的的，机机床床何何时时进进
20、行行过保养检修等。过保养检修等。v 2023/5/1513产品数字化设计与制造技术产品数字化设计与制造技术武汉科技大学武汉科技大学v在在听听取取故故障障情情况况介介绍绍时时，要要特特别别仔仔细细、认认真真并并作作好好记记录录，重重要要的的地地方方要要重重新新确确认认一一下下。在在完完成成问问询询之之后后，要要通通过过视视觉觉仔仔细细观观察察数数控控机机床床的的机机件件有有无无松松动动、裂裂纹纹及及其其他他损损伤伤；可可以以检检查查润润滑滑是是否否正正常常，有有无无干干摩摩擦擦和和跑跑、冒冒、滴滴、漏漏现现象象；可可以以观观察察机机床床外外表表颜颜色色是是否否发发生生变变化化，以以判判断断机机床
21、床转转动动部部位位有有无无长长时时间间受受热热升升温温的的现现象象；还还可可观观看看油油箱箱内内的的油油的的稀稀稠稠、颜颜色色是是否否异异常常，油油箱箱内内沉沉积积物物中中金金属属磨磨粒粒的的多多少少、大大小小及及特特点点以以判判断断润润滑滑油油是是否否变变质质及及相相关关机机件件的的磨磨损损情情况况；还还可可观观察察机机床床主主传传动动及及进进给给系系统统的的传传动动轴轴、滚滚珠珠丝丝杠杠是是否否变变形形，轮系中的各主要元件有否跳动等。轮系中的各主要元件有否跳动等。2023/5/1514产品数字化设计与制造技术产品数字化设计与制造技术武汉科技大学武汉科技大学v利利用用听听觉觉细细心心判判断断
22、数数控控机机床床运运转转的的声声响响。这这是是因因为为机机床床正正常常运运转转时时，所所发发出出的的声声响响总总是是具具有有一一定定的的音音律律和和节节奏奏，并并保保持持一一定定程程度度的的稳稳定定。利利用用听听觉觉对对发发生生了了故故障障的的机机床床所所出出现现的的重重、杂杂、怪怪、乱乱的的异异常常噪噪声声与与机机床床的的正正常常声声响响进进行行比比对对，判判断断机机床床内内部部是是否否出出现现松松动动、撞撞击击、不不平平衡衡等等隐隐患患。维维修修人人员员可可以以用用手手锤锤轻轻轻轻敲敲击击零件，零件，可判别零件是否缺损，有无裂纹产生。可判别零件是否缺损，有无裂纹产生。v 另另外外，还还可可
23、借借助助简简单单的的诊诊断断仪仪器器如如电电子子听听诊诊器器来来对对机机床床故故障障进进行行诊诊断断。电电子子听听诊诊器器是是一一种种振振动动加加速速度度传传感感器器。它它将将机机床床振振动动状状况况转转换换成成电电信信号号并并进进行行放放大大，人人们们用用耳耳机机监监听听运运行行设设备备的的振振动动声声响响，以以实实现现对对声声音音的定性测量。的定性测量。2023/5/1515产品数字化设计与制造技术产品数字化设计与制造技术武汉科技大学武汉科技大学v人人的的手手指指触触觉觉是是很很灵灵敏敏的的，可可以以较较准准确确地地分分辨辨出出80以以内内的的温温度度，其其误误差差可可准准确确到到35。经
24、经验验告告诉诉我我们们，当当机机床床温温度度在在0左左右右时时，手手感感冰冰凉凉，若若触触摸摸时时间间较较长长会会产产生生刺刺骨骨痛痛感感；l0左左右右时时，手手感感较较凉凉，但但一一般般能能忍忍受受；20左左右右时时，手手感感稍稍凉凉，随随着着接接触触时时间间延延长长，手手感感渐渐温温；30左左右右时时，手手感感微微温温，有有舒舒适适感感；40左左右右时时，手手感感较较热热，有有微微烫烫感感觉觉；50左左右右时时，手手感感较较烫烫，若若用用掌掌心心按按的的时时间间较较长长，会会有有汗汗感感；60左左右右时时，手手感感很很烫烫，但但一一般般能能忍忍受受10秒秒长长的的时时间间；70左左右右时时
25、，手手感感烫烫得得灼灼痛痛，一一般般只只能能忍忍受受3秒秒长长的的时时间间，并并且且手手的的触触摸摸处处会会很很快快变变红红；80以以上上时时，瞬瞬时时接接触触手手感感“麻麻辣辣火火烧烧”，时时间间过过长长，可可出出现现烫烫伤伤。所所以以，在在采采用用手手指指触触觉觉判判断断温温度度高高低低时时，应应注注意意触触摸摸方方法法，一一般般先先用用右右手手微微微微弯弯曲曲的的食食指指、中中指指、无无名名指指指指背背中中节节部部位位试试探探性性触触及及机机床床表表面面，无无灼灼痛痛感感时时，才才可用手指肚或手掌触摸机床表面，以判断其温升情况。可用手指肚或手掌触摸机床表面，以判断其温升情况。2023/5
26、/1516产品数字化设计与制造技术产品数字化设计与制造技术武汉科技大学武汉科技大学v另另外外，用用手手触触摸摸机机床床表表面面可可以以感感觉觉出出振振动动的的强强弱弱以以及及是是否否产产生生冲冲击击，从从而而判判断断机机床床振振动动的的情情况况。同同时时还还可可用手指直接感觉出机床的移动部件用手指直接感觉出机床的移动部件是否在爬行是否在爬行。v 利利用用人人的的嗅嗅觉觉对对机机床床的的某某些些部部位位因因剧剧烈烈摩摩擦擦，使使附附着着的的油油脂脂或或其其他他可可燃燃物物发发生生氧氧化化、蒸蒸发发，以以及及因因各各种种原原因因引引起起的的燃燃烧烧所所发发出出的的气气味味进进行行判判断断，往往往往
27、可可收收到到较较好好的的效效果果。一一方方面面可可帮帮助助人人们们迅迅速速找找到到故故障障部部位位，另另一一方方面面可可根根据据气气味味的的种种类类判判别别是是何何种种材材料料发发出出的的，以便为诊断故障原因提供依据。以便为诊断故障原因提供依据。v 采采用用简简易易诊诊断断法法来来判判断断数数控控机机床床的的故故障障，是是定定性性的的、粗粗略略的的和和经经验验性性的的，但但对对数数控控机机床床的的管管理理及及维维修修仍仍有有现实的意义。现实的意义。2023/5/1517产品数字化设计与制造技术产品数字化设计与制造技术武汉科技大学武汉科技大学v2.无损探伤法无损探伤法v无无损损探探伤伤是是在在不
28、不损损坏坏检检测测对对象象的的前前提提下下，探探测测其其内内部部或或外外表表的的缺缺陷陷(伤伤痕痕)的的现现代代检检测测技技术术。在在工工业业生生产产中中，许许多多重重要要设设备备的的原原材材料料、零零部部件件、焊焊缝缝等等必必须须进进行行必必要要的的无无损损探探伤伤，当当确确认认其其内内部部或或表表面面不不存存在在危危险险性性或或非非允允许许缺缺陷陷时时，才才可可以以使使用用或或运运行行。这这种种方方法法在在数数控控机机床床的的制制造造及及其其机机械械故故障障的的诊诊断断中中也也需需要要应应用用。目目前前用用于于机机器器故故障障诊诊断断的的无无损损探探伤伤方方法法多多达达几几十十种种，在在工
29、工业业生生产产检检验验中中，应应用用最最广广泛泛的的有有超超声声波波探探伤伤、射射线线探探伤伤、磁磁粉粉探探伤伤、渗渗透透探探伤伤等等。就就其其检检测测对对象象而而言言，超超声声波波探探伤伤和和射射线线探探伤伤比比较较适适合合于于检检测测机机体体内内部部缺缺陷陷，而而对对于于机机体体表表面面缺缺陷陷采采用用磁磁粉粉探探伤伤、渗渗透透探探伤伤则则更更为为合合适适。除除此此之之外外，许许多多现现代代无无损损检检测测技技术术如如红红外外线线探探伤伤、激激光光全全息息摄摄影影、同同位位素素射射线线示示踪踪等等也也获获得得了了应应用用，对对数数控控机机床床采采用用无无损损探探伤伤技技术术进进行行机机械械
30、故故障障诊诊断断可可有有效效地地提提高高机机床床的的运运行行可可靠靠性性，另另外外，对对于于改改进进数数控控机机床床的的设设计计制制造造工工艺艺，降降低低制制造造成成本本也也具具有有十十分分现现实实的的意义。意义。2023/5/1518产品数字化设计与制造技术产品数字化设计与制造技术武汉科技大学武汉科技大学8.3 8.3 主传动系统与主轴部件故障的诊断与维修主传动系统与主轴部件故障的诊断与维修主传动系统与主轴部件故障的诊断与维修主传动系统与主轴部件故障的诊断与维修 数数控控机机床床的的主主传传动动是是承承受受主主切切削削力力的的传传动动运运动动，它它的的功功率率大大小小与与回回转转速速度度直直
31、接接影影响响着着机机床床的的加加工工效效率率，而而主主轴轴部部件件是是保保证证机机床床加加工工精精度度和和自自动动化化程程度度的的主主要要部部件件，它它们们对对数数控控机机床床的的性能有着决定性的影响。性能有着决定性的影响。由由于于数数控控机机床床的的主主轴轴驱驱动动广广泛泛采采用用交交、直直流流主主轴轴电电动动机机，这这就就使使得得主主传传动动的的功功率率和和调调速速范范围围较较普普通通机机床床大大为为增增加加。同同时时，为为了了进进一一步步满满足足对对主主传传动动调调速速和和扭扭矩矩输输出出的的要要求求，在在数数控控机机床床上上常常采采用用机机电电相相结结合合的的方方法法，即即同同时时采采
32、用用电电动动机机调调速速和和机机械械齿齿轮轮变变速速这这两两种种方方法法。其其中中，通通过过齿齿轮轮减减速速来来扩扩大大输输出出扭扭矩矩，利利用用齿齿轮轮换换挡挡来来进进一一步步扩扩大大调调速速范范围围。尽尽管管如如此此，数数控控机机床床的的主主传传动动变变速速机机构构仍仍较较以以往往的的普普通通机机床床有有了了极极大大的的简简化化，主主轴轴箱箱内内各各种种零零件件如如轴轴、齿齿轮轮、轴轴承承等等的的数数量量都都大大为为减减少少，这这就就使使得得可可能能出现机械故障的部位也大为减少出现机械故障的部位也大为减少。2023/5/1519产品数字化设计与制造技术产品数字化设计与制造技术武汉科技大学武
33、汉科技大学8.3.1主传动系统 图8-1所示是数控机床的主传动系统常采用的配置形式：1.用齿轮变速的形式滑移齿轮的换挡常采用液压拨叉或直接由液压缸带动，还可通过电磁离合器直接实现换挡。这种配置方式在大中型机床中采用较多。如图8-1(a)所示。2.采用带传动的形式这种形式可避免齿轮传动引起的振动与噪声，但只能用在低扭矩的情况下。这种配置在小型机床中经常使用，如图8-1(b)所示。3.由调速电动机直接驱动的形式这种传动形式简化了机构、提高了主轴的刚度，是一种非常好的传动形式，如图8-1(c)所示，控制方便，机械结构简单，但其输出扭矩比较小。2023/5/1520产品数字化设计与制造技术产品数字化设
34、计与制造技术武汉科技大学武汉科技大学图8-1 数控机床主轴传动配置方式2023/5/1521产品数字化设计与制造技术产品数字化设计与制造技术武汉科技大学武汉科技大学v结结合合上上述述几几种种形形式式，现现将将数数控控机机床床中中主主传传动动系系统统经经常常出出现现的的主主要几种机械故障及其所对应的诊断排除方法叙述如下：要几种机械故障及其所对应的诊断排除方法叙述如下：v 1.噪声过大噪声过大v 主主传传动动系系统统产产生生噪噪声声的的原原因因是是多多种种多多样样的的。对对于于齿齿轮轮变变速速的的形形式式，一一般般是是因因为为齿齿轮轮啮啮合合间间隙隙不不均均匀匀或或轮轮齿齿已已损损坏坏造造成成的的
35、，而而造造成成齿齿轮轮啮啮合合间间隙隙不不均均匀匀的的主主要要因因素素是是加加工工与与装装配配精精度度不不高高。如如果果发发现现轮轮齿齿已已损损坏坏，应应立立即即更更换换新新齿齿轮轮，同同时时应应注注意意提提高高齿齿轮轮的的制制造造及及装装配配精精度度，精精度度越越高高，噪噪声声越越小小。另另外外，在在设设计计时时应应尽尽量量减减少少齿齿轮轮的的对对数数，适适当当限限制制齿齿轮轮的的直直径径(尤尤其其在在高高速速传传动动链链中中)，这这是是因因为为齿齿轮轮直直径径越越大大，在在工工作作时时相相对对同同样样转转速速条条件件下下的的线线速速度度就就越越大大。据据实实验验证证明明，齿齿轮轮的的线线速
36、速度度降降低低50，噪噪声声可可降降低低60dB。因因此此，在在机机床床设设计计时时应应尽尽量量减减少少使使用用线线速速度度超超过过10m/s12m/s的的高高速速齿齿轮轮，这这是是避避免免主主传传动动系系统统噪噪声声的的非非常常有有效的措施。效的措施。v 2023/5/1522产品数字化设计与制造技术产品数字化设计与制造技术武汉科技大学武汉科技大学v减减小小齿齿轮轮噪噪声声的的方方法法还还有有：在在传传动动轴轴刚刚度度允允许许的的条条件件下下采采用用斜斜齿齿或或人人字字齿齿轮轮，以以减减小小齿齿轮轮的的啮啮合合角角，从从而而降降低低齿齿轮轮噪噪声声；提提高高传传动动箱箱箱箱体体的的刚刚性性，
37、箱箱体体刚刚性性越越好好，振振动动越越小小，噪噪声声也也越越小小；尽尽量量减减小小齿齿轮轮轴轴、孔孔间间的的配配合合间间隙隙和和传传动动间间隙隙，即即采采用用消消隙隙的的结结构构；改改善善润润滑滑条条件件，确确保保齿齿轮轮啮啮合合面面及及支支撑撑轴轴承承处处润润滑滑正正常常等。等。v 对对于于带带传传动动的的形形式式，产产生生噪噪声声的的主主要要原原因因有有主主轴轴与与电电动动机机连连接接的的皮皮带带过过紧紧，大大带带轮轮与与小小带带轮轮传传动动平平衡衡情情况况不不佳佳。此此时时应应移移动动电电动动机机座座，使使皮皮带带松松紧紧度度合合适适，将将脱脱落落了了平平衡衡块块的的带带轮轮重重新新进行
38、平衡。进行平衡。v 有有时时主主传传动动系系统统的的噪噪声声是是由由于于系系统统中中传传动动轴轴承承损损坏坏或或传传动动轴轴弯弯曲曲造造成成的的，此此时时应应修修复复或或更更换换轴轴承承，校校直直传传动动轴轴，以以消消除除噪噪声。声。2023/5/1523产品数字化设计与制造技术产品数字化设计与制造技术武汉科技大学武汉科技大学v2.变速时挂不上档变速时挂不上档v这这一一类类机机械械故故障障多多出出在在采采用用齿齿轮轮变变速速的的形形式式时时，当当用用液液压压拨拨叉叉来来带带动动齿齿轮轮换换挡挡时时，因因滑滑动动齿齿轮轮严严重重撞撞击击而而使使倒倒角角处处打打毛毛翻翻边边所所造造成成。产产生生这
39、这一一故故障障的的原原因因通通常常是是由由于于液液压压变变速速系系统统中中的的液液压压元元件件(如如变变速速油油缸缸)不不具具有有良良好好的的速速度度调调节节功功能能，或或相相应应的的电电磁磁元元件件(如如电电磁磁换换向向阀阀)不不具具有有“记记忆忆”功功能能所所致致。在在数数控控机机床床中中，由由于于变变速速换换挡挡都都是是由由机机床床根根据据指指令令自自动动完完成成的的，所所以以组组成成变变速速系系统统的的各各元元件件均均应应适适应应这这一一特特点点。有有的的数数控控机机床床在在控控制制变变速速油油缸缸运运动动时时采采用用信信号号杆杆配配接接近近开开关关的的组组合合方方式式，对对解解决决这
40、这一一类类机机械械故故障障是是行行之之有有效效的的方方法法。即即使使这这样样，也也应应该该定定期期检检查查接接近近开开关关是是否否因因机机床床振振动动而产生松脱、移位等现象，从而避免同类故障的发生。而产生松脱、移位等现象，从而避免同类故障的发生。v 另另外外，对对于于使使用用牙牙嵌嵌式式电电磁磁离离合合器器的的主主传传动动系系统统，必必须须掌掌握握离离合合器器需需在在低低于于1 rmin一一2 rmin的的转转速速下才能安全可靠的变速这一特点下才能安全可靠的变速这一特点。v 2023/5/1524产品数字化设计与制造技术产品数字化设计与制造技术武汉科技大学武汉科技大学v3.主轴在强力切削时停转
41、主轴在强力切削时停转v 这这种种情情况况往往往往出出现现在在带带传传动动的的形形式式中中，由由于于电电动动机机与与主主轴轴连连接接的的皮皮带带过过松松，或或是是由由于于皮皮带带表表面面有有油油、皮皮带带使使用用过过久久而而失失效效等等，均均会会造造成成上上述述故故障障。此此时时只只须须移移动动电电动动机机，张张紧紧皮皮带带，继继而而将将电电动动机机座座重重新新锁锁紧紧；或或是是用用汽汽油油清清洗洗皮皮带带表表面面油油污污，使使之之清洁后再重装上；更换新皮带等措施，即可排除故障。清洁后再重装上；更换新皮带等措施，即可排除故障。v 有有时时在在齿齿轮轮传传动动的的系系统统中中也也会会出出现现此此类
42、类故故障障，这这常常常常是是由由于于在在传传动动系系统统中中采采用用了了摩摩擦擦离离合合器器，而而摩摩擦擦离离合合器器调调整整过过松松或或磨磨损损过过大大的的原原因因造造成成的的。此此时时只只需需重重新新调调整整摩摩擦擦离离合合器器，或或是是修修磨、更换摩擦片即可。磨、更换摩擦片即可。2023/5/1525产品数字化设计与制造技术产品数字化设计与制造技术武汉科技大学武汉科技大学v8.3.2主轴部件主轴部件v 数控机床的主轴部件主要有以下几部分：数控机床的主轴部件主要有以下几部分：v 主主轴轴本本体体及及密密封封装装置置、支支承承主主轴轴的的轴轴承承、配配置置在在主主轴轴内内部部的的刀刀具具自自
43、动动卡卡紧紧及及吹吹屑屑装装置置、主主轴轴的的准准停停装装置置等。等。v 主主轴轴部部件件质质量量的的好好坏坏将将直直接接影影响响加加工工质质量量，因因此此对对主主轴轴部部件件的的故故障障诊诊断断及及排排除除就就显显得得非非常常重重要要。下下面面对对主轴部件较常见的故障及排除方法作介绍：主轴部件较常见的故障及排除方法作介绍：v 2023/5/1526产品数字化设计与制造技术产品数字化设计与制造技术武汉科技大学武汉科技大学v1.主轴润滑不良及主轴密封处故障主轴润滑不良及主轴密封处故障v 数数控控机机床床的的主主轴轴在在工工作作时时应应保保持持良良好好的的状状态态，主主轴轴的的运运转转温温度度和和
44、热热稳稳定定性性是是至至关关重重要要的的。主主轴轴工工作作时时如如温温升升过过高高，将将会会导导致致主主轴轴发发热热，从从而而给给主主轴轴轴轴承承的的正正常常运运转转带带来来影影响响，轻轻则则降降低低主主轴轴回回转转精精度度，严严重重的的甚甚至至会会烧烧毁毁轴轴承承。要要避避免免此此类类故故障障发发生生，就就要要确确保保主主轴轴具具有有良良好好的的润润滑滑，同同时时与与主主轴轴相相配配的的密密封封结结构构应应能能满满足主轴润滑方式的要求。足主轴润滑方式的要求。2023/5/1527产品数字化设计与制造技术产品数字化设计与制造技术武汉科技大学武汉科技大学v 数控机床主轴中部件的数控机床主轴中部件
45、的润滑方式润滑方式通常有：通常有：v(1)循环式润滑方式循环式润滑方式v 此此方方式式采采用用液液压压泵泵供供油油强强力力润润滑滑，可可有有效效地地把把主主轴轴组组件件的的热热量量带带走走，同同时时在在油油箱箱中中使使用用油油温温控控制制器器控控制制油油液液温温度度，以以保保证证主主轴轴不不发发热热。这这种种润润滑滑方方式式因因润润滑滑油油的的交交换换量量比比较较大大，所所以以需需要要液液压压泵泵专专门门负负责责抽抽吸吸润润滑滑后后存存留留在在箱箱内内的的油油液液。此此时时，吸吸油油管要尽量位于最低处，尤其是在主轴为立式时更应如此。管要尽量位于最低处，尤其是在主轴为立式时更应如此。v 采采用用
46、此此方方式式较较易易出出现现的的故故障障是是，因因抽抽油油时时间间调调整整的的不不合合适适导导致致润润滑滑油油外外溢溢以以及及密密封封装装置置本本身身有有破破损损等等缺缺陷陷造造成成的的润润滑滑油油渗渗漏漏。在在此此情情况况下下，首首先先应应检检查查吸吸油油管管位位置置是是否否合合适适，然然后后仔仔细细调调整整好好供供油油量量及及回回抽抽油油量量的的关关系系，适适当当延延长长吸吸油油时时间间，最最后后认认真真检检查查主主轴轴端端部部的的密密封封结结构构，保保证证其其有有一一定定的的存存油油空空间间，同同时时更换破损密封件，以确保不漏油。更换破损密封件，以确保不漏油。2023/5/1528产品数
47、字化设计与制造技术产品数字化设计与制造技术武汉科技大学武汉科技大学v(2)高级润滑脂与润滑油混合润滑方式高级润滑脂与润滑油混合润滑方式v 采采用用此此方方式式往往往往是是主主传传动动部部分分用用润润滑滑油油润润滑滑，而而主主轴轴部部件件特特别别是是主主轴轴轴轴承承用用高高级级润润滑滑脂脂润润滑滑。这这种种方方式式可可大大大大简简化化结结构构，降降低低制制造造成成本本且且维维护护保保养养简简单单。因因为为密密封封存存放放于于主主轴轴轴轴承承处处的的高高级级润润滑滑脂脂可可长长期期使使用用(8年年左左右右)，在在正正常常工工作作条条件件下下既既不不会会稀稀化化流流出出，也也不不会因润滑不充分导致主
48、轴端部高的温升。会因润滑不充分导致主轴端部高的温升。v 但但采采用用此此方方式式较较易易出出现现的的故故障障为为，错错误误地地认认为为将将润润滑滑脂脂填填充充的的越越多多越越好好，从从而而人人为为地地将将润润滑滑脂脂涂涂抹抹过过多多，这这样样反反而而容容易易造造成成工工作作时时主主轴轴端端部部发发热热严严重重。排排除除方方法法是是按按照照主主运运动动参参数数要要求求和和主主轴轴轴轴承承的的型型号号及及规规格格，严严格格地地计计算算填填入入轴轴承承中中的的润润滑滑脂脂的的量量，以以避避免免因因轴轴承承润滑脂过少或过多引起的主轴发热。润滑脂过少或过多引起的主轴发热。2023/5/1529产品数字化
49、设计与制造技术产品数字化设计与制造技术武汉科技大学武汉科技大学v另另一一个个较较常常见见的的故故障障是是润润滑滑油油与与润润滑滑脂脂出出现现混混合合，最最后后导导致致润润滑滑脂脂稀稀化化并并逐逐步步流流失失，从从而而造造成成主主轴轴端端部部润润滑滑不不良良，出出现现故故障障。这这种种情情况况发发生生后后的的排排除除方方法法是是：严严格格区区分分油油润润滑滑区区与与脂脂润润滑滑区区，在在主主轴轴部部件件结结构构上上确确保保润润滑滑油油与与润润滑滑脂脂各各自自独独立立封封闭闭。对对于于润润滑滑油油，如如果果是是飞飞溅溅润润滑滑，则则应应预预留留油油池池，且且保保证证油油池池液液面面高高度度不不会会
50、翻翻越越密密封封装装置置进进入入脂脂润润滑滑区区，同同时时对对密密封封装装置置的的设设计计既既要要考考虑虑不不许许油油液液自自下下而而上上漫漫过过去去，也也不不许许飞飞溅溅后后落落下下的的油油液液自自上上而而下下渗渗过过去去。如如果果是是强强制制喷喷淋淋润润滑滑，则则应应在在保保证证前前面面所所述述条条件件的基础上，另外增加强制回油装置。的基础上，另外增加强制回油装置。v 对对于于润润滑滑脂脂，通通常常采采用用迷迷宫宫封封闭闭式式密密封封，只只要要润润滑滑脂脂的的填填充充量计算准确，便可保证能正常工作。量计算准确，便可保证能正常工作。2023/5/1530产品数字化设计与制造技术产品数字化设计