2017畢業(yè)設(shè)計（論文）-數(shù)控機(jī)床主軸部件及其維護(hù)維修

1、.煙臺工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 數(shù)控技術(shù)系 系 數(shù)控設(shè)備應(yīng)用與維護(hù) 專業(yè) 08302 級畢業(yè)設(shè)計（論文）題 目: 數(shù)控機(jī)床主軸部件及其維護(hù)維修 姓名 學(xué)號 指導(dǎo)教師（簽名） 二一年十月十二日 煙臺工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文)誠 信 承 諾 書本人慎重承諾：我所撰寫的設(shè)計（論文） 數(shù)控機(jī)床主軸部件及其維護(hù)維修 是在老師的指導(dǎo)下自主完成，沒有剽竊或抄襲他人的論文或成果。如有剽竊、抄襲，本人愿意為由此引起的后果承擔(dān)相應(yīng)責(zé)任。畢業(yè)論文（設(shè)計）的研究成果歸屬學(xué)校所有。 學(xué)生(簽名) 年 月 日摘要隨著電子技術(shù)和自動化技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。數(shù)控機(jī)床的主軸技術(shù)也是相當(dāng)?shù)闹匾?，但往往也會出現(xiàn)故障,

2、外此給操作人員帶來便,為了發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的使用效率,本文中介紹了數(shù)控機(jī)床主軸常見的故障及對它的故障分析和解決的方法,結(jié)合原理圖來加以說明。關(guān)鍵詞： 數(shù)控技術(shù)，主軸結(jié)構(gòu)，故障診斷。目 錄第一章 數(shù)控系統(tǒng)與數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展趨勢51.1 數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展趨勢 5第二章 數(shù)控機(jī)床主軸結(jié)構(gòu) 82.1高速加工對機(jī)床主軸的要求 82.2 主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 8第三章 數(shù)控機(jī)床主軸的故障分析與維修 10第四章 數(shù)控機(jī)床運行中主軸的異常及案例 144.1主軸發(fā)熱現(xiàn)象 144.2主軸出現(xiàn)異常噪音或振動 144.3切削時主軸出現(xiàn)停轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)現(xiàn)象 15結(jié)論15參考文獻(xiàn) 16第一章 數(shù)控系統(tǒng)與數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展趨勢1.1數(shù)控系統(tǒng)

3、發(fā)展趨勢從1952年美國麻省理工學(xué)院研制出第一臺試驗性數(shù)控系統(tǒng)，到現(xiàn)在已走過了半個世紀(jì)歷程。隨著電子技術(shù)和控制技術(shù)的飛速發(fā)展，當(dāng)今的數(shù)控系統(tǒng)功能已經(jīng)非常強(qiáng)大，與此同時加工技術(shù)以及一些其他相關(guān)技術(shù)的發(fā)展對數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展和進(jìn)步提出了新的要求。 1.1.1 數(shù)控系統(tǒng)向開放式體系結(jié)構(gòu)發(fā)展 20世紀(jì)90年代以來，由于計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，推動數(shù)控技術(shù)更快的更新?lián)Q代。世界上許多數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家利用PC機(jī)豐富的軟、硬件資源開發(fā)開放式體系結(jié)構(gòu)的新一代數(shù)控系統(tǒng)。開放式體系結(jié)構(gòu)使數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應(yīng)性、可擴(kuò)展性，并可以較容易的實現(xiàn)智能化、網(wǎng)絡(luò)化。近幾年許多國家紛紛研究開發(fā)這種系統(tǒng)，如美國科學(xué)制造中心

4、(NCMS)與空軍共同領(lǐng)導(dǎo)的“下一代工作站/機(jī)床控制器體系結(jié)構(gòu)”NGC，歐共體的“自動化系統(tǒng)中開放式體系結(jié)構(gòu)”O(jiān)SACA，日本的OSEC計劃等。開放式體系結(jié)構(gòu)可以大量采用通用微機(jī)技術(shù)，使編程、操作以及技術(shù)升級和更新變得更加簡單快捷。開放式體系結(jié)構(gòu)的新一代數(shù)控系統(tǒng)，其硬件、軟件和總線規(guī)范都是對外開放的，數(shù)控系統(tǒng)制造商和用戶可以根據(jù)這些開放的資源進(jìn)行的系統(tǒng)集成，同時它也為用戶根據(jù)實際需要靈活配置數(shù)控系統(tǒng)帶來極大方便，促進(jìn)了數(shù)控系統(tǒng)多檔次、多品種的開發(fā)和廣泛應(yīng)用，開發(fā)生產(chǎn)周期大大縮短。同時，這種數(shù)控系統(tǒng)可隨CPU升級而升級，而結(jié)構(gòu)可以保持不變。 1.1.2 數(shù)控系統(tǒng)向軟數(shù)控方向發(fā)展 現(xiàn)在，實際用于工

5、業(yè)現(xiàn)場的數(shù)控系統(tǒng)主要有以下四種類型，分別代表了數(shù)控技術(shù)的不同發(fā)展階段，對不同類型的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，數(shù)控系統(tǒng)不但從封閉體系結(jié)構(gòu)向開放體系結(jié)構(gòu)發(fā)展，而且正在從硬數(shù)控向軟數(shù)控方向發(fā)展的趨勢。 傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)，如FANUC 0系統(tǒng)、MITSUBISHI M50系統(tǒng)、SINUMERIK 810M/T/G系統(tǒng)等。這是一種專用的封閉體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)。目前，這類系統(tǒng)還是占領(lǐng)了制造業(yè)的大部分市場。但由于開放體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展，傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的市場正在受到挑戰(zhàn)，已逐漸減小。 “PC嵌入NC”結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng)，如FANUC18i、16i系統(tǒng)、SINUMERIK 840D系統(tǒng)、Num1060系統(tǒng)、AB

6、9/360等數(shù)控系統(tǒng)。這是一些數(shù)控系統(tǒng)制造商將多年來積累的數(shù)控軟件技術(shù)和當(dāng)今計算機(jī)豐富的軟件資源相結(jié)合開發(fā)的產(chǎn)品。它具有一定的開放性，但由于它的NC部分仍然是傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)，用戶無法介入數(shù)控系統(tǒng)的核心。這類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能強(qiáng)大，價格昂貴。 “NC嵌入PC”結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng)它由開放體系結(jié)構(gòu)運動控制卡和PC機(jī)共同構(gòu)成。這種運動控制卡通常選用高速DSP作為CPU，具有很強(qiáng)的運動控制和PLC控制能力。它本身就是一個數(shù)控系統(tǒng)，可以單獨使用。它開放的函數(shù)庫供用戶在WINDOWS平臺下自行開發(fā)構(gòu)造所需的控制系統(tǒng)。因而這種開放結(jié)構(gòu)運動控制卡被廣泛應(yīng)用于制造業(yè)自動化控制各個領(lǐng)域。如美國Delta Tau公

7、司用PMAC多軸運動控制卡構(gòu)造的PMAC-NC數(shù)控系統(tǒng)、日本MAZAK公司用三菱電機(jī)的MELDASMAGIC 64構(gòu)造的MAZATROL 640 CNC等。SOFT型開放式數(shù)控系統(tǒng)這是一種最新開放體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)。它提供給用戶最大的選擇和靈活性，它的CNC軟件全部裝在計算機(jī)中，而硬件部分僅是計算機(jī)與伺服驅(qū)動和外部I/O之間的標(biāo)準(zhǔn)化通用接口。就像計算機(jī)中可以安裝各種品牌的聲卡和相應(yīng)的驅(qū)動程序一樣。用戶可以在WINDOWS NT平臺上，利用開放的CNC內(nèi)核，開發(fā)所需的各種功能，構(gòu)成各種類型的高性能數(shù)控系統(tǒng)，與前幾種數(shù)控系統(tǒng)相比，SOFT型開放式數(shù)控系統(tǒng)具有最高的性能價格比，因而最有生命力。通過軟

8、件智能替代復(fù)雜的硬件，正在成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的重要趨勢。其典型產(chǎn)品有美國MDSI公司的Open CNC、德國Power Automation公司的PA8000 NT等。1.1.3 數(shù)控系統(tǒng)控制性能向智能化方向發(fā)展 智能化是21世紀(jì)制造技術(shù)發(fā)展的一個大方向。隨著人工智能在計算機(jī)領(lǐng)域的滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)引入了自適應(yīng)控制、模糊系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制機(jī)理，不但具有自動編程、前饋控制、模糊控制、學(xué)習(xí)控制、自適應(yīng)控制、工藝參數(shù)自動生成、三維刀具補(bǔ)償、運動參數(shù)動態(tài)補(bǔ)償?shù)裙δ?，而且人機(jī)界面極為友好，并具有故障診斷專家系統(tǒng)使自診斷和故障監(jiān)控功能更趨完善。伺服系統(tǒng)智能化的主軸交流驅(qū)動和智能化進(jìn)給伺服裝置，能自動

9、識別負(fù)載并自動優(yōu)化調(diào)整參數(shù)。 世界上正在進(jìn)行研究的智能化切削加工系統(tǒng)很多，其中日本智能化數(shù)控裝置研究會針對鉆削的智能加工方案具有代表性。1.1.4 數(shù)控系統(tǒng)向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化，主要指數(shù)控系統(tǒng)與外部的其它控制系統(tǒng)或上位計算機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接和網(wǎng)絡(luò)控制。數(shù)控系統(tǒng)一般首先面向生產(chǎn)現(xiàn)場和企業(yè)內(nèi)部的局域網(wǎng)，然后再經(jīng)由因特網(wǎng)通向企業(yè)外部，這就是所謂Internet/Intranet技術(shù)。 隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟和發(fā)展，最近業(yè)界又提出了數(shù)字制造的概念。數(shù)字制造，又稱“e-制造”，是機(jī)械制造企業(yè)現(xiàn)代化的標(biāo)志之一，也是國際先進(jìn)機(jī)床制造商當(dāng)今標(biāo)準(zhǔn)配置的供貨方式。隨著信息化技術(shù)的大量采用，越來越多的國內(nèi)用戶在

10、進(jìn)口數(shù)控機(jī)床時要求具有遠(yuǎn)程通訊服務(wù)等功能。 數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)一步促進(jìn)了柔性自動化制造技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代柔性制造系統(tǒng)從點(數(shù)控單機(jī)、加工中心和數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床)、線(FMC、FMS、FTL、FML)向面(工段車間獨立制造島、FA)、體(CIMS、分布式網(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng))的方向發(fā)展。柔性自動化技術(shù)以易于聯(lián)網(wǎng)和集成為目標(biāo)，同時注重加強(qiáng)單元技術(shù)的開拓、完善，數(shù)控機(jī)床及其構(gòu)成柔性制造系統(tǒng)能方便地與CAD、CAM、CAPP、MTS聯(lián)結(jié)，向信息集成方向發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)向開放、集成和智能化方向發(fā)展。1.1.5 數(shù)控系統(tǒng)向高可靠性方向發(fā)展隨著數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用的日趨廣泛，數(shù)控系統(tǒng)的高可靠性已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)制造商追

11、求的目標(biāo)。對于每天工作兩班的無人工廠而言，如果要求在16小時內(nèi)連續(xù)正常工作，無故障率在P(t)99%以上，則數(shù)控機(jī)床的平均無故障運行時間MTBF就必須大于3000小時。我們只對某一臺數(shù)控機(jī)床而言，如主機(jī)與數(shù)控系統(tǒng)的失效率之比為10:1(數(shù)控的可靠比主機(jī)高一個數(shù)量級)。此時數(shù)控系統(tǒng)的MTBF就要大于33333.3小時，而其中的數(shù)控裝置、主軸及驅(qū)動等的MTBF就必須大于10萬小時。如果對整條生產(chǎn)線而言，可靠性要求還要更高。當(dāng)前國外數(shù)控裝置的MTBF值已達(dá)6000小時以上，驅(qū)動裝置達(dá)30000小時以上，但是，可以看到距理想的目標(biāo)還有差距。1.1.6 數(shù)控系統(tǒng)向復(fù)合化方向發(fā)展在零件加工過程中有大量的無

12、用時間消耗在工件搬運、上下料、安裝調(diào)整、換刀和主軸的升、降速上，為了盡可能降低這些無用時間，人們希望將不同的加工功能整合在同一臺機(jī)床上，因此，復(fù)合功能的機(jī)床成為近年來發(fā)展很快的機(jī)種。柔性制造范疇的機(jī)床復(fù)合加工概念是指將工件一次裝夾后，機(jī)床便能按照數(shù)控加工程序，自動進(jìn)行同一類工藝方法或不同類工藝方法的多工序加工，以完成一個復(fù)雜形狀零件的主要乃至全部車、銑、鉆、鏜、磨、攻絲、鉸孔和擴(kuò)孔等多種加工工序。普通的數(shù)控系統(tǒng)軟件針對不同類型的機(jī)床使用不同的軟件版本，比如Siemens的810M系統(tǒng)和802D系統(tǒng)就有車床版本和銑床版本之分。復(fù)合化的要求促使數(shù)控系統(tǒng)功能的整合。目前，主流的數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)商都能提供

13、高性能的復(fù)合機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)。1.1.7 數(shù)控系統(tǒng)向多軸聯(lián)動化方向發(fā)展由于在加工自由曲面時，3軸聯(lián)動控制的機(jī)床無法避免切速接近于零的球頭銑刀端部參與切削，進(jìn)而對工件的加工質(zhì)量造成破壞性影響，而5軸聯(lián)動控制對球頭銑刀的數(shù)控編程比較簡單，并且能使球頭銑刀在銑削3維曲面的過程中始終保持合理的切速，從而顯著改善加工表面的粗糙度和大幅度提高加工效率，因此，各大系統(tǒng)開發(fā)商不遺余力地開發(fā)5軸、6軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)，隨著5軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)和編程軟件的成熟和日益普及，5軸聯(lián)動控制的加工中心和數(shù)控銑床已經(jīng)成為當(dāng)前的一個開發(fā)熱點。 最近，國外主要的系統(tǒng)開發(fā)商在6軸聯(lián)動控制系統(tǒng)的研究上已經(jīng)取得和很大進(jìn)展，在6軸聯(lián)動加工中心上可

14、以使用非旋轉(zhuǎn)刀具加工任意形狀的三維曲面，且切深可以很薄，但加工效率太低一時尚難實用化。 電子技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、模糊控制技術(shù)的發(fā)展使新一代數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)水平大大提高，促進(jìn)了數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，也促進(jìn)了現(xiàn)代制造技術(shù)的快速發(fā)展。數(shù)控機(jī)床性能在高速度、高精度、高可靠性和復(fù)合化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、柔性化、綠色化方面取得了長足的進(jìn)步?，F(xiàn)代制造業(yè)正在迎來一場新的技術(shù)革命1。第二章 數(shù)控機(jī)床主軸結(jié)構(gòu)2.1 高速加工對機(jī)床主軸的要求 高速加工對機(jī)床主軸系統(tǒng)不僅要求轉(zhuǎn)速高，輸出的扭矩和功率要大，還要求具有較高的主軸回轉(zhuǎn)精度和在高速運轉(zhuǎn)中保持具有良好的剛度、抗震性及熱穩(wěn)定性。目前，國際上工業(yè)發(fā)達(dá)國家生產(chǎn)的高

15、速加工中心主軸最高轉(zhuǎn)速高達(dá)20000100000r/min，國內(nèi)中小型加工中心、數(shù)控銑床的主軸最高轉(zhuǎn)速也達(dá)40006000r/min 。實際應(yīng)用中主要有兩類高速主軸：一類是具有零傳動的高速電主軸，這類主軸因采用電機(jī)和機(jī)床主軸一體化的結(jié)構(gòu)，并經(jīng)過精確的動平衡校正，因此具有良好的回轉(zhuǎn)精度和穩(wěn)定性，但對輸出的扭矩和功率有所限制；另一類是以變頻主軸電機(jī)與機(jī)械變速機(jī)構(gòu)相結(jié)合的主軸，這類主軸輸出的扭矩和功率要大得多，但相對來說回轉(zhuǎn)精度和平穩(wěn)性要差一點，因此對于這類主軸來說，如何正確地設(shè)計機(jī)床主軸及其組件對機(jī)床加工精度的影響是至關(guān)重要的。2.2 主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 2.2.1 主軸軸承   主軸軸承的

16、選擇：鑒于加工中心和高速數(shù)控銑床的大負(fù)荷、高轉(zhuǎn)速和高精密的要求，普通的主軸雙聯(lián)軸承結(jié)構(gòu)已滿足不了要求現(xiàn)在對于高速加工中心和數(shù)控銑床，大多采用角接觸軸承組合設(shè)計。因為角接觸軸承可以同時承受徑向和一個方向的軸向載荷，允許的極限轉(zhuǎn)速較高。如圖 2 所示，采用兩個角接觸球軸承背靠背組配，使支承點 A 、 B 兩點向外擴(kuò)展，縮短了主軸頭部的懸伸，大大地減少了主軸端部的撓曲變形，提高了主軸剛度。 主軸軸承的預(yù)緊：用普通螺母作主軸軸承軸向限位，通常難以保證螺母端面與軸心線有較高的垂直度 ( 如圖 1a) ，鎖緊后易使軸承偏斜，甚至有可能使軸彎曲 ( 如圖 1b) ，這都將影響軸的旋轉(zhuǎn)精度2。 圖 (a) 圖

17、 (b)圖2.2 普通螺母鎖緊時螺紋偏斜對軸承的影響主軸軸承的密封和潤滑：由于高速機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速較高，轉(zhuǎn)速達(dá)5000r/min以上時脂潤滑已很難達(dá)到要求，而稀油潤滑在高速運動中潤滑油的多少明顯地影響到主軸運行的平穩(wěn)性。因此在目前的設(shè)計中多數(shù)采用集中定量定時油霧或滴油潤滑方式。在高速加工中為了提高主軸軸承的壽命和確保軸承的旋轉(zhuǎn)精度，必須采取嚴(yán)格的密封措施，然而密封效果較好的接觸式密封又勢必影響到主軸轉(zhuǎn)速的提高，因此目前通用的有主軸吹氣、迷宮密封等非接觸式密封方式，對于要求不高的可以采用間隙密封，但必須準(zhǔn)確地控制間隙的大小，一般是在0.020.04mm之間。2.2.2 主軸拉桿自動裝刀系統(tǒng) 在加工中

18、心和高速數(shù)控銑床中刀具安裝勢必采用自動裝刀機(jī)構(gòu)。由預(yù)緊彈簧控制軸向拉力，再由氣壓、液壓或機(jī)械螺桿等執(zhí)行機(jī)構(gòu)實現(xiàn)松刀和夾刀動作的拉桿機(jī)構(gòu) ( 如圖 5) 。執(zhí)行機(jī)構(gòu)有與主軸一同旋轉(zhuǎn)的隨動單元，也有不隨主軸旋轉(zhuǎn)的分離型結(jié)構(gòu)，前者結(jié)構(gòu)比較緊湊，復(fù)雜程度高，后者結(jié)構(gòu)簡單，成本低，但占用空間較大。另外，為了提高刀具重復(fù)安裝精度，減少刀具錐柄和主軸錐孔非正常接合，在自動裝刀系統(tǒng)中必須設(shè)置主軸準(zhǔn)停機(jī)構(gòu)和用以清潔刀具錐柄、主軸錐面的吹氣或噴液的機(jī)構(gòu)。圖 5 KX714 主軸結(jié)構(gòu)1. 壓縮空氣管 2. 活塞 3. 雙溝鎖緊螺母 4. 碟形彈簧 5. 拉桿6. 主軸7. 主軸套筒 8. 主軸內(nèi)冷卻環(huán) 9. 刀具拉

19、釘 10. 擋油法蘭 2.2.3 主軸水冷卻系統(tǒng) 在高速旋轉(zhuǎn)運動中軸承溫升是造成主軸變形、加工精度下降的重要因素之一。大量的熱能會造成主軸嚴(yán)重的熱變形，不僅影響主軸回轉(zhuǎn)精度，而且還會抑制主軸轉(zhuǎn)速的提高，速度愈高這種現(xiàn)象愈明顯。因此，如何改善機(jī)床主軸系統(tǒng)熱特性，減少系統(tǒng)的熱源強(qiáng)度，降低溫升及減少系統(tǒng)的熱位移，在高速主軸設(shè)計中就顯得尤為重要。在主軸設(shè)計中除了正確地選擇主軸組件，減少系統(tǒng)熱源強(qiáng)度外，對主軸要進(jìn)行水冷卻，以降低溫升和減少系統(tǒng)熱位移。在主軸套筒外設(shè)計連續(xù)的水冷卻環(huán)槽，讓機(jī)床冷卻液先流經(jīng)主軸套筒上的冷卻環(huán)槽，然后再噴出到刀具刀尖，用這種方式帶走軸承產(chǎn)生的絕大部分熱量，減少系統(tǒng)熱能向機(jī)床主軸

20、傳導(dǎo)。對于有些要求較高的機(jī)床可將主軸水冷卻和切削液分為兩個不同的系統(tǒng)，當(dāng)然這種結(jié)構(gòu)只能應(yīng)用到單元式主軸上。第三章 數(shù)控機(jī)床主軸的故障分析與維修3.1 開機(jī)后，不論輸入指令，主軸僅僅出現(xiàn)底速旋轉(zhuǎn)，實際轉(zhuǎn)速無法達(dá)到指定值。分析與處理過程：在數(shù)控機(jī)床上，主軸轉(zhuǎn)速的控制，一般是數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)不同的S代碼，輸出不同的主軸轉(zhuǎn)速模擬量值，通過主軸驅(qū)動器實現(xiàn)主軸變速的。在本機(jī)床上，檢查主軸驅(qū)動器無報警，而主軸出現(xiàn)底速旋轉(zhuǎn)，可以基本確認(rèn)主軸驅(qū)動器無故障。根據(jù)故障現(xiàn)象，為了確定故障部位，利用萬用表測量系統(tǒng)的主軸模擬量輸出，發(fā)現(xiàn)在不同的S*指令下，其值改變，由此確認(rèn)數(shù)控系統(tǒng)工作正常。分析主軸驅(qū)動器的控制特點，主軸的旋

21、轉(zhuǎn)除需要模擬量輸入外，作為最基本的輸入信號還需要給定旋轉(zhuǎn)方向。在確認(rèn)主軸驅(qū)動器模擬量輸入正確的前提下，進(jìn)一步檢查主軸轉(zhuǎn)向信號，發(fā)現(xiàn)其輸入模擬量的極性與主軸轉(zhuǎn)向的輸入信號不一致；交換模擬量的極性后重新開機(jī)，故障排除，主軸可以正常旋轉(zhuǎn)。3.2 主軸在高速旋轉(zhuǎn)時,出現(xiàn)異常振動的故障維修。分析與處理過程:數(shù)控機(jī)床的振動與機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)整以及機(jī)械系統(tǒng)的固有頻率、主軸系統(tǒng)的固有頻率等因數(shù)有關(guān)，其原因通常比較復(fù)雜。但在本機(jī)床上，由于故障前交流主軸驅(qū)動系統(tǒng)工作正常，可以在高速下旋轉(zhuǎn)：而主軸在超過3000r/min時，在任意轉(zhuǎn)速下振動均存在，可以排除機(jī)械共振的原因。檢查機(jī)床機(jī)械傳動系統(tǒng)的安裝與連接，未

22、發(fā)現(xiàn)異常，而在脫開主軸電動機(jī)與主軸機(jī)床的連接后，從控制面板上觀察主軸轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩顯示，發(fā)現(xiàn)其值有較大的變化，因此初步判定故障在主軸驅(qū)動系統(tǒng)的電器部分。通過對主軸驅(qū)動部分的電器原理圖的分析(如圖1-1所示),再仔細(xì)檢查機(jī)床的主軸驅(qū)動系統(tǒng)連接，最終發(fā)現(xiàn)該機(jī)床的主軸驅(qū)動器的接地線連接不良，將接地線重新連接后，機(jī)床恢復(fù)正常。圖1-1 主軸驅(qū)動部分的電器原理圖3.3 在自動加工時，發(fā)現(xiàn)機(jī)床不執(zhí)行螺紋加工程序。分析與處理過程：數(shù)控車床加工螺紋，其實質(zhì)是主軸的轉(zhuǎn)角與Z軸進(jìn)給之間進(jìn)行的插補(bǔ)。主軸的角度位移是通過主軸編碼器進(jìn)行測量的。在本機(jī)床上，由于主軸能正常旋轉(zhuǎn)與變速，分析故障原因主要有以下幾種：(1)主軸編碼

23、器與主軸驅(qū)動器之間的連接不良。(2)主軸編碼器故障。(3)主軸驅(qū)動器與數(shù)控之間的位置反饋信號電纜連接不良。經(jīng)檢查主軸編碼器與主軸驅(qū)動器之間的連接正常，故可以排除第一項；且通過CRT的顯示，可以正常顯示主軸轉(zhuǎn)速，因此說明主軸編碼器的A、*A、B、*B信號正常；在利用示波器檢查Z、*Z信號，可以確認(rèn)編碼器零脈沖輸出信號正確。根據(jù)檢查，可以確定主軸位置檢測系統(tǒng)工作正常。根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的說明書，進(jìn)一步分析螺紋加工功能與信號的要求，可以知道螺紋加工時，系統(tǒng)進(jìn)行的是主軸每轉(zhuǎn)進(jìn)行動作，因此它與主軸到達(dá)的信號有關(guān)。在本系統(tǒng)中，主軸的每轉(zhuǎn)進(jìn)給動作與參數(shù)PRM24.4的設(shè)定有關(guān)，當(dāng)該位設(shè)定為“0”時，Z軸進(jìn)給時不檢

24、測“主軸速度到達(dá)”信號；設(shè)定為“1”時，Z軸進(jìn)給時需要檢測“主軸速度到達(dá)”信號。在本機(jī)床上，檢查發(fā)現(xiàn)該位設(shè)定為“1”，因此只有“主軸速度到達(dá)”信號為“1”時，才能實現(xiàn)進(jìn)給。通過系統(tǒng)的診斷功能，檢查發(fā)現(xiàn)當(dāng)實際主軸轉(zhuǎn)速顯示值與系統(tǒng)的指令值一致時，“主軸速度到達(dá)”信號仍然為“0”。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，該信號連接線斷開；重新連接后，螺紋加工動作恢復(fù)正常。3.4 S指令無效，主軸轉(zhuǎn)速僅為12r/min，無任何報警。分析與處理過程：測量主軸驅(qū)動器的速度指令Vcdm信號，發(fā)現(xiàn)在04500r/min的任何S指令下，Vcmd總是為0，進(jìn)一步測量CNC的S模擬輸出，其值亦為“0”，表明CNC的主軸速度控制指令未輸出。

25、由于CNC無報警顯示，故主軸速度控制指令未輸出可能的原因是主軸未滿足轉(zhuǎn)速輸出的條件。對照系統(tǒng)的接口信號，通過對PLC程序梯形圖的分析發(fā)現(xiàn)：PLC程序中主軸的高/低速換檔的標(biāo)志位、機(jī)床的高/低速檔檢測開關(guān)輸入信號均為“0”，這與實際情況不符。通過手動控制電磁閥，使機(jī)床換到低速檔后，機(jī)床的低速檔檢測開關(guān)輸入信號正確，PLC中主軸低速換檔的標(biāo)志位隨之變?yōu)檎_的狀態(tài)，滿足了主軸條件。在此條件下再次啟動主軸，機(jī)床恢復(fù)正常。為了進(jìn)一步判斷機(jī)床故障的原因，通過MDI方式，執(zhí)行M42（換高速檔指令）后，發(fā)現(xiàn)M42指令不能完成。檢查高速檔電磁閥已經(jīng)得電，但高速檔到位信號為“0”，由此判定故障原因在機(jī)床的機(jī)械或液

26、壓部分。檢查主軸箱內(nèi)部，發(fā)現(xiàn)機(jī)床的換檔機(jī)構(gòu)的撥叉松動，在地速檔時，由于撥叉向下動作，可以通過自重落下，因此機(jī)床可以正常工作；換高速檔時，撥叉向上運動，撥出后不能插入齒輪。經(jīng)重新安裝后，機(jī)床恢復(fù)正常。3.5 工停車時發(fā)出巨大的響聲,同時車間總電源跳閘車間。分析與處理過程：通過對供電系統(tǒng)進(jìn)行檢修發(fā)現(xiàn):(1)原自動空氣斷路器已損壞,其中一相觸頭接觸面太小；(2)車間供電變壓器容量小,處于超負(fù)荷運行。修好后的三相電壓僅為340V(要求電壓調(diào)至360380V)。機(jī)床調(diào)速系統(tǒng)的可控硅整流部分為三相半波反并聯(lián)控制,檢查發(fā)現(xiàn)一只可控硅燒壞。查看驅(qū)動部分,B相正組觸發(fā)脈沖只有4.6V,而正常時的觸發(fā)脈沖為15V

27、。發(fā)現(xiàn)觸發(fā)電路中的放大復(fù)合管T3性能不好造成。換上新管子后一切正常。燒可控硅的原因分析:機(jī)床在停車降速情況下燒可控硅或燒保險是由于缺相造成逆變失敗。在逆變狀態(tài)與在整流狀態(tài)下都是觸發(fā)電位較高的可控硅SCR1,同時使前一相可控硅SCR3承受反相電壓而關(guān)斷,在整流狀態(tài)下,在SCR3的關(guān)斷其間以反相阻斷狀態(tài)為主,即使后一個可控硅不觸發(fā),而SCR3到一定時刻也會因過零而自動關(guān)斷。但若在停車降速的情況下(即逆變狀態(tài)),可控硅在關(guān)斷時有很長一段時間處于正向阻斷狀態(tài)。這樣若后一個可控硅不導(dǎo)通,由于電感L的放電作用,使該可控硅再延續(xù)導(dǎo)通一個時期而進(jìn)入正半周,可控硅將繼續(xù)導(dǎo)通下去,同時也阻礙后面的可控硅導(dǎo)通。于是

28、,可控硅輸出的正向電壓與電動機(jī)電勢迭加,產(chǎn)生很大的電流,此時產(chǎn)生的逆變顛覆,輕則燒壞保險絲,重則燒壞可控硅。36 主軸驅(qū)動單元損壞，開機(jī)后，主軸報警，顯示器顯示“主軸沒準(zhǔn)備好”。分析與處理過程：打開主軸伺服單元電箱，發(fā)現(xiàn)伺服單元無任何顯示。用萬用表測主軸伺服驅(qū)動BKH電源進(jìn)線供電正常，而伺服單元數(shù)碼管無顯示，說明該單元損壞。檢查該單元供電線路，發(fā)現(xiàn)供電線路實際接線與電氣圖不符，如圖2-2所示。該單元通電啟動時，KM5先閉合，23s后，KM6閉合，將電阻R短接。電阻與扼流圈L得作用是在啟動時防止浪涌電流對主軸單元的沖擊。實際接線中三只電阻卻接成了三相并聯(lián)形式，起不到保護(hù)作用，導(dǎo)致通電時主軸單元被

29、損壞，同時三只電阻因長期通電燒糊。按電氣圖重新接線，更換新主軸單元后，機(jī)床恢復(fù)正常3。 圖2-2第四章 數(shù)控機(jī)床運行中主軸的異常及處理方法4.1 主軸發(fā)熱現(xiàn)象機(jī)床運行中主軸發(fā)熱主要由于其轉(zhuǎn)速較高且連續(xù)工作，故摩擦熱和切削熱是主要熱源。若不盡快散熱、強(qiáng)制冷卻，控制其溫升，會使主軸發(fā)生熱變形，影響加工精度。一般處理方法是：(1)先檢查前后軸承潤滑脂是否耗盡或涂抹過量，應(yīng)按量注入潤滑脂；(2)再檢查前后軸承是否有損傷或混入異物，如軸承有破損應(yīng)更換新軸承；或者清除贓物，更換潤滑脂。4.2 主軸出現(xiàn)異常噪音或振動在主軸等速旋轉(zhuǎn)過程中，常會出現(xiàn)異常噪音或振動，這種情況可能來自于主軸電機(jī)或是機(jī)械系統(tǒng)。檢查時

30、，可先使電機(jī)與主軸間的聯(lián)軸器斷開使電機(jī)空載運行，若仍有噪音，則原因出在主軸電機(jī)，否則為機(jī)械系統(tǒng)中主軸箱內(nèi)機(jī)械部件故障。(1)機(jī)械系統(tǒng)產(chǎn)生的噪聲可以從以下幾個方面進(jìn)行檢查 檢查主軸軸承的潤滑情況，是否缺少潤滑脂，如果缺少應(yīng)按量補(bǔ)充； 主軸驅(qū)動皮帶輪是否存在轉(zhuǎn)動不平衡狀況；檢查動平衡塊是否松動或脫落，如需要，應(yīng)對平衡塊進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整；(2)對于交流主軸電機(jī)旋轉(zhuǎn)時出現(xiàn)的異常噪聲及振動，維修時可以從以下幾個方面進(jìn)行處理：首先確定異常噪音或振動是在什么狀態(tài)下發(fā)生的，如在減速過程中發(fā)生，則是再生回路故障，應(yīng)重點檢查再生回路的晶體管模塊是否損壞，保險是否熔斷；若在等速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生噪音或振動，則先檢查反饋電壓是否

31、正常，然后在突然切斷指令的情況下，觀察電機(jī)自由停車過程中是否有異常噪音或振動。若有，則故障出現(xiàn)在機(jī)械部分，否則故障出現(xiàn)在印制線路板上。若反饋電壓不正常，則進(jìn)一步檢查振動周期是否與速度有關(guān)。若有關(guān)，應(yīng)檢查主軸與主軸電機(jī)連接是否完好，電機(jī)軸承或主軸電機(jī)與主軸聯(lián)軸器是否正常，主軸箱內(nèi)驅(qū)動齒輪嚙合是否良好，以及安裝在交流主軸電機(jī)尾部的脈沖發(fā)生器是否工作正常。若無關(guān)，故障多數(shù)是由于速度控制回路調(diào)整不當(dāng)引起的，或連接器接觸不良，或電機(jī)內(nèi)部存在機(jī)械故障。4.3切削時主軸出現(xiàn)停轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)現(xiàn)象數(shù)控機(jī)床在切削加工時，有時會出現(xiàn)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)或突然停轉(zhuǎn)現(xiàn)象，一般從以下方面處理：(1)首先觀察主軸伺服系統(tǒng)是否有報警顯示。若有，可按報警提示的內(nèi)容采取相應(yīng)措施，若無則應(yīng)檢查速度指令信號是否正常，若不正常，則為系統(tǒng)側(cè)輸出有問題或數(shù)模轉(zhuǎn)換器存在故障。(2)印制線路板設(shè)定錯誤，控制回路調(diào)整不當(dāng)也會造成此類異常。(3)主軸不轉(zhuǎn)還可能是由于主軸位置傳感器安裝有誤。造成傳感器無法發(fā)出檢測信號而引起的。此時應(yīng)調(diào)整傳感器的安裝位置，并檢查連接電纜是否存在接觸不良等故障。(4)若主軸電機(jī)不存在故障，則應(yīng)檢查主軸箱內(nèi)機(jī)械傳動部件。此類故障多發(fā)生在主軸箱內(nèi)使用皮帶傳動的機(jī)床上，檢查電機(jī)與主軸連接皮帶是否過松，皮帶表面是否沾染油污，皮帶是否老化變形。如皮