常州轻工职业技术学院
数控机床故障诊断及维护 课 程 授 课 教 案 NO,07
授课日期
授课班级
03机电331
03机电332
课题
数控机床机械结构主要故障诊断方法
授课类型
讲 授
课时数
教 学目 的
重 点难 点
教 具挂 图
教学过程及时间分配
主 要 教 学 内 容
教学方法的运用
1 主轴部件
1.1 维护特点
数控机床主轴部件是影响机床加工精度的主要部件，它的回转精度影响工件的加工精度；它的功率大小与问转速度影响加工效率；它的自动变速、准停和换刀等影响机床的自动化程度。因此，要求主轴部件具有与本机床上作性能相适府的高回转精度、刚度、抗振性、耐磨性和低的温升。在结构上，必须很好地解决刀具和工件的装夹、轴承的配置、轴承间隙调整和润滑密封等问题。
主轴的结构根据数控机床的规格、精度采用不同的主轴轴承。一般中、小规格的数控机床的主轴部件多采用成组高精度滚动轴承；重型数控机床采用液体静压轴承；高精度数控机床采用气体静压轴承；转速达20000r／min的主轴采用磁力轴承或氮化硅材料的陶瓷滚珠轴承。
1.1.1主轴润滑
为了保证主轴有良好的润滑，减少摩擦发热，同时又能把主轴组件的热量带走，通常采用循环式润滑系统。用液压泵供油强力润滑，在油箱中使用油温控制器控制油液温度。近年来有些数控机床的主轴轴承采用高级油脂封放方式润滑，每加一次油脂可以使用7—10年，简化了结构，降低了成本且维护保养简单，但需防止润滑油和油脂组合，通常采用迷宫式密封方式。为了适应主轴转速向更高速化发展的需要，新的润滑冷却方式相继开发出来。这些新型润滑冷却方式不单要减少轴承温升，还要减少轴承内外围的温差．以保证主轴热变形小。
(1)油气润滑方式 这种润滑方式近似于油雾润滑方式，所不同的是，油气润滑是定时定量地把油雾送进轴承空隙中，这样既实现了油雾润滑，又不致于油雾太多而污染周围空气；后者则是连续供给油雾。
(2)喷注润滑方式 它用较大流量的恒温油(每个轴承3--4L／min)喷注到主轴轴承，以达到润滑、冷却的目的。这里要特别指出的是，较大流量喷注的油，不是自然回流，而是用排油泵强制排油，同时，采用专用高精度大容量恒温油箱、油温变动控制在±0.5℃。
1.1.2 防泄漏在密封件中，被密封的介质往往是以穿漏、渗透或扩散的形式越界泄漏到密封连接处的彼侧。造成泄漏的基本原因是流体从密封面上的间隙中溢出，或是由于密封部件内外两侧密封介质的压力差或浓度差，致使流体向压力或浓度低的一侧流动。图3—6为卧式加工中心主轴前支承的密封结构。
图3—6 主轴前支承的密封结构
1一进油口 2一轴承 3一套筒 4、5一法兰盘
6—主轴 7—泄漏孔 8一回油斜孔 9一泄油孔
这种主轴前端密封结构也适合于普通卧式车床的主轴前端密封；在油脂润滑状态下使用浓密封结构时，取消了法兰盘泄油孔及回油斜孔，并且有关配合间隙适当放大，经正确加工及装配后同样可达到较为理想的密封效果。
1.1.3 刀具夹紧
在自动换刀机床的刀具自动夹紧装置中，刀具自动夹紧装置的刀杆常采用7：24的大锥度锥柄，既利于定心，也为松刀带来方便。用碟形弹簧通过拉杆及夹头拉住刀柄的尾部，使刀具锥柄和主轴锥孔紧密配合，夹紧力达l0000N以上。松刀时，通过液压缸活塞推动拉杆来压缩碟形弹簧，使夹头涨开，夹头与刀柄上的拉钉脱离，刀具即可拔出进行新、旧刀具的交换，新刀装入后，液压缸活塞后移，新刀具又被碟形弹簧拉紧。在活塞推动拉杆松开刀柄的过程中，压缩空气内喷气头经过活塞中心孔和拉杆中的孔吹出，将锥孔清理干净，防止主轴锥孔中掉人切屑和灰尘，把主轴锥孔表面和刀杆的锥柄划伤，同时保证刀具的正确位置。主轴锥孔的清洁十分重要。
1.2 主传动链的维护
1)熟悉数控机床主传动链的结构、性能参数，严禁超性能使用。
2)主传动链出现不正常现象时，应立即停机排除故障
3)操作者应注意观察主轴箱温度，检查主轴润滑恒温油箱，调节温度范围，使油量充足。
4)使用带传动的主轴系统，需定期观察调整主轴驱动皮带的松紧程度，防因皮带打滑造成的丢转现象。
5)因液压系统平衡主轴箱重量的平衡系统，需定期观察液压系统的压力表，当油压低于要求值时，要进行补油。
6)使用液压拔叉变速的主传动系统，必须在主轴停车后变速。
7)使用啮合式电磁离合器变速的主传动系统，离合器必须在低于1~2r/min的转速下变速：
8)注意保持主轴与刀柄连接部位及刀柄的清洁，防止对主轴的机械碰撞。
9)每年对主轴润滑恒温油箱中的润滑油更换一次，并清洗过滤器。
10)每年清理润滑油池底一次，并更换液压泵滤油器。
11)每天检查主轴润滑恒温油箱，使其油量充足，工作正常。
12)防止各种杂质进入润滑油箱，保持油液清洁。
13)经常检查轴端及各处密封，防止润滑油液的泄漏。
14)刀具夹紧装量长时间使用后，会使活塞杆和拉杆和拉杆之间的间隙加大，造成拉杆位移量减少，使碟形弹簧张闭伸缩量不够，影响刀具的夹紧，故需及时调整液压缸活塞的位移量。
15)经常检查压缩空气气压，并调整到标准要求值 足够的气压才能使主轴锥孔中的切屑和灰尘清理彻底。
1.3 主传动链的故障诊断
1.3.1 主轴发热
1.3.2 主轴在强力切削时停转
1.3.3 主轴噪声
1.3.4 主轴没有润滑油循环或滑油不足
1.3.5 滑油油泄漏
1.3.6 刀具不能夹紧
1.3.7 刀具夹紧后不能松开
2 滚珠丝杠螺母副
2.1 滚珠丝杠螺母副的维护
2.1.1 轴向间隙的调整为了保证反向传动精度和轴向刚度，必须消除轴向间隙。双螺母滚珠丝杠副消除间隙的方法是，利用两个螺母的相对轨向位移，使两个滚珠螺母中的滚珠分别贴紧在螺旋滚道的两个相反的侧面上。用这种方法预紧消除轴向间隙时，应注意须紧力不宜过大，预紧力过大会使空载力矩增加，从而降低传动效率，缩短使用寿命。此外还要消除丝杠安装部分和驱动部分的间隙。常用的双螺母丝杠消除间隙的方法有：①垫片调隙式。⑦螺纹调隙式。⑦齿差调隙式。
2.1.2 支承轴承的定期检查
应定期检查丝杠支承与床身的连接是否有松动以及支承轴承是否损坏等。如有以上问题，要及时紧固松动部位并更换支承轴承。
2.1.3 滚珠丝杠副的润滑润滑剂可提高耐磨性及传动效率。润滑刑可分为润滑油和润滑脂两大类。润滑油一般为全损耗系统用油；润滑脂可采用理基润滑脂。润滑脂一般加个螺纹滚道和安装螺母的壳体空间内，而润滑油则经过壳体卜的油孔注人螺母的空间内：每半年对滚珠丝杠上的润滑脂更换一次，清洗丝杠上的旧润滑脂，涂上新的润滑脂。用润滑油润滑的滚珠丝杠副，可在每次机床工作前加油一次。
2.1.4 滚珠丝杠的防护
滚珠丝杠副和其他滚动摩擦的传动元件一样，应避免硬质灰尘或切屑话物进入，因此，必须有防护装置。如滚珠丝杠副在机床上外露，应采用封闭的防护罩，如采用螺旋弹簧钢带套管、伸缩套管以及折叠式套管等。安装时将防护罩的一端连接在滚珠螺母的端面，另一端固定在滚珠丝杠的文承座上。如果处于隐蔽的位置，则可采用密封圈防护，密封圈装在螺母的两端。接触式的弹性密封圈系用耐油橡胶或尼龙制成，其内孔做成与丝杠螺纹滚道相配的形状，接触式密封圈的防尘效果好，但固有接触压力，使摩擦力矩略有增加。非接触式密封圈又称迷宫式密封圈，它用硬质塑料制成，其内孔与丝杠螺纹滚道的形状相反，并稍有间隙，这样可避免摩擦力矩，但防尘效果差。工作中应避免碰击防护装置，防护装置一有损坏要及时更换。
2.2 滚珠丝杠副的故障诊断
2.2.1 滚珠丝杠副的噪声
2.2.2 滚珠丝杠运动不灵活
2.2.3 滚珠丝杠副润滑状况不良
3 导轨副
3.1 导轨副的维护
3.1.1 间隙调整
导轨副维护很重要的一项工作是保证导轨面之间具有合理的间隙。间隙过小，则摩擦阻力大，导轨磨损加剧；间隙过大，则运动失去准确性和平稳性，失去导向精度。间隙调整的方法行：
(1)压板调整间隙 图3—7所示为矩形导轨上常用的几种压板装置。
压板用螺钉固定在动导轨上，常用钳工配合刮研及选用调整垫片、平镶条等机构，使导轨面与支承面之间的间隙均匀，达到规定的接触点数。对图3—7a所示的压板结构，如间隙过大，应修磨或副研B面；间隙过小或压板与导轨压得太紧，则可刮研或修磨A面。
(2)镶条调整间隙 图3—8a是一种全长厚度相等、横截面为平行四边形(用于燕尾形导轨)或矩形的平镶条，通过侧面的螺钉调节和螺母锁紧，以其横向位移来调整间隙。由于收紧力不均匀，故在螺钉的着力点有挠曲。图3—8b是一种全长厚度变化的斜镶条及三种用于斜镶条的调节螺钉，以其斜镶条的纵向位移来调整间隙。斜镶条在全长上支承，其斜度为1：40或1：100，由于楔形的增压作用会产生过大的横向压力，因此调整时应细心。
(3)压板镶条调整间隙 如图3—9所示，T形压板用螺钉固定在运动部件上，运动部件内侧和T形压板之间放置斜镶条，镶条不是在纵向有斜度，而是在高度方面做成倾斜。调整时，借助压板上几个推拉螺钉，使镶条上下移动。从而调整间隙。
图3—9 压板镶条调整间隙
三角形导轨的上滑动面能自动补偿，下滑动面的间隙调整和矩形导轨的下压板调整底面间隙的方法相同。圆形导轨的间隙不能调整。
3.1.2 滚动导轨的预紧
为了提高滚动导轨的刚度，对滚动导轨应须紧。预紧可提高接触刚度和消除间隙；在立式滚动导轨上，预紧可防止滚动体脱落和企斜。常见的预紧方法有两种：
(1)采用过盈配合 顶加载荷大干外载荷，预紧力产生过盈量为2~3um，过大会使牵引力增加。若运动部件较重，其重力可起预加载荷作用，若刚度满足要求，可不施预加载荷。
(2)调整法 利用螺钉、斜块或偏心轮调整来进行预紧。
图3—10为滚动导轨的预紧方法。
图3—10滚动导轨的预紧
a)滚柱或滚针导轨自由支承 b)滚柱或滚针导轨顶加载
c)交叉式滚柱导轨 d)循环式滚动导轨块
1一循环式直线滚动块 2一淬火销导轨
3.1.3 导轨的润滑
导轨面上进行润滑后，可降低摩擦系数、减少磨损，并且可防止导轨面锈蚀。导轨常用的润滑剂有润滑油和润滑脂，前者用于滑动导轨，而滚动导轨两种都用。
(1)润滑方法 导轨最简单的润滑方式是人工定期加油或用油杯供油。这种方法简单、成本低，但不可靠，一般用于调节辅助导轨及运动速度低、工作不频繁的滚动导轨。对运动速度较高的导轨大都采用润滑泵，以压力油强制润滑；这样不但可连续或间歇供油给导轨进行润滑，而且可利用油的流动冲洗和冷却导轨表面。为实现强制润滑，必须备有专门的供油系统。图3—11为某加工中心导轨的润滑系统。
(2)对润滑油的要求 在工作温度变化时，润滑油粘度变化要小，要有良好的润滑性能和足够的油膜刚度，油中杂质尽量少且不浸蚀机件。常用的全损耗系统用油有L-AN10、15、32、42、68，精密机床导轨油L-HG8，汽轮机油鳖L-TSA32、46等。
3.1.4 导轨的防护为了防止切屑、磨粒或冷却液散落在导轨面上而引起磨损、擦伤和锈蚀，导轨面上应有可靠的防护装置。常用的刮板式、卷帘式和叠层式防护罩，大多用于长导轨上。在机床使用过程中应防止损坏防护罩，对叠层式防护罩应经常用刷子蘸机油清理移动接缝，以避免碰壳现象的产生。
3.2 导轨的故障诊断
3.2.1 导轨研伤
3.2.2 导轨上移动部件运动不良或不能移动
3.2.3 加工面在接刀处不平
4 刀库及换刀装置加工中心刀库及自动换刀装置的故障表现在：刀库运动故障、定位误差过大、机械手夹持刀柄不稳定和机械手运动误差过大等。这些故障最后都造成换刀动作卡位，整机停止工作，机械维修人员对此要有足够的重视。
4.1 刀库与换刀机械手的维护要点
1)严禁把超重、超长的刀具装入刀库，防止在机械手换刀时掉刀或刀具与工件、夹具等发生碰撞。
2)顺序选刀方式必须注意刀具放置在刀库上的顺序要正确。其他选刀方式也要注意所换刀具号是否与所需刀具一致，防止换错刀具导致事故发生
3)用手动方式往刀库上装刀时，要确保装到位、装牢靠。检查刀座上的锁紧是否可靠。
4)经常检查刀库的回零位置是否正确，检查机床主轴叫换刀点位置是否到位调整，否则不能完成换刀动作；
5)要注意保持刀具刀柄和刀套的清洁。
6)开机时，应先使刀库和机械手空运行，检查各部分工作是否正常，特别是各行程开关和电磁阀能否正常动作。检查机械手液压系统的压力是否汗常，刀具在机械手上锁紧是否可靠，发现不正常及时处理。
4.2 刀库与换刀机械手的故障诊断
4.2.1 刀库中的刀套不能卡紧刀具
4.2.2 刀库不能旋转
4.2.3 刀具从机械手中脱落
4.2.4 刀具交换时掉刀
4.2.5 机械手换刀速度过快或过慢
5 液压与气压传动系统
5.1 液压传动系统
5.1.1 液压传动系统驱动对象数控机床上的液压系统购主要驱动对象有液压卡盘、静止导轨、液压拨叉变速液压缸、主轴箱的液压平衡、液压驱动机械手和主轴上的松刀液压缸等。液压系统的维护及其工作正常与否对数控机床的正常工作十分重要。
5.1.2 液压传动系统的维护要点
1)控制油液污染，保持油液清洁，是确保液压系统正常工作的重要措施。据统计，液压系统的故障有80％是由于油液污染引发的，油液污染还加速液压元件的磨损。
2)控制液压系统中油液的温升是减少能源消耗、提高系统效率的一个重要环节。一台机床的液压系统，如果油温变化范围大，其后果是：①影响液压泵的吸油能力及容积效率。②系统工作不正常，压力、速度不稳定，动作不可靠。③液压元件内外泄漏增加：④加速油液的氧化变质。
3)控制液压系统泄漏极为重要，因为泄漏和吸空是液压系统常见的故障。要控制泄漏，首先是提高液压元件零部件的加工精度和元件的装配质量以及管道系统的安装质量。其次是提高密封件的质量，注意密封件的安装使用与定期更换，最后是加强日常维护。
液压系统中管接头漏油是经常发生的。一般的B型薄壁管扩口式管接头的结构如图3—12所示。
4)防止液压系统振动与噪声。振动影响液压件的性能，使螺钉松动、管接头松脱，从而引起漏油。因此要防止和排除振动现象。
5)严格执行日常点检制度。液压系统故障存在着隐蔽性、可变性和难于判断性。因此应对液压系统的工作状态进行点检，把可能产生的故障现象记录在日检维修卡上，并将故障排除在萌芽状态，减少故障的发生。
6)严格执行定期紧固、清洗、过滤和更换制度。液压设备在工作过程中，由于冲击振动、磨损和污染等因素，使管件松动，金属件和密封件磨损，因此必须对液压件及油箱等，实行定期清洗和维修，对油液、密封件执行定期更换制度。
5.1.3 液压系统的点检
1)各液压阀、液压缸及管子接头处是否有外漏。
2)液压泵或液压马达运转时是否有异常噪声等现象。
3)液压缸移动时工作是否正常平稳。
4)液压系统的各测压点压力是否在规定的范围内
5)油液的温度是否在允许的范围内。
6)液压系统工作时有无高频振动。
7)电气控制或撞块(凸轮)控制的换向阀工作是否灵敏可靠。
8)油箱内油量是否在油标刻线范围内。
9)行程开关或限位挡块的位置是否有变动。 ·
10)液压系统手动或自动工作循环时是否有异常现象。
11)定期对油箱内的油液进行取样化验，检查油液质量，定期过滤或更换油液。
12)定期检查营能器工作性能。
13)定期检查冷却器和加热器的工作性能。
14)定期检查和紧固重要部位的螺钉、螺母、接头和法兰螺钉。
15)定期检查更换密封件。
16)定期检查清洗或更换液压件。
17)定期检查清洗或更换滤芯。
18)定期检查清洗油箱和管道。
5.2 气动系统
5.2.1 气动系统驱动对象数控机床上的气动系统用于主轴锥孔从气和开关防护门。有些加工中心依靠气液转换装置实现机械手的动作和主轴松刀。图3~13为加工中心的气动控制原理图，图3~14为压缩空气调理装置。
5.2.2 气动系统的维护要点
(1)保证供给洁净的压缩空气 压缩空气中通常都含有水分、油分和粉尘等杂质。水分会使管道、阀和气缸腐蚀；油分会使橡胶、塑料和密封材料变质；粉尘造成阀体动作失灵。选用合适的过滤器，可以清除压缩空气中的杂质，使用过滤器时应及时排除积存的液体，否则，当积存液体接近档水板时，气流仍可将积存物卷起。
图3--13 加工中心气动原理图
1一气源 2—压缩空气调理装置
3一消声器 4---主轴 5一防护门气缸
图3---14 压缩空气调理装置
a)外形 b)空气过滤器结构简图
l一调压器 2---油雾器 3—空气过滤器 4—过滤器心
5一冷凝物 6一滤杯 7---排放螺栓 8一挡板
(2)保证空气中含亩适量的润滑油 大多数气功执行元件和控制元件都要求适度的润滑。如果润滑不良将会发生以下故障：①由于摩擦阻力增大则造成气缸推力不足．阀芯动作失灵。②由于密封材料的磨损而造成空气泄漏。③由于生锈造成元件的损伤及动作失灵。润滑的方法一般采用油雾器进行喷雾润滑，油雾器一般安装在过滤器和减压阀之后。油雾器的供油量一般不宜过多，通常每10m3的自由空气提供1mL的油量(即40到50滴油)。检查润滑是否良好的一个方法是：找一张清洁的白纸放在换向阀的排气口附近，如果阀在工作三到四个循环后，白纸上只有很轻的斑点时．表明润滑是良好的。
(3)保持气功系统的密封性 漏气不仅增加了能量的消耗，也会导致供气压力的下降，甚至造成气动元件工作失常。严重的漏气在气动系统停止起行时，内漏气引起的响声很容易发现；轻微的漏气则应利用仪表，或用涂抹肥皂水的办法进行检查。
(4)保证气动元件中运动军件的灵敏件 从空气压缩机排出的压缩空气，包含有粒度为0.01~0.8um的压缩机油微粒，在排气温度为120~220oC的高温下，这些油粒会迅速氧化，氧化后油粒颜色变深，粘性增大，并逐步由液态固化成油泥。这种um级以下的颗粒，一般过滤器无法滤除。当它们进入到换向阀后便附着在阀芯上，使阀的灵敏度逐步降低，其至出现动作失灵。为了清除油泥，保证灵敏度，可在气动系统的过滤器之后，安装油雾分离器，将油泥分离出来。此外，定期清洗阀也可以保证阀的灵敏度。
(5)保证气动装置具有合适的工作压力和运动速度 调节工作压力时，压力表应当工作可靠，读数难确。减压阀与节流阀调节好后，必须紧固调压阀盖或锁紧螺母，防止松动。
5.1.3 气动系统的点检
(1)管路系统点检 主要内容是对冷凝水和润滑油的管理。冷凝水的排放，一般应当在气动装置运行之前进行。但是当夜间温度低于O℃时，为防止冷凝水冻结，气动装置运行结束后．就应开启放水阀门将冷凝水排出。补充润滑油时，要检查油雾器中油的质量和滴油量是否符合要求。此外，点检还应包括检查供气压力是否正常，有无漏气现象等。
(2)气动元件的定捡 主要内容是彻底处理系统的漏气现象。例如更换密封元件，处理管接头或联接螺钉松动等，定期检验测量仪表、安全阀和压力继电器等。气动元件的定检如表3—7所示。
课后小记
数控机床故障诊断及维护 课 程 授 课 教 案 NO,07
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03机电331
03机电332
课题
数控机床机械结构主要故障诊断方法
授课类型
讲 授
课时数
教 学目 的
重 点难 点
教 具挂 图
教学过程及时间分配
主 要 教 学 内 容
教学方法的运用
1 主轴部件
1.1 维护特点
数控机床主轴部件是影响机床加工精度的主要部件，它的回转精度影响工件的加工精度；它的功率大小与问转速度影响加工效率；它的自动变速、准停和换刀等影响机床的自动化程度。因此，要求主轴部件具有与本机床上作性能相适府的高回转精度、刚度、抗振性、耐磨性和低的温升。在结构上，必须很好地解决刀具和工件的装夹、轴承的配置、轴承间隙调整和润滑密封等问题。
主轴的结构根据数控机床的规格、精度采用不同的主轴轴承。一般中、小规格的数控机床的主轴部件多采用成组高精度滚动轴承；重型数控机床采用液体静压轴承；高精度数控机床采用气体静压轴承；转速达20000r／min的主轴采用磁力轴承或氮化硅材料的陶瓷滚珠轴承。
1.1.1主轴润滑
为了保证主轴有良好的润滑，减少摩擦发热，同时又能把主轴组件的热量带走，通常采用循环式润滑系统。用液压泵供油强力润滑，在油箱中使用油温控制器控制油液温度。近年来有些数控机床的主轴轴承采用高级油脂封放方式润滑，每加一次油脂可以使用7—10年，简化了结构，降低了成本且维护保养简单，但需防止润滑油和油脂组合，通常采用迷宫式密封方式。为了适应主轴转速向更高速化发展的需要，新的润滑冷却方式相继开发出来。这些新型润滑冷却方式不单要减少轴承温升，还要减少轴承内外围的温差．以保证主轴热变形小。
(1)油气润滑方式 这种润滑方式近似于油雾润滑方式，所不同的是，油气润滑是定时定量地把油雾送进轴承空隙中，这样既实现了油雾润滑，又不致于油雾太多而污染周围空气；后者则是连续供给油雾。
(2)喷注润滑方式 它用较大流量的恒温油(每个轴承3--4L／min)喷注到主轴轴承，以达到润滑、冷却的目的。这里要特别指出的是，较大流量喷注的油，不是自然回流，而是用排油泵强制排油，同时，采用专用高精度大容量恒温油箱、油温变动控制在±0.5℃。
1.1.2 防泄漏在密封件中，被密封的介质往往是以穿漏、渗透或扩散的形式越界泄漏到密封连接处的彼侧。造成泄漏的基本原因是流体从密封面上的间隙中溢出，或是由于密封部件内外两侧密封介质的压力差或浓度差，致使流体向压力或浓度低的一侧流动。图3—6为卧式加工中心主轴前支承的密封结构。
图3—6 主轴前支承的密封结构
1一进油口 2一轴承 3一套筒 4、5一法兰盘
6—主轴 7—泄漏孔 8一回油斜孔 9一泄油孔
这种主轴前端密封结构也适合于普通卧式车床的主轴前端密封；在油脂润滑状态下使用浓密封结构时，取消了法兰盘泄油孔及回油斜孔，并且有关配合间隙适当放大，经正确加工及装配后同样可达到较为理想的密封效果。
1.1.3 刀具夹紧
在自动换刀机床的刀具自动夹紧装置中，刀具自动夹紧装置的刀杆常采用7：24的大锥度锥柄，既利于定心，也为松刀带来方便。用碟形弹簧通过拉杆及夹头拉住刀柄的尾部，使刀具锥柄和主轴锥孔紧密配合，夹紧力达l0000N以上。松刀时，通过液压缸活塞推动拉杆来压缩碟形弹簧，使夹头涨开，夹头与刀柄上的拉钉脱离，刀具即可拔出进行新、旧刀具的交换，新刀装入后，液压缸活塞后移，新刀具又被碟形弹簧拉紧。在活塞推动拉杆松开刀柄的过程中，压缩空气内喷气头经过活塞中心孔和拉杆中的孔吹出，将锥孔清理干净，防止主轴锥孔中掉人切屑和灰尘，把主轴锥孔表面和刀杆的锥柄划伤，同时保证刀具的正确位置。主轴锥孔的清洁十分重要。
1.2 主传动链的维护
1)熟悉数控机床主传动链的结构、性能参数，严禁超性能使用。
2)主传动链出现不正常现象时，应立即停机排除故障
3)操作者应注意观察主轴箱温度，检查主轴润滑恒温油箱，调节温度范围，使油量充足。
4)使用带传动的主轴系统，需定期观察调整主轴驱动皮带的松紧程度，防因皮带打滑造成的丢转现象。
5)因液压系统平衡主轴箱重量的平衡系统，需定期观察液压系统的压力表，当油压低于要求值时，要进行补油。
6)使用液压拔叉变速的主传动系统，必须在主轴停车后变速。
7)使用啮合式电磁离合器变速的主传动系统，离合器必须在低于1~2r/min的转速下变速：
8)注意保持主轴与刀柄连接部位及刀柄的清洁，防止对主轴的机械碰撞。
9)每年对主轴润滑恒温油箱中的润滑油更换一次，并清洗过滤器。
10)每年清理润滑油池底一次，并更换液压泵滤油器。
11)每天检查主轴润滑恒温油箱，使其油量充足，工作正常。
12)防止各种杂质进入润滑油箱，保持油液清洁。
13)经常检查轴端及各处密封，防止润滑油液的泄漏。
14)刀具夹紧装量长时间使用后，会使活塞杆和拉杆和拉杆之间的间隙加大，造成拉杆位移量减少，使碟形弹簧张闭伸缩量不够，影响刀具的夹紧，故需及时调整液压缸活塞的位移量。
15)经常检查压缩空气气压，并调整到标准要求值 足够的气压才能使主轴锥孔中的切屑和灰尘清理彻底。
1.3 主传动链的故障诊断
1.3.1 主轴发热
1.3.2 主轴在强力切削时停转
1.3.3 主轴噪声
1.3.4 主轴没有润滑油循环或滑油不足
1.3.5 滑油油泄漏
1.3.6 刀具不能夹紧
1.3.7 刀具夹紧后不能松开
2 滚珠丝杠螺母副
2.1 滚珠丝杠螺母副的维护
2.1.1 轴向间隙的调整为了保证反向传动精度和轴向刚度，必须消除轴向间隙。双螺母滚珠丝杠副消除间隙的方法是，利用两个螺母的相对轨向位移，使两个滚珠螺母中的滚珠分别贴紧在螺旋滚道的两个相反的侧面上。用这种方法预紧消除轴向间隙时，应注意须紧力不宜过大，预紧力过大会使空载力矩增加，从而降低传动效率，缩短使用寿命。此外还要消除丝杠安装部分和驱动部分的间隙。常用的双螺母丝杠消除间隙的方法有：①垫片调隙式。⑦螺纹调隙式。⑦齿差调隙式。
2.1.2 支承轴承的定期检查
应定期检查丝杠支承与床身的连接是否有松动以及支承轴承是否损坏等。如有以上问题，要及时紧固松动部位并更换支承轴承。
2.1.3 滚珠丝杠副的润滑润滑剂可提高耐磨性及传动效率。润滑刑可分为润滑油和润滑脂两大类。润滑油一般为全损耗系统用油；润滑脂可采用理基润滑脂。润滑脂一般加个螺纹滚道和安装螺母的壳体空间内，而润滑油则经过壳体卜的油孔注人螺母的空间内：每半年对滚珠丝杠上的润滑脂更换一次，清洗丝杠上的旧润滑脂，涂上新的润滑脂。用润滑油润滑的滚珠丝杠副，可在每次机床工作前加油一次。
2.1.4 滚珠丝杠的防护
滚珠丝杠副和其他滚动摩擦的传动元件一样，应避免硬质灰尘或切屑话物进入，因此，必须有防护装置。如滚珠丝杠副在机床上外露，应采用封闭的防护罩，如采用螺旋弹簧钢带套管、伸缩套管以及折叠式套管等。安装时将防护罩的一端连接在滚珠螺母的端面，另一端固定在滚珠丝杠的文承座上。如果处于隐蔽的位置，则可采用密封圈防护，密封圈装在螺母的两端。接触式的弹性密封圈系用耐油橡胶或尼龙制成，其内孔做成与丝杠螺纹滚道相配的形状，接触式密封圈的防尘效果好，但固有接触压力，使摩擦力矩略有增加。非接触式密封圈又称迷宫式密封圈，它用硬质塑料制成，其内孔与丝杠螺纹滚道的形状相反，并稍有间隙，这样可避免摩擦力矩，但防尘效果差。工作中应避免碰击防护装置，防护装置一有损坏要及时更换。
2.2 滚珠丝杠副的故障诊断
2.2.1 滚珠丝杠副的噪声
2.2.2 滚珠丝杠运动不灵活
2.2.3 滚珠丝杠副润滑状况不良
3 导轨副
3.1 导轨副的维护
3.1.1 间隙调整
导轨副维护很重要的一项工作是保证导轨面之间具有合理的间隙。间隙过小，则摩擦阻力大，导轨磨损加剧；间隙过大，则运动失去准确性和平稳性，失去导向精度。间隙调整的方法行：
(1)压板调整间隙 图3—7所示为矩形导轨上常用的几种压板装置。
压板用螺钉固定在动导轨上，常用钳工配合刮研及选用调整垫片、平镶条等机构，使导轨面与支承面之间的间隙均匀，达到规定的接触点数。对图3—7a所示的压板结构，如间隙过大，应修磨或副研B面；间隙过小或压板与导轨压得太紧，则可刮研或修磨A面。
(2)镶条调整间隙 图3—8a是一种全长厚度相等、横截面为平行四边形(用于燕尾形导轨)或矩形的平镶条，通过侧面的螺钉调节和螺母锁紧，以其横向位移来调整间隙。由于收紧力不均匀，故在螺钉的着力点有挠曲。图3—8b是一种全长厚度变化的斜镶条及三种用于斜镶条的调节螺钉，以其斜镶条的纵向位移来调整间隙。斜镶条在全长上支承，其斜度为1：40或1：100，由于楔形的增压作用会产生过大的横向压力，因此调整时应细心。
(3)压板镶条调整间隙 如图3—9所示，T形压板用螺钉固定在运动部件上，运动部件内侧和T形压板之间放置斜镶条，镶条不是在纵向有斜度，而是在高度方面做成倾斜。调整时，借助压板上几个推拉螺钉，使镶条上下移动。从而调整间隙。
图3—9 压板镶条调整间隙
三角形导轨的上滑动面能自动补偿，下滑动面的间隙调整和矩形导轨的下压板调整底面间隙的方法相同。圆形导轨的间隙不能调整。
3.1.2 滚动导轨的预紧
为了提高滚动导轨的刚度，对滚动导轨应须紧。预紧可提高接触刚度和消除间隙；在立式滚动导轨上，预紧可防止滚动体脱落和企斜。常见的预紧方法有两种：
(1)采用过盈配合 顶加载荷大干外载荷，预紧力产生过盈量为2~3um，过大会使牵引力增加。若运动部件较重，其重力可起预加载荷作用，若刚度满足要求，可不施预加载荷。
(2)调整法 利用螺钉、斜块或偏心轮调整来进行预紧。
图3—10为滚动导轨的预紧方法。
图3—10滚动导轨的预紧
a)滚柱或滚针导轨自由支承 b)滚柱或滚针导轨顶加载
c)交叉式滚柱导轨 d)循环式滚动导轨块
1一循环式直线滚动块 2一淬火销导轨
3.1.3 导轨的润滑
导轨面上进行润滑后，可降低摩擦系数、减少磨损，并且可防止导轨面锈蚀。导轨常用的润滑剂有润滑油和润滑脂，前者用于滑动导轨，而滚动导轨两种都用。
(1)润滑方法 导轨最简单的润滑方式是人工定期加油或用油杯供油。这种方法简单、成本低，但不可靠，一般用于调节辅助导轨及运动速度低、工作不频繁的滚动导轨。对运动速度较高的导轨大都采用润滑泵，以压力油强制润滑；这样不但可连续或间歇供油给导轨进行润滑，而且可利用油的流动冲洗和冷却导轨表面。为实现强制润滑，必须备有专门的供油系统。图3—11为某加工中心导轨的润滑系统。
(2)对润滑油的要求 在工作温度变化时，润滑油粘度变化要小，要有良好的润滑性能和足够的油膜刚度，油中杂质尽量少且不浸蚀机件。常用的全损耗系统用油有L-AN10、15、32、42、68，精密机床导轨油L-HG8，汽轮机油鳖L-TSA32、46等。
3.1.4 导轨的防护为了防止切屑、磨粒或冷却液散落在导轨面上而引起磨损、擦伤和锈蚀，导轨面上应有可靠的防护装置。常用的刮板式、卷帘式和叠层式防护罩，大多用于长导轨上。在机床使用过程中应防止损坏防护罩，对叠层式防护罩应经常用刷子蘸机油清理移动接缝，以避免碰壳现象的产生。
3.2 导轨的故障诊断
3.2.1 导轨研伤
3.2.2 导轨上移动部件运动不良或不能移动
3.2.3 加工面在接刀处不平
4 刀库及换刀装置加工中心刀库及自动换刀装置的故障表现在：刀库运动故障、定位误差过大、机械手夹持刀柄不稳定和机械手运动误差过大等。这些故障最后都造成换刀动作卡位，整机停止工作，机械维修人员对此要有足够的重视。
4.1 刀库与换刀机械手的维护要点
1)严禁把超重、超长的刀具装入刀库，防止在机械手换刀时掉刀或刀具与工件、夹具等发生碰撞。
2)顺序选刀方式必须注意刀具放置在刀库上的顺序要正确。其他选刀方式也要注意所换刀具号是否与所需刀具一致，防止换错刀具导致事故发生
3)用手动方式往刀库上装刀时，要确保装到位、装牢靠。检查刀座上的锁紧是否可靠。
4)经常检查刀库的回零位置是否正确，检查机床主轴叫换刀点位置是否到位调整，否则不能完成换刀动作；
5)要注意保持刀具刀柄和刀套的清洁。
6)开机时，应先使刀库和机械手空运行，检查各部分工作是否正常，特别是各行程开关和电磁阀能否正常动作。检查机械手液压系统的压力是否汗常，刀具在机械手上锁紧是否可靠，发现不正常及时处理。
4.2 刀库与换刀机械手的故障诊断
4.2.1 刀库中的刀套不能卡紧刀具
4.2.2 刀库不能旋转
4.2.3 刀具从机械手中脱落
4.2.4 刀具交换时掉刀
4.2.5 机械手换刀速度过快或过慢
5 液压与气压传动系统
5.1 液压传动系统
5.1.1 液压传动系统驱动对象数控机床上的液压系统购主要驱动对象有液压卡盘、静止导轨、液压拨叉变速液压缸、主轴箱的液压平衡、液压驱动机械手和主轴上的松刀液压缸等。液压系统的维护及其工作正常与否对数控机床的正常工作十分重要。
5.1.2 液压传动系统的维护要点
1)控制油液污染，保持油液清洁，是确保液压系统正常工作的重要措施。据统计，液压系统的故障有80％是由于油液污染引发的，油液污染还加速液压元件的磨损。
2)控制液压系统中油液的温升是减少能源消耗、提高系统效率的一个重要环节。一台机床的液压系统，如果油温变化范围大，其后果是：①影响液压泵的吸油能力及容积效率。②系统工作不正常，压力、速度不稳定，动作不可靠。③液压元件内外泄漏增加：④加速油液的氧化变质。
3)控制液压系统泄漏极为重要，因为泄漏和吸空是液压系统常见的故障。要控制泄漏，首先是提高液压元件零部件的加工精度和元件的装配质量以及管道系统的安装质量。其次是提高密封件的质量，注意密封件的安装使用与定期更换，最后是加强日常维护。
液压系统中管接头漏油是经常发生的。一般的B型薄壁管扩口式管接头的结构如图3—12所示。
4)防止液压系统振动与噪声。振动影响液压件的性能，使螺钉松动、管接头松脱，从而引起漏油。因此要防止和排除振动现象。
5)严格执行日常点检制度。液压系统故障存在着隐蔽性、可变性和难于判断性。因此应对液压系统的工作状态进行点检，把可能产生的故障现象记录在日检维修卡上，并将故障排除在萌芽状态，减少故障的发生。
6)严格执行定期紧固、清洗、过滤和更换制度。液压设备在工作过程中，由于冲击振动、磨损和污染等因素，使管件松动，金属件和密封件磨损，因此必须对液压件及油箱等，实行定期清洗和维修，对油液、密封件执行定期更换制度。
5.1.3 液压系统的点检
1)各液压阀、液压缸及管子接头处是否有外漏。
2)液压泵或液压马达运转时是否有异常噪声等现象。
3)液压缸移动时工作是否正常平稳。
4)液压系统的各测压点压力是否在规定的范围内
5)油液的温度是否在允许的范围内。
6)液压系统工作时有无高频振动。
7)电气控制或撞块(凸轮)控制的换向阀工作是否灵敏可靠。
8)油箱内油量是否在油标刻线范围内。
9)行程开关或限位挡块的位置是否有变动。 ·
10)液压系统手动或自动工作循环时是否有异常现象。
11)定期对油箱内的油液进行取样化验，检查油液质量，定期过滤或更换油液。
12)定期检查营能器工作性能。
13)定期检查冷却器和加热器的工作性能。
14)定期检查和紧固重要部位的螺钉、螺母、接头和法兰螺钉。
15)定期检查更换密封件。
16)定期检查清洗或更换液压件。
17)定期检查清洗或更换滤芯。
18)定期检查清洗油箱和管道。
5.2 气动系统
5.2.1 气动系统驱动对象数控机床上的气动系统用于主轴锥孔从气和开关防护门。有些加工中心依靠气液转换装置实现机械手的动作和主轴松刀。图3~13为加工中心的气动控制原理图，图3~14为压缩空气调理装置。
5.2.2 气动系统的维护要点
(1)保证供给洁净的压缩空气 压缩空气中通常都含有水分、油分和粉尘等杂质。水分会使管道、阀和气缸腐蚀；油分会使橡胶、塑料和密封材料变质；粉尘造成阀体动作失灵。选用合适的过滤器，可以清除压缩空气中的杂质，使用过滤器时应及时排除积存的液体，否则，当积存液体接近档水板时，气流仍可将积存物卷起。
图3--13 加工中心气动原理图
1一气源 2—压缩空气调理装置
3一消声器 4---主轴 5一防护门气缸
图3---14 压缩空气调理装置
a)外形 b)空气过滤器结构简图
l一调压器 2---油雾器 3—空气过滤器 4—过滤器心
5一冷凝物 6一滤杯 7---排放螺栓 8一挡板
(2)保证空气中含亩适量的润滑油 大多数气功执行元件和控制元件都要求适度的润滑。如果润滑不良将会发生以下故障：①由于摩擦阻力增大则造成气缸推力不足．阀芯动作失灵。②由于密封材料的磨损而造成空气泄漏。③由于生锈造成元件的损伤及动作失灵。润滑的方法一般采用油雾器进行喷雾润滑，油雾器一般安装在过滤器和减压阀之后。油雾器的供油量一般不宜过多，通常每10m3的自由空气提供1mL的油量(即40到50滴油)。检查润滑是否良好的一个方法是：找一张清洁的白纸放在换向阀的排气口附近，如果阀在工作三到四个循环后，白纸上只有很轻的斑点时．表明润滑是良好的。
(3)保持气功系统的密封性 漏气不仅增加了能量的消耗，也会导致供气压力的下降，甚至造成气动元件工作失常。严重的漏气在气动系统停止起行时，内漏气引起的响声很容易发现；轻微的漏气则应利用仪表，或用涂抹肥皂水的办法进行检查。
(4)保证气动元件中运动军件的灵敏件 从空气压缩机排出的压缩空气，包含有粒度为0.01~0.8um的压缩机油微粒，在排气温度为120~220oC的高温下，这些油粒会迅速氧化，氧化后油粒颜色变深，粘性增大，并逐步由液态固化成油泥。这种um级以下的颗粒，一般过滤器无法滤除。当它们进入到换向阀后便附着在阀芯上，使阀的灵敏度逐步降低，其至出现动作失灵。为了清除油泥，保证灵敏度，可在气动系统的过滤器之后，安装油雾分离器，将油泥分离出来。此外，定期清洗阀也可以保证阀的灵敏度。
(5)保证气动装置具有合适的工作压力和运动速度 调节工作压力时，压力表应当工作可靠，读数难确。减压阀与节流阀调节好后，必须紧固调压阀盖或锁紧螺母，防止松动。
5.1.3 气动系统的点检
(1)管路系统点检 主要内容是对冷凝水和润滑油的管理。冷凝水的排放，一般应当在气动装置运行之前进行。但是当夜间温度低于O℃时，为防止冷凝水冻结，气动装置运行结束后．就应开启放水阀门将冷凝水排出。补充润滑油时，要检查油雾器中油的质量和滴油量是否符合要求。此外，点检还应包括检查供气压力是否正常，有无漏气现象等。
(2)气动元件的定捡 主要内容是彻底处理系统的漏气现象。例如更换密封元件，处理管接头或联接螺钉松动等，定期检验测量仪表、安全阀和压力继电器等。气动元件的定检如表3—7所示。
课后小记
