第章機(jī)械部件的維修與調(diào)整

1、第 8 章 機(jī)械部件的維修與調(diào)整8.1 數(shù)控機(jī)床主傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理與維修 主傳動系統(tǒng)是用來實(shí)現(xiàn)機(jī)床主運(yùn)動的，它將主電動機(jī)的原動力變成可供主軸上刀具切 削加工的切削力矩和切削速度。 為適應(yīng)各種不同的加工及各種不同的加工方法， 數(shù)控機(jī)床的 主傳動系統(tǒng)應(yīng)具有較大的調(diào)速范圍， 以保證加工時能選用合理的切削用量， 同時主傳動系統(tǒng) 還需要有較大精度及剛度并盡可能降低噪聲， 從而獲得最佳的生產(chǎn)率、 加工精度和表面質(zhì)量。 8.1.1 主傳動系統(tǒng)目前數(shù)控機(jī)床主傳動系統(tǒng)大致可以分為以下幾類：1. 電動機(jī)與主軸直聯(lián)的主傳動 其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊， 但主軸轉(zhuǎn)速的變化及轉(zhuǎn)矩的輸出和電動機(jī)的輸出特性一致， 因而使 用上受到

2、一定的限制，如圖 8-1 所示。2. 經(jīng)過一級變速的主傳動一級變速目前多用 V 帶或同步帶來完成，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單安裝調(diào)試方便，且在一程 度上能夠滿足轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩輸出要求， 但主軸調(diào)速范圍比仍與電動機(jī)一樣， 受電動機(jī)調(diào)速范圍 比的約束，如圖 8-2 所示。3. 帶有變速齒輪的主傳動 這種配置方式大、中型數(shù)控機(jī)床采用較多。它通過少數(shù)幾對齒輪降速，使之成為分無 極變速，確保低速大轉(zhuǎn)矩，以滿足主軸輸出轉(zhuǎn)矩特性要求，如圖 8-3 所示。4. 電主軸 電主軸通常作為現(xiàn)代機(jī)電一體化的功能部件， 裝備在高速數(shù)控機(jī)床上 （如圖 8-4 所示）。其主軸部件結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，慣量小，可提高起動、停止的響應(yīng)特性，有利

3、于控制振動和 噪聲； 缺點(diǎn)是制造和維護(hù)困難且成本較高。 電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量直接影響主軸， 主軸的熱 變形嚴(yán)重影響機(jī)床的加工精度，因此合理選用主軸軸管以及潤滑、冷卻裝置十分重要。8.1.2 主軸部件 數(shù)控機(jī)床主軸部件是影響機(jī)床加工精度的主要部件，它的回轉(zhuǎn)精度影響工件的加工精 度，它的功率大小與回轉(zhuǎn)速度影響加工效率， 它的自動變速、 準(zhǔn)停和換刀等影響機(jī)床的自動 化程度。因此，要求主軸部件具有與本機(jī)床工作性能相適應(yīng)的高回轉(zhuǎn)精度、剛度、抗韌性、 耐磨性和低的溫升。 在結(jié)構(gòu)上， 必須很好地解決刀具和工具的裝夾、軸承的配置、 軸承間隙 調(diào)整和潤滑密封等問題。主軸的結(jié)構(gòu)根據(jù)數(shù)控機(jī)床的規(guī)格、 精度采用不同的

4、主軸軸承。 一般中小規(guī)格數(shù)控機(jī)床的 主軸部件多采用成組高精度滾動軸承， 重型數(shù)控機(jī)床則采用液體靜壓軸承， 高速主軸常采用 氮化硅材料的陶瓷滾動軸承。1. 主軸軸承的配置形式加工中心的主軸軸承一般采用 2 個或 3 個角接觸球軸承組成，或用角接觸球軸承與圓柱 滾子軸承組成， 這種軸承經(jīng)過預(yù)緊后可得到較高的剛度。 當(dāng)要求有很大剛性時， 則采用圓柱 滾子軸承和雙向推力球軸承的組合。 常用的加工中心主軸支承的典型結(jié)構(gòu)有以下3 種，如圖8-5 所示。1）前后支承用雙列圓柱滾子軸承來承受徑向負(fù)荷，用安裝在主軸前端的雙向角接觸球 軸承來承受軸向負(fù)荷，如圖 8-5a 所示。這種結(jié)構(gòu)剛性較好，能進(jìn)行強(qiáng)力切削，適

5、用于中等 轉(zhuǎn)速的機(jī)床。2）前支承用角接觸球軸承，背靠背安裝，以23 個軸承為一套，用以承受軸向和徑向負(fù)荷；后支承用圓柱滾子軸承，如圖 8-5b 所示。這種結(jié)構(gòu)適應(yīng)較高轉(zhuǎn)速、較重切削負(fù)荷， 主軸精度較高，但所承受軸向負(fù)載較前一種結(jié)構(gòu)小。3）前后支承都采用成組角接觸球軸承，承受軸向好徑向負(fù)荷，如圖8-5c 所示。這種結(jié)構(gòu)適應(yīng)高轉(zhuǎn)速、中等切削負(fù)荷的數(shù)控機(jī)床。使用角接觸球軸承，采用脂潤滑，其極限 dn 值 達(dá)80x 104；如采用油氣潤滑或噴油潤滑，則轉(zhuǎn)速可進(jìn)一步提高。目前高速主軸多數(shù)采用陶 瓷滾動軸承，在脂潤滑情況下dn值可達(dá)120 x 104（ d為軸承平均直徑 mm, n為軸承每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)）。2.

6、 主軸內(nèi)刀具的自動夾緊和切削的清除裝置在自動換刀機(jī)床的刀具自動夾緊裝置中， 刀桿常采用 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(dá) 10000N 以上。松刀時，通過液壓缸活塞推動拉桿來壓縮碟形彈簧，使夾 頭漲開，夾頭與刀柄上的拉釘脫離， 刀具即可拔出進(jìn)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 頭經(jīng)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削和灰塵， 把主軸孔表面和刀桿的錐柄劃傷，保證刀具的

7、正確位置。3. 主軸準(zhǔn)停裝置數(shù)控機(jī)床為了完成 ATC （刀具自動交換）的動作過程，必須設(shè)置主軸準(zhǔn)停機(jī)構(gòu)。由于刀 具裝在主軸上， 切削時切削轉(zhuǎn)矩不可能僅靠錐孔的摩擦力來傳遞， 因此在主軸前端設(shè)置一個 突鍵，當(dāng)?shù)毒哐b入主軸時，刀柄上的鍵槽必須與突鍵對準(zhǔn)，才能順利換刀；為此，主軸必須 準(zhǔn)確停在某固定的角度上。由此可知主軸準(zhǔn)停是實(shí)現(xiàn) ATC 過程的重要環(huán)節(jié)。通常主軸準(zhǔn)停機(jī)構(gòu)有 2 種方式，即機(jī)械式與電氣式。 機(jī)械方式采用機(jī)械凸輪機(jī)構(gòu)或光電盤方式進(jìn)行粗定位， 然后有一個液動或氣動的定位銷插 入主軸上的銷孔或銷槽實(shí)現(xiàn)精確定位， 完成換刀后定位銷退出， 主軸才開始旋轉(zhuǎn)。 采用這種 傳統(tǒng)方法定位，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在

8、早期數(shù)控機(jī)床上使用較多。而現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床采用電氣方式定位較多。電氣方式定位一般有以下兩種方式。 一種是用磁性傳感器檢測定位，這種方法如圖 8-6 所示，在主軸上安裝一個發(fā)磁體與主 軸一起旋轉(zhuǎn)，在距離發(fā)磁體旋轉(zhuǎn)外軌跡 12mm 處 固定一個磁傳感器，它經(jīng)過放大器并與主軸控制 單元相連接，當(dāng)主軸需要定向時，便可停止在調(diào) 整好的位置上。另一種是用位置編碼器檢測定位，這種方法是 通過主軸電動機(jī)內(nèi)置安裝的位置編碼器或在機(jī)床主 軸箱上安裝一個與主軸 1:1 同步旋轉(zhuǎn)的位置編碼器 來實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)?？刂?，準(zhǔn)停角度可任意設(shè)定，如圖 8-3 所示。4. 主軸潤滑與密封（ 1 ）主軸潤滑為了保證主軸有良好的潤滑，減少摩擦發(fā)

9、熱，同時又能把主軸組件熱量帶走， 通常采用循環(huán)式潤滑系統(tǒng)。 用液壓泵供油強(qiáng)力潤滑， 在油箱中使用油溫控制器控制油 液溫度。近年來一部分?jǐn)?shù)控 機(jī)床的主軸軸承采用高級油脂封放式潤滑，每加一次油脂可以 使用 710年，簡化了結(jié)構(gòu)，降低了成本且維護(hù)保養(yǎng)簡單，但需防止?jié)櫥秃陀椭旌?，?常采用迷宮式封密方式。 為了適應(yīng)主軸轉(zhuǎn)速向更高速化發(fā)展的需要， 新的潤滑冷卻方式相繼開發(fā)出來。這些新的潤滑冷卻方式不單要減少軸承溫升，還要減少軸承內(nèi)外圈的溫差，以保證主軸的熱變形小。 油氣潤滑方式：這種潤滑方式近似于油霧潤滑方式，所不同的是，油氣潤滑是定時 定量地把油霧送進(jìn)軸承空隙中，這樣既實(shí)現(xiàn)了油霧潤滑，又不至于油霧

10、太多而污染周圍空氣； 而油霧潤滑則是連續(xù)供給油霧。 噴注潤滑方式：它用較大流量的恒溫油(每個軸承34L/min )噴注到主軸軸承上，以達(dá)到潤滑、冷卻的目的。這里需特別指出的是，較大流量噴注的油，不是自然回流，而是 用排油泵強(qiáng)制排油，同時，采用專用高精度大容量恒溫油箱，油溫變動控制在土0.5 C。(2)密封 在密封件中，被密封的介質(zhì)往往是 以穿漏、滲透或擴(kuò)散的形式越界泄漏到密封連接處 的彼側(cè)。造成泄漏的基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(nèi)外兩側(cè)密封介質(zhì) 的壓力差或濃度差，致使流體向壓力或濃度低的一 側(cè)流動。圖8-7所示為一臥式加工中心主軸前支承的 密封結(jié)構(gòu)。該臥式加工中心主

11、軸前支承處采用的雙層小間 隙密封裝置。主軸前端車出兩組鋸齒形護(hù)油槽，在 法蘭盤4和5上溝槽及泄漏孔，當(dāng)噴入軸承2內(nèi)的油液流出后被法蘭盤 4內(nèi)壁擋住，并經(jīng)其下部的泄 油孔9和箱體3上的回油斜孔8流回油箱，少量油液沿主軸6流出時，主軸護(hù)油槽在離心力 的作用下被甩至法蘭盤 4的溝槽內(nèi)，經(jīng)回油斜孔8流回油箱，達(dá)到防止?jié)櫥橘|(zhì)泄漏的目的。 當(dāng)外部切削液、切屑及灰塵等沿主軸 6與法蘭盤5之間的間隙進(jìn)入時， 經(jīng)法蘭盤5的溝槽由 泄漏孔7排出，達(dá)到主軸端部密封的目的。要使間隙密封結(jié)構(gòu)能在一定的壓力和溫度范圍內(nèi)具有良好的密封防漏性能，必須保證法蘭盤4和5與主軸及軸承端面的配合間隙。& 1.3主傳動系統(tǒng)的

12、常見故障及排除方法主傳動系統(tǒng)的常見故障及排除方法見表 8-1表8-1 主傳動系統(tǒng)的常見故障及排除方法序號故障現(xiàn)象故障原因排除方法1主軸發(fā)熱主軸軸承預(yù)緊力過大調(diào)整預(yù)緊力軸承研傷或損壞更換新軸承潤滑油臟或有雜質(zhì)清洗主軸箱，重新?lián)Q油軸承潤滑油脂耗盡或潤滑油脂過多涂抹潤滑油，每個軸承 3mL2主軸在強(qiáng)力切削時停轉(zhuǎn)電動機(jī)與主軸連接的傳動帶過松張緊傳動帶傳動帶表面有油用汽油清洗后擦干凈傳動帶使用過久而失效更換新帶磨擦離合器調(diào)整過松或磨損調(diào)整離合器，修磨或更換磨擦片3刀具不能夾緊碟形彈簧位移量太小調(diào)整碟形彈簧行程長度彈簧夾頭損壞更換新彈簧夾頭碟形彈簧失效更換新碟形彈簧刀柄上拉釘過長更換拉釘，并正確安裝4刀具

13、夾緊后不能松 開松刀液壓缸壓力和行程不夠調(diào)整液壓力和行程開關(guān)位置碟形彈簧壓合過緊調(diào)整碟形彈簧上螺母，減小彈簧壓合量5主軸無變速變檔液壓缸壓力不足檢測工作壓力，若低于額定壓力，應(yīng)調(diào)整變檔液壓缸研損或卡死修去毛刺和研傷，清洗后重裝變檔電磁閥卡死檢修電磁閥并清洗變檔液壓缸撥叉脫落修復(fù)或更換變檔液壓缸竄油或內(nèi)泄更換密封圈變檔復(fù)合開關(guān)失靈更換新開關(guān)6主軸箱噪聲大主軸部件動平衡不良重做動平衡齒輪磨損修理或更換齒輪軸承拉毛或損壞更換軸承傳動帶松弛或磨損調(diào)整或更換傳動帶潤滑不良調(diào)整潤滑油量，保證主軸箱清潔度主傳動系統(tǒng)故障維修7例例351.主軸定位不良的故障維修故障現(xiàn)象：加工中心主軸定位不良，引發(fā)換刀過程發(fā)生中

14、斷。分析及處理過程：某加工中心主軸定位不良，引發(fā)換刀過程發(fā)生中斷。開始時，出現(xiàn)的次 數(shù)不很多，重新開機(jī)后又能工作，但故障反復(fù)出現(xiàn)。經(jīng)在故障出現(xiàn)后，對機(jī)床進(jìn)行了仔細(xì)觀察，才發(fā)現(xiàn)故障的真正原因是主軸在定向發(fā)生位置偏移，且主軸在定位后如用手碰一下（和工作中在換刀時當(dāng)?shù)恫迦胫鬏S時的情況相近），主軸則會產(chǎn)生相反方向的漂移。檢查電氣單元無任何報警，該機(jī)床的定位采用的是編碼器，從故障的現(xiàn)象和可能發(fā)生的部位來看，電氣部分的可能性比較小；機(jī)械部分又很簡單，最主要的是聯(lián)接，所以決定檢查聯(lián)接部分。 在檢查到編碼器的聯(lián)接是發(fā)現(xiàn)編碼器上聯(lián)接套的緊定螺釘松動，使聯(lián)接套后退造成與主軸的聯(lián)接部分間隙過大使旋轉(zhuǎn)不同步。將緊定螺

15、釘按要求固定好后故障消除（見圖8-3）注意：發(fā)生主軸定位方面的故障時，應(yīng)根據(jù)機(jī)床的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析處理，先 檢查電氣部分，如確認(rèn)正常后再考慮機(jī)械部分。例352.主軸出現(xiàn)噪音的故障維修故障現(xiàn)象：主軸噪聲較大，主軸無載情況下，負(fù)載表指示超過40%°。分析及處理過程：首先檢查主軸參數(shù)設(shè)定， 包括放大器型號，電動機(jī)型號以及伺服增益等， 在確認(rèn)無誤后，則將檢查重點(diǎn)放在機(jī)械側(cè)。發(fā)現(xiàn)主軸軸承損壞，經(jīng)更換軸承之后，在脫開機(jī)械側(cè)的情況下檢查主軸電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)情況。發(fā)現(xiàn)負(fù)載表指示已正常但仍有噪聲。隨后，將主軸參數(shù)00號設(shè)定為1,也即讓主軸驅(qū)動系統(tǒng)開環(huán)運(yùn)行，結(jié)果噪聲消失，說明速度檢測器件 PLG有問題。經(jīng)檢查

16、，發(fā)現(xiàn) PLG的安裝不正，調(diào)整位置之后再運(yùn)行主軸電動機(jī)，噪聲消失，機(jī)床 能正常工作。例353.變檔滑移齒輪引起主軸停轉(zhuǎn)的故障維修故障現(xiàn)象：機(jī)床在工作過程中，主軸箱類內(nèi)機(jī)械變檔滑輪自動脫離嚙合，主軸停轉(zhuǎn)。分析及原理過程：圖8-3為帶有變速齒輪的主傳動，采用液壓缸推動滑移齒輪進(jìn)行變速，液壓缸同時也鎖住滑移齒輪。變檔滑移齒輪自動脫離嚙合，原因主要是液壓缸內(nèi)壓力變化引 起的?？刂埔簤焊椎腛形三位四通換向閥在中間位置時不能閉死，液壓缸前后兩腔油路相滲漏，這樣勢必造成液壓缸上腔推力大于下腔，使活塞桿漸漸向下移動，逐漸使滑移齒輪脫離嚙齒，造成主軸停轉(zhuǎn)。更換新的三位四通換向閥后即可解決問題：或改變控制方式，采

17、用二位四通，使液壓缸一腔始終保持壓力油。例354.變檔不能嚙合的故障維修故障現(xiàn)象：發(fā)出主軸箱變檔指令后，主軸處于慢速來回?fù)u擺狀態(tài)，一直掛不上檔。分析及處理過程： 圖8-3為帶有變速齒輪的主傳動。為了保證滑移齒輪移動順利嚙合于正確位置，機(jī)床接到變檔指令后， 在電氣設(shè)計上指令主電動機(jī)帶動主軸作慢速來回?fù)u擺運(yùn)動。此時，如果電磁閥發(fā)生故障（閥芯卡空或電磁鐵失效） ，油路不能切換，液壓缸不動作，或 者液壓缸動作， 發(fā)反饋信號的無觸點(diǎn)開關(guān)失效， 滑移齒輪變檔到位后不能發(fā)出反饋信號， 都 會造成機(jī)床循環(huán)動作中斷。更換新的液壓閥或失效的無觸點(diǎn)開關(guān)后，故障消除。例 355. 變檔后主軸箱噪聲大的故障維修故障現(xiàn)象

18、： 主軸箱經(jīng)過數(shù)次變檔后，主軸箱噪聲變大。分析及處理過程： 圖 8-3 為帶有變速齒輪的主傳動。當(dāng)機(jī)床接到變檔指令后，液壓缸通 過撥叉帶動滑移齒輪移動。 此時， 相嚙合的齒輪相互間必然發(fā)生沖擊和摩擦。 如果齒面硬度 不夠，或齒端倒角、 倒圓不好， 變檔速度太快沖擊過大都將造成齒面破壞， 主軸箱噪聲變大。 解決方法：使齒面硬度大于55HRC認(rèn)真做好齒端倒角、倒圓工作，調(diào)節(jié)變檔速度，減小沖擊。例 356. 使用多年后主軸箱噪聲大的故障維修故障現(xiàn)象：XK7160型數(shù)控銃床主傳動系統(tǒng)（圖8-3 ），采用齒輪變速傳動。 工作中不可避免地要產(chǎn)生振動噪聲、 摩擦聲和沖擊噪聲。 數(shù)控機(jī)床的主傳動系統(tǒng)的變速是在

19、機(jī)床不停止工 作的狀態(tài)下，由計算機(jī)控制完成。因此它比普通機(jī)床產(chǎn)生的噪聲更為連續(xù)，更具有代表性。 機(jī)床起初使用時，噪聲就較大， 并且噪聲聲源主要來自主傳動系統(tǒng)。經(jīng)使用多年后，噪聲越 來越大。用聲級計在主軸 4000r/min 的最高轉(zhuǎn)速下，測得噪聲為 85.2dB 。分析及處理過程： 我們知道，機(jī)械系統(tǒng)受到任何激發(fā)力，該系統(tǒng)就會對此激發(fā)力產(chǎn)生響 應(yīng)而出現(xiàn)振動。 這個振動能量在整個系統(tǒng)中傳播， 當(dāng)傳播到輻射表面， 這個能量就轉(zhuǎn)換成壓 力波經(jīng)空氣再傳播出去， 即聲輻射。 因此這個激發(fā)力響應(yīng)、 系統(tǒng)內(nèi)部傳遞及輻射三步驟就是 振動噪聲、摩擦噪聲和沖擊噪聲的形成過程。XK7160數(shù)控機(jī)床的主傳動系統(tǒng)在工作

20、時正是由于齒輪、軸承等零部件經(jīng)過激發(fā)響應(yīng)，并 在系統(tǒng)內(nèi)部傳遞和輻射出現(xiàn)了噪聲， 而這些部件又由于出現(xiàn)了異常情況， 使激發(fā)力加大， 從 而使噪聲增大。（1） 齒輪的噪聲分析 XK7160 數(shù)控銑床的主傳動系統(tǒng)是由主電動機(jī)和齒輪來完成變速傳動的。因此，齒輪的嚙合傳動是主要噪聲源之一。首先看一對齒輪的嚙合情況， 根據(jù)齒輪的嚙合原理， 任意瞬時 t 兩齒輪間的相對滑動速 度為：Vs = V t1 - Vt2。齒輪副在嚙合區(qū)傳動時，嚙合點(diǎn)是沿嚙合線移動的，當(dāng)嚙合點(diǎn)移向 節(jié)點(diǎn)時相對滑動速度逐漸減小， 在節(jié)點(diǎn)處， 相對滑動速度在方向上發(fā)生了變化， 造成了激振 力。如果齒輪的各種誤差加大和外界負(fù)荷的波動及其他

21、零部件的影響，傳動系統(tǒng)的共振， 潤滑條件的不好， 就會加劇激振力的產(chǎn)生。 當(dāng)嚙合點(diǎn)漸遠(yuǎn)節(jié)點(diǎn)時，相對滑動速度逐漸增大，齒 面相對滑動速度正比于齒輪的回轉(zhuǎn)速度。機(jī)床主傳動系統(tǒng)中齒輪在運(yùn)轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的噪聲主要有：1）齒輪在嚙合中，使齒與齒之間出現(xiàn)連續(xù)沖擊而使齒輪在嚙合頻率下產(chǎn)生受迫振動并 帶來沖擊噪聲。2）因齒輪受到外界激振力的作用而產(chǎn)生齒輪固有頻率的瞬態(tài)自由振動并帶來噪聲。3）因齒輪與傳動軸及軸承的裝配出現(xiàn)偏心引起的旋轉(zhuǎn)不平衡的慣性力，因此產(chǎn)生了與 轉(zhuǎn)速相一致的低頻振動。隨著軸的旋轉(zhuǎn)，每轉(zhuǎn)發(fā)出一次共鳴噪聲。4）因齒與齒之間的摩擦導(dǎo)致齒輪產(chǎn)生的自激振動并帶來摩擦噪聲。如果齒面凸凹不平，會引起快速、周期性

22、的沖擊噪聲。（2） 軸承的噪聲分析 XK7160 數(shù)控銑床的主軸變速系統(tǒng)中共有滾動軸承 12 個，最大 的軸承外徑125mm軸承與軸徑及支承孔的裝配、預(yù)緊力、同心度、潤滑條件以及作用在軸 承上負(fù)荷的大小， 徑向間隙等都對噪聲有很大的影響。 另外一個重要原因是國家標(biāo)準(zhǔn)對滾動 軸承零件都有相應(yīng)的公差范圍， 因此軸承本身的制造偏差， 在很大程度上就決定了軸承的噪 聲?？梢哉f滾動軸承的噪聲是該機(jī)床主軸變速系統(tǒng)的另一個主要噪聲源， 特別在高轉(zhuǎn)速下表 現(xiàn)更為強(qiáng)烈。 滾動軸承最易產(chǎn)生變形的部位就是其內(nèi)外環(huán)。 內(nèi)外環(huán)在外部因素和自身精度的 影響下，有可能產(chǎn)生搖擺振動、 軸向振動、徑向振動、軸承環(huán)本身的徑向振動

23、和軸向彎曲振 動。綜上所述，大致可以從以下幾個方面對噪聲進(jìn)行控制：（1） 齒輪的噪聲控制 由于齒輪噪聲的產(chǎn)生是多因素引起的， 其中有些因素是齒輪的設(shè)計 參數(shù)所決定的。 針對該機(jī)床出現(xiàn)的主軸傳動系統(tǒng)的齒輪噪聲特點(diǎn)， 在不改變原設(shè)計的基礎(chǔ)上， 有下列在原有齒輪上進(jìn)行修整和改進(jìn)的一些做法。1 ）齒形修緣。由于齒形誤差和法向齒距的影響，在輪齒承載產(chǎn)生了彈性變形后，會使 齒輪嚙合時造成瞬時頂撞和沖擊。 因此， 為了減小齒輪在嚙合時由于齒頂凸出而造成的嚙合 沖擊， 可進(jìn)行齒頂修緣。 齒頂修緣的目的就是校正齒的彎曲變形和補(bǔ)償齒輪的誤差， 從而降 低齒輪噪聲。 修緣量取決于法向齒距誤差和承載后齒輪的彎曲變形量

24、， 以及彎曲方向等。 齒 形修緣時， 可根據(jù)這幾對齒輪的具體情況只修齒頂， 或只修齒根， 只有在修齒頂或齒根達(dá)不 到良好效果時，才將齒頂和齒根一塊修。2 ）控制齒輪誤差。齒形誤差是由于多種因素造成的，觀察該機(jī)床主傳動系統(tǒng)中齒輪的 齒形誤差主要是加工過程中出現(xiàn)的， 以及長期運(yùn)行條件不好所致。 因齒輪誤差而在齒輪嚙合 時產(chǎn)生的噪聲在該機(jī)床中是比較明顯的。 一般情況下， 齒形誤差越大， 產(chǎn)生的噪聲也就越大。3） 控制嚙合齒輪的中心距。 嚙合齒輪的實(shí)際中心距的變化將引起壓力角的改變， 如果 嚙合齒輪的中心距出現(xiàn)周期性變化， 那么也將使壓力角發(fā)生周期性變化， 噪聲也會周期性增 大。對嚙合中心距的分析表明

25、， 當(dāng)中心距偏大時， 將齒輪的外徑， 傳動軸的彎曲變形及傳動 軸齒輪、 軸承的配合都控制在理想狀態(tài)， 這樣可盡量消除由于嚙合中心距的改變而產(chǎn)生的噪4 ）潤滑油對控制噪聲的作用。潤滑油在潤滑和冷卻的同時，還起一定的阻尼作用，噪 聲隨油的數(shù)量和粘度的增加而變小。 若能在齒面上維持一定的油膜厚度， 就能防止嚙合齒面 直接接觸，就能衰減振動能量，從而降低噪聲。實(shí)際上，齒輪潤滑需油量很少，而大量給油 是為了冷卻作用。實(shí)驗(yàn)證明，齒輪潤滑以嚙出側(cè)給油最佳，這樣既起到了冷卻作用，又在進(jìn) 入嚙合區(qū)前，在齒面上形成了油膜；如果能控制油少量進(jìn)入嚙合區(qū)，降噪效果更佳。據(jù)此， 將各個油管重新布置， 使?jié)櫥桶蠢硐霠顟B(tài)濺

26、入每對齒輪， 以控制由于潤滑不利而產(chǎn)生的噪 聲。（2）軸承的噪聲控制1 ）控制內(nèi)外環(huán)質(zhì)量。在 XK7160 數(shù)控銑床的主傳動系統(tǒng)中，所有軸承都是內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)動、 外環(huán)固定。 這是內(nèi)環(huán)如出現(xiàn)徑向偏擺就會引起旋轉(zhuǎn)時的不平衡， 從而產(chǎn)生振動噪聲。 如果軸 承的外環(huán)與配合孔形狀公差和位置都不好， 則外環(huán)就會出現(xiàn)徑向擺動， 這樣就破壞了軸承部 件的同心度。 內(nèi)環(huán)與外環(huán)端面的側(cè)向出現(xiàn)較大跳動， 還會導(dǎo)致軸承內(nèi)環(huán)相對于外環(huán)發(fā)生歪斜。 軸承的精度越高， 上述的偏擺量就越小， 產(chǎn)生的噪聲也就越小。 除控制軸承內(nèi)外環(huán)幾何形狀 偏差外， 還應(yīng)控制內(nèi)外環(huán)滾道的波紋度， 減小表面粗糙度， 嚴(yán)格控制在裝配過程中使?jié)L道表 面磕傷

27、、劃傷， 否則不可能降低軸承的振動噪聲。 經(jīng)觀察和實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)， 滾道的波紋度為密波 或疏波時滾珠在滾動時的接觸點(diǎn)顯然不同，由此引起振動頻率差別很大。2 ）控制軸承與孔和軸的配合精度。在該機(jī)床的主傳動系統(tǒng)中，軸承與軸和孔配合時， 應(yīng)保證軸承有必要的徑向間隙。 徑向工作間隙的最佳數(shù)值， 是由內(nèi)環(huán)在軸上和外環(huán)在孔中的 配合以及在與運(yùn)行狀態(tài)下內(nèi)環(huán)和外環(huán)所產(chǎn)生的溫差所決定的。 因此，軸承中初始間隙的選擇 對控制軸承的噪聲具有重要意義。 過大的徑向間隙會導(dǎo)致低頻部分的噪聲增加， 而較小的徑 向間隙又會引起高頻部分的噪聲增加。 外環(huán)的孔中的配合形式會影響固體噪聲的傳播， 較緊 的配合能提高傳聲性，會使噪聲加大

28、；配合較緊， 會迫使?jié)L道變形，從而加大軸承滾道的形 狀誤差， 使徑向間隙減小， 也導(dǎo)致噪聲的增加； 但軸承外環(huán)過松的配合還是會引起較大的噪 聲。只有松緊適當(dāng)?shù)呐浜喜庞欣?這樣可使軸承與孔接觸處的油膜對外環(huán)振動產(chǎn)生阻尼， 從 而降低噪聲。配合部位的形位公差和表面加工的粗糙度，應(yīng)符合所選軸承精度等級的要求。 如果軸承很緊地安裝在加工不精確的軸上， 那么軸的誤差就會傳遞給軸承內(nèi)環(huán)滾道上， 并以 較高的波紋度形式表現(xiàn)出來，噪聲也就隨之增大。通過上述對 XK7160 數(shù)控銑床主傳動系統(tǒng)的噪聲分析和控制后， 取得了可喜的效果。 在同 樣條件子啊，用聲級計對修復(fù)后的機(jī)床噪聲又進(jìn)行了測試，主傳動系統(tǒng)經(jīng)過噪聲

29、控制后為 74dD,降低了 11.2dD。經(jīng)過幾年的使用，該機(jī)床的噪聲一直穩(wěn)定在這個水平上。例 357. 電主軸高速旋轉(zhuǎn)發(fā)熱的故障維修故障現(xiàn)象： 主軸高速旋轉(zhuǎn)時發(fā)熱嚴(yán)重分析及處理過程： 電主軸運(yùn)轉(zhuǎn)中的發(fā)熱和溫升問題始終是研究的焦點(diǎn)。電主軸單元的內(nèi) 部有兩個主要熱源：一是主軸軸承，另一個是內(nèi)藏式主電動機(jī)。電主軸單元最凸出的問題是內(nèi)藏式主電動機(jī)的發(fā)熱。由于主電動機(jī)旁邊就是主軸軸承， 如果主電動機(jī)的散熱問題解決不好， 還會影響機(jī)床工作的可靠性。 主要的解決方法是采用循 環(huán)冷卻結(jié)構(gòu)， 分外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種， 冷卻介質(zhì)可以是水或油， 使電動機(jī)與前后軸承都能得 到充分冷卻。主軸軸承是電主軸的核心支承，也是

30、電主軸的主要熱源之一。當(dāng)前高速電主軸，大多數(shù) 采用接觸陶瓷球軸承。因?yàn)樘沾奢S承具有以下特點(diǎn)：由于滾珠重量輕，離心力小，動摩擦 力矩小。因溫升引起的熱膨脹小，使軸承的預(yù)緊力穩(wěn)定。彈性變形量小，剛度高，壽命 長。由于電主軸的運(yùn)轉(zhuǎn)速度高， 因此對主軸軸承的動態(tài)、 熱態(tài)性能能有嚴(yán)格的要求。合理的 預(yù)緊力， 良好而充分的潤滑是保證主軸正常運(yùn)轉(zhuǎn)的必要條件。 采用油霧潤滑， 霧化發(fā)生器進(jìn) 氣壓為0.250.3Mpa,選用20#透平油，油滴速度控制在 80100滴/min。潤滑油霧在充分 潤滑軸承的同時， 還帶走了大量的熱量。 前后軸承的潤滑油分配是非常重要的問題， 必須加 以嚴(yán)格控制。 進(jìn)氣口截面大于前后噴

31、油口截面的總和， 排氣應(yīng)順暢， 各噴油小孔的噴射角與 軸線呈 15°夾角，使油霧直接噴入軸承工作區(qū)。8.2 進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理和維修8.2.1 伺服進(jìn)給系統(tǒng)的組成及特點(diǎn)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)一般由驅(qū)動控制單元、驅(qū)動單元、機(jī)械傳動部件、執(zhí)行元件和檢測 反饋環(huán)節(jié)等組成。驅(qū)動控制單元與反饋電路組成檢測裝置，亦稱檢測系統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中的機(jī)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(diǎn)。目前，數(shù)控機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)中常用的機(jī)械傳動裝置有以下幾種：滾珠絲杠副、靜壓蝸 桿蝸母條、預(yù)加載荷雙齒輪齒條及直線電動機(jī)。8.2.2 滾珠絲杠副滾珠絲杠副是在絲杠和螺母之間以滾珠為滾動

32、體的螺旋傳動元件。滾珠絲杠副有多種結(jié) 構(gòu)型式。 按滾珠循環(huán)方式分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩大類。 外循環(huán)回珠器用插管式的較多， 內(nèi)循 環(huán)回珠器用腰形槽嵌塊式的較多。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，因此目前普遍采用雙圓弧截形的絲杠。按預(yù)加負(fù)載形式分，可分為單螺母無預(yù)緊、單螺母變位導(dǎo)程預(yù)緊、單螺母加大鋼球徑向 預(yù)緊、 雙螺母墊片預(yù)緊、 雙螺母差齒預(yù)緊、雙螺母螺紋預(yù)緊。 數(shù)控機(jī)床上常用雙螺母墊片式 預(yù)緊，其預(yù)緊力一般為軸向載荷的 1/3 。滾珠絲杠副與滑動與絲杠螺母比較有很多優(yōu)點(diǎn) : 傳動效率高、 靈敏度高、 傳動平穩(wěn)； 磨損 小、壽命長；可消除軸向間

33、隙，提高軸向剛度等。滾珠絲杠螺母傳動廣泛應(yīng)用于中小型數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動系統(tǒng)。在重型數(shù)控機(jī)床的短行程（6cm以下）進(jìn)給系統(tǒng)中也常被采用。1. 滾珠絲杠副的安裝數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)要獲得較高的傳動剛度，除了加強(qiáng)滾珠絲杠螺母本身的剛度之外， 滾珠絲杠正確的安裝及其支承的結(jié)構(gòu)剛度也是不可忽視的因素。螺母座及支承座都應(yīng)具有足夠的剛度和精度。 通常都適當(dāng)加大和機(jī)床結(jié)合部件的接觸面積， 以提高螺母座的局部剛度和 接觸強(qiáng)度，新設(shè)計的機(jī)床在工藝條件允許時常常把螺母座或支承與機(jī)床本體做成整體來增大 剛度。為了提高支承的軸向剛度，選擇適當(dāng)?shù)臐L動軸承也是十分重要的。國內(nèi)目前主要采用兩 種組合方式。一種是把向心軸承和圓錐

34、軸承組合使用，其結(jié)構(gòu)簡單，但軸向剛度不足。另一種是推力軸承或向心推力軸承和向心軸承組合使用， 其軸向剛度有了提高， 但增大了軸承的 摩擦阻力和發(fā)熱而且增加了軸承支架的結(jié)構(gòu)尺寸。 近年來國內(nèi)外的軸承生產(chǎn)廠家已生產(chǎn)出一 種滾珠絲杠專用軸承， 這是一種能夠承受很大軸向力的特殊向心推力球軸承， 與一般的向心 推力球軸承相比，接觸角增大到60°，增加了滾珠的數(shù)目并相應(yīng)減小滾珠的直徑。這種新結(jié)構(gòu)的軸承比一般軸承的軸向剛度提高了兩倍以上， 而且使用極為方便， 產(chǎn)品成對出售， 而 且在出廠時已經(jīng)選配好內(nèi)外環(huán)的厚度， 裝配時只要用螺母和端蓋將內(nèi)環(huán)和外環(huán)壓緊， 就能獲 得出廠時已經(jīng)調(diào)整好的預(yù)緊力。滾珠絲

35、杠副安裝方式通常有以下幾種：（1） 雙推自由方式 如圖 8-8a 所示， 絲杠一段固定， 另一端自由。 固定端軸承同時承 受軸向力和徑向力。這種支承方式用于行程小的短絲杠。（ 2 ）雙推支承方式 如圖 8-8b 所示，絲杠一端固定，另一端支承。固定端軸承同時承 受軸向力和徑向力； 支承端軸承只承受徑向力， 而且能作微量的軸向浮動， 可以避免或減少 絲杠因自重而出現(xiàn)的彎曲。同時絲杠熱變形可以自由地向一端伸長。（ 3）雙推雙推方式 如圖 8-8c 所示， 絲杠兩端均固定。 固定端軸承都可以透光石承受 軸向力和徑向力，這種支承方式，可以對絲杠施加適當(dāng)?shù)念A(yù)拉力，提高絲杠支承剛度， 可以部分補(bǔ)償絲杠的熱

36、變形。（ 4）采用絲杠固定、螺母旋轉(zhuǎn)的傳動方式如圖 8-8d 所示，此時，螺母一邊轉(zhuǎn)動、一邊沿固定的絲杠作軸向移動； 由于絲杠不動， 可避免受臨界轉(zhuǎn)速的限制， 避免了細(xì)長滾珠絲杠 高速運(yùn)轉(zhuǎn)時出現(xiàn)的種種問題。螺母慣性小、運(yùn)動靈活，可實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)速高。此種方式可以對絲 杠施加較大的預(yù)拉力，提高絲杠支承剛度，補(bǔ)償絲杠的熱變形。2. 滾珠絲杠副的防護(hù)和潤滑（ 1 ）滾珠絲杠副的防護(hù) 滾珠絲杠副和其他滾動摩擦的傳動器件一樣，應(yīng)避免硬質(zhì)灰塵 或切屑污物進(jìn)入， 因此必須裝有防護(hù)裝置。 如果滾珠絲杠副在機(jī)床上外露， 則應(yīng)采用封閉的 防護(hù)罩， 如采用螺旋彈簧鋼帶套管、 伸縮套管以及折疊套管等。 安裝時將防護(hù)罩的一端

37、連接 在滾珠螺母的側(cè)面，另一端固定在滾珠絲杠的支承座上。如果滾珠絲杠副處于隱蔽的位置， 則可采用密封圈防護(hù)， 密封圈裝在螺母的兩端。 接觸式的彈性密封圈采用耐油橡膠或尼龍制 成，其內(nèi)孔做成與絲杠螺紋滾道相配的形狀； 接觸式密封圈的防塵效果好， 但由于存在接觸 壓力， 使摩擦力矩略有增加。非接觸式密封圈又稱迷宮式密封圈， 它采用硬質(zhì)塑料制成，其 內(nèi)孔與絲杠螺紋滾道的形狀相反，并稍有間隙，這樣可避免摩擦力矩， 但防塵效果差。 工作 中應(yīng)避免碰擊防護(hù)裝置，防護(hù)裝置一有損壞應(yīng)及時更換。（2）滾珠絲杠副的潤滑潤滑劑可提高耐磨性及傳動效率。潤滑劑可分為潤滑油和潤滑脂兩大類。 潤滑油一般為全損耗系統(tǒng)用油；

38、潤滑脂可采用鋰基潤滑脂。 潤滑脂一般加在螺紋滾 道和安裝螺母的殼體空間內(nèi)， 而潤滑油則經(jīng)過殼體上的油孔注入螺母的空間內(nèi)。 每半年對滾 珠絲杠上的潤滑脂更換一次，清洗絲杠上的舊潤滑脂，涂上新的潤滑油潤滑的滾珠絲杠副， 可在每次機(jī)床工作前加油一次。3. 滾珠絲杠副在高速數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用 高速加工是面向 21 世紀(jì)的一項(xiàng)高新技術(shù)，它以高效率、高精度和高表面質(zhì)量為基本特征， 在航天航空、 汽車工業(yè)、模具制造、 光電工程和儀器儀表等行業(yè)中獲得了越來越廣泛的應(yīng)用， 并已取得了重大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益， 是當(dāng)代先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分。 為了實(shí)現(xiàn)高速加工， 首先要有高速數(shù)控機(jī)床。 高速數(shù)控機(jī)床必須同時具有高速主

39、軸系統(tǒng)和高速進(jìn)給系統(tǒng)， 才能實(shí) 現(xiàn)材料切削的高速化。 為了實(shí)現(xiàn)高速進(jìn)給， 國內(nèi)外有關(guān)制造廠商不斷采取措施， 提高滾珠絲 杠的高速性能。主要措施：1 ）適當(dāng)加大絲杠的轉(zhuǎn)速、導(dǎo)程和螺紋頭數(shù)。目前常用大導(dǎo)程滾珠絲杠名義直徑與導(dǎo)程的匹配為：40mm< 20mm 50mm< 25mm,50mrX 30mm等，其進(jìn)給速度均可達(dá)到 60m/min以上。為 了提高滾珠絲杠的剛度和承載能力， 大導(dǎo)程滾珠絲杠一般采用雙頭螺紋， 以提高滾珠的有效 承載圈數(shù)。2 ）改進(jìn)結(jié)構(gòu)，提高滾珠運(yùn)動的流暢性。 改進(jìn)滾珠循環(huán)反向裝置， 優(yōu)化回珠槽的曲線參數(shù)， 采用三維造型的導(dǎo)珠管和回珠器，真正做到沿著內(nèi)螺紋的導(dǎo)程角方向

40、將滾珠引進(jìn)螺母體中， 使?jié)L珠運(yùn)動的方向與滾道相切而不是相交。這樣可把沖擊損耗和噪聲減至最小。3 ）采用“空心強(qiáng)冷”技術(shù)。高速滾珠絲桿在運(yùn)行時由于摩擦產(chǎn)生高溫，造成絲杠的熱變 形，直接影響高速機(jī)床的加工精度。采用“空心強(qiáng)冷”技術(shù)，就是將恒溫切削通入空心的孔 中，對滾珠絲杠進(jìn)行強(qiáng)制冷卻， 保持滾珠副溫度的恒定。 這個措施是提高中、大型滾珠絲杠 高速性能和工作精度的有效途徑。4）對于大行程的高速進(jìn)給系統(tǒng)，可采用絲杠固定、螺母旋轉(zhuǎn)的傳動方式。此時， 螺母一邊轉(zhuǎn)動、 一邊沿固定的絲杠作軸向移動，由于絲杠不動，可避免受臨界轉(zhuǎn)速的限制，避免了細(xì)長滾珠絲杠高速運(yùn)轉(zhuǎn)時出現(xiàn)的種種問題。螺母慣性小、運(yùn)動靈活，可實(shí)現(xiàn)

41、的轉(zhuǎn)速高。5 ）進(jìn)一步提高滾珠絲杠的制造質(zhì)量。通過采用上述種種措施后，可在一定程度上克服傳 統(tǒng)滾珠絲杠存在的一些問題。 日本和瑞士在滾珠絲杠高速化方面一直處于國際領(lǐng)先地位， 其 最大快速移動速度可達(dá) 60m/min ，個別情況下甚至可達(dá) 90m/min ，加速可達(dá) 15m/s 2。由于滾 珠絲杠歷史悠久、工藝成熟、應(yīng)用廣泛、成本較低，因此在中等載荷、進(jìn)給速度要求并不十 分高、行程范圍不太大（小于 45m）的一般高速加工中心和其他經(jīng)濟(jì)型高速數(shù)控機(jī)床上任 仍然經(jīng)常被采用。8.2.3 靜壓蝸桿蝸母傳動 液體靜壓蝸桿蝸母條機(jī)構(gòu)是在蝸桿蝸母的嚙合齒面注入壓力油，以形成一定厚度的 油膜，使兩嚙合齒面間成為

42、液體摩擦，其工作原理如圖 8-9 所示。靜壓蝸桿蝸母條傳動由于既有傳液體摩擦的特點(diǎn)，又有蝸桿蝸母條機(jī)械結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，因此特別適合于重型機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)。其主要特點(diǎn)有：1 ）摩擦阻力小。起動摩擦因數(shù)可小至0.0005，功率消耗少，傳動效率高，可達(dá)94%98，在低速下也很平穩(wěn)。2 ）壽命長，精度保持好。3 ）抗振性能好。4 ）軸向剛度大。5 ）蝸母條可無限接長，適合長行程運(yùn)動部件。8.2.4 預(yù)加載荷雙齒輪齒條傳動工作行程很大的大型數(shù)控機(jī)床通常采用齒輪條來實(shí)現(xiàn) 進(jìn)給運(yùn)動。進(jìn)給力不大時，可以采用類似于圓柱齒輪傳動 中的雙薄片齒輪結(jié)構(gòu)，通過錯齒的方法來消除間隙；當(dāng)進(jìn) 給力較大時，通常采用雙厚齒輪的傳動

43、結(jié)構(gòu)。圖 8-10 是 雙厚齒輪的傳動結(jié)構(gòu)圖。進(jìn)給運(yùn)動由軸 2 輸入，通過兩對 斜齒輪將運(yùn)動傳給軸 1 和軸 3，然后由兩個直齒輪 4 和 5 去 傳動齒條，帶動工作臺移動，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(chǎn)生微量的軸向移動，這時軸 1和軸3便以相反的方向轉(zhuǎn)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。8.2.5 直線電動機(jī)傳動 隨著現(xiàn)代切削技術(shù)的發(fā)展，高速切削和超過速切削技術(shù)日趨成熟。高速切削時，隨著主軸轉(zhuǎn)速的提高， 進(jìn)給速度也必須大幅度地提高。 傳統(tǒng)的滾珠絲杠副傳動機(jī)構(gòu)最大進(jìn)給速度可 達(dá) 60m/min 左右

44、，而直線電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)給速度可達(dá) 100m/min 以上。由于直線電動機(jī)驅(qū) 動有無間隙、 慣性小、剛度較大而無磨損、 定位精度和跟蹤精度高以及行程不受限制等優(yōu)點(diǎn)， 現(xiàn)已得到愈來愈廣泛的應(yīng)用。直線電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與普通旋轉(zhuǎn)電動機(jī)相似，如圖8-11 所示。直線電動機(jī)的原理并不復(fù)雜。設(shè)想把一臺旋轉(zhuǎn) 電動機(jī)沿著半徑的方向剖開，并且展開，就成了一 臺直線電動機(jī)。在直線電動機(jī)中，相當(dāng)于旋轉(zhuǎn)電動機(jī) 定子的，叫初級；相當(dāng)于旋轉(zhuǎn)電動機(jī)轉(zhuǎn)子的，叫次級， 初級中通以交流電，次級就在電磁力的作用下沿著初 級做直線運(yùn)動。直線電動機(jī)既可以把初級做得很長（即 初級固定，次級移動） ，也可以把次級做得很長（即次 級固定，初

45、級移動） 。直線電動機(jī)有多種類型，按結(jié)構(gòu)形式可分為扁平型、管型、圓盤型和圓弧型。按工作原理可分為交流直線感 應(yīng)電動機(jī)、交流直線同步電動機(jī)、直線直流電動機(jī)和直線步進(jìn)電動機(jī)。直線電動機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：1 ）出色的動態(tài)響應(yīng)和非常高的移動速度。2 ）極好的精度（納米級） 。3 ）安裝簡單。為了減小電動機(jī)發(fā)熱對機(jī)械的影響， 電動機(jī)采用了特殊的冷卻方式， 即雙冷卻回路： 主 冷卻回路和精密冷卻回路。盡管直線電動機(jī)有諸多優(yōu)點(diǎn)， 但是只有在機(jī)械設(shè)計適應(yīng)高速、 高加速度運(yùn)行要求的前提 下，它的優(yōu)勢才能發(fā)揮出來。所以設(shè)計時需要注意：1 ）盡量減輕移動的質(zhì)量。因?yàn)槭侵苯域?qū)動，所以直線電動機(jī)對負(fù)載更加敏感，因而在 設(shè)計時，

46、在設(shè)定目標(biāo)速度和加速度時，要充分考慮負(fù)載。2 ）良好的基礎(chǔ)（地基） 。3 ）良好的機(jī)床剛性，較高的固有頻率。4 ）整體結(jié)構(gòu)具有較高的阻尼系數(shù)。5 ）初級、次級之間的引力： 通常這個引力是電動機(jī)額定推力的23倍，選擇直線導(dǎo)軌時需要考慮。6 ）暴露的磁場。在有鐵屑產(chǎn)生的加工環(huán)境，需要很好地防護(hù)。7 ）動力 / 信號電纜。要能滿足高速、高加速度運(yùn)行的要求。8 ）緊急停車。應(yīng)具有安全可靠的制動裝置。9 ）動態(tài)剛性。要求驅(qū)動與電動機(jī)能良好地配合。10 ）電動機(jī)熱保護(hù)。水冷散熱，雙回路（主冷卻和精密冷卻） 。8.2.6 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的常見故障及診斷方法 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的常見故障有以下幾種：1. 超程 當(dāng)進(jìn)給

47、運(yùn)動超過由軟件設(shè)定的軟限位或由限位開關(guān)設(shè)定的硬限位時，就會發(fā)生超程報 警，一般會在CRT上顯示報警內(nèi)容，根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)說明書，即可排除故障，解除報警。2. 過載 當(dāng)進(jìn)給運(yùn)動的負(fù)載過大， 頻繁正、 反向運(yùn)動以及傳動鏈潤滑狀態(tài)不良時， 均會引起過載 報警。一般會在CRT上顯示伺服電動機(jī)過載、 過熱或過流等報警信息。同時，在強(qiáng)電柜中的進(jìn)給驅(qū)動單元上、指示燈或數(shù)碼管會提示驅(qū)動單元過載、過電流等信息。3. 竄動在進(jìn)給時出現(xiàn)竄動現(xiàn)象： 測速信號不穩(wěn)定， 如測速裝置故障、測速反饋信號干擾等； 速 度控制信號不穩(wěn)定或受到干擾； 接線端子接觸不良， 如螺釘松動等。 當(dāng)竄動發(fā)生在由正方 向運(yùn)動與反向運(yùn)動的換向瞬間時

48、， 一般是由于進(jìn)給傳動鏈的反向間隙或伺服系統(tǒng)增益過大所 致。4. 爬行發(fā)生在起動加速段或低速進(jìn)給時， 一般是由于進(jìn)給傳動鏈的潤滑狀態(tài)不良、 伺服系統(tǒng)增益低 及外加負(fù)載過大等因素所致。 尤其要注意的是： 伺服電動機(jī)和滾珠絲杠聯(lián)接用的聯(lián)軸器， 由 于聯(lián)接松動或聯(lián)軸器本身的缺陷， 如裂紋等，造成滾珠絲杠轉(zhuǎn)動與伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)動不同步， 從而使進(jìn)給運(yùn)動忽快忽慢，產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。5. 機(jī)床出現(xiàn)振動 機(jī)床以高速運(yùn)行時， 可能產(chǎn)生振動， 這時就會出現(xiàn)過流報警。 機(jī)床振動問題一般屬于速度問 題，所以就應(yīng)去查找速度環(huán)； 而機(jī)床速度的整個調(diào)節(jié)過程是由速度調(diào)節(jié)器來完成的，即凡是與速度有關(guān)的問題， 應(yīng)該去查找速度調(diào)節(jié)器，

49、因此振動問題應(yīng)查找速度調(diào)節(jié)器。主要從給定信號、反饋信號及速度調(diào)節(jié)器本身著三方面去查找故障。6. 伺服電動機(jī)數(shù)控系統(tǒng)至進(jìn)給驅(qū)動單元除了速度控制信號外，還有使能控制信號，一般為DC+24V繼電器線圈電壓。伺服電動機(jī)不轉(zhuǎn)，常用診斷方法有：檢查數(shù)控系統(tǒng)是否有速度控制信號輸出： 檢查使能信號是否接通。通過CRT觀察I/O狀態(tài)，分析機(jī)床 PLC梯形圖（或流程圖），以確定進(jìn)給軸的起動條件，女口潤滑、冷卻等是否滿足；對帶電磁制動的伺服電動機(jī)，應(yīng)檢查 電磁制動是否釋放；進(jìn)給驅(qū)動單元故障；伺服電動機(jī)故障。7. 位置誤差當(dāng)伺服軸運(yùn)動超過位置允差范圍時，數(shù)控系統(tǒng)就會產(chǎn)生位置誤差過大的報警，包括跟隨誤差、輪廓誤差和定位

50、誤差等。主要原因有：系統(tǒng)設(shè)定的允差范圍?。凰欧到y(tǒng)增益設(shè)置不當(dāng)； 位置檢測裝置有污染；進(jìn)給驅(qū)動單元故障；伺服電動機(jī)故障。8. 漂移當(dāng)指令值為零時，坐標(biāo)軸仍移動，從而造成位置誤差。 通過誤差補(bǔ)償和驅(qū)動單元的零速調(diào)整 來消除。9. 機(jī)械傳動部件的間隙與松動在數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動鏈中，常常由于傳動元件的鍵槽與鍵之間的間隙使傳動受到破壞，因此，除了在設(shè)計時慎重選擇鍵聯(lián)結(jié)機(jī)構(gòu)之外，在加工和裝配必須進(jìn)行嚴(yán)查。在裝配滾珠絲杠是應(yīng)當(dāng)檢查軸承的預(yù)緊情況，以防止?jié)L珠絲杠的軸向竄動，因?yàn)橛蜗兑彩钱a(chǎn)生明顯傳動間隙的另一個原因。8.2.7 滾珠絲杠副的常見故障及排除方法表8-2滾珠絲杠副的常見故障及排除方法序號故障現(xiàn)象故

51、障原因排除方法1滾珠絲杠副噪聲絲杠支承軸的壓蓋壓合情況不好調(diào)整軸承壓蓋，使其壓緊軸承端面絲杠支承軸可能破裂如軸承破損，更換新軸承電動機(jī)與絲杠聯(lián)軸松動擰緊聯(lián)軸器鎖緊螺釘絲杠潤滑不良改善潤滑條件，使?jié)櫥土砍渥銤L珠絲杠副滾珠有破損更換新滾珠2滾珠絲杠運(yùn)動不 靈活軸向預(yù)加載荷太大調(diào)整軸向間隙和預(yù)加載荷絲杠與導(dǎo)軌不平行調(diào)整絲杠支座位置，使絲杠與導(dǎo)軌平行螺母軸線與導(dǎo)軌不平行調(diào)整螺母座的位置絲杠彎曲變形調(diào)整絲杠3滾珠絲杠副潤滑狀況不良檢查各絲杠副潤滑用潤滑脂潤滑的絲杠，需移動工作臺， 取下罩套，涂上潤滑脂8.2.8進(jìn)行系統(tǒng)故障維修8例例358.頻繁出現(xiàn)113、111、112、114號報警的故障維修故障現(xiàn)象

52、：1984年從德國進(jìn)口的臥式加工中心，設(shè)備長期運(yùn)行都比較正常。直到1990年5月，機(jī)床因頻繁出現(xiàn) 113號NC報警，間或出現(xiàn)111、112、114號報警而使機(jī)床停機(jī)。分析及處理過程：1. 故障分析從上述報警號可以斷定，故障發(fā)生在Y軸，進(jìn)而從機(jī)床操作手冊中找出這幾個報警號的解釋：113是輪廓誤差監(jiān)視，111是靜態(tài)誤差監(jiān)視，112是給定速度太高，114是監(jiān)視測量 系統(tǒng)硬件。上述報警出現(xiàn)，表示機(jī)床發(fā)生下列故障：113號報警的出現(xiàn)，提示正在運(yùn)動軸的實(shí)際位置超出了 TEN346機(jī)床參數(shù)規(guī)定的公差帶；111號報警，提示坐標(biāo)軸定位時的實(shí)際位置與給定位置之差，超過了TE101規(guī)定的準(zhǔn)停極限；112或114報警

53、，是由于要消除誤差，調(diào)整NC運(yùn)動速度而引起的。Y 軸是一個閉環(huán)位置控制系統(tǒng)，與其他軸的不同之處是：為抵消主軸箱的重量，丫軸增加了一套液壓平衡的系統(tǒng)；且Y軸的伺服電動機(jī)具有斷電制動功能。Y 軸控制系統(tǒng)大致可以分為：NC系統(tǒng)（SINUMERIK8系統(tǒng)）、光柵位置檢測系統(tǒng)（HEIDENHAIN公司的LS107光柵）、速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)（1 NDRAMA伺服系統(tǒng)）和機(jī)械（包括液 壓）系統(tǒng) 4 部分。這 4 部分中哪個系統(tǒng)出現(xiàn)故障， 都會影響到機(jī)床運(yùn)動誤差，從而導(dǎo)致機(jī)床 報警。我們檢修機(jī)床是按逐一否定法進(jìn)行的。具體做法是，把各種故障因素中懷疑最大的， 先作為故障環(huán)節(jié)對待， 其他部位則暫時完好無故障。 對有懷疑

54、的環(huán)節(jié)先進(jìn)行全面檢查， 直至 排除所有故障疑點(diǎn)后， 將此定為無故障環(huán)節(jié)， 再尋求下一個故障環(huán)節(jié)， 直至排除。 以此類推， 直到機(jī)床全部運(yùn)行完好。在Y軸閉環(huán)位置控制的 4大系統(tǒng)中，由于NC系統(tǒng)檢修比較復(fù)雜，更換組件時又會造成 RAM存儲器中的數(shù)據(jù)丟失，因此必須做好重新輸入數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備，否則很難恢復(fù)機(jī)床的原有功 能。通常這部分留待最后解決。 速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)出現(xiàn)故障引起報警， 常常是由于驅(qū)動電動機(jī)轉(zhuǎn) 速不穩(wěn)定造成的。 這部分檢修最簡單的辦法是更換速度調(diào)節(jié)器和伺服電動機(jī)。 如果沒有備件， 可用X軸的調(diào)節(jié)器和電動機(jī)替換（因X軸是正常的）。換用時要注意調(diào)節(jié)器凋零。用X制動裝置， 更換電動機(jī)時要把主軸箱支撐好，

55、 開機(jī)后再去掉支撐。 經(jīng)交換檢查電器系統(tǒng)和光柵位 置檢測系統(tǒng)正常。問題可能在機(jī)械（包括液壓）系統(tǒng)方面。這部分涉及的零件較多， 能直接影響運(yùn)動誤差的有液壓平衡系統(tǒng)， 絲杠螺母間隙、 絲杠 預(yù)拉伸力、主軸箱與導(dǎo)軌的縱、橫向間隙等。這方面的檢修我們草去先易后難的原則進(jìn)行。2. 故障診斷及處理（1）拆卸平衡液壓缸，清洗調(diào)整液壓閥 Y 軸主軸箱的液壓平衡系統(tǒng)如圖 8-12 所示。 液壓平衡力的大小及其變化， 直接影響著驅(qū)動電動機(jī)的工作電流及運(yùn)動誤差。 檢查平衡力是 否合適， 最有效的辦法是檢查驅(qū)動電動機(jī)的電流。 平衡良好時， 機(jī)床主軸箱上升和下降時的 電動機(jī)電流相差不大。當(dāng)機(jī)床用100快速上升時，電動機(jī)

56、電流達(dá)4.6A 左右，以同樣速度下降時平衡液壓缸的第二級液壓缸工作時，電動機(jī)電流就由5A突然上升到89A。拆下電動機(jī)，下降時電動機(jī)電流增大的原因， 是由于小液壓缸工作時回油不暢造成的。 進(jìn)一步分析， 回油不暢與調(diào)壓閥、 溢流閥和液壓缸有關(guān)。 在沒有平衡液壓具體結(jié)構(gòu)圖的情況下， 為了進(jìn)一 步核算平衡力和完善資料， 我們對液壓缸進(jìn)行了拆卸測繪。 與此同時， 為排除油路堵塞的可 能性，對調(diào)壓閥和溢流閥進(jìn)行了清洗，對壓力進(jìn)行了重新調(diào)整。1）檢查蓄能器充氮壓力。蓄能器的壓力直接影響快速運(yùn)動時液壓缸的壓力穩(wěn)定。檢修前，應(yīng)先檢查儲能器的壓力是否符合要求，經(jīng)檢查現(xiàn)有壓力只有2.8Mpa，遠(yuǎn)低于5Mpa的規(guī)定。

57、于是重新將儲能器充到5Mpa,開車試機(jī)，運(yùn)動狀況沒有改善。2）拆卸液壓缸，清洗調(diào)整液壓閥。拆卸平衡液壓缸之前，為防止電動機(jī)制動不夠而使主軸箱下滑，主軸箱下面墊一防滑落支撐。平衡液壓缸是一伸縮式液壓缸，共兩級。第一級液壓缸直徑為$ 105mn$ 90mm第二級液壓缸直徑為 0 65mn$ 36mm兩液壓缸的有效工 作面積均為23cm2,如按規(guī)定的調(diào)整壓力 5.5Mpa計算，平衡力為12400N。裝好清洗后的液壓 缸、調(diào)壓閥和溢流閥，啟動液壓泵，把壓力調(diào)到5.5Mpa。用轉(zhuǎn)矩扳手轉(zhuǎn)動絲杠，測得主軸箱上升時轉(zhuǎn)矩略大。 故將壓力調(diào)到 5.7Mpa 以增加平衡力。 這時液壓缸的回油壓力為 5.9Mpa， 裝上電動機(jī)試車后，測得電動機(jī)上升時的電流為 4.5A，下降時為68A,兩者的差值仍較大。 由圖 8-12 可知，快速下降時溢流閥參與了增加回油速度的工作，所以壓力不宜調(diào)得太高，只要調(diào)到稍高于5.9Mpa即可。我們用100%快速運(yùn)動時，壓力調(diào)到6Mpa