數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的故障診斷與維修(上)

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1、第4章數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的故障診斷與維修4．1數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)概述數(shù)控在GB中的定義是“用數(shù)字化信號(hào)對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)及其加工過(guò)程進(jìn)行控制的一種方法”?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床是集高新技術(shù)于一體的典型機(jī)電一體化加工設(shè)備。數(shù)控加工設(shè)備主要分切削加工、壓力加工和特種加工(如數(shù)控電火花加工機(jī)床等)3類。切削加工類數(shù)控機(jī)床的加工過(guò)程能按預(yù)定的程序自動(dòng)進(jìn)行，消除了人為的操作誤差和實(shí)現(xiàn)了手工操作難以達(dá)到的控制精度，加工精度還可以用軟件來(lái)校正和補(bǔ)償。因此，可以獲得比機(jī)床精度還要高的加工精度及重復(fù)定位精度；工件在一次裝夾后，能先后進(jìn)行粗、精加工

2、，配置自動(dòng)換刀裝置后，還能縮短輔助加工時(shí)間、提高生產(chǎn)率；由于機(jī)床的運(yùn)動(dòng)軌跡受可編程的數(shù)字信號(hào)控制，因而可以加工單件和小批量且形式復(fù)雜的零件，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期大為縮短。綜上所述，數(shù)控機(jī)床具有精度高、效率高、自動(dòng)化程度高和柔性好的特點(diǎn)?！　臄?shù)控機(jī)床的生產(chǎn)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)看，由于微電子技術(shù)、信息處理技術(shù)等新技術(shù)、新工藝在機(jī)床行業(yè)的滲透和應(yīng)用，它與普通機(jī)床相比不僅在機(jī)械結(jié)構(gòu)性能方面發(fā)生了“質(zhì)”和“形”的變化，且其外觀造型也形成了自身獨(dú)特的風(fēng)格和特點(diǎn)。數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)　　數(shù)控機(jī)床雖然也有普通機(jī)床所具有的床身和立

3、柱、導(dǎo)軌、工作臺(tái)、刀架等部件。但為了與控制系統(tǒng)的高精度、高速度控制相匹配，對(duì)機(jī)床主機(jī)部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還提出了高精度、高剛度、低慣量、低摩擦、無(wú)間隙、高諧振頻率、適當(dāng)?shù)淖枘岜鹊纫?。由于機(jī)械結(jié)構(gòu)形式是體現(xiàn)其性能的具體手段，是實(shí)現(xiàn)性能的核心因素(當(dāng)然結(jié)構(gòu)也受材料和工藝的影響)，因此，數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵部件在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中也有了重大變化。???1．基礎(chǔ)部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)　　數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)件主要包括床身、立柱、工作臺(tái)等支承件，它們的基本功能是支承承載和保持各執(zhí)行器官的相對(duì)位置。數(shù)控機(jī)床集粗精加工于一體，既要能夠承受粗加工時(shí)大吃刀

4、、大走刀的最大切削力、又要能夠保證精加工時(shí)的高精度。因此，對(duì)基礎(chǔ)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在強(qiáng)度、剛度、抗振性、熱變形和內(nèi)應(yīng)力等都提出了很高的要求?，F(xiàn)行生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床采用的主要措施有：鑄件采用全封閉截面，合理布置內(nèi)部隔板和肋條，含砂造型或填充混凝土等材料，導(dǎo)軌面加寬，車床采用傾斜的床身和導(dǎo)軌還利于排屑，床身、立柱采用鋼質(zhì)焊接結(jié)構(gòu)，可以明顯提高其剛度，根據(jù)熱對(duì)稱原則布局還能增加散熱隔熱效果。???2．主傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)　　主傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各種刀具和工件所需的切削功率，且在盡可能大的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)保證恒功率輸出，同時(shí)為使數(shù)控機(jī)床

5、能獲得最佳的切削速度，主傳動(dòng)須在較寬的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速?，F(xiàn)行數(shù)控機(jī)床采用高性能的直流或交流無(wú)級(jí)調(diào)速主軸電機(jī)，較普通機(jī)床的機(jī)械分級(jí)變速傳動(dòng)鏈大為簡(jiǎn)化。對(duì)加工精度有直接影響的主軸組件的精度、剛度、抗振性和熱變形性能要求，可以通過(guò)主軸組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和合理的軸承組合及選用高精度專用軸承加以保證。為提高生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度，主軸應(yīng)有刀具或工件的自動(dòng)夾緊、放松、切屑清理及主軸準(zhǔn)停機(jī)構(gòu)。最近日本又開(kāi)發(fā)研制了新型的陶瓷主軸，重量輕，熱膨脹率低，用在加工中心上，具有高的剛性和精度。???3．進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)　　數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給

6、系統(tǒng)是由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)滾珠絲杠帶動(dòng)刀具或工件完成各坐標(biāo)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。為確定進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作穩(wěn)定性，在設(shè)計(jì)機(jī)械裝置時(shí)，以“無(wú)間隙、低摩擦、低慣量、高剛度”為原則，具體措施有：①采用低摩擦、輕拖動(dòng)、高效率的滾珠絲杠和直線滾動(dòng)導(dǎo)軌；②采用大扭矩、寬調(diào)速的伺服電機(jī)直接與絲杠相聯(lián)接，縮短和簡(jiǎn)化進(jìn)給傳動(dòng)鏈；③通過(guò)消隙裝置消除齒輪、絲杠、聯(lián)軸器的傳動(dòng)間隙；④對(duì)滾動(dòng)導(dǎo)軌和絲杠預(yù)加載荷，預(yù)拉伸。???4．?dāng)?shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和自動(dòng)交換工作臺(tái)　　數(shù)控鏜、數(shù)控銑和加工中心，采用內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有數(shù)控進(jìn)給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)特點(diǎn)的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)

7、，實(shí)現(xiàn)圓周任意角度的分度和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。對(duì)多工序數(shù)控機(jī)床，配置自動(dòng)交換工作臺(tái)，進(jìn)一步縮短輔助加工時(shí)間。???5．刀架系統(tǒng)　　回轉(zhuǎn)刀架，更換主軸換刀和帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀系統(tǒng)及多刀架、多主軸布局對(duì)提高生產(chǎn)效率和自動(dòng)化水平發(fā)揮了重要作用。為使刀具在機(jī)床上迅速定位、夾緊，普遍采用標(biāo)準(zhǔn)刀具系統(tǒng)和機(jī)夾刀。???6．?dāng)?shù)控附件　　機(jī)床附件的作用是配合機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加工。數(shù)控機(jī)床專用的附件有：①對(duì)刀儀，②自動(dòng)編程機(jī)，③自動(dòng)排屑器，④物料儲(chǔ)運(yùn)及上下料裝置，⑤自動(dòng)冷卻、潤(rùn)滑及各種新型配套件如導(dǎo)軌防護(hù)罩等。7．?dāng)?shù)控機(jī)床的外觀造型特點(diǎn)　　

8、數(shù)控機(jī)床的外觀大都采用線型簡(jiǎn)潔的板塊組合式全封閉安全防護(hù)罩，配備有現(xiàn)代特征的集操作、顯示、控制于一體的操作面板，淘汰了普通機(jī)床各種操作手柄、手輪和線型復(fù)雜零散的多面型表面形態(tài)。安全防護(hù)罩可防止高壓、大流量冷卻液及鐵屑飛濺，減少粉塵入侵，隔聲降噪，有利于機(jī)床的精度保持和環(huán)境保護(hù)，真正體現(xiàn)了機(jī)、電、液一體化的特點(diǎn)。　　依人機(jī)工程學(xué)宜人性原則設(shè)計(jì)的桌面式或懸掛式數(shù)控操作面版，是機(jī)床與操作者聯(lián)系和信息交流的唯一界面，指示