毕业设计论文数控机床主轴部件及维护W维修

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1、 烟台工程职业技术学院 数控技术 系 数控设备应用与维护 专业 08 级毕业设计（论文） 题 目:数控机床主轴部件及维护维修姓名 宋 晓 学号 2008080043 指导教师（签名） 二一十月二十日 烟台工程职业技术学院毕业设计（论文)诚 信 承 诺 书本人慎重承诺：我所撰写的设计（论文）数控机床主轴部件及维护维修是在老师的指导下自主完成，没有剽窃或抄袭他人的论文或成果。如有剽窃、抄袭，本人愿意为由此引起的后果承担相应责任。毕业论文（设计）的研究成果归属学校所有。 学生(签名) 年 月 日目录摘要4前言4一、数控机床的发展4（一）数控机床的概念 4（二）数控机床的特点 4（三）数控机床的发展史

2、 5（四）数控机床的分类 6二、数控机床主轴的主要部件7（一）主轴轴承配置的主要形式7（二）主轴内刀具的自动夹紧和切削的清除装置7（三）主轴准停装置8三、数控机床的维护维修8（一）数控机床维护的目的及意义8（二）数控机床维护保养的基本要求 9四、与主轴相关的维护维修9（一）主轴部件的日常保养9（二）与主轴相关的一些故障的维修10结 论 11结束语11参考文献与附录 11数控机床主轴部件及维护维修XX摘要数控机床是用数字代码形式的信息（程序指令），控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的机床。数控机床具有广泛的适应性。随着数控技术的发展，采用数控系统的机床品种日益增多。主轴部件是数

3、控机床机械部分中重要组成部件，主要由主轴、轴承、主轴准停装置、自动装夹和切削清除装置组成。主轴部件的润滑、冷却和密封在机床使用与维护时是非常重要的。【关键词】 数控机床 主轴部件 维护 维修 前言在企业生产中，数控机床能否达到加工精度高、产品质量稳定、提高生产效率的目标，这不仅取决于机床本身的精度和性能，很大程度上也与操作者在生产中能否正确地对数控机床进行维护保养和使用密切相关。只有坚持做好对机床的日常维护保养工作，才可以延长元器件的使用寿命，延长机械部件的磨损周期，防止意外恶性事故的发生，争取机床长时间稳定工作；也才能充分发挥数控机床加工优势，达到数控机床的技术性能，确保数控机床能够正常工作

4、，因此，这无论是对数控机床的操作者，还是对数控机床的维修人员来说，数控机床的维护与保养就显得非常重要，我们必须高度重视。本论文主要以实际生产中的数控机床的容易发生的故障为例，讲述了维护维修应注意的问题和方法。 一、数控机床的发展 （一）数控机床的概念 数字控制机床是将加工过程所需的各种操作，如主轴变速、松加工件、进刀与退刀、开车与停车、自动关停冷却液等，以及工件的形状尺寸用数字化的代码表示，通过控制介质将数字信息送人数控装置，数控装置对输入的信息进行处理与运算，发出各种控制信号，控制机床的伺服系统或其他驱动元件，使机床自动加工出所需工件的机床，简称数控机床。 （二）数控机床的特点 数控机床具有

5、广泛的适应性，加工对象改变时只需要改变输入的程序指令；加工性能比一般自动机床高，可以精确加工复杂型面，因而适合于加工中小批量、改型频繁、精度要求高、形状又较复杂的工件，并能获得良好的经济效果。 随着数控技术的发展，采用数控系统的机床品种日益增多，有车床、铣床、镗床、钻床、磨床、齿轮加工机床和电火花加工机床等。此外还有能自动换刀、一次装卡进行多工序加工的加工中心、车削中心等。 （三）数控机床的发展简史 1948年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制飞机螺旋桨叶片轮廓样板的加工设备。由于样板形状复杂多样，精度要求高，一般加工设备难以适应，于是提出计算机控制机床的设想。1949年，该公司在美国麻省

6、理工学院（MIT）伺服机构研究室的协助下，开始数控机床研究，并于1952年试制成功第一台由大型立式仿形铣床改装而成的三坐标数控铣床，不久即开始正式生产，于1957年正式投入使用。这是制造技术发展过程中的一个重大突破，标志着制造领域中数控加工时代的开始。数控加工是现代制造技术的基础，这一发明对于制造行业而言，具有划时代的意义和深远的影响。世界上主要工业发达国家都十分重视数控加工技术的研究和发展。 当时的数控装置采用电子管元件，体积庞大，价格昂贵，只在航空工业等少数有特殊需要的部门用来加工复杂型面零件；1959年，制成了晶体管元件和印刷电路板，使数控装置进入了第二代，体积缩小，成本有所下降；196

7、0年以后，较为简单和经济的点位控制数控钻床，和直线控制数控铣床得到较快发展，使数控机床在机械制造业各部门逐步获得推广。我国于1958年开始研制数控机床，成功试制出配有电子管数控系统的数控机床，1965年开始批量生产配有晶体管数控系统的三坐标数控铣床。 1965年，出现了第三代的集成电路数控装置，不仅体积小，功率消耗少，且可靠性提高，价格进一步下降，促进了数控机床品种和产量的发展。60年代末，先后出现了由一台计算机直接控制多台机床的直接数控系统（简称DNC），又称群控系统；采用小型计算机控制的计算机数控系统（简称CNC）,使数控装置进入了以小型计算机化为特征的第四代。 1974年，研制成功使用微

8、处理器和半导体存贮器的微型计算机数控装置（简称MNC），这是第五代数控系统。第五代与第三代相比，数控装置的功能扩大了一倍，而体积则缩小为原来的1/20，价格降低了3/4，可靠性也得到极大的提高。 80年代初，随着计算机软、硬件技术的发展，出现了能进行人机对话式自动编制程序的数控装置；数控装置愈趋小型化，可以直接安装在机床上；数控机床的自动化程度进一步提高，具有自动监控刀具破损和自动检测工件等功能。 时 间名 称1952年NC数控铣床1958年MC加工中心1961年DNC计算机直接数控1965年AC自适应控制1973年CNC计算机数控1974年CAC/CAM计算机辅助设计/制造1979年FMC/

9、FMS柔性制造单元/系统1980年CIMS计算机集成制造系统 未来数控机床的类型将更加多样化，多工序集中加工的数控机床品种越来越多；激光加工等技术将应用在切削加工机床上，从而扩大多工序集中的工艺范围；数控机床的自动化程度更加提高，并具有多种监控功能，从而形成一个柔性制造单元，更加便于纳入高度自动化的柔性制造系统中。 （四）数控机床的分类 经过几十年的发展，目前的数控机床已实现了计算机控制并在工业界得到广泛应用，在模具制造行业的应用尤为普及。 针对车削、铣削、磨削、钻削和刨削等金属切削加工工艺及电加工、激光加工等特种加工工艺的需求，开发了各种门类的数控加工机床。数控机床种类繁多，一般将数控机床分

10、为16大类： 1、数控车床(含有铣削功能的车削中心) 2、数控铣床(含铣削中心) 3、数控铿床 4、以铣程削为主的加工中心 5、数控磨床(含磨削中心) 6、数控钻床(含钻削中心) 7、数控拉床 8、数控刨床 9、数控切断机床 10、数控齿轮加工机床 11、数控激光加工机床 12、数控电火花线切割机床 13、数控电火花成型机床(含电加工中心) 14、数控板村成型加工机床 15、数控管料成型加工机床 16、其他数控机床数控机床正向着高精度、高速化、智能化、复合化发展。 二、数控机床主轴的主要部件 主轴部件是机床的重要部件之一，其精度、抗振性和热变性对加工质量有直接影响，特别是数控机床在加工过程中不

11、进行人工调整，这些影响就更为严重。数控机床主轴部件在结构上要解决好主轴的支承、主轴内刀具的自动装夹、主轴的定向停止等问题。 （一）主轴轴承配置的主要形式 其主要有三种形式， 1.前支承采用双列短圆柱滚子轴承60角接触双列向心推力球轴承组合。后支承采用成对向心推力球轴承。 此配置可提高主轴的综合刚度，并可以满足力切削的要求。 2.前轴承采用高精度双列向心力球轴承，向心推力球轴承具有良好的高速性，但它的承载能力小，只适于高速、轻载、精密的数控机床的主轴。 3.双列和单列圆锥滚子轴承，这种轴承径向和轴向的刚度都很高，能承受重载荷，尤其是可承受较强的动载荷。安装、调正性能好，但主轴转速受到限制，主轴的

12、精度也受到影响，所以只能用在中等精度、低速、重载的数控主轴上。 （二）主轴内刀具的自动夹紧和切削的清除装置 自动清除主动承中的切削和灰尘是换到操作中的一个重要问题，因为有切屑会划伤主轴孔及刀柄表面，甚至刀杆偏斜，定位不准，零件加工不对。所以在换刀时，用压缩空气吹一下。 （三）主轴准停装置 在换刀时，刀柄上的键槽要对准主轴的端面键。这就是准确定位功能。 由于主轴在固定的圆周位置上换刀，使得刀柄与主轴相对位置的一致性，同时也减少了被加工孔的尺寸的分散度。主轴准停是当主轴要停车换刀时，发出降速信号，主轴箱自动改变传动路线，使主轴转换到最低速运转。三、数控机床的维护维修 数控机床维修工作所包含的内容有

13、：日常维护、修理和排除故障。 （一）数控机床维护的目的及意义 我们知道，数控机床是一种综合运用了计算机技术、自动控制技术、自动检测技术和精密机械设计和制造等先进技术的高新技术的产物，是技术密集度及自动化程度都很高的、典型的机电一体化产品。与普通机床相比较，数控机床不仅具有零件加工精度高、生产效率高、产品质量稳定自动化程度极高的特点，而且它还可以完成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂曲面的零件加工，因而数控机床在机械制造业中的地位显得愈来愈为重要。我们甚至可以这样说，在机械制造业中，数控机床的档次和拥有量，是反映一个企业制造能力的重要标志。但是，我们应当清醒地认识到：在企业生产中，数控机床能否

14、达到加工精度高、产品质量稳定、提高生产效率的目标，这不仅取决于机床本身的精度和性能，很大程度上也与操作者在生产中能否正确地对数控机床进行维护保养和使用密切相关。与此同时，我们还应当注意到，数控机床维修的概念，不能单纯地理解是数控系统或是数控机床的机械部分和其它部分在发生故障时，仅仅是依靠维修人员如何排除故障和及时修复，使数控机床能够尽早地投入使用就可以了，这还应包括正确使用和日常保养等工作。综上两方面所述，只有坚持做好对机床的日常维护保养工作，才可以延长元器件的使用寿命，延长机械部件的磨损周期，防止意外恶性事故的发生，争取机床长时间稳定工作；也才能充分发挥数控机床加工优势，达到数控机床的技术性

15、能，确保数控机床能够正常工作，因此，这无论是对数控机床的操作者，还是对数控机床的维修人员来说，数控机床的维护与保养就显得非常重要，我们必须高度重视。 （二）数控机床维护保养的基本要求 我们懂得了数控机床的维护与保养的目的和意义后，还必须明确其基本要求。主要包括：1. 在思想上要高度重视数控机床的维护与保养工作。尤其是对数控机床的操作者更应如此，我们不能只管操作，而忽视对数控机床的日常维护与保养。2. 提高操作人员的综合素质。必须对操作人员进行培训，使其对机床原理、性能、润滑部位及其方式，进行较系统的学习，为更好的使用机床奠定基础。同时在数控机床的使用与管理方面，制定一些行之有效的措施等。3.

16、为数控机床创造一个良好的使用环境。对机床的使用环境做到保持清洁、干燥、恒温和无振动;对电源应保持稳压，一般只允许=10%波动。4. 严格遵循正确的操作规程。无论是什么类型的数控机床，都有一套自己的操作规程，这既是保证操作人员安全的重要措施之一，也是保证设备安全使用产品质量等的重要措施。5. 在使用中，尽可能提高数控机床的开动率。对于新购置的数控机床应尽早投入生产使用；在缺少生产任务时，不能空闲不用，要定期通电，每次空运行1小时左右，利用机床运行时的发热量来去除或降低机内的湿度。6. 要冷静对待机床故障，不可盲目处理。出现机床故障时，操作者不可盲目处理，要注意保留现场，待维修人员来后如实说明情况

17、；如果是操作的原因，操作者要及时吸取经验。7. 制定并且严格执行数控机床管理的规章制度。主要包括：定人、定岗和定责任的“三定”制度，定期检查制度，规范的交接班制度等。这也是对数控机床管理、维护与保养的主要内容。 四、与主轴相关的维护维修 （一）主轴部件的日常保养主轴部件是数控机床机械部分中重要组成部件，主要由主轴、轴承、主轴准停装置、自动装夹和切削清除装置组成。数控机床主轴部件的润滑、冷却与密封是机床使用和维护过程中值得重视的几个问题：1. 良好的润滑效果，可以降低轴承的工作温度和延长使用寿命；为此，在操作使用中要注意到：低速时，采用油脂、油液循环润滑；高速时，采用油雾、油气润滑方式。但是，在

18、采用油脂润滑时，主轴轴承的封入量通常为轴承空间容积的10%，切忌随意填满，因为油脂过多，会加剧主轴发热。对于油液润滑，在在操作使用中要做到每天检查主轴润滑恒温油箱，看油量是否充足，如果油量不够，则应及时添加润滑油；同时要注意检查润滑油温度范围是否合适。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，用液压泵强力供油润滑，使用油温控制器控制油箱油液温度。高档数控机床主轴轴承采用了高级油脂封存方式润滑，每加一次油脂可以使用710年。新型的润滑冷却方式不但要减少轴承温升，还要减少轴承内外圈的温差，以保证主轴热变形小。常见的主轴润滑方式有两种，油气润滑方式

19、近似于油雾润滑方式，但油雾润滑方式是连续供给油雾，而油气润滑则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，又避免了油雾过多而污染周围空气；喷注润滑方式是用较大流量的恒温油（每个轴承34lmin）喷注到主轴轴承中，以达到润滑、冷却的目的。这里较大流量喷注的油必须靠排油泵强制排油，而不是自然回流。同时，还要采用专用的大容量高精度恒温油箱，油温变动控制在0.5。2. 主轴部件的冷却主要是以减少轴承发热，有效控制热源为主。3. 主轴部件的密封则不仅要防止灰尘、屑末和切削液进入主轴部件，还要防止润滑油的泄漏。主轴部件的密封有接触式和非接触式密封。对于采用油毡圈和耐油橡胶密封圈的接触式密封，要

20、注意检查其老化和破损；对于非接触式密封，为了防止泄漏，重要的是保证回油能够尽快排掉，要保证回流孔的通畅。综上所述，在数控机床的使用和维护过程中，必须高度做好主轴部件的润滑、冷却和密封问题。 （二）与主轴相关的一些故障的维修 1. 主轴前轴承内支架损坏 有一台加工中心，突然发生故障，报警内容是主轴旋转变压器无信号，主轴停下。在测量主轴后面的旋转变压器的两套绕组电阻时，发现两套绕组已断裂路。拆卸下旋转变压器，发现旋转变压器的转子和定子绕组都已刮断，这是什么原因呢？开始以为旋转变压器的转子铁心松动，造成窜动。但用力搬动，毫无移动的迹象。最后怀疑到主轴电动机转子下沉，带动旋转变压器下沉，造成旋转变压器

21、的定转子绕组损坏。主轴电动机拆下后，轴承支撑架全部损坏，引起主轴下沉。 2. 主轴扭断 从西欧进口的加工中心，大约使用一年半左右，主轴断裂。从裂口看，在靠近外圆处的断口很光亮。因此，分析这个轴是由外向内发展的裂口。后来厂家用新的主轴更换，没有再出现问题。 据估计，不是主轴结构问题造成的，已把新轴与老轴各处尺寸及圆角进行过测量，完全一样。材质也一样。那么剩下的问题就是热处理，表面处理造成应力集中，在循环力的作用下，疲劳强度造成微小裂纹。这些微小裂纹可用紫外线荧光粉检查得到。这些裂纹又进一步造成应力集中，最后断裂。结论 随着社会的发展,数控机床也随这科学技术的提高在发展,目前数控机床种类繁多,为保

22、证它的正常运行, 出现问题后能及时的处理已成为至关重要的问题。能够正确、快速的发现常见异常，查明原因并及时解决问题，这样才能提高数控机床的开机可靠性和开动率。但数控机床主轴的故障及原因较多，而故障现象与故障原因并无一一对应，往往一种故障现象由几种原因综合引起，或一种原因引起几种故障。因此诊断故障应该从弄清具体数控系统的主轴结构及其控制原理入手，结合机床结构，凭借实践经验和维修手册，根据故障的表现形式进行故障定位，力求将故障定在尽可能小的范围内。再按照可能性的大小进行逐一检查，排除假象，找出真正的故障所在，加以排除。结束语 最后，在编写本论文的过程中，对于指导老师张一以及其他人的帮助，表示由衷的

23、感谢。参考文献1任 建 平数 控 系 统 与 数 控 机 床 技 术 发 展 趋 势（M）国 防 工 业 出 版 社，200212孙汉卿.数控机床维修技术M.北京：机械工业出 版 社，2007.3王 侃 夫数 控 机 床 故 障 诊 断 及 维 护 （M）北京：机 械 工 业 出 版 社，2001 4数控机床维修技师手册编委会.数控机床维修技师手册M.北京:机械工业出版社,2006.5王 红 英 数 控 机 床运行中主轴常见故障（M），20028烟台工程职业技术学院毕业（设计）成绩评定评分表评价基元评价内涵满分实评分平时成绩30能按时完成毕业设计(论文)各阶段所要求的工作 10能综合运用所学知

24、识分析与解决问题的能力、独立工作能力和实际动手能力14工作态度认真、端正、虚心、严谨，严格遵守纪律6小计30评阅成绩30%能按任务书要求出成果 3论文结构完整、合理，条理清晰，对实验方案的论述正确 5能运用本学科常规研究方法及相关研究手段（如计算机、实验仪器设备等）进行实验、实践并加工处理、整合信息，实验数据可靠,实验结果正确5设计用语、格式、图纸（图表）、数据、量和单位符合国家标准，各种资料引用规范4视角新颖，主题突出，论据充分，论证有力，分析透彻，计算和结论正确5论文中所表述的基本概念清楚，基础知识和专业知识的掌握牢固扎实6文字表达通顺无误，字数符合要求2小计30答辩成绩40答辩时基本概念

25、清楚, 基础知识和专业知识的掌握牢固扎实 10答辩过程中的自述简明无误，语言流畅10能正确回答问题,特别是本课题范围内的基本理论和基本技能问题20课题范围以外的提问仅作参考,不计分小计40总成绩合计100说明：评定成绩分为优秀、良好、中等、及格、不及格五个等级，实评总分90分（含90分）以上记为优秀,80分（含80分）以上为良好，70分（含70分）以上记为中等，60分（含60分）以上记为及格，60分以下记为不及格。烟台工程职业技术学院毕业设计（论文）成绩评定评审等级表指导教师评审意见评语：评定等级： 指导教师（签名）：答辩小组意见评语：评定等级： 负责人（签名）：学院抽查意见评语：评定等级： 负责人（签名）：15