数控机床的运行状态维护技巧

11.2.1　主轴部件的维护

数控机床主轴部件是影响机床加工精度的重要部件，它的回转精度影响机床的加工精度；它的功率大小与回转速度影响机床的加工效率；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工作性能相适应的高回转精度、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，多采用成组高精度波动轴承；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20 000 r/min的主轴采用磁力轴承或氮化硅材料的陶瓷滚珠轴承。

（1）主轴润滑

为了保证主轴有良好的润滑，减少摩擦发热，同时又能将主轴组件的热量带走，通常采用循环式润滑系统，即用液压泵供油强力润滑，并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润滑油和润滑脂隔离方式润滑，每加注一次油脂可以使用7～10年。这种系统简化了结构，降低了成本且维护保养简单；但需防止润滑油和润滑脂混合，因此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但要减少轴承温升，还要减少轴承内外部的温差，以保证主轴热变形微小。

1）油气润滑方式

油气润滑是定时定量地将油雾送进轴承空隙中，这样既实现了油雾润滑，又不至于因油雾太多而污染周围空气。

2）喷注润滑方式

喷注润滑用较大流量的恒温油（每个轴承3～4 L/min）喷注到主轴轴承上，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，油温变动范围控制在±0.5 ℃。

（2）防泄漏

在密封件中，被密封的介质往往是以穿透、渗透或扩散的形式越界泄漏到密封连接处的另一侧的。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。如图11.1所示为卧式加工中心主轴前支承的密封结构。

图11.1　主轴前支承的密封结构
1—进油孔；2—轴承；3—套筒；4、5—法兰盘6—主轴；7—泄漏孔；8—回油斜孔；9—泄油孔

卧式加工中心主轴前支承处采用的是双层小间隙密封装置。主轴前端车出两组锯齿形护油槽，在法兰盘4和5上开沟槽及泄漏孔，当喷入轴承2内的油液流出后被法兰盘4的内壁挡住，并经其下部的泄油孔9和套筒3上的回油斜孔8流回油箱，少量油液沿主轴6流出时，主轴护油槽在离心力的作用下被甩至法兰盘4的沟槽内，经回油斜孔8重新流回油箱，达到了防止润滑介质泄漏的目的。

当外部切削液、切屑及灰尘等沿主轴6与法兰盘5之间的间隙进入时，经法兰盘5的沟槽由泄漏孔7排出；少量的切削液、切屑及灰尘进入主轴前锯齿沟槽，在主轴6高速旋转的离心力作用下仍被甩至法兰盘5的沟槽内由泄漏孔7排出，达到了主轴端部密封的目的。

要使间隙密封结构能在一定的压力和温度范围内具有良好的密封防漏性能，必须保证法兰盘4和5与主轴6及轴承端面的配合间隙适当。

①法兰盘4与主轴6的配合间隙应控制在0.1～0.2 mm（单边）范围内。如果间隙偏大，则泄漏量将按间隙的3次方扩大；若间隙过小，由于加工及安装误差，则容易与主轴6局部接触，使主轴6局部升温并产生噪声。

②法兰盘4内端面与轴承端面的间隙应控制在0.15～0.2 mm。小间隙可使压力油直接被挡住并沿法兰盘4内端面下部的泄油孔9经回油斜孔8流回油箱。

③法兰盘5与主轴6配合间隙应控制在0.15～0.25 mm（单边）范围内。间隙太大，进入主轴6内的切削液及杂物会显著增多；间隙太小，则容易与主轴6接触。法兰盘5的槽深度应大于10 mm（单边）；泄漏孔7的直径应大于6 mm并位于主轴6下端靠近沟槽内壁处。

④法兰盘4的槽深度应大于12 mm（单边），主轴上的锯齿尖而深，一般应在5～8 mm范围内，以确保具有足够的甩油空间。法兰盘4处的主轴锯齿应向后倾斜，法兰盘5处的主轴锯齿应向前倾斜。主轴锯齿应向前倾斜。

⑤法兰盘4上的沟槽与主轴6上的护油槽应对齐，以保证被主轴6甩至法兰盘4的沟槽内腔的油液能可靠地流回油箱。

⑥套筒3前端的回油斜孔8及法兰盘4的泄油孔9的流量应为进油孔1的2～3倍，以保证压力油能顺利地流回油箱。

这种主轴前端密封结构也适用于普通卧式车床的主轴前端密封。在油脂润滑方式使用该密封结构时，取消了泄油孔及回油斜孔，并可将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。

（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10 000 N以上。松刀时，通过液压缸活塞推动拉杆来压缩碟形弹簧，使夹头张开，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，压缩空气由吸气头经过活塞中心孔和拉杆中的孔吹出，将锥孔清理干净，防止主轴锥孔中掉入切屑和灰尘将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。因此，主轴锥孔的清洁十分重要。

11.2.2　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，排除运行状态异常。

③操作人员应注意观察主轴箱温度，检查主轴恒温油箱，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，防止因皮带打滑造成的丢转现象。

⑤对由液压系统平衡主轴箱重力的平衡系统，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使用液压拨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，其离合器必须在低于1～2 r/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情况，防止润滑油液的泄漏。

⑭刀具夹紧装置长时间使用后，会使活塞杆和拉杆的间隙加大，造成拉杆位移量减少，使碟形弹簧的张闭伸缩量不够，影响刀具的夹紧，故需要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。

11.2.3　双螺母滚珠丝杠副的维护

（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：利用两个螺母的相对轴向位移，使两个滚珠螺母中的滚珠分别贴紧在螺旋道的两个相反的侧面上。用这种方法预紧消除轴向间隙时，应注意预紧力不宜过大，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。常用的双螺母滚珠丝杠副消除间隙的方法有垫片调隙式、螺纹调隙式和齿差调隙式。

（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。

（3）滚珠丝杠副的润滑

润滑剂可提高耐磨性及传动效率。润滑剂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，润滑脂可采用锂基润滑脂。润滑脂一般加在螺纹滚道和安装螺母的壳体空间内，而润滑油则经过壳体上的进油孔注入螺母的空间内。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。

（4）滚珠丝杠副的防护

滚珠丝杠副和其他滚动摩擦的传动元件一样，应避免硬质灰尘或污物进入。因此，必须有防护装置。如果滚珠丝杠副在机床上外露，就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支承座上。如果滚珠丝杠副处于隐蔽的位置，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是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，但因有接触压力，故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形状相反，并稍有间隙，这样可避免摩擦力矩，但防尘效果稍差。工作中应避免碰击防护装置，防护装置一旦损坏要及时更换。

11.2.4　导轨副的维护

（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。若间隙过小，则摩擦阻力大，导轨磨损加剧；若间隙过大，则运动失去准确性和平稳性，失去导向精度。间隙调整的方法有以下三种：

1）压板调整间隙

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。对于压板结构，如果间隙过大或过小，可以通过刮研不同接触面的方法进行调整。

2）镶条调整间隙

对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，可以采用斜镶条的调节螺钉，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挤压力，因此调整时应细心。

3）压板镶条调整间隙

“T”形压板用螺钉固定在运动部件上，在运动部件内侧和“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，借助压板上的几个推拉螺钉，使镶条上下移动，从而调整间隙。

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底面间隙的调整方法相同。圆形导轨的间隙不能调整。

（2）滚动导轨的预紧

为了提高滚动导轨的刚度，对滚动导轨应预紧。预紧可提高接触刚度，消除间隙。在立式滚动导轨上，预紧可防止滚动体脱落和歪斜。常见的预紧方法有以下两种：

1）采用过盈配合

预加载荷大于外载荷，预紧力产生的过盈量应为2～3 μm，过大会使牵引力增加。若运动部件较重，其重力可以起预加载荷作用，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。

（3）导轨的润滑

导轨面经过润滑后，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，对滑动导轨采用前者，而对于滚动导轨两种都适用。

1）润滑方法

导轨最简单的润滑方法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。

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并冷却导轨表面。为实现强制润滑，必须备有专门的供油系统。

2）对润滑油的要求

在工作温度变化时，润滑油黏度要小，要有良好的润滑性能和足够的油膜刚度，油中杂质要尽量少且不侵蚀机件。常用的润滑油有全损耗系统用油L-AN10、L-AN15、L-AN32、L-AN42、L-AN68，精密机床导轨油L-HG68，汽轮机油L-TSA32、L-TSA46等。

（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。常用的有刮板式、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。

11.2.5　刀库及换刀装置的维护

加工中心刀库及自动换刀装置的运行状态异常表现：刀库运动运行状态异常、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。这些运行状态异常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。

刀库与换刀机械手的维护要点如下：

①严禁将超重、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采用顺序选刀方式时，必须注意刀具放置在刀库上的顺序要正确。采用其他选刀方式时，也要注意所换刀具号是否与所需刀具一致，防止因换错刀具而导致事故发生。

③用手动方式往刀库上装刀时，要确保刀具安装到位、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，检查机床主轴回换刀点位置是否到位，并及时调整，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正常，刀具在机械手上的锁紧是否可靠，发现不正常应及时处理。

11.2.6　液压系统的维护

（1）驱动对象

数控机床上的液压系统主要驱动对象有液压卡盘、静压导轨、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。

（2）液压系统的维护要点

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，液压系统的运行状态异常中有80%是由于油液油污引发的，油液油污还会加速液压元件磨损。

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，油温变化范围过大的后果：a.影响液压泵的吸油能力及容积效率；b.系统工作不正常，压力、速度不稳定，动作不可靠；c.液压元件泄漏增加；d.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运行状态异常。要控制泄漏，首先要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；其次要提高密封件的质量，注意密封件的安装使用与定期更换；最后要加强日常维护。

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是由具有74°外锥面的接头体、带有66°内锥孔的螺母、扩过口的冷拉纯铜管等组成，具有结构简单、尺寸紧凑、重量轻，使用简便等优点，适用于机床行业的中低压（3.5～16 MPa）液压系统管路，使用时将扩过口的管子置于接头体74°外锥面和螺母66°内锥孔之间，旋紧螺母，使管子的喇叭口受压并挤贴于接头体外锥面和螺母内锥孔的间隙中实现密封。在维修液压设备过程中，经常发现因管子喇叭口被磨损而使接头处漏油或渗油，这往往是由于扩口质量不好或旋紧用力不当引起的。

④防止液压系统振动与噪声，振动影响液压元件的性能，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。液压系统运行状态异常具有隐蔽性、可变性和难以判断性，因此，应对液压系统的工作状态进行点检，将可能产生的运行状态异常现象记录在日检维修卡上，并将运行状态异常排除在萌芽状态，减少运行状态异常的发生。

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，会使管件松动、金属件和密封件磨损，因此，必须对液压元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。

（3）液压系统的点检和定检

1）液压系统的点检

①各液压阀、液压缸及管接头处是否有外漏。

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液压系统各测压点的压力是否在规定的范围内，压力是否稳定。

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。

2）液压系统的定检

①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。

②定期检查蓄能器工作性能。

③定期检查冷却器和加热器的工作性能。

④定期检查和紧固重要部位的螺钉、螺母。

⑤定期检查、更换密封件。

⑥定期检查、清洗或更换液压元件。

⑦定期检查、清洗或更换滤芯。

⑧定期检查、清洗油箱和管道。

11.2.7　气动系统的维护

（1）驱动对象

数控机床上的气动系统用于主轴锥孔吹气和开关防护门中。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。

（2）气动系统维护的要点

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，使管道、阀和汽缸腐蚀；油分，会使橡胶、塑料和密封材料变质；粉尘，会造成阀体动作失灵。选用合适的过滤器，可以清除压缩空气中的杂质，在使用过滤器时，应及时排除积存的液体，否则，当积存液体接近挡水板时，气流仍可将积存物卷起。

2）保证空气中含有适量的润滑油

大多数气动执行元件和控制元件都要求适度的润滑。如果润滑不良，将会发生以下运行状态异常：①由于摩擦阻力增大而造成汽缸推力不足，阀芯动作失灵。 ②由于密封材料的磨损而造成空气泄漏。 ③由于生锈而造成元件的损伤及动作失灵。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。油雾器的供油量不宜过多，通常每10 m3的自由空气供1 mL的油量（即40～50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，如果在阀体工作3～4个循环后，白纸上只有很轻的斑点，就表明润滑是良好的。

3）保持气动系统的密封性

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运行时，由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零件的灵敏性

从空气压缩机排出的压缩空气中包含有粒度为0.01～0.8 μm的压缩机油微粒，在排气温度为120～220 ℃的高温下，这些油粒会迅速氧化，氧化后油粒颜色变深，黏性增大，并逐步由液态固化成油泥。这种微米级以下的颗粒，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，甚至出现动作失灵。为了清除油泥，保证阀的灵敏度，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，定期清洗阀腔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，读数准确：减压阀与节流阀调节好后，必须紧固调压阀盖或锁紧螺母，以防止松动。

（3）气动系统的点检与定检

1）管路系统的点检

点检的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，当夜间气温低于0 ℃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）气动元件的定检

定检的主要内容是彻底处理系统的漏气现象。例如，更换密封元件，处理管接头或连接螺钉松动等，定期检验测量仪表、安全阀和压力继电器等。气动元件的定检包括：

①气缸

a.活塞杆与端盖之间是否漏气。

b.活塞杆是否划伤、变形。

c.管接头、配管是否松动、损伤。

d.汽缸动作时有无异常声音。

e.缓冲效果是否合乎要求。

②电磁阀

a.电磁阀外壳温度是否过高。

b.电磁阀动作时，阀芯工作是否正常。

c.汽缸行程到末端时是否漏气。

d.紧固螺钉及管接头是否松动。

e.电压是否正常，电线有无损伤。

f.润滑是否正常。

③油雾器

a.油杯内油量是否足够，润滑油是否变色、混浊，油杯底部是否沉积有灰尘和水。

b.滴油量是否适当。

④减压阀

a.压力表读数是否在规定范围内。

b.调压阀盖或锁紧螺母是否锁紧。

c.有无漏气。

⑤过滤器

a.贮水杯中是否积存冷凝水。

b.滤芯是否应该清洗或更换。

c.冷凝水排放阀动作是否可靠。

⑥安全阀及压力继电器

a.在调定压力下动作是否可靠。

b.校验合格后是否有铅封或锁紧。

c.电线是否损伤，绝缘是否合格。