数控磨床外圆磨床的结构原理与诊断维修.docx
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数控磨床外圆磨床的结构原理与诊断维修
内部资料注意保密
前 言
本教材突出职业教育的特色，坚持“理论够用、实用为主”的培养原则，加强教学的实用性和实践性,切实做到教学内容与生产实际紧密结合，培养解决生产实际问题和动手操作能力，以便于适应在新形势下对企业专业技术素质提高的要求。
为此，编写此教材。
本教材内容具有“由浅入深、理论与实践相结合、图文并茂、便于阅读”的鲜明的实用性特点,去掉减少了复杂的计算公式的推导过程和机床工作原理的数学分析内容。
以机床的典型部件结构、拆装方法、关键部位调整方法、常见故障分析及排除方法及机床保养等为主要内容。
增加了数控磨床的结构简介、调整维护方法、参数的优化、故障分析及排除方法等章节。
本教材在编写过程中得到济南四机数控机床有限公司主要领导及装配车间领导有力的支持,并得到技术部门领导及广大工程技术人员大力协助。
为此表示衷心感谢。
通过对本教材的学习,希望可以掌握如下技能：
（1）、能够了解磨床主要部件的结构原理。
（2）、能够根据零件的加工误差，合理优化相关参数。
（3）、能够正确操作机床和维护保养机床。
（4）、能够排除机床常见的故障。
（5）、能够较熟练对数控磨床拆装修理。
由于编者水平所限，本教材中很可能有不足之处，希望有识之士提出批评指正,便于改进。
本教材只限于磨床方面内容,所以内容篇章不会太多,主要以数控磨床和普通外圆磨床为主来编制。
特此说明。
编者
第一篇机械部分
目 录
前言－-----------－－-----－－------------－--－---－－--------－----－-－----------------－-－－－---－－----－-－1
目录----------－－－--------－----－--－----－-------------－---－-------－－-－-－---－-------------－－----－--2
第一章机床的分类--－---------------－------－－-－--－－－－-－---－---------－-－-－--－--－---－－---- 3
第一节通用机床的分类-----－--－－------------------－－－------－－-----－－-－-----－---－－3
第二节数控机床的分类---－--－－----－---－--－------－----－-------－-－-----－-－－--------4
第二章普通外圆磨床典型部件的结构及故障分析、排除方法-----－－---－---－--6
第一节 Ｍ１412×２５0型万能外圆磨床典型部件结构--－--－--－-----－-－---－---－６
一、 砂轮架----－------－－--------－--－-－------－-－-－-----------6
二、 头架-－－－-－－-－-------－-－----－－----－-－-－---－-－-----－-－-8
第三章 数控外圆磨床典型部件的结构及故障分析、排除方法-－--------－---－－--9
第一节数控机床的组成-----－--－-----－-----------－---------－-------－---－-----－-----９
第二节MKS1620×5００数控高速端面外圆磨床典型部件结构---－-－--9
第四章数控外圆磨床与普通外圆磨床常见故障及排除方法---－－--－－－-------－---１２
第一节数控外圆磨床常见故障及排除方法--－－－-－－-－-－----------－－-－--－---－-－-１2
第二节普通外圆磨床常见故障及排除方法－－--－-－-----－-----－－---－－--------－-－13
第五章 设备的维护保养－----－---－---－-－-－-－－－-－－--－－－-－-－----------－－--－-----－－-－－－-----－16
第一节设备管理-－-------－--－---------－－----－--－----－---------------－－-－－--------－-－－１６
第二节 设备维护保养---－－-－－--－--－----－--－--－----－－--－－----－----－-－-－--－------－---－16
第三节普通外圆磨床和数控外圆磨床维护保养内容－-－------－--－-----－----－-1７
结束语－---－---------------－--－---－---------－------－－------－-----－－-－-－---－－--------------－--－－--18
第二篇 电气部分
目录附后
第一章 机床的分类
由于金属切削机床的规格、品种较多，为了便于区分、使用和管理，因此对机床进行分类和编号。
第一节通用机床的分类
１、机床的类、组、系代号
根据我国制定的机床型号的编制方法，目前将机床分为12类:
车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、铣床、刨插床、拉床、特种加工机床、锯床及其它加工机床。
见表0-1。
表0-１ 机床的分类（类代号）
类别
车床
钻床
镗床
磨床
齿轮加
工机床
螺纹加
工机床
铣床
刨插床
拉床
特种加
工机床
锯床
其他
机床
代号
C
Z
T
M
Ｙ
S
X
B
L
D
Ｇ
Q
机床的类代号，一般用大写的汉语拼音字母表示。
机床的类代号,按其相应汉字字意读音表示。
例如:
铣床类代号用“X”表示,读作“铣”。
而在类代号中应注意:
齿轮加工机床、螺纹加工机床、特种加工机床、锯床分别用字母Y、Ｓ、D、G来表示，其含义为:
齿轮加工机床一般理解为加工多少个牙（齿）,螺纹加工机床一般螺纹为丝（如：
丝杠、丝杆等）,特种加工机床一般与电有关（例如：
超声波加工、电解加工、电火花加工等）,锯床一般理解为锯割。
由理解的译音来表示。
机床的分类代号在类代号之前，为机床型号的首位，用阿拉伯数字表示。
如:
第一分类代号用“1”表示,应省略不写,第二分类、第三分类代号分别用“２”、“３”应于表示。
在每一类机床中划分为10个组，每一组又划分为１0个系（系列）。
组、系划分的原则为:
在同一类机床中，其结构性能及使用范围基本相同的机床,即为同一组。
在同一组机床中，其主参数相同,并按一定公比排列，工件及刀具本身和相对的运动特点其本相同,而且基本结构及布局形式相同的机床,即为同一系。
机床的组、系代号用两位阿拉伯数字表示，位于类代号之后。
如果型号中有特性代号，则位于特性代号之后。
２、机床通用特性和结构性代号
当某类型机床，除有普通形式外，还有某种通用特性时,则在类代号之后加通用特性代号予以区别。
机床通用特性代号见表0-2，表中代号在各类机床型号中，所表示的意义相同。
表0－2 通用特性代号
通用
特性
高精度
精密
自动
半自
动
数控
加工
中心
仿行
轻型
加重性
简式
柔性
加工
数显
高速
代号
G
Ｍ
Ｚ
B
Ｋ
H
Ｆ
Ｑ
C
J
R
Ｘ
S
读音
高
密
自
半
控
换
仿
轻
重
简
柔
显
速
对主参数相同,而结构、性能不同的机床，在型号中加特性代号予以区分。
如机床型号中有通用特性代号，结构特性代号以大写汉语拼音字母列于其后,否则直接列于类代号后。
能用作结构性代号的字母有：
A、D、Ｅ、L、N、P、R、Ｔ、U、V、W、X和Y;也可将上述字母中的两个组合起来使用，如:
AD、AE等。
通用特性代号中,加工中心用字母H表示,因为一般都带有刀库，有换刀装置,为此，加工中心的通用特性代号用H表示,意义为换刀装置。
3、通用机床型号的编制:
机床型号就是赋予每种机床的代号,用于简明地表达该机床的类型、主要规格、有关特性等。
现行规定是按1994年颁布的GＢ∕T15３75—199４《金属切削机床型号编制方法》执行,适用于各类通用及专用金属切削机床、自动线，不包括组合机床、特种加工机床。
通用机床型号由基本部分和辅助部分组成，中间用“∕”隔开,读作“之”。
前者需统一管理,后者纳入机床型号与否由企业自定。
通用机床的型号表示方法如下：
（Δ）Ο（Ο）ΔΔΔ（×Δ）（Ο）∕（◎）（—◎）
各符号的含义如下：
（Δ）——分类代号
Ο ——类代号
（Ο）－－-－表示通用特性、结构特性代号
第一个Δ—组系代号
第二个Δ—系代号
第三个Δ—主参数或设计顺序号
（×Δ）—主轴数第二主参数
（○）——重大改进顺序号
“∕”——读作“之”。
之后代号为辅助部分
（◎）——其他特性代号
（—◎）—企业代号
型号表示方法中,有“○”符号者,为大写的汉语拼音字母；有“◎”符号者,为阿拉伯数字。
另外，有括号的代号或数字，当无内容时，不表示；若有内容时，则应表示，但不带括号。
4、通用机床型号实例:
例1:
MGB１412×５00—最大磨削直径为1２5mm的高精度半自动万能外圆磨床。
最大磨削长度500ｍm。
例2:
MSB1312A×２50—最大磨削直径为12５mm的高速半自动普通外圆磨床。
经过第一次重大改进，最大磨削长度250mｍ。
例3：
MＫS1６20×５00—最大磨削直径为200ｍm的数控高速端面外圆磨床。
最大磨削长度５00mm。
例4：
ＭＧBＸ13１2×２50—最大磨削直径为1２5mm的高精度半自动数显外圆磨床。
最大磨削长度2５0mｍ。
第二节 数控机床的分类
1、按控制刀具相对工件移动轨迹分类：
（1）、点位控制数控机床:
特点是只控制刀具或机床工作台从一点精确的移动到另一点，而对点与点之间移动的轨迹不加控制,而且在移动过程中刀具不进行切削,如:
数控钻床、数控镗床、数控电焊机、数控冲床、数控折弯机等。
其相应的
数控装置称为点位控制数控装置。
（2）、直线控制数控机床：
特点是除了控制点与点之间的精确定位外,还要保证被控制的两个坐标点之间移动的轨迹是一条直线，而且在移动过程中刀具能按指定的进给速度进行切削。
如:
数控镗铣床、数控车床、数控磨床等。
其相应的数控装置称为直线控制装置。
（3）、轮廓控制数控机床（也称为连续轨迹控制机床）:
特点是能够对两个或两个以上坐标方向的同时运动严格的不间断控制，并且在运动过程中刀具对工件表面连续进行切削。
属于这类机床的有数控车床、数控铣床、加工中心等。
其相应的数控装置称为轮廓控制装置。
轮廓控制装置比点位、直线控制装置结构更加复杂,功能更加齐全。
1、按进给伺服系统的类型分类：
（1）、开环进给伺服系统数控机床:
由步进电机驱动线路和步进电机组成,这种伺服机构比较简单，工作稳定，容易掌握使用，但精度和速度的提高受到限制。
开环进给伺服系统通常不带有位置检测元件。
（2）、闭环进给伺服系统数控机床：
闭环进给控制系统带有位置检测元件，随时可以检测出工作台的实际位移并反馈给数控装置，与设定的指令进行比较,利用其差值控制伺服电动机,直至差值为零为止。
这种机构定位精度高但系统复杂,调试维修较困难，价格较贵，常用于高精度和大型数控机床。
（3）、半闭环进给伺服系统数控机床：
半闭环进给伺服系统是将位置检测元件安装在伺服电动机的轴上或滚珠丝杠的端部，不直接反馈机床的位移量，而是检测伺服机构的转角,将此信号反馈给数控装置进行指令值比较，用差值控制伺服电动机。
这种伺服机构所能达到的精度、速度和动态特性优于开环伺服机构,其复杂性低于闭环系统,故被大多数中小型数控机床所采用。
第三节专用机床的型号表示方法:
专用机床的型号一般由设计单位代号和设计顺序号组成。
型号构成如下：
○—Δ
各符号的含义如下：
○———表示设计单位代号（大写汉语拼音及阿拉伯数字）。
Δ———表示设计顺序号（阿拉伯数字）。
例如:
Ｊ4—012Ａ—表示济南四机数控机床有限公司设计的第12台专机，经过第一次重大改进的切入半自动端面外圆磨床。
第二章 普通外圆磨床典型部件的结构及故障分析、排除方法
磨床的种类很多,为了适应磨削各种加工表面,按用途和采用的工艺方法
不同，大致可分为以下几类：
（１）、外圆磨床:
包括万能外圆磨床、外圆磨床、无心外圆磨床等。
（2）、内圆磨床：
包括普通内圆磨床、无心内圆磨床等。
（3）、平面磨床:
包括卧轴矩台平面磨床、立轴矩台平面磨床、卧轴圆台平面磨床、立轴圆台平面磨床等。
（4）、工具磨床:
包括工具曲线磨床、钻头沟槽磨床、丝锥沟槽磨床等。
（5）、刀具刃磨磨床：
包括拉刀刃磨床、滚刀刃磨床等。
（6）、专门化磨床：
包括曲轴磨床、凸轮轴磨床、花键轴磨床、活塞环磨床、轴承滚道磨床等。
（7）、其他磨床：
包括珩磨机、抛光机、超精加工机床等。
第一节M１412×２50万能外圆磨床典型部件结构
M1412×250型万能外圆磨床最大加工直径为:
１2５ｍｍ;最大磨削长度为:
250mｍ；并带有内圆磨具,可以磨削内孔。
一、砂轮架：
（见图1-1）
图1-1 砂轮架（M１412）
1-体壳,２-砂轮夹板,3-砂轮主轴，4、5-轴瓦,6、7-铜半环，
8－圆锥销,9－螺钉,10-球头螺钉,11-空心螺钉套,12-内六角螺钉，13-封口螺钉
砂轮架由壳体１、砂轮主轴3及轴承４、５、传动装置等组成。
砂轮主轴3及其支承部分的结构、装配的精度等直接影响到加工零件的精度和表面粗糙度,是砂轮架部件的关键部分。
装配后，应保证砂轮主轴具有较高的回转精度、刚度、抗振性及耐磨性。
为此,在装配或维修中，必须了解其结构及装配方法。
图1-１所示的砂轮架结构中，砂轮主轴３的前、后支承4和５，均采用“三片瓦”动压滑动轴承，包角约为60゜的扇形瓦。
只有一片轴瓦支承在球头螺钉10的球形端头上。
其中,一个球头螺钉可以调整,另一个圆锥销８装在壳体内侧,固定不动。
上面一个螺钉9支承上面一个轴瓦。
由于球头螺钉的球面与轴瓦的球面经过研磨配做（偶件加工法）,能够保证有良好的接触刚度,拆装时，应做好标记,不可装错。
由于球头螺钉的中心在周向上偏离轴瓦的对称中心，当主轴高速旋转时,轴瓦与主轴轴颈之间形成三个楔形缝隙,于是在三块轴瓦处形成三个压力油楔,砂轮主轴在三个油楔压力的作用下，悬浮在轴承（瓦）中心,并且呈纯液体摩擦状态。
调整球头螺钉的位置即可调整主轴轴颈与轴瓦之间的间隙（一般间隙应保持在0.03~0．0４５mｍ之间）,可用杠杆千分表测量。
调整好后,用另一个空心螺钉套１1与M５的内六角螺钉12固定锁紧,防止松动。
调整方法是:
当球头螺钉10调整好轴瓦间隙后,另一个空心螺钉套11拧入后,使其端面与球头螺钉10的端面刚接触，然后回转一圈半,（间隙为1.２-2mm）。
然后紧固M5螺钉12，并且,重新检测间隙是否符合要求。
最后装好封口螺钉1３密封。
（注意装好铅垫）
砂轮轴的轴向定位在中间，由两个铜半环６、７及螺钉、弹簧、定位销等消除调整其轴向间隙。
二、头架:
（见图1-2）
图1-２头架（M14１2）
1-体壳,2-主轴，3、4-前、后轴承,5－调整垫,
头架由壳体1、头架主轴2、前、后轴承3、4（离心浇铸的轴瓦）、传动装置及调整垫5等组成（见图１-2）。
如果在装配或维修中,出现卡磨工件时圆度超差,主要原因是头架主轴与轴瓦配合间隙大或圆度超差。
应重新刮研轴瓦，使其接触精度达到要求,接触面积不小于70％,然后重新更换配磨调整垫5。
其测量间隙的方法为:
先将调整垫5装入主轴２前端ф3的销子内,使其端面与主轴内端面接触良
好，然后一起装入前、后轴承3、4内,（这时不装平面轴承、弹簧及螺母等件）,
将表座及千分表固定在头架体壳后端上,使表测头测在主轴后端面上，刚刚测到一定数值，不要测的数值太大,然后,将主轴2抽出,去掉调整垫5,再将主轴２装入前、后轴承3、4内，（这时，不要动表座及千分表）,使主轴后端面与千分表接触,读出测量数值，根据其数值，用千分尺测量调整垫5，然后,配磨调整垫。
使其达到精度要求。
配作好调整垫后，应仔细清洗主轴、轴瓦、壳体内腔、轴承等零件,装配好轴系后,测量径向跳动、轴向窜动，使其达到精度检验要求（一般要求在0.08~０.1mm）。
第三章数控外圆磨床典型部件的结构及故障分析、排除方法
目前,我国数控机床从50年代研制到现在已经有40多年的历史，随着电子技术、计算机技术、自动控制、精密测量等技术不断提高和进步,数控机床在机器制造业中的地位已经显现出强大的优势。
数控机床较好地解决了形状复杂、精度要求高的零件加工问题，满足了批量大、加工精度高、产品质量稳定、生产效率高的要求。
较好地改善工人劳动条件和劳动强度。
第一节 数控机床的组成
数控机床是由控制介质、数控装置、伺服系统、和机床本体组成。
高精度
数控机床的系统中,加上一个测量反馈系统，构成了闭环控制的数控机床（不加测量反馈系统为开环控制数控机床）。
1、控制介质：
控制介质是指数控机床按照人的意图去进行工作的中间媒介。
在加工中,用
数控装置所能识别的数字和文字代码来表示，并把这些代码编制成程序储存在控制介质上。
控制介质可以是穿孔纸带、磁盘、磁带、或其他可以储存代码的介质。
随着科学技术不断的发展，控制介质的元件不断的更新，更先进的将代替穿孔纸带等，使用更方便。
2、数控装置：
数控装置一般由输入装置、译码器、主控制器、存储器、输出装置和显示器
等组成。
数控装置是数控机床的核心，它根据输入装置获得的指令信息进行分析和运算，并将运算结果输送到伺服系统中,以驱动机床对工件进行加工。
3、伺服系统:
伺服系统的作用是把来自数控装置的脉冲信号转换为机床运动部件的运动。
伺服系统接到数控装置的指令后,经传动装置驱动机床的运动部件（工作台、刀架、主轴）作精确定位或按照规定的轨迹和速度运转,控制机床加工出合格的工件。
伺服系统的性能直接影响着加工精度、表面粗糙度和生产效率。
相对于每一个脉冲信号，机床移动部件的位移量称为脉冲当量,（常用的脉冲当量为0．01或0.001mｍ∕脉冲）。
开环控制的数控机床的伺服系统常用步进电机和电液脉冲马达作为伺服元件；闭环控制的数控集成的司法系统常用宽调速直流电机和交流伺服电动机作为伺服元件。
4、机床本体：
机床由床身、执行件、传动件等组成。
第二节 MKS1６2０×500数控高速端面外圆磨床典型部件结构
MKS16２0×5０0型数控高速端面外圆磨床最大磨削直径20０mｍ;最大磨削长度500mｍ；两轴联动,具有斜切功能。
该机床是填补国内空白的数控产品,是我公司数控机床的典型代表。
一、工作台驱动机构（Z轴）:
工作台驱动机构由滚珠丝杠副1、轴承支座2、3,平面轴承４、5,挡套6、7，角接触轴承8,向心球轴承9,调整垫10,端盖11,及锁紧螺母１2等组成。
（见图1-3）
在装配或维修过程中,应特别注意保证其结构的装配精度，因为装配精度的高低，将直接影响传动精度好坏,影响磨削加工件粗糙度等精度。
为此,应精细的拆装,了解结构的内容，仔细清洗各部零件及标件，做好标记，不可装错。
装配后，调整好轴承间隙,确保传动灵活,无阻滞现象。
同时，还要检测滚珠丝杠的跳动及丝杠的弯曲情况,进行调整。
图1-3工作台驱动机构（Z轴）
１－滚珠丝杠副,２、3-轴承支座，４、５－平面轴承,６、7-挡套，8-角接触轴承，
9－向心球轴承，10-调整垫,11－端盖，１2-锁紧螺母（4件）。
数控磨床经过长时间使用后,需要检测精度，更换轴承（包括滚珠丝杠等）,在维修时，必须了解拆装方法，装配调整方法,最终装配后,达到其精度要求。
下面就拆装调整方法作一介绍:
1、断电后，先将上工作台、下工作台拆下（注意拆油管），然后将伺服电机拆下。
2、再将轴承支座２、３连同滚珠丝杠副1一同拆出。
3、拆下两端的端盖10，松开锁紧螺母12,将两边的轴承支座2、３及轴承拆出（注意:
两端的件要做好标记，最好分组放置,防止装配时产生混乱）。
4、将滚珠丝杠副1与丝母支座拆开，（六个M8内六角螺钉）。
5、清洗滚珠丝杠副（用干净煤油清洗）,检查滚珠丝杠副两个半丝母的间隙,超差时，进行修理。
更换轴承,清洗零件及标件。
6、装配时,除按正常装配程序装配外,应注意平面轴承4、５的紧环、松环装配位置,向心球轴承9与角接触轴承8不能装错，并将调整垫１０、挡套6、７的端面研平,不许有高点、毛刺等缺陷。
7、全部装好后,检查滚珠丝杠副，应转动灵活、无阻滞现象。
8、装入床身后，应检查丝杠的跳动误差（一般≤０．0５mm）。
超差时，进行调整,调整时,丝杠表面垫上硬木或紫铜棒用手锤敲击,禁止直接敲击丝杠表面。
9、装好上、下工作台及油管等件后,调出定位程序,检测定位、重复定位、及反向间隙。
用F１的进给速度及10%的倍率检测工作台（Ｚ轴）爬行情况,合格后，进行试磨。
二、横进给机构:
（X轴）
横进给机构：
由横进给体壳１2、滚珠丝杠副1、滑胺１3、轴承套2、3、平面轴承４、５、向心球轴承6、角接触轴承７、挡圈8、9、锁紧螺母10（4件）、伺服电机11等组成。
（见图1-4）
横进给体壳12与滑胺１3上装有十字交叉直线导轨，经过精细的装配，可使直线导轨具有较高的传动精度、灵敏度、支承刚度。
滚珠丝杠副设计有预拉紧结构，通过调整预紧垫的厚薄,可以消除丝杠的挠度变形，提高传动精度。
滚珠丝杠副1与伺服电机１1直接连接，滚珠丝杠副采用两端双固定方式,传动精度高。
图1-4横进给机构（Ｘ轴）
１-滚珠丝杠副，2、3-轴承套,４、5－平面轴承，6-向心球轴承，７-角接触轴承,8、9-挡圈，10-锁紧螺母，11-伺服电机,１2-横进体壳,13-滑鞍。
在日常使用维修中,应仔细了解横进机构结构原理，熟悉该部件的装配调整方法，最终达到装配后,满足其精度要求。
下面就拆装调整方法作一介绍：
1、断电后,先将砂轮架及砂轮电机拆下,拆下伺服电机1１。
２、拆滑鞍13时，先将直线导轨及保持架拆出，然后拆下滑鞍１3。
3、将压盖、锁紧螺母1０（4件）拆下，再拆轴承套４、５,然后将滚珠丝杠副1拆出。
4、将滚珠丝杠副与丝母支座拆开（六个M８内六角螺钉）。
5、其他装配方法基本与工作台驱动机构装配方法相同。
区别是,装轴承时，应先将轴承套2装入横进体壳１２，再将另一个轴承套３装入。
（注意:
不要忘记先装丝母支座及油管连接）。
6、滚珠丝杠副1装好后，应转动灵活、无阻滞现象。
7、装滑鞍时，应先将十字交叉导轨清洗干净，保持架滚柱加入润滑脂，再将十字交叉导轨及保持架装入滑鞍13及横进体壳12内。
8、推拉滑鞍13,调整保持架位置,使其在接近开关行程范围内，然后紧固螺钉。
表校滑鞍1３左右方向无间隙且移动灵活（检测前后两个位置）。
９、然后装好丝母支座垫板，紧固好螺钉、接好油管。
1０、定位、重复定位、反向间隙等检测方法与工作台驱动机构检测方法相同。
第四章 数控外圆磨床与普通外圆磨床常见故障及排除方法
济南四机数控机床有限公司主要生产数控高速端面外圆磨床、数控内圆磨床、各种系列的普通外圆磨床及专用磨床等。
数控磨床采用进口数控系统,两轴联动，自动修整，自动补偿,PＬＣ编程。
工作台及砂轮架的运动分别由Ｚ轴和Ｘ轴上
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