数控机床主轴部件调整与故障维护

曲海波

威海市技术学院工业技术系 山东威海市

主轴部件是数控机床机械部分中的重要组成部件，主要由主轴、轴承、主轴准停装置、自动夹紧和切屑清除装置组成。数控机床主轴部件的润滑、冷却与密封是机床使用和维护中值得重视的几个问题。

一、数控机床主轴部件结构与调整

1.主轴部件结构

数控机床主轴部件主要由主轴本体及密封装置，支承主轴的轴承，配置在主轴内部的刀具卡紧及吹屑装置，主轴的准停装置等组成。图1是NT-J320A型数控铣床主轴部件结构图，该机床主轴可作轴向运动，主轴的轴向运动坐标为数控装置中的Z轴，轴向运动由直流伺服电机经齿形带轮与同步带带动丝杠转动，通过丝杠螺母和螺母支承使主轴套筒带动主轴作轴向运动，同时也带动脉冲编码器，发出反馈脉冲信号进行控制。

图1 NT-J320A型数控铣床主轴部件结构图

主轴为实心轴，上端为花键，通过花键套与变速箱联结带动主轴旋转，主轴前端采用两个特轻系列角接触球轴承支承，两个轴承背靠背安装，通过轴承内外圈隔套和主轴台阶与主轴轴向定位，用圆螺母预紧，消除轴承轴向间隙和径向间隙。后端采用深沟球轴承与前端组成一个相对于套筒的双支点单固式支承。主轴前端锥孔为7∶24锥度，用于刀柄定位。主轴前端端面键，用于传递铣削转矩。快换夹头用于快速松、夹刀具。

2.主轴部件的拆卸与调整

（1）主轴部件的拆卸。主轴部件维修拆卸前的准备工作与前述数控车床主轴部件拆卸准备工作相同。在准备就绪后，即可进行拆卸工作。切断总电源及脉冲编码器以及主轴电机等电器的线路；拆下电机法兰盘联结螺钉；拆下主轴电机及花键套等部件(根据具体情况，也可不拆此部分)；拆下罩壳螺钉，卸掉上罩壳；折下丝杠座螺钉；折下螺母支承与主轴套筒的联接螺钉；向左移动丝杠和螺母支承等部件，卸下同步带和螺母支承处与主轴套筒联接的定位销；卸下主轴部件；拆下主轴部件前端法兰和油封；拆下主轴套筒；拆下两处的圆螺母；拆下前后轴承和以及轴承隔套；卸下快换夹头。拆卸后的零件、部件应进行清选和防锈处理，并妥善保管存放。

（2）主轴部件的装配及调整。装配前准备装配设备及工具，熟悉装配方法，根据装配要求和装配部位的配合性质选取合适的装配方法。装配顺序可大体按拆卸顺序逆向操作，机床主轴部件装配调整时应注意：①为保证主轴工作精度，调整时应注意调整好预紧螺母的预紧量；②前后轴承应保证有足够的润滑油；③螺母支承与主轴套筒的联接螺钉要充分旋紧；④为保证脉冲编码器与主轴的同步精度，调整同步带应保证合理张紧。

3.刀具夹紧装置

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，也方便松刀。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10kN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，刀具就可拔出进行新、旧刀具的更换，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，压缩空气由喷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，同时保证刀具的正确位置。

二、数控铣床主传动链的维护

（1）操作者要熟悉数控机床主传动链的结构、性能参数，严禁超性能使用。当主传动链出现不正常现象时，应立即停机排除故障。

（2）每天开机前检查机床前机床的主轴润滑系统，发现油量过低时及时加油（图2）。

（3）操作者应注意观察主轴油箱温度，检查主轴润滑恒温油箱，调节温度范围，使油量充足。机床运行时间过长时，要检查主轴的恒温系统，如果温度表温度过高，应马上停机，检查主轴冷却系统是否有问题（图 3）。

（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。调整步骤：① 用手在垂直于V形带的方向上拉V形带，作用力必须在两轮中间。② 拧紧电机底座上4个安装螺栓。③ 拧动调整螺栓移动电机底座使V形带具有适度的松紧度。④ V形带轮槽必须清理干净，V形带轮槽沟内若有油、污物、灰尘等会使V形带打滑，缩短V形带的使用寿命。

（5）用液压系统平衡主轴箱重量的平衡系统，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。使用液压拨叉变速的主传动系统，必须在主轴停车后变速。使用啮合式电磁离合器变速的主传动系统，离合器必须在＜1～2r/min的转速下变速。注意保持主轴与刀柄联结部位及刀柄的清洁，防止主轴机械碰击。

（6）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。每年清理润滑油池底一次，并更换液压泵滤油器。每天检查主轴润滑恒温油箱，使其油量充足，工作正常。防止各种杂质进入润滑油箱，保持油液清洁。经常检查各处密封，观察轴端是否有渗油现象，防止润滑油产生大的泄漏。

（7）刀具夹紧装置长时间使用后，会使活塞杆和拉杆间的间隙加大，造成拉杆位移量减少，使碟形弹簧张闭伸缩量不够，影响刀具的夹紧，故需及时调整液压缸活塞的位移量。

（8）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。

（9）定期检查主轴电机上的散热风扇（图4），发现异常及时修理或更换，以免电机产生的热量传递到主轴上，影响加工精度。

图2 主轴润滑系统

图3 主轴恒温系统

图4 散热风扇

三、主轴传动常见故障诊断及排除

1.切削振动大

切削振动大，可能是主轴箱和床身连接螺钉松动，主轴与箱体精度超差或刀具与切削工艺问题。恢复精度后紧固连结螺钉，检查刀具或切削工艺问题，修理主轴或箱体，使其配合精度达到要求。

2.主轴箱噪声大

主轴部件动平衡不好，齿轮啮合间隙不均或严重损伤，齿轮精度差，传动带过紧或过松，润滑不良。重新进行动平衡，调整间隙或更换齿轮，调整或更换传动带，不能新旧混用，更换齿轮，调整润滑油量，保持主轴箱的清洁度。

3.主轴无变速

压力是否足够，变挡液压缸研损或卡死，变挡复合开关失灵，变挡液压缸拨叉脱落，变挡液压缸窜油或内泄，变挡电磁阀卡死。变挡复合开关失灵。根据问题可检测并调整工作压力，修复有毛刺和研伤的液压缸，清洗变挡复合开关后重装或更换新开关，修复或更换密封圈，检修清洗电磁阀。

4.主轴不转动

保护开关没有压合或失灵，主轴与电机连结带过松，变挡电磁阀体内泄漏，卡盘未夹紧工件，变挡复合开关损坏，主轴拉杆未拉紧夹持刀具的拉钉。可检修压合保护开关或更换，调整或更换传动带，调整主轴拉杆拉钉结构，调整或修理卡盘，更换电磁阀及复合开关。

5.主轴发热

冷却润滑油不足，润滑油脏或有杂质。补充冷却润滑油，调整供油量，清洗主轴箱，更换新油。

6.刀具夹不紧

刀具松夹弹簧上的螺母松动，夹刀碟形弹簧位移量较小或拉刀液压缸动作不到位。调整碟形弹簧行程长度及调整拉刀液压缸行程。拧紧刀具松夹弹簧上的螺母，使其最大工作载荷都达到13kN。

7.刀具夹紧后不能松开

液压缸压力和行程不够，松刀弹簧压合过紧。调整松刀弹簧压合螺母，使其最大工作载荷符合13kN即可。调整液压压力和活塞行程开关位置。