数控机床导轨副的结构原理与维修

richardsun

导轨副的结构原理与维修

 
                                 
导轨副的结构

    导轨副是数控机床的重要部件之一，它在很大程度上决定数控机床的刚度、精度和精度保持性。
数控机床导轨必需具有较高的导向精度、高刚度、高耐磨性，机床在高速进给时不振动、低速进给时不爬行等特性。

    目前数控机床使用的导轨主要有3种：塑料滑动导轨、滚动导轨和静压导轨。

1、塑料滑动导轨

    目前，数控机床所使用的滑动导轨材料为铸铁对塑料或镶钢对塑料滑动导轨。导轨塑料常用聚四氟乙烯导轨软带和环氧型耐磨导轨涂层两类。

(1)聚四氟乙烯导轨软带的特点

1)摩擦特性好：金属—聚四氟乙烯导轨软带的动静摩擦因数基本不变。
2)耐磨特性好：聚四氟乙烯导轨软带材料中含有青铜、二硫化铜和石墨，因此其本身即具有自润滑作用，对润滑油的要求不高。此外，塑料质地较软，即使嵌入金属碎屑、灰尘等，也不致损伤金属导轨面和软带本身，可延长导轨副的使用寿命。
3)减振性好：塑料的阻尼性能好，其减振效果、消声的性能较好，有利于提高运动速度。
4)工艺性好：可降低对粘贴塑料的金属基体的硬度和表面质量要求，而且塑料易于加工(铣、刨、磨、刮)，使导轨副接触面获得优良的表面质量。聚四氟乙烯导轨软带被广泛用于中小型数控机床的运动导轨中。

    图8-14为某加工中心工作台的剖面图。
    作为移动部件的工作台导轨面(包括下压板和镶条)都粘贴有聚四氟乙烯导轨软带。
    导轨软带使用工艺简单。首先将导轨粘贴面加工至表面粗糙度Rα3.2μm左右。用汽油或丙酮清洗粘结面后，用胶粘剂粘合。加压初固化1~2h后合拢到配对的固定导轨或专用夹具上，施加一定的压力，并在室温固化24h后，取下清除余胶，即可开油槽和精加工。

(2)环氧型耐磨涂层 
    环氧型耐磨涂层是以环氧树脂和二硫化钼为基体，加入增塑剂，混合成液状或膏状为一组份和固化剂为另一组份的双组份塑料涂层。德国生产的SKC3和我国生产的HNT环氧型耐磨涂层都具有以下特点：
1)良好的加工性：可经车、铣、刨、钻、磨削和刮削。
2)良好的摩擦性。
3)耐磨性好。
4)使用工艺简单。

2．滚动导轨

(1)直线滚动导轨副的结构和特点  滚动导轨作为滚动摩擦副的一类，具有以下特点：①摩擦因数小(0.003~0.005)，运动灵活；②动、静摩擦因数基本相同，因而起动阻力小，而不易产生爬行；③可以预紧，刚度高；④寿命长；⑤精度高；⑥润滑方便，可以采用脂润滑，一次填装，长期使用；⑦由专业厂生产，可以外购选用。因此滚动导轨副被广泛应用于精密机床、数控机床、测量机和测量仪器上。滚动导轨副的主要缺点是抗冲击载荷的能力较差，且滚动导轨副对灰尘屑末等较敏感，应有良好的防护罩。
滚动导轨有多种形式，目前数控机床常用的滚动导轨为直线滚动导轨，这种导轨的外形和结构
如图8-15所示。


1－导轨体  2－侧面密封垫  3－保持器  4－承载球列  5－端部密封垫  6－端盖  7－滑块  8－润滑油杯

    直线滚动导轨主要由导轨体、滑块、滚柱或滚珠、保持器、端盖等组成。
    当滑块与导轨体相对移动时，滚动体在导轨体和滑块之间的圆弧直槽内滚动，并通过端盖内的滚道，从工作负荷区到非工作负荷区，然后再滚动回工作负荷区，不断循环，从而把导轨体和滑块之间的移动变成滚动体的滚动。为防止灰尘和脏物进入导轨滚道，滑块两端及下部均装有塑料密封垫，滑块上还有润滑油杯。最近新出现的一种在滑块两端装有自动润滑的滚动导轨，使用时无须再配润滑装置。
(2)直线滚动导轨的安装 
    直线滚动导轨的安装形式可以水平、竖直或倾斜，可以两根或多根平行安装，也可以把两根或多根短导轨接长，以适应各种行程和用途的需要。采用直线滚动导轨副，可以简化机床导轨部分的设计、制造和装配工作。滚动导轨副安装基面的精度要求不太高，通常只要精铣或精刨。由于直线滚动导轨对误差有均化作用，安装基面的误差不会完全反映到滑座的运动上来；通常滑座的运动误差约为基面误差的1/3。
导轨和滑块座与侧基面靠上定位台阶后，应先从另一面顶紧然后再固定。
    图8-16a为用紧定螺钉顶紧然后再用螺钉固定；图8-16b为用楔块顶紧；图8-16c为用压板顶紧，也可在压板上再加紧固螺钉；图8-16d中导轨的侧基面是装配式，工艺性较好：图8-16e为在同一平面内平行安装两副导轨，该方法适用于有冲击和振动，精度要求较高的场合；数控机床滚动导轨的安装，多数采用此办法。安装前必须检查导轨是否有合格证，有否碰伤或锈蚀，将防锈油清洗干净，清除装配表面的毛刺、撞击突起物及污物等；检查装配联接部位的螺栓孔是否吻合，如果发生错位而强行拧入螺栓，将会降低运行精度。

导轨安装步骤如下：
1)将导轨基准面紧靠机床装配表面的侧基面，对准螺孔，将导轨轻轻地用螺栓予以固定。
2)上紧导轨侧面的顶紧装置，使导轨基准侧面紧紧靠贴床身的侧面。
3)按表8-3的参考值，用力矩扳手拧紧导轨的安装螺钉；从中间开始按交叉顺序向两端拧紧。

滑块座安装步骤如下：
1)将工作台置于滑块座的平面上，并对准安装螺钉孔，轻轻地压紧。
2)拧紧基准侧滑块座侧面的压紧装置，使滑块座基准侧面紧紧靠贴工作台的侧基面。
3)按对角线顺序拧紧基准侧和非基准侧滑块座上各个螺钉。
安装完毕后，检查其全行程内运行是否轻便、灵活，有无打顿、阻滞现象；摩擦阻力在全行程内不应有明显的变化。达到上述要求后，检查工作台的运行直线度、平行度是否符合要求。

3．液体静压导轨
液体静压导轨是将具有一定压力的油液经节流器输送到导轨面的油腔，形成承载油膜，将相互接触的金属表面隔开，实现液体摩擦。这种导轨的摩擦因数小(约0.0005)，机械效率高：由于导轨面间有一层油膜，吸振性好；导轨面不相互接触，不会磨损，寿命长，而且在低速下运行也不易产生爬行。但静压导轨结构复杂，制造成本较高。静压导轨按导轨形式可分为开式和闭式两种；按供油方式分为恒压(即定压)供油和恒流(即定量)供油两种。

8.3.3  导轨副故障维修5例
例366．行程终端产生明显的机械振动故障维修
故障现象：某加工中心运行时，工作台X轴方向位移接近行程终端过程中产生明显的机械振动故障，故障发生时系统不报警。
分析及处理过程：因故障发生时系统不报警，但故障明显，故通过交换法检查，确定故障部位应在X轴伺服电动机与丝杠传动链一侧；为区别电动机故障，可折卸电动机与滚珠丝杠之间的弹性联轴器，单独通电检查电动机。检查结果表明，电动机运转时无振动现象，显然故障部位在机械传动部分。脱开弹性联轴器，用扳手转动滚珠丝杠进行手感检查；通过手感检查，发现工作台X轴方向位移接近行程终端时，感觉到阻力明显增加。拆下工作台检查，发现滚珠丝杠与导轨不平行，故而引起机械转动过程中的振动现象。经过认真修理、调整后，重新装好，故障排除。
例367．电动机过热报警的维修
故障现象：X轴电动机过热报警
分析及处理过程：电动机过热报警，产生的原因有多种，除伺服单元本身的问题外，可能是切削参数不合理，亦可能是传动链上有问题。而该机床的故障原因是由于导轨镶条与导轨间隙太小，调得太紧。松开镶条防松螺钉，调整镶条螺栓，使运动部件运动灵活，保证0.03mm的塞尺不得塞入，然后锁紧防松螺钉。故障排除。
例368．机床定位精度不合格的故障维修
故障现象：某加工中心运行时，工作台Y轴方向位移接近行程终端过程中丝杠反向间隙明显增大，机床定位精度不合格。
分析及处理过程：故障部位明显在X轴伺服电动机与丝杠传动链一侧；拆卸电动机与滚珠丝杠之间的弹性联轴器，用扳手转动滚珠丝杠进行手感检查。通过手感检查，发现工作台X轴方向位移接近行程终端时，感觉到阻力明显增加。拆下工作台检查，发现Y轴导轨平行度严重超差，故而引起机械转动过程中阻力明显增加，滚珠丝杠弹性变形，反向间隙增大，机床定位精度不合格。经过认真修理、调整后，重新装好，故障排除。
例369．移动过程中产生机械干涉的故障维修
故障现象：某加工中心采用直线滚动导轨，安装后用扳手转动滚珠丝杠进行手感检查，发现工作台X轴方向移动过程中产生明显的机械于涉故障，运动阻力很大。
分析及处理过程：故障明显在机械结构部分。拆下工作台，首先检查滚珠丝杠与导轨的平行度，检查合格。再检查两条直线导轨的平行度，发现导轨平行度严重超差。拆下两条直线导轨，检查中滑板上直线导轨的安装基面的平行度，检查合格。再检查直线导轨，发现一条直线导轨的安装基面与其滚道的平行度严重超差(0.5mm)。更换合格的直线导轨，重新装好后，故障排除。
例370．滚珠丝杠螺母松动引起的故障维修
故障现象：其配套西门子公司生产的SINUMEDIK8MC数控装置的数控镗铣床，机床Z轴运行(方滑枕为Z轴)抖动，瞬间即出现123号报警；机床停止运行。
分析及处理过程：出现123号报警的原因是跟踪误差超出了机床数据TEN345/N346中所规定的值。导致此种现象有三个可能：①位置测量系统的检测器件与机械位移部分连接不良；②传动部分出现间隙，③位置闭环放大系数KV不匹配。通过详细检查和分析，初步断定是后两个原因，使方滑枕(Z轴)运行过程中产生负载扰动而造成位置闭环振荡。基于这个判断，我们首先修改了设定Z轴KV系数的机床数据TENl52，将原值S1333改成S800，即降低了放大系数，有助于位置闭环稳定：经试运行发现虽振动现象明显减弱，但未彻底消除。这说明机械传动出现间隙的可能性增大；可能是滑枕镶条松动、滚珠丝杠或螺母窜动。对机床各部位采用先易后难，先外后内逐一否定的方法，最后查出故障源：滚珠丝杠螺母背帽松动，使传动出现间隙，当Z轴运动时由于间隙造成的负载扰动导致位置闭环振荡而出现抖动现象。紧好松动的背帽，调整好间隙，并将机床数据TENl52恢复到原值后，故障消除。

richardsun

附图:

马春虎

楼主说的好！
定！！！

武少

恩！是呀！好的基础知识啊！

1301718784

谢谢楼主，解决燃煤之急{:soso_e183:}

s610747008

挺

凌晨回忆

好