任务2.1.3 机床常见故障诊断与排除
一、典型结构的认知
1.铣床主轴
X6132A 万能卧式升降台铣床的主轴部件结构如图2.1.21 所示，其基本形状为阶梯形空心轴，前端直径大于后端直径，使主轴1 前端具有较大的变形抗力。主轴1 前端的7 ∶24 精密锥孔7用于安装铣刀刀杆，使其能准确定心，保证刀杆有较高的旋转精度。主轴中心孔穿入拉杆，拉紧并锁定刀杆或刀具，使它们定位可靠。端面键8 用于连接主轴和刀杆，并传递转矩。
图2.1.21 X6132 型万能卧式升降台铣床的主轴部件结构
1—主轴；2—后支承；3—锁紧螺钉；4—中间支承；5—轴承盖；6—前支承；7—主轴前锥孔；8—端面键；9—飞轮；10—隔套；11—螺母。
由于铣床采用多齿刀具，引起铣削力周期性变化，从而使切削过程产生振动，这就要求主轴部件具有较高的刚度和抗振性，因此主轴采用三支承结构。前支承6 和中间支承4 分别采用P5级和P6 级的圆锥滚子轴承，分别承受向左、向右的进给力和背向力，并保证主轴的回转精度。后支承2 为单列深沟球轴承，只承受背向力。调整轴承间隙时，先将悬梁移开，并拆下床身盖板，露出主轴部件，然后拧松中间支承4 左侧螺母11 上的锁紧螺钉3，用专用勾头扳手勾住螺母11，再用一短铁棍通过主轴前端的端面键8 扳动主轴1 顺时针旋转，使中间支承4 的内圈向右移动，从而使中间支承4 的间隙得以消除。如继续转动主轴1，使其向左移动，并通过轴肩带动前支承6 的内圈左移，从而消除前支承6 的间隙。
2.孔盘变速操纵机构
X6132A 铣床的主运动和进给运动的变速操纵机构都采用了孔盘变速操纵机构来控制，下面以主变速操纵机构为例来进行分析。
孔盘变速操纵机构
孔盘变速操纵机构控制三联滑移齿轮的工作原理图如图2.1.22 所示。拨叉1 固定在齿条轴2 上，齿条轴2 和2′与齿轮3 啮合。齿条轴2 和2′的右端是具有不同直径D 和d 的圆柱形成的阶梯轴，直径为D 的台肩能穿过孔盘上的大孔，直径为d 的台肩能穿过孔盘上的小孔。变速时，先将孔盘右移，使其退离齿条轴，然后根据变速要求，转动孔盘一定角度，再使孔盘左移复位。孔盘在复位时，可通过孔盘上对应齿条轴之处为大孔、小孔或无孔的不同状态，而使滑移齿轮获得左、中、右3 种不同的位置，从而达到变速的目的。3 种工作状态为：
①孔盘上对应齿条轴2 的位置无孔，而对应齿条轴2′的位置为大孔。孔盘复位时，向左顶齿条轴2，并通过拨叉1 将三联齿轮推到左位。齿条轴2′则在齿条轴2 及小齿轮3 的共同作用下右移，直径为D 的大台肩穿过孔盘上的大孔（图2.1.22（b））。
②孔盘对应两齿条轴的位置均为小孔，齿条轴上直径为d 的小台肩穿过孔盘上的小孔，两齿条轴均处于中间位置，从而通过拨叉使滑移齿轮处于中间位置（图2.1.22（c））。
③孔盘上对应齿条轴2 的位置为大孔，对应齿条轴2′的位置无孔，这时孔盘顶齿条轴2′左移，通过齿轮3 使齿条轴2 的台肩穿过大孔右移，并使齿轮处于右位（图2.1.22（d））。对于双联滑移齿轮，其齿条轴只需一个台肩即可完成滑移齿轮左、右两个工作位置的定位。
图2.1.22 孔盘变速操作机构
（a）结构图；（b）、（c）、（d）3 种工作状态
3.主变速操纵机构
主变速机构
如图2.1.23 所示，该变速机构操纵了主运动传动链的两个三联滑移齿轮和一个双联滑移齿轮，使主轴获得18 级转速，孔盘每转20°改变一种速度。变速由手柄1 和速度盘4 联合操纵。变速时，将手柄1 向外拉出，手柄1 绕销3 摆动而脱开定位销2；然后逆时针转动手柄1 约250°，经操纵盘5、平键带动齿轮套筒6 转动，再经齿轮9 使齿条轴10 向右移动，其上拨叉11 拨动孔盘12 右移并脱离各组齿条轴；接着转动速度盘4 经心轴、一对锥齿轮使孔盘12 转过相应的角度（由速度盘4 的速度标记确定）；最后反向转动手柄1，通过齿条轴10，由拨叉11 将孔盘12 向左推回原位，并由定位销2定位，使各滑移齿轮达到正确的啮合位置。
图2.1.23 主变速操作机构
1—手柄；2—定位销；3—销；4—速度盘；5—操纵盘；6—齿轮套筒；7—微动开关；8—凸块；9—齿轮；10—齿条轴；11—拨叉；12—孔盘。
铣床主变速机构的调整操作
变速时，为了使滑移齿轮在移位过程易于啮合，变速机构中设有主电动机瞬时点动控制。速度操纵过程中，齿轮9 上的凸块8 压下微动开关7，瞬时接通主电动机，使之产生瞬时转动，带动传动齿轮慢速转动，使滑移齿轮容易进入啮合。
4.顺铣机构
X6132A 型万能卧式升降台铣床的顺铣机构如图2.1.24 所示。铣床在进行切削时，如果进给方向与切削力F 的水平分力Fx方向相反，称为逆铣（图2.1.24（a））；如果进给方向与切削力F 的水平分力Fx方向相同，称为顺铣（图2.1.24（b））。如果工作台向右移动，则丝杠螺纹的左侧为工作表面，与螺母螺纹的左侧相接触（图2.1.24（a）、（b）中的Ⅰ）。当采用逆铣法加工时，切削力水平分力Fx的方向向左，正好使丝杠螺纹左侧面紧靠在螺母螺纹的右侧面，因而工作台运动平稳；当采用顺铣法加工时，水平分力方向向右，与进给方向相同，当切削力很大时，丝杠螺纹的左侧面便与螺母的右侧面脱开，使工作台向右窜动。由于铣床是多刃刀具，切削力不断变化，从而使工作台在丝杠与螺母的间隙范围内来回窜动，影响加工质量。为了解决顺铣时工作台轴向窜动的问题，X6132A 型铣床设有顺铣机构，其结构如图2.1.24（c）所示。
齿条5 在压弹簧6 的作用下右移，使冠状齿轮4 按箭头方向旋转，并通过左螺母1 和右螺母2 外圆的齿轮使两者做相反方向转动（图2.1.24（c）中箭头所示），从而使左螺母1 的螺纹左侧与丝杠螺纹右侧靠紧，右螺母2 的螺纹右侧与丝杠螺纹左侧靠紧。顺铣时，丝杠3 的进给力由螺母1 承受，由于丝杠3 与左螺母1 之间摩擦力f 的作用，使螺母1 有随丝杠3 转动的趋势，并通过冠状齿轮4 使右螺母2 产生与丝杠3 反向旋转的趋势，从而消除了右螺母2 与丝杠3 间的间隙，不会产生轴向窜动；逆铣时，丝杠3 的进给力由右螺母2 承受，两者之间产生较大的摩擦力，因而使右螺母2 有随丝杠3 一起转动的趋势，从而通过冠状齿轮4 使左螺母1 产生与丝杠3反向旋转的趋势，使左螺母1 螺纹左侧与丝杠螺纹右侧脱开，减少丝杠的磨损。
图2.1.24 顺铣机构
1—左螺母；2—右螺母；3—丝杠；4—冠状齿轮；5—齿条；6—压弹簧。
顺铣与逆铣
二、常见故障诊断与排除
顺铣机构
1.主传动系统在运转中有周期性响声
（1）故障原因分析
①传动齿轮打齿，打齿后的齿轮在啮合过程中，由于缺齿或齿形不规则，引起齿面撞击，发出周期性的响声。
②传动轴弯曲，传动轴可能因为闷车或打齿轮等故障的发生而弯曲，轴弯曲后使轴上的传动齿轮的啮合状态遭到破坏，在传动中发出与该轴转速相同周期的响声。
（2）故障排除方法(https://www.daowen.com)
①更换齿轮。
②更换传动轴。
2.主轴变速箱变速转换手柄无法扳动
（1）故障原因分析
①竖轴手柄与配合的孔咬死。可能是油污阻滞，也可能是由于毛刺使竖轴与孔咬死。
②扇形齿轮与齿条卡住。
③拨叉移动轴弯曲或咬死。
④齿条轴没有对准孔盖上的孔眼。
（2）故障排除方法
①拆下竖轴，进行清洗或修光毛刺。
②保证扇形齿轮与齿条之间0.15 mm 的啮合间隙，保证齿间的清洁，不得有切屑和异物。
③校正或更换拨叉移动轴。
④先变换其他各级转速，或左右微动变速盘，调整星轮的定位器弹簧，使其定位可靠。
3.变速时主轴变速箱内齿轮有碰撞声或齿轮有时啮合不上
（1）故障原因分析
①主轴电动机的冲动线路接触时间过长。
②主轴电动机的冲动线路接触点失灵而无冲动。
（2）故障排除方法
①调整冲动销的调整螺钉。
②检查电气线路，调整冲动小轴尾端，调整螺钉，达到冲切接触的要求。
4.启动时电动机旋转但是主轴不转
（1）故障原因分析
①主轴箱内1 轴扭断。
②联轴节的销子被剪断。这里是指主电机和1 轴之间的联轴节。联轴节经过长时间运转，皮革缓冲垫圈磨损后未换，销子就容易剪断。
③传动链中某一齿轮打齿太多。打齿后的被动齿轮的缺齿部分恰好停在啮合处，致使传动链中断，运动传不到主轴。
④主电动机有故障，主要是机轴与转子的配合松动。
⑤电动机轴扭断。
（2）故障排除方法
①更换1 轴。
②修好联轴节，更换销子和皮革缓冲垫圈。
③更换齿轮。
④重制电动机轴，与转子压配好。
⑤更换电动机轴。
5.工作台或升降台的进给运动出现明显的间隙停顿现象
（1）故障原因分析
①工作台或升降台导轨副严重研伤或由于污垢阻滞，从而使导轨副的摩擦力增大，造成导轨爬行。
②纵向、横向、垂向丝杠副研伤，或轴承滑润不良，也会造成此故障，甚至咬死。
③钢球安全离合器调得过松，钢球打滑然而又不宜调得过紧。
④该离合器的部分弹簧损坏或疲劳。
（2）故障排除方法
①修刮或补焊导轨，清洗导轨。
②修好丝杠副的研伤处或更换，保证轴承的良好润滑。
③按要求调好钢球安全离合器间隙，一般情况下，间隙调至0.4～0.6 mm 为宜。
④更换弹簧。