“望、聞、問、切”在數控機床機械故障診斷中的應用

黃 祥

(安徽國防科技職業學院 機械工程系，安徽 六安 237011)

“望、聞、問、切”在數控機床機械故障診斷中的應用

黃 祥

(安徽國防科技職業學院 機械工程系，安徽 六安 237011)

數控機床的推廣應用促進了制造業的發展，數控機床的原理復雜，結構精密，機械故障時常發生，進行應診故障診斷是排除故障的關鍵。基于對實用診斷技術“望、聞、問、切”的原理分析，提出了診斷的內容與診斷的技巧，通過實例說明實用診斷技術在故障診斷中的應用，與借助于先進儀器設備等的現代診斷技術相比較，實用診斷技術“望、聞、問、切”的方法具有操作簡單、通用性強、快捷高效等特點，在數控機床故障診斷中得到了廣泛的應用。

望聞問切;數控機床;故障診斷

0 引言

數控機床是先進制造技術的重要裝備，一臺數控機床在工作過程中，因為機械磨損、干擾、操作失誤或溫度變化等都可導致機械零部件發生故障［1］，在“帶病”情形下工作會導致不良后果發生。在使用機床時，必須時刻對其運行狀態作出判斷，發現異常時立即停止并進行檢修，提高數控機床運行的可靠性。數控機床機械故障診斷主要包括對運行狀態的識別、監視和預測三個方面的內容，通過對數控機床機械零部件的某些特征參數如振動、噪聲及溫度等進行測定，將測定值與正常值進行比較，診斷其是否有故障存在。對數控機床機械故障的診斷［2］，既可利用先進的儀器設備檢測，也可通過維修人員的感官對機床進行“望、聞、問、切”來實現，由于“望、聞、問、切”這種診斷技術具有方便、快捷、實用等特點，得到廣泛應用。

1 望

“望”就是對數控機床的機械零部件進行全面的觀察，根據狀態的變化來判斷可能存在的故障，主要從以下六個方面進行“望”診。

1.1 望“狀態”

1.2 望“顏色”

數控機床的機械運動通常都伴隨著摩擦。如果機床轉動部位運轉不正常如主軸和軸承運行異常，摩擦就會加大，發熱就會變得嚴重，使溫升增大，長時間高溫會使機床表面顏色發生一定的變化，高溫下油箱里機油顏色會逐漸變深，通過觀察機床中一些組件的顏色變化，診斷可能存在的故障。

1.3 望“傷痕”

機床在工作過程中，如果因操作不當使零部件發生碰撞造成一定的損傷時，對于產生的傷痕如微小裂紋等，應及時做上“記號”，每隔一定的時間觀察和比較其前后變化情況，分析發展趨勢，進行故障預報與診斷。

1.4 望“工件”

觀察和分析工件質量來診斷機床的故障，如車削后的工件表面粗糙度Ra數值大［3］，主要原因是主軸軸承間隙過大，或是刀架、溜板箱等壓板楔鐵存在松動，或是滾珠絲杠預緊出現松動等;如工件表面出現波紋，則看波紋數是否與機床主軸傳動齒輪的齒數相等，如果相等則說明主軸齒輪嚙合不良，如果不等可能是主軸軸承損壞或大小拖板松動等原因造成。

1.5 望“變形”

機床零部件出現變形，必然影響加工精度，嚴重的必須進行維修與更換。對于機床零部件變形故障診斷主要是觀察機床的傳動軸、滾珠絲杠是否存在變形，齒輪的端面和直徑大的帶輪是否有跳動。

1.6 望“油箱”

機油主要起到潤滑作用，如果變質會引起潤滑不良，使零件磨損加重，縮短機床使用壽命，降低工件加工質量，通過觀察油箱內機油是否變質也是故障診斷的一項重要內容。

2 聞

“聞”就是聽聲音，通過數控機床運轉的聲響對故障進行診斷。機床在正常運行中發出的聲音是均勻和有節奏的，并保持相對的穩定性，聲音過大或雜亂如出現金屬敲擊聲或較大摩擦聲等異響時，則表明機床運轉的聲音不正常，引起異響的原因可能是數控機床內部存在不平衡、變形、斷裂、松動或碰撞等現象。異響是機床可能發生更大事故性損傷的征兆，因此對機床異響的診斷是極其重要的。

要想“聞”出故障，熟悉數控機床機械部件在運轉時的正常聲響是關鍵。數控機床工作時機械部件會發出一定的聲響，如鏈輪和齒條傳動副通常發出均勻的“唧唧”聲，做直線往復運動的機械部件，會發出周期性的“咯噔”聲，低速下運轉的齒輪副及正常運轉的軸承幾乎沒有聲響，等等。對于數控機床的操作者經過日積月累，自然會掌握機械部件運轉的正常聲響，如果出現異響，通過比較就能很容易辨別出來。

本文的主要工作總結如下：(1)在實驗床上通過大量的實測數據發現了802.11n長距離無線鏈路數據幀丟失及幀內出錯的特征；(2)針對此特征設計了鏈路狀態自適應的FEC編碼算法AdaCode.該算法通過建立鏈路狀態和幀PDR及幀內BER間的模型，能夠根據鏈路狀態動態調整編碼參數，以最小的冗余達到最大的鏈路吞吐率；(3)在MATLAB上實現了AdaCode，并使用真實trace仿真驗證了AdaCode的性能.

診斷數控機床異響，還應依據機床的狀況。新機床在運轉過程中一般無異響，一旦出現異響時，便會清晰地顯現出來，便于診斷，對于舊機床而言，由于機床狀況變差，各運動部件之間的間隙增大，自然會出現各種異響，此時就必須判斷哪些是正常的，哪些是必須進行排除的應診異響。

由于機床是由許多零部件組成的一個整體，其中一個零件產生異響，就會傳給其他零件，零件結構、材料、振動頻率不同而聲響也不同，異響與其它現象還存在相關性，如軸上的軸承發生故障，運轉時就會發出“隆隆”的聲響，同時伴隨著發熱現象，用手觸摸，就可確診。

在實踐中掌握各種正常聲響與異響規律，并做到認真分析與對比，即可“聞”出應診異響及部位。

3 問

“問”就是問詢數控機床故障發生的經過。數控機床操作者全面了解機床的性能，又是故障發生時的當事人和目擊者，通過詢問故障發生時的的情況，對故障的分析與診斷是有利的。詢問通常圍繞以下幾個方面展開，為故障診斷尋找依據。

3.1 問“位置”

向機床操作者詢問故障發生的位置、故障發生之前進行過哪些具體操作、故障發生時是否有報警、報警提示是什么等等，通過這些詢問為故障診斷提供查詢線索。

3.2 問“異常”

向機床操作者詢問機床開啟時是否有異常現象，如是否有異響、機床運行狀態是否有變化;傳動系統是否正常，如切削力是否均勻、切削深度和進給量是否出現變化等。

3.3 問“質量”

向操作者詢問工件精度和表面粗糙度是否發生變化，如果有變化說明機床部件之間可能存在機床間隙過大或是零部件出現松動現象。

3.4 問“保養”

潤滑、保養與檢修是保證機床完好率的重要環節，直接影響機床部件的磨損程度和工作效果，也影響零件的加工精度，機床故障的出現往往都是由潤滑、保養與檢修不規范造成的，因此向操作者詢問機床是否按規定進行保養與檢修、潤滑油是否符合規定、用量是否適當等，進一步查明可能導致故障發生的原因。

4 切

“切”是指用手觸摸機械部件，憑手感來判斷機床是否出現故障。通常圍繞以下幾個方面來進行診斷。

4.1 切“溫升”

機械部件在運動過程中會產生熱量而導致溫度升高，這屬于正常現象，但當出現異常溫升時，可能有故障產生。手指有靈敏的觸覺，對溫度的判斷誤差在3℃ ～5℃之間，因此用手指觸摸機械部件來感受溫度變化，判斷是否存在故障是一個重要的方法。機床溫度在0℃ ～30℃左右時，手能感覺到不同程度的涼意，30℃ ～50℃左右時，手能感覺到不同程度的暖意，50℃ ～70℃左右時，手能感覺到不同程度的燙意，70℃以上時，手有灼痛感，長時間可出現燙傷。為防止觸摸時燙傷手指，通常先將食指和中指并攏后，用指背中節部位輕輕觸及機件表面，確定對皮膚無傷害后，再用手指肚或手掌進行觸摸。

4.2 切“振動”

數控機床工作時常伴隨著輕微的振動，如果振動發生變化如振動增大，說明可能有部件出現故障，用手觸摸數控機床后，感覺振動的異常與否就可鑒別是否有故障存在。

4.3 切“傷痕”

目檢可以診斷一些表面缺陷，但有些表面缺陷并非用眼睛可以看清的，如機械部件受損后表面存在的微細傷痕，人眼很難辨別，若改用手指去觸摸，則很容易地發現。觸摸時用手指在被檢查表面上，沿著不同的方向輕輕地反復移動，用力不可過大，這樣就能切出存在的“傷痕”。

4.4 切“爬行”

機床爬行是指機床進給系統的運動執行件在運行速度低到一定數值時，產生的周期性時停時走或時慢時快的運動現象。造成爬行的原因很多，聯接緊固件松動、傳動齒輪齒條間隙較大、磨損造成的機械摩擦阻力加大、液壓系統進入空氣或壓力不足等。當機床運動執行件出現爬行時，不僅會破壞液壓系統工作的穩定性，產生沖擊，同時也會影響機床的精度和被加工工件的精度，比如磨床出現爬行時，會使工件的表面粗糙度增大，坐標鏜床出現爬行時，會使精確定位難以實現等。當數控機床出現嚴重爬行時，會引起振動而損壞機床和工裝夾具。對于機床的爬行，用手觸摸執行部件，就能明顯感覺出來。

5 應用實例

例1 一臺配有FUNAC系統的立式數控銑床，在加工一曲線零件時，經檢測表面粗糙高，產品質量不符合要求

故障檢查與處理:

用手“切”執行部件，發現有“爬行現象”存在，經測試直線插補與圓弧插補沒有出現“爬行”，可以診斷發生“爬行”的原因是編程時指令使用錯誤，經對程序進行檢查后發現，被加工曲線是由許多小段圓弧組成，而在編程時使用了定位檢查指令G61，將其取消，改用G64指令后，試加工檢測，“爬行現象”消失，加工后零件質量符合要求。

例2 一立式加工中心在鏜孔時噪聲大，有異響產生，且主軸出現發熱現象

故障檢查與處理:

根據主軸的發熱現象，且通過“聞”診發現異響在主軸箱內，對主軸進行拆卸檢查，發現主軸軸承潤滑脂里存在粉塵和水，分析可能是由于在進行氣動吹屑時，有少量粉塵和水氣竄入主軸軸承潤滑脂里，導致潤滑不良，產生噪聲并伴有發熱現象，更換潤滑脂，對使用的壓縮空氣進行精濾和干燥，經試加工檢測，主軸異響消失，溫升正常，故障排除。

6 結語

隨著數控機床使用年限的增加或是操作不當，機械零部件發生故障是無法避免的，當發生故障時，應全面考慮［4］，及時診斷并排除，保證機床運行的安全性。在各種診斷技術中，“望、聞、問、切”是借助人的感官觸覺有針對性地對數控機床各類機械故障作出判斷，是一種實用、簡便和有效的診斷技術。

［1］鄧利紅，周建華.數控機床伺服系統故障分析［J］.西安文理學院學報(自然科學版)，2006，9(2):89－90.

［2］王鑫.數控機床因斷電引起的奇怪故障的分析與處理［J］.甘肅冶金，2010，32(2):81－82.

［3］徐恩成.淺談數控機床的維護保養與故障排除［J］.裝備制造技術，2010(3):60－61.

［4］梁毅，陳功福.數控機床程序故障維修［J］.制造技術與機床，2009(1):137－139.

［5］王侃夫.數控機床故障診斷與維護［M］.北京:機械工業出版社，2005.

［6］錢逸秋.數控機床故障診斷與維修［M］.大連:大連理工大學出版社，2009.

Applications of“Looking，Listening，Asking and Touching”in CNC Machine Tools Mechanical Fault Diagnosis

HUANG Xiang

(Department of Mechanical Engineering，Anhui Vocational College of Defense Technology，Liuan 237011，China)

The popularization and application of CNC machine tools promote the development of manufacturing industry.Due to the complex principle and the precious structure，mechanical failures occur frequently，and fault diagnosis is the key to debugging.Based on analyzing the practical techniques of“looking，listening，asking and touching”，this paper puts forward the diagnostic contents and techniques，and discusses the applications of the practical diagnostic techniques in fault diagnosis through examples.Compared to the modern diagnosis techniques with help of advanced equipment，this method has the characteristics of simple operation，strong generality，high-efficiency，etc，which has been widely used in fault diagnosis of CNC machine tools.

looking，listening，asking and touching;CNC machine tool;fault diagnosis

TG659

A

1009－3907(2012)04－0382－04

2012-02-26

黃祥(1969-)，男，安徽六安人，副教授，碩士，主要從事數控技術與測控技術研究。

責任編輯:吳旭云