數(shù)控機(jī)床常見機(jī)械故障分析

張瑀航（齊齊哈爾軌道交通裝備有限責(zé)任公司基建設(shè)備部，黑龍江 齊齊哈爾 161000）

數(shù)控機(jī)床常見機(jī)械故障分析

張瑀航（齊齊哈爾軌道交通裝備有限責(zé)任公司基建設(shè)備部，黑龍江 齊齊哈爾 161000）

以實(shí)際生產(chǎn)為參考，從數(shù)控機(jī)床基本結(jié)構(gòu)組成談起，接著講述數(shù)控機(jī)床的常見機(jī)械故障。重點(diǎn)講述了企業(yè)生產(chǎn)中常見數(shù)控機(jī)床故障的排除及維修方法。

數(shù)控機(jī)床；機(jī)械故障；分析

數(shù)控機(jī)床是一種高效的自動(dòng)化機(jī)床，主要分為切削加工、壓力加工和特種加工（如數(shù)控電火花加工機(jī)床等）3類。切削加工類數(shù)控機(jī)床的加工過程能按預(yù)定的程序自動(dòng)進(jìn)行，消除了人為的操作誤差，并實(shí)現(xiàn)了手工操作難以達(dá)到的控制精度，加工精度還可以用軟件來校正和補(bǔ)償。因此，可以獲得比機(jī)床精度還要高的加工精度及重復(fù)定位精度；工件在一次裝夾后，能先后進(jìn)行粗、精加工，配置自動(dòng)換刀裝置后，還能縮短輔助加工時(shí)間，提高生產(chǎn)率。它綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、伺服驅(qū)動(dòng)、精密測量和精密機(jī)械等各個(gè)領(lǐng)域的新的技術(shù)成果，是一門新興的工業(yè)控制技術(shù)。由于其經(jīng)濟(jì)性能好，生產(chǎn)效益高，在生產(chǎn)上處于越來越重要的地位。綜上所述，數(shù)控機(jī)床具有精度高、效率高、自動(dòng)化程度高和柔性好的特點(diǎn)。為了提高機(jī)床的使用率，提高系統(tǒng)的有效度，本文結(jié)合工作實(shí)際淺談一下數(shù)控系統(tǒng)故障處理和維修的一般方法。

1 數(shù)控機(jī)床基本結(jié)構(gòu)

數(shù)控機(jī)床主要由機(jī)床本體、反饋裝置、伺服系統(tǒng)、數(shù)控裝置及控制介質(zhì)組成。常用的控制介質(zhì)有穿孔紙帶、穿孔卡片、磁盤或其他可存儲(chǔ)代碼的載體。其中數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的核心。其功能是接受數(shù)控程序中的加工信息，經(jīng)過數(shù)控裝置的系統(tǒng)軟件或邏輯電路進(jìn)行譯碼、運(yùn)算和處理后發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)給伺服系統(tǒng)，帶動(dòng)整個(gè)機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)。

伺服系統(tǒng)由伺服電機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)器組成，它是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部分。它控制機(jī)床各個(gè)軸的進(jìn)給速度、方向和位移量。常用的伺服系統(tǒng)有交流伺服系統(tǒng)和直流伺服系統(tǒng)。

數(shù)控機(jī)床反饋裝置是檢測數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)軸的實(shí)際移動(dòng)速度和位置，并將信號(hào)反饋給數(shù)控裝置或伺服驅(qū)動(dòng)中，構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。無測量反饋裝置的系統(tǒng)成為開環(huán)系統(tǒng)。伺服電動(dòng)機(jī)內(nèi)裝式脈沖編碼器、測速機(jī)、光柵和磁尺都是常用的檢測元件。

數(shù)控機(jī)床本體包括床身、主軸、進(jìn)給機(jī)構(gòu)等機(jī)械部件，以及輔助運(yùn)動(dòng)裝置、液壓系統(tǒng)冷卻裝置。

2 故障排除及維修

由于采用了高性能的主軸和進(jìn)給伺服系統(tǒng)所以機(jī)械結(jié)構(gòu)相對得到了簡化，機(jī)械故障排除要相對簡單一些，下面舉例說明。

例1：XK716桂林?jǐn)?shù)控銑床主軸旋轉(zhuǎn)，高速檔位和低速檔位無法轉(zhuǎn)換成功，但有轉(zhuǎn)換動(dòng)作。

分析有以下幾個(gè)原因：限位故障；變速齒輪有損壞；油箱缺油壓力不足；變速油缸內(nèi)密封圈老化導(dǎo)致有桿腔與無桿腔聯(lián)通，造成壓力不穩(wěn)，變速齒輪變速不到位。

故障解決步驟：首先檢查油箱，液壓油充足，排除壓力不足。觀看齒輪，齒輪完好無磨損嚴(yán)重現(xiàn)象。檢查變速油缸限位發(fā)現(xiàn)限位變換不到位，調(diào)整油缸頂桿，故障仍存在。檢查變速油缸，發(fā)現(xiàn)密封圈老化，更換密封圈。故障排除。此故障是因?yàn)槊芊馊匣瘜?dǎo)致油缸內(nèi)部泄露，有桿腔與無桿腔液壓油聯(lián)通，導(dǎo)致壓力不足。因此可見，油缸密封圈因潤滑油清潔程度、油溫、活塞使用頻率、生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境等，都容易導(dǎo)致密封圈老化失效。所以根據(jù)生產(chǎn)使用頻率需要定期檢查或更換密封圈。

例2：數(shù)控銑床X軸重復(fù)定位不準(zhǔn)。

分析有以下原因：X軸光柵尺尺頭松動(dòng)或光柵尺上有異物；X軸伺服電機(jī)編碼器故障；絲杠與絲母磨損嚴(yán)重；絲杠與伺服電機(jī)之間聯(lián)軸節(jié)松動(dòng)，存在反向間隙；軸承損壞。

故障解決步驟：首先分析光柵尺裝在工作臺(tái)下部，維修不方便，并且光柵尺有防塵裝置，故障概率較小。檢查電機(jī)編碼器，無松動(dòng)和破損現(xiàn)象。聽絲杠旋轉(zhuǎn)時(shí)聲音，因無異常聲音，排除軸承損壞。檢查絲杠與電機(jī)聯(lián)軸節(jié)發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸節(jié)螺絲松動(dòng)，禁錮螺絲，故障排除。此故障是因?yàn)闄C(jī)床使用頻率高，加工時(shí)機(jī)床產(chǎn)生震動(dòng)，導(dǎo)致連接部位螺絲松動(dòng)。因此數(shù)控機(jī)床要定期對絲母座、聯(lián)軸器、電機(jī)禁錮螺絲定期禁錮，減少故障停機(jī)，影響生產(chǎn)。

例3：定梁式數(shù)控龍門銑床XK2423/5D主軸不轉(zhuǎn)，控制面板無報(bào)警。

分析有以下幾個(gè)原因：同步齒形帶磨損嚴(yán)重或斷裂；伺服電機(jī)鍵損壞或脫落；主軸故障。

故障解決步驟：因控制面板無報(bào)警，說明數(shù)控系統(tǒng)沒有問題，問題出現(xiàn)在外部連接。檢查同步齒形帶，無磨損斷裂現(xiàn)象。用手盤齒形帶、電機(jī)及齒輪一同旋轉(zhuǎn)但主軸仍不動(dòng)，所以判斷故障出現(xiàn)在主軸。拆開主軸，發(fā)現(xiàn)主軸內(nèi)部連接盤螺絲斷裂，更換螺絲，故障排除。此數(shù)控龍門銑主軸為精銑主軸，主軸直徑比其他數(shù)控銑床主軸略細(xì)，內(nèi)部連接盤緊固螺絲為M4高強(qiáng)螺絲。主軸最大加工量在0.5 mm以內(nèi)。因操作人員經(jīng)常加工量過大導(dǎo)致螺絲斷裂。

以上幾個(gè)例子可以總結(jié)出，數(shù)控機(jī)床故障排除首先要對機(jī)床結(jié)構(gòu)有一定的了解。針對故障先做分析，大致確定故障產(chǎn)生是由哪個(gè)區(qū)域引起的。然后進(jìn)一步檢查哪個(gè)部件引起的，做到望、聞、問、聽。先檢查后通電，機(jī)床非破壞性故障方可通電；先軟件后硬件，排除系統(tǒng)故障再檢查外部機(jī)械故障；先外部后內(nèi)部逐步檢查；先機(jī)械后電器；先簡單到復(fù)雜；先一般到特殊。

3 結(jié)論

本文從數(shù)控機(jī)床故障的產(chǎn)生到數(shù)控機(jī)床故障的解決，可以清楚地知道數(shù)控機(jī)床是復(fù)雜設(shè)備，往往一種故障現(xiàn)象是由幾種不同的原因引起的，或一種原因引起多種故障，大部分故障是以綜合故障形式表現(xiàn)出來的，且故障的最終解決都是通過對機(jī)械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)的調(diào)整修理而排除故障。所以在診斷和維修前要先看好技術(shù)資料，避免故障擴(kuò)大化，切記盲目動(dòng)手，并遵守故障診斷與維修的步驟和原則。設(shè)備出現(xiàn)問題后，要多方面分析產(chǎn)生故障的原因，靈活使用零件互換法、電機(jī)脫離法等方法。尋找快速有效的方法解決問題。機(jī)床修理人員要注重實(shí)踐，在實(shí)踐中不斷提高自己的水平，要多問、多閱讀、多觀察、多思考、多實(shí)踐、多總結(jié)。只有當(dāng)自身的水平提高了，數(shù)控機(jī)床的修理過程才能更加迅速。

［1]劉蔡保. 數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修. 化工工業(yè)出版社，2012年8月.

［2]龔仲華. 數(shù)控機(jī)床故障診斷及維修500例. 機(jī)械工業(yè)出版社，2005年.

［3]鄭小年，楊克沖. 數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修. 華中科技大學(xué)出版社，2005.9.

［4]王潤孝，秦現(xiàn)生. 機(jī)床數(shù)控原理與系統(tǒng) 第2版. 西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，1997.6 .

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Common mechanical failure analysis of CNC machine tools

TG659

1009-797X（2016）02-0083-02

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.02.030

張瑀航（1985-），助理工程師，本科學(xué)歷，機(jī)械專業(yè)。

2015-11-26