淺談數控機床的機械結構分析以及故障診斷維修方法

文/王健 王雪，沈陽機床股份有限公司

1 數控機床機械結構的組成

數控機床主要由機床基礎部件、主運動傳動系統、進給運動傳動系統、部分輔助動作與功能系統和裝置、工件實現回轉、定位的裝置與附件、特殊功能裝置以及所有反饋裝置與元器件等機械結構組成。其中，機床基礎部件主要包括立柱、工作臺、床身等。通過主運動傳動系統能夠確保主運動的完成。通過進給運動傳動系統能夠確保進給運動的完成。在部分輔助動作與功能系統和裝置中，其結構主要包括液壓系統、潤滑系統、排屑、防護裝置、刀架、自動換刀裝置等。在特殊功能裝置中，其結構主要包括刀具破損檢測裝置、精度檢測裝置、監控裝置、加工過程圖形顯示等等。

2 數控機床機械結構故障診斷的方法

2.1 簡易診斷方法

我們通常所說的機械檢測法主要指的是其簡易診斷法。在對數控機床機械結構故障進行檢測的過程中，相關維修人員會對普通的檢查工具進行運用，通過簡易診斷法，能夠對數控機床的故障部位予以迅速測試與確定，對其惡劣化方向也能開展相關監測活動，對于存在疑難問題的故障，也能有選擇性的開展詳盡的診斷活動。要想使簡易診斷法的工作效率得到高效保證，相關維修工作人員應當具備豐富的工作經驗。

2.2 精密診斷法

（1）溫度檢測。溫度監測主要包括兩種檢測形式，即接觸型溫度檢測與非接觸型溫度檢測。其中，接觸型溫度檢測指的是運用測量貼片、溫度計、熱敏涂料、熱電偶，直接測量電動機、接觸軸承等裝置的表面位置。非接觸性溫度檢測指的是對于不適合直接接觸的物體，運用紅外熱像儀、紅外掃描儀等先進工具，開展相關檢測工作，該方法比較高效便捷，在機床運行發熱異常的檢測中，經常對該方法進行運用。

（2）振動測試。利用機床個別特征點上所安裝的傳感器，通過振動計開展檢測工作，進而對加速度、幅度頻率特征、位于速度等特定測量處總振動級別的大小進行測試，進而預測并監控相關故障問題。

（3）噪聲監測。對于機床軸承、齒輪在工作過程中噪音的變化情況，通過聲波計與噪聲測量計，開展進一步分析工作，對軸承、齒輪磨損失效所產生的故障情況做出判別與確定。在所有的診斷信息中，應用最為普遍的當屬振動與噪聲。在進行噪聲監測的過程中，應當對其強度進行測定，確定存在異常情況時，注重開展定量分析工作。

（4）油液分析。在對零部件磨損狀況進行測量時，經常運用油液分析來進行。運用原子吸收光譜儀，來分析一些殘余物質的形狀、成分、大小以及深度，這些殘余物質主要指的是外來雜質與所有金屬微粒，通過相關分析工作的開展，能夠對零部件磨損狀態、機理以及磨損程度進行判定，進而能夠對零部件磨損總體狀況進行詳細了解與掌握。

（5）裂紋監測。在對數控機床零件內部機體裂紋缺陷進行觀察的過程中，可以運用超聲波法、電阻法、聲發射法、磁性探傷法等方法來進行，一旦出現疲勞裂縫，可能會引發重大安全事故，對維修與操作人員的健康與安全造成嚴重危險。為了確保裂紋監測的精確性，應當根據裂紋的材料性質來選擇相關的監測方法，確保裂紋監測方法能夠與其裂紋材料性質相適應。

2.3 機械振動檢測診斷法

（1）診斷過程。機械振動診斷工作的開展應當首先對被診斷設備的有關技術資料進行閱讀，對相關傳動關系與計算機傳動件的特征數值進行認真分析。之后，對相關信號內容進行獲取，根據所取得的信號內容，對信號開展調整和處理工作。最后，認真分析相關信號內容，并在此基礎上，判定數控機床故障的位置與性質。

（2）故障振動信號分類。關于故障振動信號的分類方面，主要包括兩種，即：平穩性故障信號與沖擊性故障信號。

（3）設備狀態監測與故障診斷技術。在對設備狀態監測與故障診斷技術進行運用的過程中，其信息來源就是機床的振動，信號的取得是在機床運轉過程中完成的，通過處理并分析信號內容，能夠根據某些特征量的轉變情況，來對是否存在故障進行判斷，一旦確定故障存在，就會通過所累積的診斷經驗，來對故障的性質進行判定，然后與其他有關依據內容結合起來，對故障所存在的位置開展深入判定工作。

（4）故障振動信號分類及特征。所謂的平穩性故障信號指的是通過準周期性力信號、正弦周期性力信號與復雜周期性力信號的影響，機械結構所生成的響應信號。響應信號的頻率成分等同于激勵信號的頻率成分。頻譜屬于有限根譜線的范疇，在特征頻率與倍頻中將能量統一起來。

在沖擊性故障信號中，脈沖響應的形成是在機械結構的周期性沖擊力中完成的，與沖擊信號自身存在顯著差別。其能夠在較短時間內，對信號能量進行釋放，頻譜屬于無窮根譜線范疇，脈沖頻率就是間隔在基頻位置處將能量統一起來。

（5）信號分析方法。信號分析方法主要指的是時域分析法與頻域分析法兩種。時域分析法指的是對信號的幅度值與時間關聯進行熟悉，然后對震動程度及設備故障嚴重程度進行判定。

在頻域分析法中，幅值譜分析指的是通過傅立葉變換與積分，用頻域信號取代時域信號。濾波譜指的是對平穩性故障信號作出相關分析。

（6）針對相關儀器系統，開展系統測試工作。對系統進行相應測試，針對測試結果進行系統維護，結合之前的多種測試方法及故障檢測內容對系統進行優化。

3 結語

數控機床的應用越來越廣泛，對其故障進行診斷，并結合相應的維修方法進行機床穩定可靠性保持，則有助于數控機床的良好運行，對于提升其工作質量與效率，延長其使用壽命均具有重要作用。相關人員還需要在此方面下功夫，做好數控機床結構分析，定期或不定期進行故障診斷，做好相應設備維護。