數控機床機械故障診斷方法的研究及應用

周陽生

摘要：數控機床主要應用了綜合自動化技術，在機械制造領域起著至關重要的作用，一旦在生產過程中出現故障，必定會對生產效率以及作業安全產生巨大影響。因此為保證數控機床維持最佳運行狀態，務必要做好故障診斷工作，結合故障表現形式確定發生原因，采取有針對性的措施處理應對，避免故障進一步擴大。

關鍵詞：數控機床；機械故障；診斷

引言

數控機床是集機、電、液、氣為一體的典型機電系統，結構復雜且自動化程度高，在我國制造業尤其是裝備制造業的發展中，起到了不可替代的作用。由于數控機床本身的復雜性和多樣性，使得機床故障受機械、電氣、控制系統以及檢測裝置等多因素影響，引起同一種故障的原因也可能是多種多樣的，而且故障停機直接影響著設備利用率和企業的生產制造能力，因此在理解工作原理的基礎上，總結分析故障診斷方法，并從根本上尋找快速排除故障的途徑尤為必要。本文結合工作實踐中的具體案例，對典型故障診斷方法進行深入分析和探討

1數控機床工作原理

數控機床涉及到機械制造技術、數控技術以及精密測量技術等多項專業學科，具有非常高的自動化水平，內部結構復雜度高，可自動完成中小零件的加工制作，不僅可節省大量人力，同時還具備較高的生產效率。在加工零件時，數控機床需要依據事前編制的程序進行作業，涉及到每個零件的加工程序，打開控制裝置的編輯窗口，輸入對應的加工程序，同時存儲到數控裝置的存儲器內。最后經過計算處理，將計算結果轉換成數字信號傳輸給機床各運行伺服結構，然后繼續傳輸給裝置驅動機床運行部件，按照提前設定的指令完成加工作業，無需人工調整順序、速度以及位移量等參數，便可得到與圖紙設計相同的產品。

2數控機床機械故障診斷方法

2.1直接觀察

不論是采用哪種方式診斷機床故障，全都離不開直接觀察的方法。這種診斷手段需要檢修人員通過視覺觀察的方式，觀測機床設備在運行過程中出現的異常狀況，判斷機床中是哪一個部位、模塊及線路出現問題?？梢哉f直接檢查是一種十分便捷與基礎的故障診斷方式，使用的幾率和使用的現狀非常普遍。在檢測前，工作人員需要先提前了解到故障具體有哪些表現以及故障發生過程，初步判斷故障產生類別。之后用視覺、聽覺、嗅覺等方式，檢查機床設備的各部位工作狀態是否有異常情況、電控裝置是否報警、設備是否出現異常聲響、機床設備是否有異常味道。最后通過局部檢查方式，了解損壞具體部位，包括燒焦、開裂、接觸不良、發熱等問題。

2.2儀器觀察

即利用電工儀表檢測機床設備與各個零部件的信息和參數，用儀器設備判斷與確定機床故障部位。如使用萬用表檢查機床內部的各個電源異常情況。用示波器來檢查脈動信號的幅值及相位。用PLC編輯器判斷PLC的發生位置與故障成因。

2.3信號報警分析

信號報警中的伺服與數控等系統故障指示燈都是檢測人員需要觀察的重點。排查故障時，檢測人員通過檢查指示燈狀況是否提示設備出現異常，根據指示燈的結果排查與分析故障原因。軟件指示包括加工程序、PLC程序、系統軟件等故障指示。根據指示等信號對照診斷說明，即可了解故障排查手段與故障形成原因。

2.4接口檢查

所有的PLC都會被集中在數控系統中，此外PLC與CNC使用了大量連接，完成了兩者信號的傳輸。如若接口傳輸出現問題，則說明接口出現不穩情況，此時信號就會丟失。進而造成機床故障問題出現。接口故障的排查需要使用CRT屏幕設備，通過它的分析檢查具體故障位置。如若接口連接復雜，則可以使用編程器檢查接回信號。之后通過對比，確定故障具體位置。

2.5參數調整

數控機床參數都是放在RAM中的，很少出現異常。不過在外部干擾、電池電壓不足、長期不運行系統情況下，系統參數將會受到一定影響，包括正確性影響，需要采取特殊的手段與措施修正參數。一旦發現參數異常，那么就必須對其進行調整，排除掉錯誤參數，保障系統的正常運行。

2.6備件置換

在機床設備發展與進步的同時，機床內部的電路集成也變得愈發的龐大和復雜。采用常規手段很難在短時間內確定故障具體點，浪費大量時間。這所帶來的影響和后果是非常嚴重的。此時最佳的故障診斷方法便是備件置換方式，即解除損壞模式并安裝備件，減少停機生產時間。當然我們也要注意在裝配備件時，檢修人員必須規范性操作，以免造成更大機床故障。

3數控機床機械故障診斷與維修

3.1主軸部件

第一，精度達不到設計要求。數控機床對于精度的要求非常高，如果加工時精度未達到要求很可能有不同的因素。例如在運輸過程中機床處于沖擊狀態，在安裝過程中安裝牢固度并不高。因此，我們必須對整個機床精度進行全方位調查，尤其是導軌副要重點檢查。對于檢查中出現問題應當及時匯總，重新進行調整并加固。第二，切削振動大也可能會使數控機床機械結構產生一定故障。造成切削振動大原因有很多，例如，軸承緊度并不夠，中間間隙過大；主軸和箱體之間差距過大；主軸箱和床身之間所聯動螺絲出現任何松動。為了更好地對這一故障進行排除，我們應當根據具體狀況做出具體解決措施。第三，齒輪和軸承損壞。造成這一現象原因有很多，例如壓力過大；軸承緊力過大，潤滑措施不大。針對以上狀況，我們可以根據原理圖適當調整壓力，對于零件進行更換，重新設置緊力，加強潤滑效果。

3.2進給運動系統

第一，滾珠絲杠副噪聲。出現這樣噪聲原因有很多，例如絲杠支軸承存在破裂現象、絲杠潤滑效果并不理想、絲桿滾珠存在破損情況。在維修時可以調整軸承壓蓋，使其更加壓緊軸承端面。與此同時，我們還可以加強潤滑效果，更換新滾珠等等。第二，滾珠絲杠運動不靈。出現這樣狀況原因有很多，例如負載和度過大，絲杠與導軌之間不處于平行狀態。為了更好地應對這些措施，我們可以不斷調整軸向間隙，加強預載負荷。與此同時，我們還可以不斷調整絲杠與導軌之間平行。

3.3導軌

第一，導軌研傷。數控機床存在研傷問題有很多，但是最主要問題還是使用時間過長，地基和床身水平出現了一定變化，這就使得局部面積負債和過大。與此同時，如果在短時期極速地使用或者長時期過長地使用也可能會使得局部地區出現嚴重的損耗。加強導軌潤滑效果，保持潤滑壓力。對于機床進行定期保養，做好防護。第二，導軌上的零件可能會存在運動效果不理想或者不能按照正常的軌跡進行移動的不良現象。為了有效解決以上問題，我們可以使用180號砂布對于機床與導軌上面研傷進行修磨。第三，加工面接刀處并不平。出現這樣狀況原因有很多，例如導軌直線存在著偏差；機床水平度非常差，極易導致導軌發生彎曲。針對不同現象，我們也可以做出不同調整修繕方法，例如我們可以允差為0.015/500mm。

3.4回轉工作臺

第一，工作臺中沒有抬起動作。之所以會出現這樣故障主要是由于控制系統出了問題，控制系統并沒有及時做好信號輸入。與此同時，液壓壓力不夠、抬起液壓缸也損壞等等也可能會造成回轉工作臺出現故障。第二，工作臺轉位分度并不到位，可能會出現頂齒或者錯齒現象。由于數控機床轉位分度并不到位，發生頂齒或者錯齒原因主要是由于輸入系統脈沖數并不足。

結語

在生產過程中，數控機床機械結構故障是非常常見一類問題，文章對主軸部件、進給運動系統、導軌、回轉工作臺四個方面故障進行了全面的分析，給出了一些維修的方法，希望對于企業維修人員和操作人員提供借鑒意義。

參考文獻：

[1]童勛.數控機床常見故障分析與排除[J].山東工業技術，2018（1）：22.

[2]李素娟，朱海平.在DOS系統下解決數控機床故障問題兩例[J].內燃機與配件，2018（1）：168-169.

[3]畢筱妍.淺析數控機床的常見故障排除與維護策略[J].經貿實踐，2017（23）：345.