數控車床維修策略探析

劉大勇

（通化市職業教育中心 吉林通化 134000）

數控車床是使用較廣泛的一類數控機床，按照事先編制的加工程序，自動化加工零件，具有精度高、效率高、自動化程度高的特點［1］。和傳統車床相比，數控車床的結構更加精密，且對維修保養工作提出新要求。維修工作一方面能及時發現故障隱患，減少損失，實現生產的連續性；另一方面能保證加工精度，降低失誤率，提高零件加工質量。本文結合筆者實踐，探討了數控車床的維修方法及管理事宜。

1 數控車床維修保養的現實需求和技術要求

1.1 數控車床維修保養的現實需求

數控車床的維修保養是運行管理中的一項基本工作。然而，在實際生產中，因技術人員不重視維修保養，多在設備出現明顯異常時才進行維修，不僅影響正常的生產，還會導致小問題變成大故障。從技術經濟性的角度入手，數控車床的合理應用必須制訂科學的維修保養方案，促使零部件處于最佳狀態，降低故障發生率。要想達到這個目標，生產企業必須做到如下幾點：（1）建立健全數控車床的管理制度，尤其是維修保養方面要有完善的方案方法；（2）落實日常檢查，進行定期檢修，及時發現故障隱患，將損失降至最低；（3）監測車床的運行工況和性能狀態，建立故障響應機制，制定及時、科學、有效的報修流程；（4）通過必要的培訓活動，掌握必備的保養知識，提高技術人員的維修技能。

1.2 數控車床維修保養的技術要求

數控車床是由機械、電氣和氣動系統組成，不同系統在維修保養上的技術要求是不同的，簡要總結如下。

1.2.1 機械系統

第一，車床每次使用后，伺服軸應回到原點，對工作臺上的鐵屑、雜質進行清理，保持清潔干燥的狀態。第二，使用潤滑油的部位（如主軸箱、進給系統），應定期補充潤滑油，檢查油質是否正常。第三，定期檢查傳動齒輪、滑動導軌、絲杠、傳動帶的位置和尺寸，按照說明書進行保養。第四，針對零部件磨損或損壞，應分析失效情況，選擇合理的維修方式。結合車床的結構組成特征，多數零件可采用焊接、鍍覆、機械加工等手段修復；齒輪、皮帶等易耗品則要及時更換，注意按照技術要求規范拆裝。

1.2.2 電氣系統

第一，電氣系統是車床自動控制的核心，每次開機運行前，應檢查插頭、電纜、繼電器接觸點，確保連接牢固，避免接觸不良。第二，維修保養時，重點觀察線路老化情況，對老化線路及時更換；對容易積灰的部位（如電路板、防塵網、冷卻風扇等）定期清理，保持清潔干燥。第三，電氣系統發生故障，多是短路、斷路、連接松動、燒損等所致，維修時可利用車床的故障自診斷功能，首先，確定故障的部位；其次，采用專用的檢測設備，對電壓、電流等關鍵參數進行測量，進一步確定故障類型和原因，必要時，還可采用元件更換法［2］；最后，對破損元件進行更換，或者調整技術參數，從而排除故障。

1.2.3 氣動系統

第一，針對氣動系統的運行，要保證空氣清潔，溫度、濕度適宜，降低粉塵含量。如果空氣質量較差，會加重氣動系統的磨損和腐蝕，如氣缸腐蝕、元件磨損、閥門管路阻塞等。第二，定期清理空氣濾清器內部的雜質，保證空氣供給量充足；檢查氣泵工作壓，確保壓力表指示靈敏、準確，壓力值處于合理范圍內。第三，檢查各個管路的連接部位，看有無漏氣、損壞的情況，損壞的零件及時更換，漏氣處進行修復，保證管路密封性良好。第四，氣動系統常見故障有壓力不足、管路泄露、氣缸老化、開關老化等。維修時，應保證系統內部的密封性，針對氣缸老化問題，可采用鍍覆法進行修復，或者進行更換；對開關老化失效問題，更換優質零部件。

2 數控車床常見故障及維修策略

下文以主軸故障、刀架故障、反向間隙過大為例，結合實際案例分析故障原因，提出維修策略方法。

2.1 主軸故障

數控車床的主軸是由軸承、傳動件、法蘭盤等組成，可支撐傳動零件，帶動刀具和工件旋轉。主軸出現故障，常用的維修方法有如下幾點。（1）噴涂熱修復法。分析主軸結構特點，查閱技術資料后，選擇合適材料噴涂，常用金屬材料。噴涂厚度根據主軸厚度而定，一般控制在0.05～0.2mm；噴涂過程中，還要對主軸溫度進行精確控制，使其處于低溫狀態，提高噴涂效果。（2）刮研修復法。隨著主軸運轉時間延長，容易出現圓跳動超差現象，如果軸承含有銅錐度套且磨損嚴重，可采用刮研修復法。該方法能消除主軸誤差，恢復加工精度，但要注意維修過程中會產生較大的應力［3］。（3）電鍍修復法。對主軸鍍鉻層進行修復時，須嚴格控制尺寸精度，強化主軸表面的硬度指標，防止修復后短時間內再次磨損。采用電鍍修復法時，應將鍍鉻層厚度控制在0.03mm 以內，但作業中會產生毒害物質，技術人員應作好防護。

例如，某數控車床主軸箱噪聲過大，維修過程如下。第一，判斷是否為電機故障，將傳動帶脫開，只運轉電機，并沒有噪聲，可排除電機故障。第二，對以下情況逐一排查：（1）動平衡是否達到預定值；（2）齒輪精度差，或嚙合間隙不均勻；（3）軸承發生損壞；（4）傳動軸變形；（5）傳動帶過長、松動；（6）潤滑不良。第三，明確故障原因后，針對性地處理：（1）拆除主軸單元，重新做動平衡；（2）更換齒輪，或調整嚙合間隙；（3）更換新的軸承；（4）對傳動軸研磨修正或更換；（5）調整傳動帶松緊度或更換；（6）添加、更換潤滑油。第四，維修完成后，檢查主軸部件的精度，填寫記錄表格，對檢測單、記錄表及時歸檔，方便后續查閱。

2.2 刀架故障

刀架是由電機、渦輪、絲杠、螺母等組成，刀架旋轉可完成換刀動作。刀架出現故障后，先聽，再看，后試轉，確定故障后予以排查，常見故障及維修方法如下。（1）電動機故障。如三相線路連接錯誤，應及時切斷電源，檢查三相線路接頭，重新調整接線順序。（2）彈簧斷裂。應及時更換彈簧，注意定位用銷子不能互換。（3）離合器導銷斷裂。應及時更換導銷，并且復查裝配精度。（4）主軸彎曲斷裂。應更換新的主軸，合理選擇主軸的規格大小，嚴格按照說明書操作。（5）外端齒盤導銷斷裂。應及時換新，保證各部件的裝配關系正確。（6）刀架不能鎖緊。應檢測霍爾元件，對刀具的定位參數進行分析，出現異常更換零部件。（7）發信盤位置異常。應調整發信盤的位置參數，促使刀恢復至正確位置。（8）精度偏大。多是端齒處有臟物或齒輪嚙合不良引起的。對于前者，應拆下零件仔細清洗，在旋轉部位涂抹干凈黃油；對于后者，應更換變形的上刀體，促使齒輪良好嚙合［4］。

例如，某六刀位數控車床所有刀位無法準確識別，刀架轉動異常且伴有報警聲。結合實踐，該情況多是電氣故障引起的，包括磁性元件脫落、霍爾元件均損壞、霍爾元件線路無法檢測到電壓信號。對霍爾元件線路（見圖1）、其他電氣線路進行檢查，結果發現霍爾元件線路供電電壓為0V，是電氣柜連接接頭松脫所致。技術人員重新接好線路，電壓顯示、刀架轉動正常，故障排除。

圖1 霍爾元件線路圖

2.3 反向間隙過大

數控車床運行中，為保證加工精度，反向間隙一般控制在0.01mm內。反向間隙并不是一個獨立要素，而是多個間隙疊加而成，包括軸承間隙、聯軸器間隙、減速器間隙、絲杠螺母間隙等［5］。如果編程錯誤、加工參數設置有誤，就會增大絲杠間隙，影響加工精度。反向間隙過大，車床在反向運轉時出現空行程，刀具實際切割位置有偏差，不僅影響零件外形尺寸，還會降低鉆孔、曲面輪廓的精度。對此，必須定期檢查各坐標軸的精度和反向間隙。

例如，某數控車床加工直徑不等的圓柱形工件時，在反向運轉時出現較大偏差為0.18mm。對于這一情況，分析加工線路后，認為原因主要有兩個：一是程序有誤；二是加工線路的反向間隙增大。進一步復核程序，發現程序本身沒有錯誤，可以排除。遂使用激光干涉儀測量反向間隙，得到最大間隙為0.1mm，而且不能進行補償。為了確定反向間隙增大的故障部位，排查過程如下。（1）導軌運行正常，且潤滑油量充足，排除導軌故障。（2）測量X軸導軌和滑板的間隙，結果左、右側導軌和滑板的間隙分別為0.03mm、0.04mm，緊固螺栓間隙未變化。（3）使用千分表，檢測絲杠和導軌的平行度，結果為0.05mm，大于限值0.01mm。（4）對絲杠預緊力、X軸負荷進行調整，絲杠間隙未變化。（5）使用百分表，檢測主軸和刀具的中心偏差，結果X、Y方向上偏差分別為0.2mm、0.7mm，均大于初期偏差值0.05mm，說明精度降低。（6）調整X 軸絲杠預緊力和螺母，發現竄動量為0.01mm，小于規定值0.015mm。綜合以上分析，刀架在X 軸負方向移動時，反向間隙的影響不明顯；刀架在X 軸正方向移動時，因絲杠間隙增大，部分伺服電機脈沖被消耗，實際移動距離小于編程設計值，增加了刀具的吃刀量。

明確故障原因后，調整反向間隙的方法如下。第一，正確安裝各部分構件，安裝刀架時，注意控制間隙。用千分表測量反向間隙為0.01mm，導軌和絲杠之間的平行度誤差為0.008mm。第二，調整滑板、壓板間隙，滑板和導軌的正面、側面間隙要相同，控制在0.03mm。第三，調整刀架固定螺栓，促使刀具和主軸中心偏差滿足限值要求。調整后，X 軸、Y 軸偏差分別為0.05mm、0.04mm。第四，使用激光干涉儀，復測X 軸定位精度為9μm，反向間隙為5.1μm，滿足加工精度要求，故障排除。

3 數控車床維修保養工作的改進措施

結合數控車床的維修保養需求與常見的故障類型，可從管理制度、維修細則、故障響應、人員能力等方面提出改進措施。

3.1 完善維修管理制度

數控車床在運行使用中，企業應結合生產特點、車間環境、保養需求，制定完善的維修管理制度，為維修作業提供依據。該管理制度應包含車床日常使用規范、維護保養要求和方法、監管措施、獎懲條例等。需嚴格執行管理制度，對不當使用、維修造成的車床故障和損壞，追究責任給予處罰；及時發現故障隱患，通過維修后恢復車床運行的，給予物質和精神獎勵。該管理制度的制定和實施應緊跟車床的規格型號，提高針對性和適用性。

3.2 明確檢查維修細則

第一，確定日常檢查重點，分析不同車床的特點，明確重點檢查項目，維修工作中，避免項目遺漏，保證檢查工作的嚴謹性。第二，結合生產現狀，確定日常檢查的周期頻率，一般采用日檢、周檢、月檢、季度檢、年檢等方式，有助于技術人員合理安排檢修時間和工作任務，提前做好充足的準備［6］。第三，制定檢查維修工作標準，對車床檢查數據進行如實記錄，由監督人員對檢修工作進行評定，促進檢修質量的不斷提升。

3.3 建立故障響應機制

在工業生產領域，機械設備的故障響應時間決定了故障問題的影響程度，決定了危害損失程度。數控車床出現故障后，于第一時間進行檢查維修，能降低故障帶來的損失，縮短車床的停運時間，盡快恢復正常生產。基于此，企業必須建立故障響應機制，要求工作人員在每日生產中，關注車床的運行工況，發現異常振動、噪聲等情況，及時上報維修部門；維修部門接到異常報告信息，及時安排技術人員進行檢修，避免故障擴大。

3.4 提升人員業務能力

維修工作離不開專業的技術人員，提高技術人員的業務能力，才能保證維護保養工作質量。第一，企業要重視專業技術人員的培養，協助其確定長期人才培養規劃，通過廠內培訓、外出進修等方式，學習新知識、掌握新技能，滿足車床維修需求。第二，通過思政教育活動，提高技術人員的責任感，認識到維修工作對車床正常運行的重要性，避免工作中麻痹大意，達到定期檢查、科學維修的目標。第三，開展安全教育工作，提升技術人員的安全意識，在故障排查和維修過程中，做好必要的防護措施，保證身心健康。

4 結語

綜上所述，數控車床是零件加工生產的重要設備，本文總結了機械、電氣和氣動系統的維修保養技術要求，以主軸故障、刀架故障、反向間隙過大為例，分析了故障原因和維修策略。在企業生產中，應完善維修管理制度，明確檢查維修細則，建立故障響應機制，提升人員業務能力，確保車床安全穩定運行。