言帆

摘 要 查找故障原因一直是數(shù)控機(jī)床故障維修的難點(diǎn)。要找出故障原因， 不但需要大量的理論知識(shí)及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，還必須掌握科學(xué)的方法和專業(yè)的技術(shù)。以下介紹兩種維修中常用的診斷方法分別是“實(shí)用診斷法”和“現(xiàn)代診斷法”。

關(guān)鍵詞 數(shù)控機(jī)床 機(jī)械故障 診斷

中圖分類號(hào)：TG659 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2017.08.012

Research and Application of Mechanical Fault Diagnosis

Method for NC Machine Tools

YAN Fan

（Changjiang Institute of Technology， Wuhan， Hubei 430212）

Abstract Finding the cause of trouble has been the difficulty of CNC machine tool maintenance. To find out the cause of the fault， not only a great deal of theoretical knowledge and practical experience are needed， but also scientific methods and professional techniques must be mastered. The following two common diagnostic methods used in maintenance are "practical diagnosis" and "modern diagnosis".

Keywords numerical control machine； mechanical fault； diagnosis

我國(guó)工業(yè)化水平的提升，工業(yè)機(jī)械設(shè)備也逐漸形成大型化、精密化和自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)。高科技機(jī)械的數(shù)控機(jī)床更是常用于機(jī)械制造的工廠，發(fā)生故障后要經(jīng)過(guò)仔細(xì)的設(shè)備檢查和一些專業(yè)的處理方法。機(jī)械故障可以通過(guò)系統(tǒng)的異?；蛘邔?duì)設(shè)備零件的逐一排查來(lái)找到故障點(diǎn)。對(duì)于機(jī)電一體化的數(shù)控機(jī)床來(lái)說(shuō)，大部分是由機(jī)電內(nèi)部的問(wèn)題引起設(shè)備故障。所以掌握自動(dòng)化機(jī)械內(nèi)部診斷方法，關(guān)于對(duì)數(shù)控機(jī)床設(shè)備的故障排查有很大作用。

1 對(duì)診斷機(jī)床設(shè)備故障的研究情況

機(jī)械化生產(chǎn)設(shè)備的發(fā)展對(duì)精度要求更高、設(shè)備也變得大型化， 傳統(tǒng)的維修方法已經(jīng)難以適應(yīng)機(jī)械發(fā)展。人們更關(guān)注的是設(shè)備使用中應(yīng)該如何監(jiān)測(cè)以及怎樣進(jìn)行故障診斷?？梢栽谶\(yùn)行中的由系統(tǒng)顯示數(shù)據(jù)信息來(lái)辨別機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)是否正常，根據(jù)這些獲取的信息來(lái)判斷故障的性質(zhì)，排查故障部位，分析故障原因，還可以根據(jù)系統(tǒng)發(fā)出的報(bào)警提示來(lái)制定相應(yīng)操作。自上世紀(jì)以來(lái)，故障診斷技術(shù)都在不斷更新，更專業(yè)的檢測(cè)技術(shù)和新方法被提出，如今形成了學(xué)科體系。這是以故障機(jī)理以及技術(shù)檢測(cè)為基礎(chǔ)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)怎樣辨別，實(shí)踐性非常強(qiáng)，依托高新技術(shù)發(fā)展的工程技術(shù)學(xué)科。

2 分析設(shè)備結(jié)構(gòu)和研究故障的原因

數(shù)控機(jī)床是高精密設(shè)備結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，由機(jī)床基礎(chǔ)零件、傳送零件、定位結(jié)構(gòu)和具有輔助功能的系統(tǒng)、機(jī)構(gòu)，以及一些具有特殊功能的機(jī)構(gòu)配置組成。數(shù)控機(jī)床是自動(dòng)化程度極高的大型機(jī)械設(shè)備，一般只需要在開(kāi)始設(shè)定是需要人為操控。而在運(yùn)行過(guò)程中是基本不用人員操作的。數(shù)控機(jī)床應(yīng)滿足以下要求——具備一定程度的剛度，在運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)有良好的抗震功性；有一定的熱穩(wěn)定性，因?yàn)樵谶\(yùn)行過(guò)程中機(jī)械運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生一定的熱量。數(shù)控機(jī)床是一種對(duì)精密度要求很高的設(shè)備，在操作方面有安全防護(hù)機(jī)制。由于數(shù)控機(jī)床是涉及到機(jī)械和電氣結(jié)構(gòu)的大型設(shè)備，在出現(xiàn)故障時(shí)可以對(duì)機(jī)械部分和電氣部分逐一排查。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)表明，大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床出現(xiàn)故障關(guān)鍵在于零件磨損，這也可能是由于設(shè)備精度下降造成的。所以，在故障原因排查過(guò)程中可以先有機(jī)械方面開(kāi)始檢查，再檢查電氣方面的故障。

3 機(jī)床設(shè)備故障排查的依據(jù)

3.1 仔細(xì)調(diào)查故障現(xiàn)象

故障診斷可以從兩個(gè)方面入手：首先是檢查對(duì)操作者操作，仔細(xì)詢問(wèn)發(fā)生故障的整個(gè)過(guò)程，有何現(xiàn)象，期間采取了什么措施。這需要操作者如實(shí)回答。還有一點(diǎn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況的觀察，包括設(shè)備外觀，CRT顯示的內(nèi)容＼各個(gè)印刷線路板上報(bào)警信息提示、有沒(méi)有損傷的痕跡，任何一點(diǎn)小小的瑕疵都不能放過(guò)。在安全確認(rèn)的情況下通電源，并按復(fù)位鍵，看看此時(shí)系統(tǒng)是否正常，看報(bào)警是否可以消失；可以就證明故障多為隨機(jī)發(fā)生。也不排除是操作失誤引起的。

3.2 仔細(xì)分析發(fā)生故障的具體原因

CNC系統(tǒng)發(fā)生故障，經(jīng)常是同一現(xiàn)象、發(fā)生同一報(bào)警信號(hào)但是有很多因素引起的，可能是在機(jī)床上的零件磨損，但現(xiàn)象是反映在系統(tǒng)上。所以在排查故障的具體原因時(shí)，思路不可局限，不管是CNC系統(tǒng)、或是集成電器，還是機(jī)械零件，把所有可能造成設(shè)備故障的因素統(tǒng)統(tǒng)列舉下來(lái)。然后根據(jù)綜合分析判斷和最終可以明確最有可能造成故障的因素，要通過(guò)嚴(yán)格的檢測(cè)才能直接找到故障點(diǎn)并修復(fù)。數(shù)控機(jī)床設(shè)備在電氣方面故障可根據(jù)性質(zhì)、現(xiàn)象、因素或結(jié)果等進(jìn)行劃分。（1）故障發(fā)生的具體位置，分為硬件方面故障和軟件故障。硬件就是指電子元器件、電路板、電線電纜、連接插件出現(xiàn)損壞，經(jīng)過(guò)維修或者重新替換后才可正常運(yùn)行。對(duì)于軟件故障是說(shuō)PLC的控制程序中出現(xiàn)錯(cuò)誤，需要人工新輸入或修改某些程序才能恢復(fù)設(shè)備正常狀態(tài)。軟件故障比較棘手，有的甚至?xí)斐蓴?shù)據(jù)丟失這解決辦法只能與生產(chǎn)廠商或其服務(wù)機(jī)構(gòu)聯(lián)系才能排除故障。（2）以故障出現(xiàn)時(shí)是否有提示，劃分為有診斷指示故障和無(wú)診斷指示故障。系統(tǒng)本身是有自診斷功能的，可以監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)的軟、硬件功能，發(fā)生故障會(huì)有報(bào)警和一些簡(jiǎn)要的提示，可以根據(jù)提示信息解讀到故障發(fā)生的間接原因，甚至還可以直接找到故障發(fā)生部位。

4 數(shù)控機(jī)床傳統(tǒng)故障檢測(cè)方式

關(guān)于數(shù)控機(jī)床的機(jī)械部分的故障可分三過(guò)程診斷：（1）辨別數(shù)控機(jī)床的是否正常工作，有無(wú)存在異?，F(xiàn)象。（2）對(duì)運(yùn)行過(guò)程中顯示的數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀察看有報(bào)警情況。（3）根據(jù)機(jī)床的數(shù)據(jù)顯示大概可以知道未來(lái)一段期間內(nèi)數(shù)控機(jī)床是怎樣的運(yùn)行情況。熟練的工作人員可根據(jù)機(jī)床機(jī)械部分的一些參數(shù)顯示就能判斷是否故障，以及查出故障點(diǎn)在哪?；旧鲜前C(jī)床的振動(dòng)、運(yùn)行溫度是否在合理范圍內(nèi)。如果特征值是在規(guī)定范圍內(nèi)，就證明數(shù)控機(jī)床是沒(méi)有什么大問(wèn)題；一旦數(shù)據(jù)或者特征出現(xiàn)異常情況，就說(shuō)明設(shè)備是存在一些故障。還可以通過(guò)以下幾個(gè)方面進(jìn)行診斷。

4.1詢問(wèn)

當(dāng)接到機(jī)床故障的消息時(shí)，應(yīng)立即趕到到機(jī)床使用地點(diǎn)，首要是找到操作者詢問(wèn)故障期間的真實(shí)情況，這很關(guān)鍵，要了解這次故障是偶然突發(fā)的還是歷史遺留問(wèn)題。操作者在現(xiàn)場(chǎng)提供的消息對(duì)進(jìn)行下一步的調(diào)查故障原因是很重要的。一般會(huì)從幾個(gè)方面進(jìn)行詢問(wèn)：（1）數(shù)控機(jī)床之前是否經(jīng)常出現(xiàn)的故障是哪些；（2）機(jī)床設(shè)備在啟動(dòng)時(shí)有什么不正常的情況；（3）發(fā)生故障后加工的工件的精度是否與原來(lái)相比有很大差別；（4）詢問(wèn)機(jī)床的保養(yǎng)情況；（5）機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)是否正常運(yùn)行。有沒(méi)有出現(xiàn)速度不均勻的現(xiàn)象。

4.2細(xì)看

大概了解日常情況后，維修人員在到設(shè)備使用地還需要進(jìn)行勘察，仔細(xì)觀察機(jī)床以下方面情況：（1）機(jī)床零部件是否有磨損的情況。這很容易就可以發(fā)現(xiàn)，按理說(shuō)每周定期檢查的話可以在記錄表中就可以找到，因?yàn)槟p是經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才會(huì)引起故障。要做好記錄，可能看似不起眼的零件就能導(dǎo)致整個(gè)機(jī)器的故障；（2）看工件。機(jī)床的精度是非常高的，可以加工出來(lái)的產(chǎn)品質(zhì)量來(lái)識(shí)別機(jī)床故障程度。甚至可以縮小排查范圍，尺寸問(wèn)題就有可能與傳動(dòng)系統(tǒng)有關(guān)。對(duì)于表明有波紋的產(chǎn)品要看波紋數(shù)與機(jī)床主軸傳動(dòng)齒輪是否一致；（3）看變形。通電運(yùn)行的機(jī)床滾珠絲杠、傳動(dòng)軸有沒(méi)有發(fā)生變形；帶輪和齒輪的端面有沒(méi)有跳動(dòng)的現(xiàn)象；（4）看轉(zhuǎn)速。傳送帶的速度是否均勻，要是速度異?？梢钥纯待X輪有沒(méi)有什么缺失；（5）看顏色。機(jī)床的主軸和軸承轉(zhuǎn)動(dòng)異常時(shí)，會(huì)出現(xiàn)發(fā)燙的現(xiàn)象，長(zhǎng)期如此機(jī)床顏色變泛黃。此外還要注意油箱以及冷卻液有沒(méi)有雜質(zhì)的介入或者高溫使顏色變得奇怪。

4.3 傾聽(tīng)

正常運(yùn)行的機(jī)床在工作狀態(tài)下發(fā)出的聲響是有規(guī)律的，并且是持續(xù)穩(wěn)定的。而不正常的機(jī)器在運(yùn)行是可能會(huì)出現(xiàn)雜音?；蛘呤窃O(shè)備斷斷續(xù)續(xù)的聲音。比如可以從以下方面聽(tīng)這些異聲：（1）一些零件的損壞是在內(nèi)部，很難發(fā)現(xiàn)。這是可以使用小手錘擊打零件聽(tīng)是否破損，有裂紋的零部件發(fā)出的聲音是沉悶的；（2）撞擊聲。在不敞亮的環(huán)境下有間斷沖擊聲，可能是由于螺絲松動(dòng)或有物體撞擊導(dǎo)致的；（3）摩擦聲。機(jī)器在運(yùn)行過(guò)程中要是由于零件松動(dòng)，與另一部件發(fā)生接觸可能會(huì)有尖銳的摩擦聲。（4）泄漏聲。對(duì)于漏氣孔較小，會(huì)聽(tīng)到嘶的一聲。持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，常見(jiàn)的是漏氣、漏液。

4.4 觸摸

用手觸碰也能判斷機(jī)床故障點(diǎn)：（1）繼續(xù)在運(yùn)行時(shí)如果長(zhǎng)時(shí)間摩擦?xí)杏X(jué)發(fā)燙；（2）用手觸摸，有震感，這可以排查機(jī)械部分的故障問(wèn)題；（3）如果感覺(jué)到有爬行，可能是潤(rùn)滑油不夠，或者是液壓系統(tǒng)有空氣進(jìn)入；（4）檢查手輪或轉(zhuǎn)動(dòng)主軸，觀察它們的松緊程度是否合適，可以初步判斷這些部件是否有問(wèn)題。

4.5 嗅覺(jué)

這個(gè)基本用不到但還是簡(jiǎn)單介紹一下，如果聞到濃烈的油煙氣、或者焦糊味，先找出產(chǎn)生的部位，可能是電氣原因造成線路短路。

以上是常用的診斷方法，成本少、操作簡(jiǎn)單，在日常維修中也是經(jīng)常使用。也可以根據(jù)自己的實(shí)際情況不斷積累經(jīng)驗(yàn)完善檢驗(yàn)流程。

5 全新的診斷方式

5.1 油樣分析法

在數(shù)控機(jī)床在工作中會(huì)用到潤(rùn)滑油和液壓油。大量的數(shù)控機(jī)床信息可以直接通過(guò)油樣分析結(jié)果就可以得到。設(shè)備使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)摩擦的現(xiàn)象，潤(rùn)滑油可以減小摩擦。潤(rùn)滑油是用在機(jī)床內(nèi)部的，使用過(guò)程會(huì)產(chǎn)生一些的碎屑，一些機(jī)械零件的磨損程度可以通過(guò)對(duì)潤(rùn)滑油的檢驗(yàn)分析就可以識(shí)別，也能分析找出零件磨損位置。

5.2無(wú)損探傷法

無(wú)損探傷法完全是高科技術(shù)的故障排查方法，保障機(jī)械完好的情況下，對(duì)機(jī)械內(nèi)部和外部進(jìn)行“體檢”，可以快速找到傷痕部位，這對(duì)于數(shù)控機(jī)床的傳統(tǒng)排查方式有突破性的發(fā)展。但要確保機(jī)械內(nèi)部是沒(méi)有危險(xiǎn)源的情況下才可使用。

5.3其它現(xiàn)代診斷法

主要借用現(xiàn)代科技對(duì)設(shè)備進(jìn)行非破壞性監(jiān)測(cè)包括溫升監(jiān)測(cè)、噪聲譜分析、振動(dòng)監(jiān)測(cè)、油液光譜分析等，根據(jù)定量和定性的分析判斷，逐一找出故障原因?？梢杂扇缦路矫嬲页龉收宵c(diǎn)：（1）關(guān)于溫度監(jiān)測(cè)方面。利用溫度探頭，在指定位置固定好分別測(cè)量運(yùn)行軸承，電機(jī)和齒輪箱等表面溫度變化；（2）非破壞性監(jiān)測(cè)。探傷儀可以監(jiān)測(cè)到體內(nèi)部的缺陷，找到裂紋或損傷零件等；（3）噪聲譜分析。通過(guò)精密儀器聲波儀對(duì)齒輪發(fā)出的噪聲信號(hào)進(jìn)行頻譜變化分析，從而判斷齒輪磨損情況。

6 結(jié)論

查找故障產(chǎn)生的原因是靈活多樣的，不是生搬硬套，這也是數(shù)控機(jī)床發(fā)生故障維修棘手的地方。而要查明原因，首先要具備豐富的基本知識(shí)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。一定要有正確的指導(dǎo)方法，不能隨心所欲，不然可能會(huì)做出錯(cuò)誤的判斷和進(jìn)行錯(cuò)誤的操作。

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