孟天祥，田 瑞，鐵彥清

(寧夏理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，寧夏 石嘴山 753000)

0 引言

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，金屬切削設(shè)備自動(dòng)化水平越來(lái)越高，各類(lèi)金屬加工機(jī)械在生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，機(jī)械的使用程度在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中占有舉足輕重的地位[1-2]。金屬切削機(jī)床一般包括車(chē)、銑、刨、磨等的常用機(jī)床，這些金屬切削設(shè)備是機(jī)械加工中最基本、最常見(jiàn)的加工設(shè)備之一，在機(jī)械制造中起著非常重要的地位。金屬切削設(shè)備的使用程度成為衡量企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的重要指標(biāo)，特別是機(jī)械制造企業(yè)機(jī)床利用率普遍高，在使用中可能會(huì)受到多種因素的影響，因此，探析金屬切削設(shè)備維修中故障診斷技術(shù)的應(yīng)用具有非常大的意義。

保障車(chē)床切削加工的正常工作和運(yùn)行，提高其設(shè)備使用效率，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，需要與設(shè)備維修工作緊密結(jié)合起來(lái)，才能確保金屬切削設(shè)備時(shí)常處于正常的并且良好的工作狀態(tài)?，F(xiàn)主要針對(duì)普通車(chē)床在工作中常見(jiàn)的故障進(jìn)行相應(yīng)的探析，分析故障產(chǎn)生的原因及有效的排除措施，做好金屬切削機(jī)床維護(hù)保養(yǎng)提高使用壽命。

1 金屬切削設(shè)備故障原因及分析方法

機(jī)器因?yàn)槟撤N原因失去正常工作能力的現(xiàn)象稱(chēng)為故障[3-4]。在設(shè)備長(zhǎng)期使用過(guò)程中，機(jī)械零件由于在設(shè)計(jì)、材料、工藝及裝配中等各種原因，失去原定的一些功能，無(wú)法繼續(xù)完成工作的現(xiàn)象稱(chēng)為失效。當(dāng)機(jī)械設(shè)備的一些關(guān)鍵零部件失效時(shí)，如床身導(dǎo)軌面嚴(yán)重磨損、主軸滾動(dòng)軸承的磨損、齒輪的磨損等等這些關(guān)鍵零件的失效就意味著設(shè)備是處于故障狀態(tài)。

在機(jī)械制造業(yè)中，最常用的普通車(chē)床是進(jìn)行機(jī)械加工的主體構(gòu)建和重要設(shè)施，是機(jī)械制造中最為常用的金屬切削設(shè)備之一，主要用于各類(lèi)回轉(zhuǎn)表面的多種工序多次的加工，如圓柱面、圓錐面、端面等，另外還要進(jìn)行的螺紋加工，成型面的加工以及各種不同鉆孔等，在機(jī)械制造中有著非常重要的地位。

1.1 常見(jiàn)故障原因

在加工過(guò)程中，普通車(chē)床出現(xiàn)一些常見(jiàn)的故障，如主軸磨損、齒輪花鍵內(nèi)孔與花鍵軸的磨損、圓柱工件加工后外徑產(chǎn)生的錐度[5-6]。產(chǎn)生的原因，床頭箱主軸軸線(xiàn)對(duì)溜板移動(dòng)導(dǎo)軌的平行度誤差，主軸軸承間隙過(guò)大，軸承磨損，主軸徑向圓度超差等的常見(jiàn)故障。應(yīng)該對(duì)這些普遍出現(xiàn)的故障問(wèn)題能夠及時(shí)地進(jìn)行排除并解決，以避免影響正常的生產(chǎn)進(jìn)度，對(duì)于不能及時(shí)排除的故障，將會(huì)給正常的生產(chǎn)帶來(lái)一些不必要的損失，而在故障狀態(tài)下的繼續(xù)生產(chǎn)，將會(huì)進(jìn)一步加重產(chǎn)品質(zhì)量的降低，進(jìn)而使生產(chǎn)效率的降低，機(jī)床的使用壽命也將會(huì)快速縮短?？梢?jiàn)，在機(jī)械使用過(guò)程中，及時(shí)的對(duì)車(chē)床出現(xiàn)的各種突發(fā)性故障問(wèn)題進(jìn)行必要診斷和及時(shí)的排除是機(jī)械加工工作中非常重要的一環(huán)。

由于制造業(yè)加工設(shè)備利用率高，隨之而來(lái)的是金屬切削設(shè)備機(jī)械的故障相對(duì)頻繁，所以設(shè)備故障的排除和診斷技術(shù)對(duì)于提高設(shè)備的使用性能顯得非常重要。機(jī)械設(shè)備在使用中故障分析的目的不僅要判斷故障發(fā)生的性質(zhì)，更要查找發(fā)生故障的原因，由于機(jī)械設(shè)備長(zhǎng)期的使用發(fā)生故障的原因各不相同，一般是先按零件工作表面不可避免會(huì)出現(xiàn)如磨損、疲勞、斷裂、變形、腐蝕或操作不當(dāng)?shù)瘸Ｒ?jiàn)的失效形式，設(shè)備的老化等原因造成設(shè)備精度下降，從而導(dǎo)致設(shè)備技術(shù)狀態(tài)發(fā)生劣化以至出現(xiàn)故障。

機(jī)械設(shè)備在使用中往往因?yàn)楦鞣N原因存在著帶病工作現(xiàn)象，所以零部件也同樣存在超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的情況，該情況的產(chǎn)生更加重了零部件的磨損，生產(chǎn)中常出現(xiàn)的問(wèn)題是不重視對(duì)設(shè)備進(jìn)行必要的保養(yǎng)而產(chǎn)生的。設(shè)備只有在的合理使用和精心保養(yǎng)下，才能使設(shè)備發(fā)揮最大效能，因此，對(duì)于設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)是設(shè)備管理工作中必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。至于設(shè)備使用期限的長(zhǎng)短，生產(chǎn)效率的高低以及工作精度的差異，固然取決于設(shè)備本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和性能的好壞，但是，在很大的程度上，還取決于對(duì)設(shè)備的正常使用和精心保養(yǎng)情況。如果對(duì)設(shè)備而言，不重視其常用的維護(hù)及保養(yǎng)，機(jī)床在使用過(guò)程中往往就會(huì)出現(xiàn)各種意想不到的故障，這些故障若不及時(shí)排除，不僅影響了生產(chǎn)及工作效率，而且還將出現(xiàn)導(dǎo)致機(jī)床主要零件的損壞或著機(jī)床的技術(shù)狀態(tài)迅速下降的現(xiàn)象。因此，必須了解和掌握針對(duì)普通車(chē)床中常見(jiàn)的故障，才能夠運(yùn)用正確的方式方法排除故障，進(jìn)而保障機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)行。

1.2 故障分析方法

一般是從發(fā)生的故障現(xiàn)象作為切入點(diǎn)，普通車(chē)床設(shè)備故障分為自然故障和事故性故障兩類(lèi)。自然故障是設(shè)備在有效期內(nèi)，因受到外部或內(nèi)部多種自然因素的影響而引起的故障，如機(jī)器零件在正常磨損下造成的零部件產(chǎn)生的變形、斷裂、磨損、腐蝕等，這些是在使機(jī)械零件的失效問(wèn)題發(fā)生后而引起的機(jī)械設(shè)備故障。事故性故障往往是指因各種維護(hù)的不到位和各種間隙的調(diào)整不當(dāng)?；蚴沁`反操作規(guī)程造成了設(shè)備故障。

機(jī)器在故障發(fā)生后，其本身的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)部分或全部下降而達(dá)不到機(jī)器規(guī)定的功能要求，有些零件磨損后影響設(shè)備的精度，如機(jī)床主軸、軸承、導(dǎo)軌等的基礎(chǔ)件的磨損，對(duì)金屬切削設(shè)備的故障進(jìn)行定性和定量分析，由此可較準(zhǔn)確地診斷出金屬切削設(shè)備的故障問(wèn)題。

2 機(jī)械磨損的原因及一般規(guī)律

2.1 設(shè)備故障規(guī)律

機(jī)械設(shè)備除零件磨損外，設(shè)備的故障率會(huì)隨著時(shí)間的變化規(guī)律出現(xiàn)，常稱(chēng)為設(shè)備的壽命曲線(xiàn)圖(浴盆曲線(xiàn))，如圖1所示。設(shè)備故障原因的分布大致主要分為3個(gè)階段：第一階段為早期故障期，是由于設(shè)備在設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)輸、安裝等方面原因造成的故障，其故障率較高，也是設(shè)備的磨合階段的關(guān)鍵期；第二階段隨著故障的逐漸排除而減少并趨于相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，屬于隨機(jī)故障期；第三階段為耗損故障期，當(dāng)隨著設(shè)備零部件的磨損、設(shè)備的老化、設(shè)備性能的下降等原因?qū)?huì)造成故障率上升，這時(shí)若是加強(qiáng)設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)，及時(shí)的修復(fù)或更換易損零部件，則可把故障率降低。故障率可作為反映維修水平及設(shè)備可靠性的一個(gè)重要指標(biāo)。

圖1 設(shè)備故障規(guī)律曲線(xiàn)

如圖1所示，概念性地表示出機(jī)械設(shè)備與時(shí)間相對(duì)應(yīng)的故障曲線(xiàn)，稱(chēng)為壽命特性曲線(xiàn)，也可稱(chēng)為故障頻率的典型模式。

2.2 機(jī)械零件的磨損原因

機(jī)械零件的磨損失效最終必將導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備的故障。相互接觸的物體有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)所表現(xiàn)出阻力的現(xiàn)象會(huì)出現(xiàn)摩擦。機(jī)械設(shè)備在工作過(guò)程中，有相對(duì)運(yùn)動(dòng)零件的表面上發(fā)生尺寸、形狀和表面質(zhì)量變化的現(xiàn)象會(huì)出現(xiàn)磨損。摩擦是不可避免的現(xiàn)象，摩擦與磨損總是相伴相生產(chǎn)生造成機(jī)械零件的失效，當(dāng)機(jī)械零件配合面產(chǎn)生的磨損超過(guò)一定限度時(shí)，會(huì)引起配合性質(zhì)的改變，使間隙增大潤(rùn)滑條件變壞。產(chǎn)生的沖擊、磨損就會(huì)變的越來(lái)越嚴(yán)重，在這種情況下極易發(fā)生事故。因此，采取有效的對(duì)策，預(yù)防控制、監(jiān)測(cè)零件的失效問(wèn)題，意義重大。

2.3 機(jī)械設(shè)備磨損的一般規(guī)律

在機(jī)械設(shè)備的傳動(dòng)中，凡有相對(duì)運(yùn)動(dòng)、相互摩擦的零件(如活塞、活塞環(huán)、主軸軸承、連桿軸承等)都會(huì)有不同程度的磨損。

在不同條件下工作的機(jī)械零件，磨損的原因及磨損程度各不相同，當(dāng)磨損達(dá)到某一極限值時(shí)就會(huì)發(fā)生故障，但零件的磨損量是隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)而變化的，其規(guī)律是相似的，如圖2所示。

圖2 磨損特性曲線(xiàn)

機(jī)械設(shè)備在使用過(guò)程中，由于其零部件會(huì)逐漸產(chǎn)生磨損、變形、斷裂、蝕損等失效形式，設(shè)備的精度、性能和生產(chǎn)率就要下降，導(dǎo)致設(shè)備發(fā)生故障、事故甚至報(bào)廢，因此，及時(shí)地進(jìn)行維護(hù)和修理，才能盡早排除故障，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

3 金屬切削機(jī)床常見(jiàn)故障的排除方法

3.1 車(chē)床加工質(zhì)量精度下降故障排除方法

首先需要調(diào)整的是主軸的前軸承，使主軸在軸向間的間隙得以消除。另外還需檢查螺栓以及正確的安裝螺栓；消除主軸齒輪的節(jié)圓跳動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)需更換齒輪，檢查各傳動(dòng)嚙合間隙并加以調(diào)整。同時(shí)還要更換軸承外套以及對(duì)主軸箱體進(jìn)行修正；重新調(diào)整主軸軸承徑向間隙；減少噪音，保障機(jī)床正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.2 零件產(chǎn)生錐度故障排除方法

普通車(chē)床容易出現(xiàn)的故障很多，每一種故障可能會(huì)涉及到不同的部件，進(jìn)而影響著不同的功能。在排除故障時(shí)，首先，要實(shí)現(xiàn)縱向進(jìn)給加工，并且還要調(diào)整車(chē)床主軸與導(dǎo)軌之間的平行度，各項(xiàng)精度指標(biāo)達(dá)到相應(yīng)的各種標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)實(shí)踐中不斷地分析和觀察，從而有效地排除普通車(chē)床機(jī)械加工過(guò)程中出現(xiàn)的故障。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，及時(shí)地檢查和排除故障，加大對(duì)各類(lèi)金屬加工設(shè)備維修故障的診斷有利于提高設(shè)備的工作效率，保證企業(yè)正常的安全生產(chǎn)，增加產(chǎn)量，改善產(chǎn)品的質(zhì)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低成本，改善其它各項(xiàng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。維修已不單單是恢復(fù)機(jī)械設(shè)備原有性能的一種輔助手段和應(yīng)急措施，而是要改善提高設(shè)備性能，進(jìn)而提高產(chǎn)品質(zhì)量的重要舉措。