數(shù)控機床機械故障診斷方法的研究及應用

言帆

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

關(guān)鍵詞 數(shù)控機床 機械故障 診斷

中圖分類號：TG659 文獻標識碼：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

我國工業(yè)化水平的提升，工業(yè)機械設(shè)備也逐漸形成大型化、精密化和自動化的發(fā)展趨勢。高科技機械的數(shù)控機床更是常用于機械制造的工廠，發(fā)生故障后要經(jīng)過仔細的設(shè)備檢查和一些專業(yè)的處理方法。機械故障可以通過系統(tǒng)的異常或者對設(shè)備零件的逐一排查來找到故障點。對于機電一體化的數(shù)控機床來說，大部分是由機電內(nèi)部的問題引起設(shè)備故障。所以掌握自動化機械內(nèi)部診斷方法，關(guān)于對數(shù)控機床設(shè)備的故障排查有很大作用。

1 對診斷機床設(shè)備故障的研究情況

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

2 分析設(shè)備結(jié)構(gòu)和研究故障的原因

數(shù)控機床是高精密設(shè)備結(jié)構(gòu)非常復雜，由機床基礎(chǔ)零件、傳送零件、定位結(jié)構(gòu)和具有輔助功能的系統(tǒng)、機構(gòu)，以及一些具有特殊功能的機構(gòu)配置組成。數(shù)控機床是自動化程度極高的大型機械設(shè)備，一般只需要在開始設(shè)定是需要人為操控。而在運行過程中是基本不用人員操作的。數(shù)控機床應滿足以下要求——具備一定程度的剛度，在運行過程中應有良好的抗震功性；有一定的熱穩(wěn)定性，因為在運行過程中機械運動會產(chǎn)生一定的熱量。數(shù)控機床是一種對精密度要求很高的設(shè)備，在操作方面有安全防護機制。由于數(shù)控機床是涉及到機械和電氣結(jié)構(gòu)的大型設(shè)備，在出現(xiàn)故障時可以對機械部分和電氣部分逐一排查。根據(jù)以往經(jīng)驗表明，大部分數(shù)控機床出現(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，在故障原因排查過程中可以先有機械方面開始檢查，再檢查電氣方面的故障。

3 機床設(shè)備故障排查的依據(jù)

3.1 仔細調(diào)查故障現(xiàn)象

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

3.2 仔細分析發(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)生同一報警信號但是有很多因素引起的，可能是在機床上的零件磨損，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，思路不可局限，不管是CNC系統(tǒng)、或是集成電器，還是機械零件，把所有可能造成設(shè)備故障的因素統(tǒng)統(tǒng)列舉下來。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，要通過嚴格的檢測才能直接找到故障點并修復。數(shù)控機床設(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)過維修或者重新替換后才可正常運行。對于軟件故障是說PLC的控制程序中出現(xiàn)錯誤，需要人工新輸入或修改某些程序才能恢復設(shè)備正常狀態(tài)。軟件故障比較棘手，有的甚至會造成數(shù)據(jù)丟失這解決辦法只能與生產(chǎn)廠商或其服務機構(gòu)聯(lián)系才能排除故障。（2）以故障出現(xiàn)時是否有提示，劃分為有診斷指示故障和無診斷指示故障。系統(tǒng)本身是有自診斷功能的，可以監(jiān)控整個系統(tǒng)的軟、硬件功能，發(fā)生故障會有報警和一些簡要的提示，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)控機床傳統(tǒng)故障檢測方式

關(guān)于數(shù)控機床的機械部分的故障可分三過程診斷：（1）辨別數(shù)控機床的是否正常工作，有無存在異?，F(xiàn)象。（2）對運行過程中顯示的數(shù)據(jù)進行動態(tài)觀察看有報警情況。（3）根據(jù)機床的數(shù)據(jù)顯示大概可以知道未來一段期間內(nèi)數(shù)控機床是怎樣的運行情況。熟練的工作人員可根據(jù)機床機械部分的一些參數(shù)顯示就能判斷是否故障，以及查出故障點在哪?；旧鲜前C床的振動、運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)控機床是沒有什么大問題；一旦數(shù)據(jù)或者特征出現(xiàn)異常情況，就說明設(shè)備是存在一些故障。還可以通過以下幾個方面進行診斷。

4.1詢問

當接到機床故障的消息時，應立即趕到到機床使用地點，首要是找到操作者詢問故障期間的真實情況，這很關(guān)鍵，要了解這次故障是偶然突發(fā)的還是歷史遺留問題。操作者在現(xiàn)場提供的消息對進行下一步的調(diào)查故障原因是很重要的。一般會從幾個方面進行詢問：（1）數(shù)控機床之前是否經(jīng)常出現(xiàn)的故障是哪些；（2）機床設(shè)備在啟動時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相比有很大差別；（4）詢問機床的保養(yǎng)情況；（5）機床的傳動系統(tǒng)是否正常運行。有沒有出現(xiàn)速度不均勻的現(xiàn)象。

4.2細看

大概了解日常情況后，維修人員在到設(shè)備使用地還需要進行勘察，仔細觀察機床以下方面情況：（1）機床零部件是否有磨損的情況。這很容易就可以發(fā)現(xiàn)，按理說每周定期檢查的話可以在記錄表中就可以找到，因為磨損是經(jīng)過一段時間才會引起故障。要做好記錄，可能看似不起眼的零件就能導致整個機器的故障；（2）看工件。機床的精度是非常高的，可以加工出來的產(chǎn)品質(zhì)量來識別機床故障程度。甚至可以縮小排查范圍，尺寸問題就有可能與傳動系統(tǒng)有關(guān)。對于表明有波紋的產(chǎn)品要看波紋數(shù)與機床主軸傳動齒輪是否一致；（3）看變形。通電運行的機床滾珠絲杠、傳動軸有沒有發(fā)生變形；帶輪和齒輪的端面有沒有跳動的現(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輪有沒有什么缺失；（5）看顏色。機床的主軸和軸承轉(zhuǎn)動異常時，會出現(xiàn)發(fā)燙的現(xiàn)象，長期如此機床顏色變泛黃。此外還要注意油箱以及冷卻液有沒有雜質(zhì)的介入或者高溫使顏色變得奇怪。

4.3 傾聽

正常運行的機床在工作狀態(tài)下發(fā)出的聲響是有規(guī)律的，并且是持續(xù)穩(wěn)定的。而不正常的機器在運行是可能會出現(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或有物體撞擊導致的；（3）摩擦聲。機器在運行過程中要是由于零件松動，與另一部件發(fā)生接觸可能會有尖銳的摩擦聲。（4）泄漏聲。對于漏氣孔較小，會聽到嘶的一聲。持續(xù)時間長，常見的是漏氣、漏液。

4.4 觸摸

用手觸碰也能判斷機床故障點：（1）繼續(xù)在運行時如果長時間摩擦會感覺發(fā)燙；（2）用手觸摸，有震感，這可以排查機械部分的故障問題；（3）如果感覺到有爬行，可能是潤滑油不夠，或者是液壓系統(tǒng)有空氣進入；（4）檢查手輪或轉(zhuǎn)動主軸，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題。

4.5 嗅覺

這個基本用不到但還是簡單介紹一下，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、操作簡單，在日常維修中也是經(jīng)常使用。也可以根據(jù)自己的實際情況不斷積累經(jīng)驗完善檢驗流程。

5 全新的診斷方式

5.1 油樣分析法

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

5.2無損探傷法

無損探傷法完全是高科技術(shù)的故障排查方法，保障機械完好的情況下，對機械內(nèi)部和外部進行“體檢”，可以快速找到傷痕部位，這對于數(shù)控機床的傳統(tǒng)排查方式有突破性的發(fā)展。但要確保機械內(nèi)部是沒有危險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)代科技對設(shè)備進行非破壞性監(jiān)測包括溫升監(jiān)測、噪聲譜分析、振動監(jiān)測、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：（1）關(guān)于溫度監(jiān)測方面。利用溫度探頭，在指定位置固定好分別測量運行軸承，電機和齒輪箱等表面溫度變化；（2）非破壞性監(jiān)測。探傷儀可以監(jiān)測到體內(nèi)部的缺陷，找到裂紋或損傷零件等；（3）噪聲譜分析。通過精密儀器聲波儀對齒輪發(fā)出的噪聲信號進行頻譜變化分析，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和豐富的實踐經(jīng)驗。一定要有正確的指導方法，不能隨心所欲，不然可能會做出錯誤的判斷和進行錯誤的操作。

參考文獻

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