淺談數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)分析以及故障診斷維修方法

文/王健 王雪，沈陽機床股份有限公司

1 數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)的組成

數(shù)控機床主要由機床基礎(chǔ)部件、主運動傳動系統(tǒng)、進給運動傳動系統(tǒng)、部分輔助動作與功能系統(tǒng)和裝置、工件實現(xiàn)回轉(zhuǎn)、定位的裝置與附件、特殊功能裝置以及所有反饋裝置與元器件等機械結(jié)構(gòu)組成。其中，機床基礎(chǔ)部件主要包括立柱、工作臺、床身等。通過主運動傳動系統(tǒng)能夠確保主運動的完成。通過進給運動傳動系統(tǒng)能夠確保進給運動的完成。在部分輔助動作與功能系統(tǒng)和裝置中，其結(jié)構(gòu)主要包括液壓系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、排屑、防護裝置、刀架、自動換刀裝置等。在特殊功能裝置中，其結(jié)構(gòu)主要包括刀具破損檢測裝置、精度檢測裝置、監(jiān)控裝置、加工過程圖形顯示等等。

2 數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)故障診斷的方法

2.1 簡易診斷方法

我們通常所說的機械檢測法主要指的是其簡易診斷法。在對數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)故障進行檢測的過程中，相關(guān)維修人員會對普通的檢查工具進行運用，通過簡易診斷法，能夠?qū)?shù)控機床的故障部位予以迅速測試與確定，對其惡劣化方向也能開展相關(guān)監(jiān)測活動，對于存在疑難問題的故障，也能有選擇性的開展詳盡的診斷活動。要想使簡易診斷法的工作效率得到高效保證，相關(guān)維修工作人員應(yīng)當(dāng)具備豐富的工作經(jīng)驗。

2.2 精密診斷法

（1）溫度檢測。溫度監(jiān)測主要包括兩種檢測形式，即接觸型溫度檢測與非接觸型溫度檢測。其中，接觸型溫度檢測指的是運用測量貼片、溫度計、熱敏涂料、熱電偶，直接測量電動機、接觸軸承等裝置的表面位置。非接觸性溫度檢測指的是對于不適合直接接觸的物體，運用紅外熱像儀、紅外掃描儀等先進工具，開展相關(guān)檢測工作，該方法比較高效便捷，在機床運行發(fā)熱異常的檢測中，經(jīng)常對該方法進行運用。

（2）振動測試。利用機床個別特征點上所安裝的傳感器，通過振動計開展檢測工作，進而對加速度、幅度頻率特征、位于速度等特定測量處總振動級別的大小進行測試，進而預(yù)測并監(jiān)控相關(guān)故障問題。

（3）噪聲監(jiān)測。對于機床軸承、齒輪在工作過程中噪音的變化情況，通過聲波計與噪聲測量計，開展進一步分析工作，對軸承、齒輪磨損失效所產(chǎn)生的故障情況做出判別與確定。在所有的診斷信息中，應(yīng)用最為普遍的當(dāng)屬振動與噪聲。在進行噪聲監(jiān)測的過程中，應(yīng)當(dāng)對其強度進行測定，確定存在異常情況時，注重開展定量分析工作。

（4）油液分析。在對零部件磨損狀況進行測量時，經(jīng)常運用油液分析來進行。運用原子吸收光譜儀，來分析一些殘余物質(zhì)的形狀、成分、大小以及深度，這些殘余物質(zhì)主要指的是外來雜質(zhì)與所有金屬微粒，通過相關(guān)分析工作的開展，能夠?qū)α悴考p狀態(tài)、機理以及磨損程度進行判定，進而能夠?qū)α悴考p總體狀況進行詳細(xì)了解與掌握。

（5）裂紋監(jiān)測。在對數(shù)控機床零件內(nèi)部機體裂紋缺陷進行觀察的過程中，可以運用超聲波法、電阻法、聲發(fā)射法、磁性探傷法等方法來進行，一旦出現(xiàn)疲勞裂縫，可能會引發(fā)重大安全事故，對維修與操作人員的健康與安全造成嚴(yán)重危險。為了確保裂紋監(jiān)測的精確性，應(yīng)當(dāng)根據(jù)裂紋的材料性質(zhì)來選擇相關(guān)的監(jiān)測方法，確保裂紋監(jiān)測方法能夠與其裂紋材料性質(zhì)相適應(yīng)。

2.3 機械振動檢測診斷法

（1）診斷過程。機械振動診斷工作的開展應(yīng)當(dāng)首先對被診斷設(shè)備的有關(guān)技術(shù)資料進行閱讀，對相關(guān)傳動關(guān)系與計算機傳動件的特征數(shù)值進行認(rèn)真分析。之后，對相關(guān)信號內(nèi)容進行獲取，根據(jù)所取得的信號內(nèi)容，對信號開展調(diào)整和處理工作。最后，認(rèn)真分析相關(guān)信號內(nèi)容，并在此基礎(chǔ)上，判定數(shù)控機床故障的位置與性質(zhì)。

（2）故障振動信號分類。關(guān)于故障振動信號的分類方面，主要包括兩種，即：平穩(wěn)性故障信號與沖擊性故障信號。

（3）設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)。在對設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)進行運用的過程中，其信息來源就是機床的振動，信號的取得是在機床運轉(zhuǎn)過程中完成的，通過處理并分析信號內(nèi)容，能夠根據(jù)某些特征量的轉(zhuǎn)變情況，來對是否存在故障進行判斷，一旦確定故障存在，就會通過所累積的診斷經(jīng)驗，來對故障的性質(zhì)進行判定，然后與其他有關(guān)依據(jù)內(nèi)容結(jié)合起來，對故障所存在的位置開展深入判定工作。

（4）故障振動信號分類及特征。所謂的平穩(wěn)性故障信號指的是通過準(zhǔn)周期性力信號、正弦周期性力信號與復(fù)雜周期性力信號的影響，機械結(jié)構(gòu)所生成的響應(yīng)信號。響應(yīng)信號的頻率成分等同于激勵信號的頻率成分。頻譜屬于有限根譜線的范疇，在特征頻率與倍頻中將能量統(tǒng)一起來。

在沖擊性故障信號中，脈沖響應(yīng)的形成是在機械結(jié)構(gòu)的周期性沖擊力中完成的，與沖擊信號自身存在顯著差別。其能夠在較短時間內(nèi)，對信號能量進行釋放，頻譜屬于無窮根譜線范疇，脈沖頻率就是間隔在基頻位置處將能量統(tǒng)一起來。

（5）信號分析方法。信號分析方法主要指的是時域分析法與頻域分析法兩種。時域分析法指的是對信號的幅度值與時間關(guān)聯(lián)進行熟悉，然后對震動程度及設(shè)備故障嚴(yán)重程度進行判定。

在頻域分析法中，幅值譜分析指的是通過傅立葉變換與積分，用頻域信號取代時域信號。濾波譜指的是對平穩(wěn)性故障信號作出相關(guān)分析。

（6）針對相關(guān)儀器系統(tǒng)，開展系統(tǒng)測試工作。對系統(tǒng)進行相應(yīng)測試，針對測試結(jié)果進行系統(tǒng)維護，結(jié)合之前的多種測試方法及故障檢測內(nèi)容對系統(tǒng)進行優(yōu)化。

3 結(jié)語

數(shù)控機床的應(yīng)用越來越廣泛，對其故障進行診斷，并結(jié)合相應(yīng)的維修方法進行機床穩(wěn)定可靠性保持，則有助于數(shù)控機床的良好運行，對于提升其工作質(zhì)量與效率，延長其使用壽命均具有重要作用。相關(guān)人員還需要在此方面下功夫，做好數(shù)控機床結(jié)構(gòu)分析，定期或不定期進行故障診斷，做好相應(yīng)設(shè)備維護。