數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)故障診斷與維修分析

朱玉榮

摘 要：數(shù)控機床是我國工作生產(chǎn)的重要設備。對數(shù)控機床進行科學、合理的維護，是企業(yè)技術(shù)人員重要的研究課題。然而，數(shù)控機床具體智能化高、復雜性強等特點，相關(guān)的養(yǎng)護與維修工作存在著較大難度。維護工作主要涉及氣動系統(tǒng)、液壓、換刀裝置、絲杠、導軌副以及主軸等內(nèi)容。常見的數(shù)控機床故障普遍出現(xiàn)在機械部件上，維修難度高，因此合理運用各種維修方法，對提高維修工作的效率具有重要意義。本文筆者根據(jù)工作實踐經(jīng)驗對數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)故障診斷與維修進行了分析探討。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機床；機械結(jié)構(gòu)；故障診斷；維修

1 數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)的組成及特點

數(shù)制機床的基礎部件主要包含工作臺、立柱、床身等。主運動傳動系統(tǒng)和進給運動傳動系統(tǒng)分別負責主運動和進給運動；部分輔助功能與輔助運動和裝置，如自動換刀裝置、刀架、防護裝置、冷卻、潤滑、氣動、液壓裝置等；工件實現(xiàn)定位以及回轉(zhuǎn)的附件及裝置，如數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺；特殊功能裝置，如加工過程圖形顯示、監(jiān)控裝置、精度檢測裝置、刀具破損檢測等。數(shù)制機床根據(jù)所接收到的指令完成加工工作。相比于傳統(tǒng)機床，數(shù)控機械的人工操作依賴更小，調(diào)整與控制方法上也存在較大差異。因此，數(shù)控機床無論在組成形式還在在機械結(jié)構(gòu)上，都能夠與自動化控制技術(shù)相適應。機械元件的排列與組合具有較高的靈敏性與抗振性，還具有較高的功能集成性、工藝復合性、可靠性、精度保持性等。

2 數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)的要求

從數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)特點和應用場景出發(fā)，在運行性能方面需要確保數(shù)控機床滿足以下幾方面的要求。第一，較高的機床動剛度與靜剛度。一定要最大程度上控制數(shù)控機床元件在長期運行過程中的彈性變形，保證機床的表面質(zhì)量和加工精度。第二，降低機床熱變形。相關(guān)的養(yǎng)護與維修工作一定要達到降低機床發(fā)熱的要求，找出機床發(fā)熱源，將發(fā)熱源從數(shù)制機床中分享出去。同時，對于起到重要作用的發(fā)熱源進行冷卻控制。對機床低溫區(qū)域進行局部加熱，避免機床表面所存在的溫差造成機床熱變形，維護機床結(jié)構(gòu)。第三，降低長期運行過程中所產(chǎn)生的傳動間隙和摩擦作用。第四，提高機床精度保持性和使用壽命。維修操作人員要最大程度提高機床關(guān)鍵元件的耐磨性。對不同原材使用不同潤滑劑，提高機床硬件系統(tǒng)的運行流暢性。

3 數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)故障診斷的方法

機械設置上的故障主要指的是系統(tǒng)或設備部分或全部喪失原有功能的現(xiàn)象或事件。在長期的運行過程中，機床內(nèi)部元件受到磨損、摩擦、熱、力等方面因素的影響，部分元件喪失或偏離固有功能。當前，工業(yè)領域所使用的數(shù)控機床正向著高附加價值、高速度和高精度的方向發(fā)展。通常情況下，工業(yè)企業(yè)為了進一步提高產(chǎn)品的附加值，會對相關(guān)的故障診斷、點檢以及保養(yǎng)工作進行復雜、有效的工作。在實際的生產(chǎn)實踐中，如果出現(xiàn)的故障問題過于頻繁，勢必會對產(chǎn)品的質(zhì)量與數(shù)量造成不利影響。因此，工業(yè)企業(yè)一定要對機床本身以及造成故障的原因進行深入研究，對有關(guān)的維修手段和故障發(fā)生規(guī)律進行不斷探索，積累數(shù)據(jù)，制定科學、合理的養(yǎng)護與維修方案。

3.1 簡易診斷法

簡易診斷法即維修人員通過相關(guān)的檢查儀器、工具光學儀、水準儀、百分表等設備對機床進行檢測，再通過嗅、摸、聽、看、問等方法根據(jù)機床或元件的氣味、顏色、溫度、聲音以及形貌來診斷機床故障。這種診斷方法能夠有效監(jiān)測劣化趨勢，確定故障部位，是一種相對有效的診斷方法。然而，這種檢測方法需要依賴高水平的人工操作，局限性較大。

3.2 精密診斷法

精密診斷法在對機床進行簡易診斷的基礎上，對疑難故障進行詳細的描述與記錄，由專職診斷人員通過計算機及傳感設備等先進的自動化診斷設備對故障進行分析與檢測。依照檢測數(shù)據(jù)、故障原因和故障位置，確定科學的修理時間和修理方法。這種診斷方法是簡易診斷法的拓展與延續(xù)，專門處理簡易診斷法無法解決的疑難問題。相關(guān)的檢測工作如下所述。

3.2.1 溫度檢測

接觸型溫度檢測，即通過對齒輪箱、電動機、熱敏涂料直接接觸軸承、測量貼片、熱電偶、溫度計等裝置溫度進行測量。非接觸型溫度檢測，即通過紅外掃描儀、紅外熱像儀、紅外測溫儀等先進的遙測設備來測量危險物體的溫度。這種溫度檢測方法操作比較方便，測量結(jié)果也相對準確。

3.2.2 振動測試

振動測試利用傳感器裝置對機床局部或總體振級大小進行測量，如幅頻特征、加速度和位移速度等，能夠精準監(jiān)測和預測故障。

3.2.3 噪聲監(jiān)測

通過聲波計、噪聲測量計，對軸承以及機床督辦在運行過程中的噪聲信號進行收集與分析，判斷并識別軸承以及齒輪的故障狀態(tài)。其中，噪聲和振動是機床診斷中最重要的數(shù)據(jù)信息。根據(jù)強度測定，對機床異常部位進行確認，最后進行定量分析。

3.2.4 油液分析

利用先進的原子吸收光譜儀，檢測液壓油或潤滑油中摻雜的外來雜質(zhì)和金屬微粒，對雜質(zhì)的成分、大小、開關(guān)進行深度分析，對元件的磨損程度、磨損原因以及磨損狀態(tài)進行判斷。

3.2.5 裂紋監(jiān)測

裂紋監(jiān)測所采用的方法通常包括聲發(fā)射法、電阻法、超聲波法以及磁性探傷法等，其監(jiān)測的目的在于對機床元件的裂紋形狀進行描述。由于機床元件的疲勞裂縫容易造成嚴重的生產(chǎn)事故，因此對于性質(zhì)不同的材料，所選擇的監(jiān)測方法也應該進行針對性的調(diào)整。

4數(shù)控機床的維修分析

4.1做好日常的維護工作

數(shù)控機床是機械加工領域的重要機械設備，相關(guān)人員必須要做好日常的維護工作，這樣不僅能夠延長各種元器件的磨損周期，還能有效延長數(shù)控機床的使用壽命。更重要的是，加強對數(shù)控機床日常的維護，可以有效預防各種故障的發(fā)生，從而增強數(shù)控機床無故障工作時間。一般來說，對于數(shù)控機床的隨機性故障的維修，工作人員要重視數(shù)控系統(tǒng)的檢查和維護，保證電氣箱的密封程度達到相關(guān)的標準要求，做到科學的連接和安裝，另外一方面還要保證數(shù)控機床的屏蔽和接地都具有科學性。對于數(shù)控機床的確定性故障，則需要工作人員在日常工作中精心維護和正確使用，掌握好故障的發(fā)生規(guī)律，結(jié)合故障的發(fā)生原因?qū)ΠY下藥，在工作中盡量小心翼翼，雖然這種故障是不可避免的，但是可以將故障發(fā)生的時間延后。

4.2提高機床的利用率

數(shù)控機床是一項全自動的機械設備，如果長期不用或者閑置，數(shù)控機床的各個環(huán)節(jié)中就會出現(xiàn)灰塵、油脂凝固甚至生銹的狀況，這對數(shù)控機床的靜態(tài)傳動功能和動態(tài)傳動功能都會造成不利的影響，而且還會影響數(shù)控機床的加工精度，導致加工出來的機械產(chǎn)品出現(xiàn)較大的誤差，從而帶來各種不必要的麻煩。因此，即使不需要用到數(shù)控機床，相關(guān)工作人員也要對數(shù)控機床進行開機運行，給予其一個很小的速度，使其低速運行。除此之外，工作人員還要經(jīng)常給數(shù)控機床相關(guān)數(shù)控系統(tǒng)通電。

5 結(jié)語

數(shù)控機床在故障表現(xiàn)上往往與普通機床存在一定的相似處，因此數(shù)據(jù)機械的養(yǎng)護與維修工作可以根據(jù)普遍機床的有關(guān)經(jīng)驗進行對比分析。然而，數(shù)控機床在驅(qū)動方式上與普遍機床有著根本性不同。在特殊的元件維修方面，一定要對故障原因進行深入分析，采用特殊的維修手段調(diào)整數(shù)據(jù)機床，提高維修工作的成效。

參考文獻：

[1]徐玉姝.數(shù)控機床主軸箱故障診斷的研究及應用[D].大連：大連理工大學，2005：29-30.

[2]張瑩.數(shù)控機床機械故障診斷方法的研究及應用[D].大連：大連理工大學，2013：17-18.

[3]文妍.基于多源信息融合的數(shù)控機床進給系統(tǒng)機械故障診斷研究[D].青島：青島理工大學，2016：25-26.

[4]聶彩麗.數(shù)控機床網(wǎng)絡化機械故障診斷系統(tǒng)的研究[D].保定：河北農(nóng)業(yè)大學，2008：30-31.