淺析數(shù)控機(jī)床常見(jiàn)故障及基本處理技術(shù)

劉思默

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷更新?lián)Q代，網(wǎng)絡(luò)、機(jī)械及自動(dòng)化技術(shù)也得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的使用已普及到各行各業(yè)之中，并且數(shù)控機(jī)床的控制精度、智能化水平不斷提升。由于應(yīng)用了較多的現(xiàn)代現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，數(shù)控機(jī)床的復(fù)雜性不斷增加，這給維修人員的診斷和排出故障提出了更高的要求。因此，為了了解數(shù)控機(jī)床的故障并根據(jù)故障進(jìn)行修復(fù)，本文介紹了數(shù)控機(jī)床技術(shù)特征，分析了數(shù)控機(jī)床常見(jiàn)故障的診斷方法和原理，對(duì)具體問(wèn)題給出了相關(guān)的處理措施，旨在保障數(shù)控機(jī)床的安全可靠運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床;故障;技術(shù)特征;診斷方法;處理措施

0 ?引言

近幾年，我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展突飛猛進(jìn)，數(shù)控機(jī)床技術(shù)不斷與機(jī)電一體化等先進(jìn)科學(xué)技術(shù)系統(tǒng)相結(jié)合，為機(jī)械加工行業(yè)的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的后續(xù)保障。數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用需要基于微處理器，而集成電路的使用可以進(jìn)一步提升數(shù)控機(jī)床的加工效率和加工精度，此外還能夠改善數(shù)控機(jī)床的操作難度，增加產(chǎn)品的批量生產(chǎn)質(zhì)量，不斷推廣集成電路的力度，能夠促進(jìn)我國(guó)機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展。為了提高數(shù)控機(jī)床的加工效率，滿足提高數(shù)控機(jī)床效率的需要，并讓其最大化的發(fā)揮作用，必須對(duì)數(shù)控機(jī)床的常見(jiàn)故障進(jìn)行處理和維護(hù)，從而保證數(shù)控機(jī)床的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

1 ?數(shù)控機(jī)床技術(shù)特征

1.1 高效化

現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床技術(shù)不僅可以降低加工成本，并且具有較高的加工效率，而且可以保證零件的表面質(zhì)量和精度。在目前的機(jī)床加工中，車(chē)銑的加工速度每分鐘可達(dá)到5000-8000m，主軸轉(zhuǎn)速超過(guò)30，000rpm。以前為精密加工，而現(xiàn)在逐步發(fā)展成為超級(jí)精密加工（可達(dá)納米級(jí)），應(yīng)用范圍得到了極大的擴(kuò)展。在納米級(jí)超精密加工中，主軸的旋轉(zhuǎn)精度可以達(dá)到0.02nm左右，表面粗糙度Ra=0.003nm。目前數(shù)控機(jī)床表現(xiàn)出高效化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展態(tài)勢(shì)，數(shù)控機(jī)床制造商和銷(xiāo)售商，也逐步提高數(shù)控機(jī)床的的可靠性要求。零件的加工和生產(chǎn)一般在處理、安裝和降低速度上花費(fèi)大量時(shí)間，為了減少在此過(guò)程中的時(shí)間，目前人們?cè)絹?lái)越重視復(fù)合功能型機(jī)床的研制。

1.2 多軸化

目前數(shù)控加工技術(shù)中，編程軟件和五軸聯(lián)動(dòng)技術(shù)已逐漸成熟，在自由曲面加工中，使用五軸聯(lián)動(dòng)控制和數(shù)控編程技術(shù)，能夠使工件三維表面在銑削過(guò)程中，控制在合理的切削速度范圍內(nèi)，大幅度提高了工件表面的加工精度，滿足了現(xiàn)代高精度試件的加工要求。與三軸聯(lián)動(dòng)控制相比，五軸聯(lián)動(dòng)技術(shù)有著明顯的優(yōu)勢(shì)，已成為大型機(jī)床制造商開(kāi)發(fā)研究的關(guān)鍵技術(shù)。

1.3 智能化

當(dāng)前的制造技術(shù)逐步實(shí)現(xiàn)智能化，在模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和數(shù)字網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等方面開(kāi)發(fā)了智能處理，通過(guò)模擬人工在處理過(guò)程中的智能活動(dòng)，解決了處理過(guò)程中的一些不確定性和人為因素諸多因素的干預(yù)。數(shù)控機(jī)床的智能化主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：第一，連接性能和驅(qū)動(dòng)性能逐步實(shí)現(xiàn)智能控制;第二，加工過(guò)程中逐步實(shí)現(xiàn)智能化，自動(dòng)生成加工工藝參數(shù)，使加工質(zhì)量和加工效率明顯提高;第三，數(shù)控機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)和故障診斷方面逐步實(shí)現(xiàn)智能化;第四，在數(shù)控編程技術(shù)下，人機(jī)操作界面更加合理智能，使操作過(guò)程簡(jiǎn)單可靠。此外，使用計(jì)算機(jī)建立網(wǎng)絡(luò)連接，首先使用生產(chǎn)站點(diǎn)和企業(yè)的內(nèi)部LAN，然后使用Internet連接到企業(yè)外部，實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的網(wǎng)絡(luò)化操作、監(jiān)控。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷成熟，，已經(jīng)提出了數(shù)字制造的未來(lái)發(fā)展理念，使用現(xiàn)代化信息技術(shù)后，數(shù)控機(jī)床的通訊服務(wù)等功能也逐漸引起人們的重視。

1.4 綠色化

數(shù)控機(jī)床的發(fā)展也需要充分重視環(huán)境保護(hù)和節(jié)能減排，不斷促進(jìn)我國(guó)機(jī)械加工制造行業(yè)朝著綠色化方向發(fā)展。目前在國(guó)家對(duì)節(jié)能減排的要求號(hào)召下，機(jī)械加工制造行業(yè)環(huán)保意識(shí)有所提升，但主要體現(xiàn)在切削液的使用方面。制造加工過(guò)程中使用切削液不僅能夠危害工作人員的身心健康，而且排放后會(huì)造成環(huán)境污染，此外使用切削液還會(huì)增加加工成本造成資源的浪費(fèi)。如果不使用切削液需要在室外環(huán)境中進(jìn)行加工制造，但基于當(dāng)前加工模式和相關(guān)試件要求，在室外難以滿足加工要求，不可避免的使用切削液，因此數(shù)控機(jī)床的綠色化發(fā)展還需要人們的共同努力，實(shí)現(xiàn)綠水青山的美好前景。

2 ?數(shù)控機(jī)床的常見(jiàn)故障及維護(hù)

當(dāng)前，我國(guó)數(shù)控機(jī)床技術(shù)飛速發(fā)展，但與國(guó)外技術(shù)相比還存在一定的差距，主要表現(xiàn)在產(chǎn)品技術(shù)含量較低、高端技術(shù)被國(guó)外壟斷以及高級(jí)功能元件不能自己生產(chǎn)制造依賴進(jìn)口，并且這些問(wèn)題的存在嚴(yán)重影響我國(guó)高端制造也的發(fā)展。目前數(shù)控機(jī)床主要在主軸電機(jī)、主軸箱兩個(gè)方面存在的問(wèn)題較大，具體表現(xiàn)在電機(jī)發(fā)熱、電機(jī)噪聲、電機(jī)振動(dòng)、主軸發(fā)熱和噪音、加工尺寸不穩(wěn)定等方面。當(dāng)前，在中國(guó)的飛速發(fā)展中，我們?yōu)楫a(chǎn)品的各項(xiàng)性能提出了新的要求，許多國(guó)外的數(shù)控機(jī)床技術(shù)已經(jīng)大量引進(jìn)中國(guó)，并在實(shí)際生產(chǎn)中使用，更好地利用數(shù)控機(jī)床充分發(fā)揮其出色的性能。我們總結(jié)了以下數(shù)控機(jī)床常見(jiàn)的故障和維護(hù)方法：

2.1 主軸電機(jī)

變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)一般具有穩(wěn)定的作業(yè)指標(biāo)，機(jī)械性能較好，由于中國(guó)當(dāng)前環(huán)境以及諸多因素的影響，目前中國(guó)的數(shù)控機(jī)床仍采用變頻調(diào)速電機(jī)。變頻調(diào)速電機(jī)相對(duì)成本較低，工作高效穩(wěn)定，接線較為便捷，并且功率較大調(diào)速平穩(wěn)，能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)級(jí)變速。根據(jù)國(guó)內(nèi)有關(guān)變頻電機(jī)的相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，主要存在以下故障。

2.1.1 電機(jī)發(fā)熱

電機(jī)發(fā)熱問(wèn)題，首先應(yīng)判斷是否是由于電器本身工作不正常，如果是由電器本身問(wèn)題引起的，則可以立即更換。如果電機(jī)軸承損壞并且不能正常旋轉(zhuǎn)，那軸承將會(huì)有較大的旋轉(zhuǎn)阻力，容易導(dǎo)致軸承部分迅速發(fā)熱，這些熱量散發(fā)較慢容易引起潤(rùn)滑脂的破壞或燃燒。則會(huì)導(dǎo)致軸承不旋轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)阻力很大。導(dǎo)致的現(xiàn)象是局部快速加熱并且容易燃燒油脂。此外，如果電機(jī)冷卻方法為強(qiáng)制風(fēng)冷，需要檢查排氣風(fēng)扇的冷卻問(wèn)題。

處理技術(shù)：根據(jù)對(duì)軸承損壞程度的判斷，可以直接更換有故障的軸承并使用全新的軸承，對(duì)于更換后的軸承，需要均勻地涂抹適量的潤(rùn)滑脂，并且仔細(xì)檢查排氣扇是否正常工作，并且清除電機(jī)和風(fēng)扇上的灰塵。

2.1.2 電機(jī)噪聲

如果電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)出異常噪音，出現(xiàn)這種情況最大的可能是軸承自身已經(jīng)損壞，沒(méi)有辦法完成正常選裝，其次考慮是潤(rùn)滑油磨損殆盡，導(dǎo)致軸承轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)摩擦力較大。

處理技術(shù)：如果軸承磨損嚴(yán)重，可以直接更換電機(jī)軸承，更換后要及時(shí)涂抹潤(rùn)滑脂。如果電機(jī)軸承本身沒(méi)有問(wèn)題，可以增加潤(rùn)滑脂涂抹量，保持軸承運(yùn)轉(zhuǎn)流場(chǎng)。

2.1.3 電機(jī)振動(dòng)

電機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，應(yīng)該想到是否軸承自身產(chǎn)生損壞，一旦軸承發(fā)生損壞，就會(huì)產(chǎn)生噪聲以及局部發(fā)熱。如果不是軸承自身產(chǎn)生損壞，最大可能為固定電機(jī)的螺栓產(chǎn)生松動(dòng)，由于電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)會(huì)一直運(yùn)轉(zhuǎn)，容易出現(xiàn)電機(jī)振動(dòng)的現(xiàn)象。此外，電機(jī)與軸承不配套，或不符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。

處理技術(shù)：通常直接更換電動(dòng)機(jī)軸承，更換后要及時(shí)均勻的涂抹潤(rùn)滑脂，嚴(yán)禁使用過(guò)多油脂。將固定電機(jī)的螺栓等固定裝置檢查一遍，確保其牢固，以有效消除電動(dòng)機(jī)自轉(zhuǎn)引起的振動(dòng)，同時(shí)檢查皮帶輪的運(yùn)行狀態(tài)，皮帶輪內(nèi)徑與電機(jī)軸承之間的間隙是否在允許范圍內(nèi)。

2.2 主軸箱

機(jī)床中另一重要組件是主軸箱，主軸箱中的主要部件和支撐部件，都需要良好的剛性和抗震性，并且對(duì)活塞的加工質(zhì)量要求也較高，主軸的加工精度以及熱變系數(shù)對(duì)主軸箱的安全可靠運(yùn)行也有重要影響。目前數(shù)控機(jī)床多用變頻電機(jī)，所以主軸箱的構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，便于我們理解和掌握其中的構(gòu)造。主軸箱仍然存在用于支撐主軸的軸承，并且皮帶是電動(dòng)機(jī)的唯一力傳遞構(gòu)件，皮帶執(zhí)行相關(guān)部件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。通過(guò)這樣的結(jié)構(gòu)能夠完成切割的工作。目前國(guó)內(nèi)主軸箱的缺點(diǎn)是噪聲較大，并且容易發(fā)熱，造成試件的加工尺寸相對(duì)不穩(wěn)定。針對(duì)主軸箱存在的問(wèn)題及處理技術(shù)如下：

2.2.1 主軸發(fā)熱和噪音

軸承損壞可能還會(huì)導(dǎo)致主軸發(fā)熱，并且旋轉(zhuǎn)存在問(wèn)題，但是在電機(jī)外力作用下，會(huì)強(qiáng)迫軸承旋轉(zhuǎn)，在沒(méi)有潤(rùn)滑脂或者潤(rùn)滑脂較少的情況下，降溫降噪效果下降，就會(huì)引起主軸發(fā)熱和噪聲。軸承密封性過(guò)緊也會(huì)引起噪音。

處理技術(shù)：主軸一旦發(fā)熱要及時(shí)找到主軸上的發(fā)熱點(diǎn)，然后確定故障類(lèi)型。一般先停止電機(jī)操作，斷電后用手轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)軸，用手感受主軸的旋轉(zhuǎn)是否正常，當(dāng)旋轉(zhuǎn)時(shí)有明顯轉(zhuǎn)不動(dòng)的部分，造成這種情況的原因可能是由于旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生發(fā)熱，這是要及時(shí)的清洗主軸，若損壞嚴(yán)重要更換配套主軸，清洗和更換后要及時(shí)均勻涂抹潤(rùn)滑脂。在清洗主軸時(shí)，一般采用汽油或者煤油，并且在清洗過(guò)程分為粗細(xì)和精洗兩步完成，在清洗完成后按照相關(guān)規(guī)程，涂抹適量潤(rùn)滑脂后安裝上去。當(dāng)軸承預(yù)緊力過(guò)大，主要是軸承之間的間隙過(guò)小，可以通過(guò)調(diào)整墊片解決這類(lèi)問(wèn)題。

2.2.2 加工尺寸不穩(wěn)定

當(dāng)加工零件的質(zhì)量不穩(wěn)定，但是我們的程序正確時(shí)，我們需要確定主軸軸承是否已損壞，或者軸承間隙是否不合格，檢查軸承間隙是否在允許的誤差范圍內(nèi)，如果出現(xiàn)上述情況都有可能造成加工試件精度不高且尺寸不穩(wěn)定。

處理技術(shù)：第一步要先檢查軸承是否已經(jīng)損壞，如果軸承損壞較為嚴(yán)重，要立即更換。在加工試件的尺寸不合格時(shí)，要調(diào)整軸承間隙間的墊片厚度，只有在合適軸承間距和軸承厚度情況下，才能在運(yùn)行時(shí)保持良好的軸向和徑向運(yùn)動(dòng)，使加工后的試件符合相關(guān)要求。

3 ?結(jié)語(yǔ)

簡(jiǎn)而言之，數(shù)控機(jī)床在作業(yè)過(guò)程中，隨時(shí)都會(huì)發(fā)生故障，由于發(fā)生故障的類(lèi)型不同，導(dǎo)致這些故障的產(chǎn)生原因也不相同，后期處理故障和保養(yǎng)維護(hù)也要采取不同的方法，目前隨著數(shù)控機(jī)床高效化、多軸化、智能化、綠色化方向發(fā)展，導(dǎo)致數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜、越來(lái)越精細(xì)。當(dāng)前數(shù)控機(jī)床主要在主軸電機(jī)、主軸箱兩大方面容易產(chǎn)生故障，但其他小故障也會(huì)隨時(shí)發(fā)生，相關(guān)技術(shù)人員要掌握多樣的診斷方法，結(jié)合故障發(fā)生的原因、部位采取科學(xué)有效的維護(hù)手段。此外，日常使用中還要注意數(shù)控機(jī)床的保養(yǎng)與維護(hù)，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理，不但能夠保障機(jī)床的服務(wù)年限，還能夠節(jié)約大量不必要的花費(fèi)。

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