機械加工設備的故障維修及防范

李南華 曾燕玲

摘要：機械加工設備因其自身的特殊性，在具體的使用過程中通常會出現(xiàn)噪聲大、潤滑不暢、轉子不平衡以及振動不穩(wěn)定等的常見故障，設備出現(xiàn)故障直接造成生產作業(yè)無法正常進行，按照其形成的原因大致可以分客觀原因造成的故障和主觀原因造成的故障，這就需要相關人員能夠根據(jù)故障形成的原因進行認真仔細的分析，從而制定出針對性的維修及防范措施，以此恢復機械加工設備正常運行。

Abstract： Due to the particularity of machining equipment， common faults such as noise， lubrication， rotor unbalance and vibration instability usually appear in the process of machining， the failure of the equipment directly causes the production operation not to be carried out normally. According to the reasons for its formation， the faults can be divided into those caused by objective reasons and those caused by subjective reasons， this requires the related personnel to be able to carry on the careful analysis according to the breakdown formation reason， thus formulates the pointed maintenance and the guard measure， thus resumes the Mechanical Processing Equipment Normal Movement.

關鍵詞：機械加工設備;故障維修;防范

Key words： machining equipment;trouble shooting;preventive measures

中圖分類號：TG502.7 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2022）05-0142-03

0 ?引言

機械加工設備具有連續(xù)與高速、復雜與系統(tǒng)以及自動化程度高等的特點，因此機械加工設備出現(xiàn)了故障，勢必會造成巨大的經(jīng)濟損失。如果能利用現(xiàn)代科學技術對機械設備做到預知性的維護及防范，不僅可以使其實現(xiàn)安全、可靠以及高效運行，還可以延長其使用壽命、降低生產成本和避免事故的發(fā)生。為此，探究機械加工設備的故障維修及防范具有極其重要的現(xiàn)實意義。

1 ?案例概況

某企業(yè)新購一臺德國生產的HF4-2型龍門式機械加工設備，該設備主軸采用高精度軸承和專用潤滑系統(tǒng)。試運行期間一切正常，但在經(jīng)過一段時間的使用之后發(fā)現(xiàn)該設備分別出現(xiàn)了膛孔精度下降，主角銑頭發(fā)熱、圓度差、噪聲大、主軸部件拉桿鋼球損壞以及主軸部件定位鍵損壞等的現(xiàn)象。機械設備操作人員懷疑供油不足，于是注油至滿，重新啟動后故障依舊。隨后又懷疑是油不盡、管路不暢，然后將電磁液壓件全部拆下來清洗一遍，裝好重試，運行依然不正常。

2 ?主軸系統(tǒng)常見故障

由于主軸主要伺服調速電機，所以主軸箱結構大多較于簡化，與普通的機械加工設備結構相比，該企業(yè)的HF4-2型龍門式加工設備多了刀具的自動夾緊和切屑消除裝置、準停裝置。

2.1 膛孔精度下降，主角銑頭發(fā)熱、圓度差、噪聲大

①故障現(xiàn)象。該企業(yè)HF4-2型龍門式機械加工設備在加工過程中發(fā)現(xiàn)膛孔精度下降，主角銑頭發(fā)熱、圓度差、噪聲大。

②故障分析。當設備出現(xiàn)以上問題時，應認真觀察設備主軸定心錐孔和鏜刀桿，發(fā)現(xiàn)該設備在多次換刀過程中拔刀和插到失誤，主軸錐面出現(xiàn)了輕微的損傷，徒手撥動主軸，阻力較小，企業(yè)設備維修人員隨及與設備生產廠家聯(lián)系，廠家擬委派專業(yè)人員來更換主軸部件，由于考慮到境外人員更換主軸費用昂貴，且更換周期長。經(jīng)過認真分析之后，主軸是按照高剛度設計的，只要經(jīng)過修理后就可以正常運行，無需更換主軸。

③故障產生的原因。維修人員在把主軸拆下來并經(jīng)過仔細檢查之后發(fā)現(xiàn)，該設備故障產生的原因主要有以下4點：1）主軸潤滑系統(tǒng)中混有水分、粉塵、切屑液有輕微泄露造成主軸膛孔精度下降，主角銑頭發(fā)熱、圓度差、噪聲大。2）主軸錐孔表面碰傷，錐孔與刀具配合不良，出現(xiàn)偏心。3）主軸軸承預緊力下降，游隙變大。4）主軸部分彈簧疲勞失效，刀具未能被完全拉緊，出現(xiàn)竄動。

2.2 主軸部件拉桿鋼球損壞

①故障現(xiàn)象，HF4-2型龍門式機械加工設備在經(jīng)過一段時間的使用之后發(fā)現(xiàn)主軸部件拉桿鋼球損壞、刀柄拉緊螺釘錐面損壞。

②故障分析。經(jīng)過檢查之后發(fā)現(xiàn)，初步發(fā)現(xiàn)該設備主軸松刀與機械手動拔刀配合動作不協(xié)調，正確換刀流程如下：主軸定位，機械手抓住主軸和刀具，主軸尾部起亞增至油缸動作，推動拉桿向下移動，壓緊刀具彈簧，刀柄松開，發(fā)出松刀信號，機械手旋轉180度，將交換的刀具插入主軸和刀庫即可。

③故障產生的原因。

1）開關螺絲釘松動，螺塞頂桿緊鎖螺絲松動，使活塞頂桿行程減少，松刀過程延遲。2）氣液增壓缸氣壓不足，彈簧預緊力過大，活塞頂桿彎曲，依次檢查各個部位可能出現(xiàn)的故障點發(fā)現(xiàn)，限位開關安裝在氣液增壓缸尾部，雖然氣缸活塞動作比較到位，但是增壓缸活塞并未到位，使得機械設備操作人員在刀柄還沒有完全松開的狀態(tài)下強行拔刀，造成主軸部件拉桿鋼球損壞。

2.3 主軸部件定位鍵損壞

①故障現(xiàn)象。HF4-2型龍門式機械加工設備在使用了一段時間之后，換刀沖擊響聲大、刀柄旋轉定位鍵損壞。

②故障分析。經(jīng)過仔細檢查發(fā)現(xiàn)，主軸換刀響聲出現(xiàn)的原因出現(xiàn)在機械設備操作人員的插刀過程中，故障初步判定為主軸準停誤差與換刀之間出現(xiàn)了漂移。由于該機械設備采用的是霍爾原件檢測定向，造成主軸準停位置不準確的原因在于裝置系統(tǒng)參數(shù)出現(xiàn)變化，裝置定位不牢靠以及主軸徑向跳動較差。遵循由易到難維修原則，首先應當檢查該設備霍爾原件的安裝位置，發(fā)現(xiàn)霍爾原件螺絲釘出現(xiàn)了松動，導致機械設備工作人員在插刀時的刀柄鍵未能準確對準主軸前端的定位鍵，從而發(fā)生撞擊，最終造成主軸部件定位鍵損壞。

3 ?軸承常見故障

3.1 軸承材料變形故障

軸承變形故障又可以分為軸承塑性變形、軸承斷裂兩種故障類型。軸承塑性變形指的是軸承在運行過程中所受到的壓力大于承受能力時出現(xiàn)凹坑，使軸承運行偏離正確軌道，產生摩擦，進而損壞其他零部件的一種現(xiàn)象;軸承斷裂主要是因為其承受的荷載超出了自身最大的承受范圍、或者是軸承安裝不當、工藝不合理以及質量缺陷等等都是造成軸承斷裂的重要因素。

3.2 表面損傷故障

軸承表面損傷故障主要包括膠合、點燭以及疲勞運轉剝落等等。其中，膠合指的是軸承在高速、重載和潤滑不良的情況下出現(xiàn)的一種故障，此時軸承由于摩擦不停生熱，溫度迅速上升;軸承點濁的原因主要有以下三種：①軸徑、軸承座和基座孔發(fā)生位移，導致軸承表面出現(xiàn)火紅色和黑色的銹斑。②當電流經(jīng)過HF4-2型龍門式機械加工設備的軸承時，軸承因受電擊而表面凹凸不平。③軸承與酸性潤滑劑接觸，受化學成分腐蝕形成點濁。同時在交變荷載作用下，剪力部位出現(xiàn)裂縫，導致軸承表層出現(xiàn)脫落坑，或者出現(xiàn)大面積脫落。

3.3 磨損故障

當軸承潤滑不充分時，或者是雜質異物進入軸承內部時，造成滾動體和軌道出現(xiàn)磨損，軸承一旦出現(xiàn)磨損不僅會加大軸承間隙，還會增加雜質和異物進入軸承內部的概率，導致軸承運轉精度降低，大大縮短軸承使用壽命。

4 ?設備的故障維修及防范方法

4.1 設備維修方法

①焊接、車床加工法。

通過焊接、車床加工（流程如圖1所示）等的方法修復設備中已經(jīng)損壞的零部件，比如：HF4-2型龍門式機械加工設備中的輸送泵或者是攪拌軸由于長時間的磨損而突然停止工作的情況下，而此時配件又難以在就近的供貨商處購買到，這種情況下，就可以先將輸送泵或者攪拌軸拆卸下來，通過焊接、車床加工等的方法，以此迅速恢復機械加工設備正常作業(yè)。

②零件替換和替代修理法。

將完好的零部件替換已經(jīng)磨損的零部件，或者也可以充分利用身邊的材料，替代已經(jīng)損壞的零部件，比如使用普通鋼板代替磨損的墊圈，使用塑料布導體輸送泵中密封的石棉繩等等，這樣可以臨時解決應急維修需求。

③零件再制造工藝流程法。

零件再制造工藝流程法指的是將HF4-2型龍門式機械加工設備中已經(jīng)損壞的零部件及時丟棄處理，將新產品安裝其中，迅速恢復機械加工設備作業(yè)，減少和降低給企業(yè)帶來的經(jīng)濟損失。

④油品分析法。

軸承在使用過程中會出現(xiàn)不同程度的磨損，因磨損而產生的微粒會進入潤滑油中，通過采用油品分析法可以得出油品中的微粒含量，從而對整個軸承的故障情況予以精準把握。就目前的情況來看，油品分析法主要有鐵譜分析和光譜分析兩種。其中，鐵譜分析法需要借助高強度磁場，分離出油品中的微粒。另外，還要借助專業(yè)的設施設備，檢測微粒中的物理成分，從中判斷軸承的磨損情況;光譜分析主要用來分析油品中金屬含量成分，實現(xiàn)對軸承磨損的準確判斷，但是這一方法容易受到雜質的影響，影響和限制其進一步的推廣和應用。

⑤振動分析法。

振動分析法在機械加工設備故障維修中具有很高的使用頻率，其應用范圍十分廣泛，運用該種診斷方法需要將加速傳感器安裝在軸承表面上，將采集到的振動信號與正常軸承的振動信號進行對比，以此判斷軸承是否處于正常的運行狀態(tài)下，振動分析法優(yōu)點眾多，搜集信息簡單方便，診斷結果準確可靠。

⑥溫度檢測法。

軸承在運行過程中因不斷的摩擦，溫度會逐漸上升。另有研究表明：軸承的摩擦力矩、轉速、荷載都是影響軸承運行溫度的重要因素。因此，還可以通過檢測軸承的溫度判斷軸承是否發(fā)生了故障，特別是當軸承在潤滑不充分的情況下發(fā)生的燒傷故障時，采用溫度檢測法可以迅速判斷故障。但是，由于溫度檢測法使用范圍有限，當軸承出現(xiàn)的故障不能引起軸承溫度發(fā)生明顯變化時，檢測的效率就會大大降低，準確性也大打折扣。

另外，隨著科學技術的日新月異以及相關理論的不斷完善，筆者相信在不久的未來，機械加工設備的故障維修將會不斷涌現(xiàn)，比如時變參數(shù)模型法、小波分析法以及時頻分析法等的運用，都會在一定程度上大大提升機械加工設備的故障及維修效率。

4.2 設備防范方法

①加強點檢管理。

點檢管理可以及時發(fā)現(xiàn)該機械加工設備中的存在的安全隱患，采取針對性的措施將故障扼殺在萌芽狀態(tài)，減少和降低機械設備由于故障的存在而出現(xiàn)的誘發(fā)的安全事故;機械加工設備的點檢管理應能保證全員參與其中，通過相互的交流和討論，提出合理的機械加工設備防范措施，不斷優(yōu)化和完善維修標準，保證設備的正常運行和延長其使用壽命。

②實行“三定”制度。

機械設備“三定”制度指的是定機、定人、和定崗。其中，定人指的是每一臺機械加工設備操作人員必須經(jīng)過相應的培訓和考試，只有獲得“資格證”的人員方可操作機械設備;定崗，機械加工設備操作人員不得操作與資格證不相符的機械設備;定人，由專人操作專門機械加工設備，并對其實施專門管理。也就是說，當機械設備出現(xiàn)故障時，通過“三定”制度可以迅速的了解故障產生的時間段，聯(lián)系設備主要負責人員，了解其在操作過程中的疏漏，從而促使機械設備維修人員全面了解和掌握機械設備的運行情況，針對需要維修的薄弱點進行維修，保證設備能盡快正常運行。在“三定”制度實施過程中，將出現(xiàn)故障的設備進行維修時，應在出現(xiàn)故障的設備上標注相關的故障信息，比如設備的使用年限、規(guī)格型號等等，這樣更加有利于機械設備維修人員進行維修操作。

③落實安全制度。

認真貫徹和執(zhí)行安全工作制度，促使設備操作人員自身業(yè)務素質和技術水平可以滿足安全生產標準;及時了解和掌握氣候因素，保證設備不會因雨水風沙侵蝕造成的磨損，使機械設備可以始終處于安全運行過程中;安裝機械加工設備時，安裝人員必須使用專用工具。

④采取防護措施。

防護措施指的是通過定期對HF4-2型龍門式機械加工設備的檢查和維護，及時消除其中存在的安全隱患，機械設備在具體的使用過程中，會不可避免的出現(xiàn)各種各樣的故障，而采取相應的防護措施，既可以減少機械加工設備“帶病”作業(yè)，也可有效延長機械加工設備的使用壽命和使用性能。

⑤注重使用管理。

設備在使用了一個會計年度之后，必須委派專業(yè)人員定期對其進行檢查與維護，檢查和維護人員也應能將機械加工設備的檢查和維護流程做到了然于胸，并能將具體的維修時間、人員以及施工的工具詳細記錄在冊，以備有據(jù)可循。

⑥細心檢查設備。

作為機械加工設備人員在啟動某一臺機械設備之前，應認真檢查設備的冷卻液和機油量是否充足，機械加工設備啟動后帶起進入低速預熱階段，并達到規(guī)定的溫度之后，再開始工作，嚴禁低溫環(huán)境下進行超負荷工作;機械加工設備在具體的使用過程中，有關人員要及時檢查設備上溫度表的數(shù)值，一旦發(fā)現(xiàn)問題要及時解決;該機械設備的使用不得超過自身可以承受的最大符合，要能保證機械加工設備處于平穩(wěn)的狀態(tài)下，防止發(fā)動機和工作裝置的突停突啟，降低機械加工設備磨損幾率，減少安全事故發(fā)生。除此之外，機械加工設備之所以會出現(xiàn)故障還是由于該設備內部最薄弱的環(huán)節(jié)出現(xiàn)了問題，所以在判斷設備故障時，還應當根據(jù)故障產生的現(xiàn)象和特征確定故障區(qū)域，逐步縮小故障發(fā)生范圍，最終找出故障所在的具體問題，從而將復雜的問題簡單化。

⑦保證設備潤滑。

在通常情況下，不論是機械加工設備因客觀原因產生的故障還是主觀原因產生的故障都是由于潤滑不良而引起的，因為機械設備之間配合的精密型，良好的潤滑可以保持其正常的工作間隙和適合的工作溫度，防止和減少灰塵和雜質進入機械設備內部，從而降低機械設備磨損程度，保證機械設備潤滑又是減少機械加工設備出現(xiàn)故障的有效措施。為此，一定要合理使用潤滑劑，要能根據(jù)機械加工設備內部的結構，選擇不同牌號的潤滑油，并按照季節(jié)和環(huán)境的不同，選擇不同的潤滑劑類型，切忌不可任意替代或者使用偽劣產品。除此之外，還要定期檢查潤滑劑的質量和數(shù)量，對于質量不合格的潤滑劑要及時更換，對于數(shù)量不足的潤滑劑更要及時補充。

5 ?結語

綜上所述，機械加工設備故障產生的原因主要分為主觀原因和客觀原因兩個方面，對于當設備出現(xiàn)故障時，我們要能根據(jù)每一種故障的類型，分析主客觀原因，針對具體的問題進行具體的分析，分別從加強點檢管理、實行“三定”制度、落實安全制度、采取防護措施、注重使用管理、細心檢查設備以及保證設備潤滑等的方面做起，減少重復和類似故障的再次出現(xiàn)，降低機械加工設備故障發(fā)生概率。

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