數(shù)控車床維修策略探析

劉大勇

（通化市職業(yè)教育中心 吉林通化 134000）

數(shù)控車床是使用較廣泛的一類數(shù)控機(jī)床，按照事先編制的加工程序，自動化加工零件，具有精度高、效率高、自動化程度高的特點［1］。和傳統(tǒng)車床相比，數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)更加精密，且對維修保養(yǎng)工作提出新要求。維修工作一方面能及時發(fā)現(xiàn)故障隱患，減少損失，實現(xiàn)生產(chǎn)的連續(xù)性；另一方面能保證加工精度，降低失誤率，提高零件加工質(zhì)量。本文結(jié)合筆者實踐，探討了數(shù)控車床的維修方法及管理事宜。

1 數(shù)控車床維修保養(yǎng)的現(xiàn)實需求和技術(shù)要求

1.1 數(shù)控車床維修保養(yǎng)的現(xiàn)實需求

數(shù)控車床的維修保養(yǎng)是運(yùn)行管理中的一項基本工作。然而，在實際生產(chǎn)中，因技術(shù)人員不重視維修保養(yǎng)，多在設(shè)備出現(xiàn)明顯異常時才進(jìn)行維修，不僅影響正常的生產(chǎn)，還會導(dǎo)致小問題變成大故障。從技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的角度入手，數(shù)控車床的合理應(yīng)用必須制訂科學(xué)的維修保養(yǎng)方案，促使零部件處于最佳狀態(tài)，降低故障發(fā)生率。要想達(dá)到這個目標(biāo)，生產(chǎn)企業(yè)必須做到如下幾點：（1）建立健全數(shù)控車床的管理制度，尤其是維修保養(yǎng)方面要有完善的方案方法；（2）落實日常檢查，進(jìn)行定期檢修，及時發(fā)現(xiàn)故障隱患，將損失降至最低；（3）監(jiān)測車床的運(yùn)行工況和性能狀態(tài)，建立故障響應(yīng)機(jī)制，制定及時、科學(xué)、有效的報修流程；（4）通過必要的培訓(xùn)活動，掌握必備的保養(yǎng)知識，提高技術(shù)人員的維修技能。

1.2 數(shù)控車床維修保養(yǎng)的技術(shù)要求

數(shù)控車床是由機(jī)械、電氣和氣動系統(tǒng)組成，不同系統(tǒng)在維修保養(yǎng)上的技術(shù)要求是不同的，簡要總結(jié)如下。

1.2.1 機(jī)械系統(tǒng)

第一，車床每次使用后，伺服軸應(yīng)回到原點，對工作臺上的鐵屑、雜質(zhì)進(jìn)行清理，保持清潔干燥的狀態(tài)。第二，使用潤滑油的部位（如主軸箱、進(jìn)給系統(tǒng)），應(yīng)定期補(bǔ)充潤滑油，檢查油質(zhì)是否正常。第三，定期檢查傳動齒輪、滑動導(dǎo)軌、絲杠、傳動帶的位置和尺寸，按照說明書進(jìn)行保養(yǎng)。第四，針對零部件磨損或損壞，應(yīng)分析失效情況，選擇合理的維修方式。結(jié)合車床的結(jié)構(gòu)組成特征，多數(shù)零件可采用焊接、鍍覆、機(jī)械加工等手段修復(fù)；齒輪、皮帶等易耗品則要及時更換，注意按照技術(shù)要求規(guī)范拆裝。

1.2.2 電氣系統(tǒng)

第一，電氣系統(tǒng)是車床自動控制的核心，每次開機(jī)運(yùn)行前，應(yīng)檢查插頭、電纜、繼電器接觸點，確保連接牢固，避免接觸不良。第二，維修保養(yǎng)時，重點觀察線路老化情況，對老化線路及時更換；對容易積灰的部位（如電路板、防塵網(wǎng)、冷卻風(fēng)扇等）定期清理，保持清潔干燥。第三，電氣系統(tǒng)發(fā)生故障，多是短路、斷路、連接松動、燒損等所致，維修時可利用車床的故障自診斷功能，首先，確定故障的部位；其次，采用專用的檢測設(shè)備，對電壓、電流等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行測量，進(jìn)一步確定故障類型和原因，必要時，還可采用元件更換法［2］；最后，對破損元件進(jìn)行更換，或者調(diào)整技術(shù)參數(shù)，從而排除故障。

1.2.3 氣動系統(tǒng)

第一，針對氣動系統(tǒng)的運(yùn)行，要保證空氣清潔，溫度、濕度適宜，降低粉塵含量。如果空氣質(zhì)量較差，會加重氣動系統(tǒng)的磨損和腐蝕，如氣缸腐蝕、元件磨損、閥門管路阻塞等。第二，定期清理空氣濾清器內(nèi)部的雜質(zhì)，保證空氣供給量充足；檢查氣泵工作壓，確保壓力表指示靈敏、準(zhǔn)確，壓力值處于合理范圍內(nèi)。第三，檢查各個管路的連接部位，看有無漏氣、損壞的情況，損壞的零件及時更換，漏氣處進(jìn)行修復(fù)，保證管路密封性良好。第四，氣動系統(tǒng)常見故障有壓力不足、管路泄露、氣缸老化、開關(guān)老化等。維修時，應(yīng)保證系統(tǒng)內(nèi)部的密封性，針對氣缸老化問題，可采用鍍覆法進(jìn)行修復(fù)，或者進(jìn)行更換；對開關(guān)老化失效問題，更換優(yōu)質(zhì)零部件。

2 數(shù)控車床常見故障及維修策略

下文以主軸故障、刀架故障、反向間隙過大為例，結(jié)合實際案例分析故障原因，提出維修策略方法。

2.1 主軸故障

數(shù)控車床的主軸是由軸承、傳動件、法蘭盤等組成，可支撐傳動零件，帶動刀具和工件旋轉(zhuǎn)。主軸出現(xiàn)故障，常用的維修方法有如下幾點。（1）噴涂熱修復(fù)法。分析主軸結(jié)構(gòu)特點，查閱技術(shù)資料后，選擇合適材料噴涂，常用金屬材料。噴涂厚度根據(jù)主軸厚度而定，一般控制在0.05～0.2mm；噴涂過程中，還要對主軸溫度進(jìn)行精確控制，使其處于低溫狀態(tài)，提高噴涂效果。（2）刮研修復(fù)法。隨著主軸運(yùn)轉(zhuǎn)時間延長，容易出現(xiàn)圓跳動超差現(xiàn)象，如果軸承含有銅錐度套且磨損嚴(yán)重，可采用刮研修復(fù)法。該方法能消除主軸誤差，恢復(fù)加工精度，但要注意維修過程中會產(chǎn)生較大的應(yīng)力［3］。（3）電鍍修復(fù)法。對主軸鍍鉻層進(jìn)行修復(fù)時，須嚴(yán)格控制尺寸精度，強(qiáng)化主軸表面的硬度指標(biāo)，防止修復(fù)后短時間內(nèi)再次磨損。采用電鍍修復(fù)法時，應(yīng)將鍍鉻層厚度控制在0.03mm 以內(nèi)，但作業(yè)中會產(chǎn)生毒害物質(zhì)，技術(shù)人員應(yīng)作好防護(hù)。

例如，某數(shù)控車床主軸箱噪聲過大，維修過程如下。第一，判斷是否為電機(jī)故障，將傳動帶脫開，只運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)，并沒有噪聲，可排除電機(jī)故障。第二，對以下情況逐一排查：（1）動平衡是否達(dá)到預(yù)定值；（2）齒輪精度差，或嚙合間隙不均勻；（3）軸承發(fā)生損壞；（4）傳動軸變形；（5）傳動帶過長、松動；（6）潤滑不良。第三，明確故障原因后，針對性地處理：（1）拆除主軸單元，重新做動平衡；（2）更換齒輪，或調(diào)整嚙合間隙；（3）更換新的軸承；（4）對傳動軸研磨修正或更換；（5）調(diào)整傳動帶松緊度或更換；（6）添加、更換潤滑油。第四，維修完成后，檢查主軸部件的精度，填寫記錄表格，對檢測單、記錄表及時歸檔，方便后續(xù)查閱。

2.2 刀架故障

刀架是由電機(jī)、渦輪、絲杠、螺母等組成，刀架旋轉(zhuǎn)可完成換刀動作。刀架出現(xiàn)故障后，先聽，再看，后試轉(zhuǎn)，確定故障后予以排查，常見故障及維修方法如下。（1）電動機(jī)故障。如三相線路連接錯誤，應(yīng)及時切斷電源，檢查三相線路接頭，重新調(diào)整接線順序。（2）彈簧斷裂。應(yīng)及時更換彈簧，注意定位用銷子不能互換。（3）離合器導(dǎo)銷斷裂。應(yīng)及時更換導(dǎo)銷，并且復(fù)查裝配精度。（4）主軸彎曲斷裂。應(yīng)更換新的主軸，合理選擇主軸的規(guī)格大小，嚴(yán)格按照說明書操作。（5）外端齒盤導(dǎo)銷斷裂。應(yīng)及時換新，保證各部件的裝配關(guān)系正確。（6）刀架不能鎖緊。應(yīng)檢測霍爾元件，對刀具的定位參數(shù)進(jìn)行分析，出現(xiàn)異常更換零部件。（7）發(fā)信盤位置異常。應(yīng)調(diào)整發(fā)信盤的位置參數(shù)，促使刀恢復(fù)至正確位置。（8）精度偏大。多是端齒處有臟物或齒輪嚙合不良引起的。對于前者，應(yīng)拆下零件仔細(xì)清洗，在旋轉(zhuǎn)部位涂抹干凈黃油；對于后者，應(yīng)更換變形的上刀體，促使齒輪良好嚙合［4］。

例如，某六刀位數(shù)控車床所有刀位無法準(zhǔn)確識別，刀架轉(zhuǎn)動異常且伴有報警聲。結(jié)合實踐，該情況多是電氣故障引起的，包括磁性元件脫落、霍爾元件均損壞、霍爾元件線路無法檢測到電壓信號。對霍爾元件線路（見圖1）、其他電氣線路進(jìn)行檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)霍爾元件線路供電電壓為0V，是電氣柜連接接頭松脫所致。技術(shù)人員重新接好線路，電壓顯示、刀架轉(zhuǎn)動正常，故障排除。

圖1 霍爾元件線路圖

2.3 反向間隙過大

數(shù)控車床運(yùn)行中，為保證加工精度，反向間隙一般控制在0.01mm內(nèi)。反向間隙并不是一個獨立要素，而是多個間隙疊加而成，包括軸承間隙、聯(lián)軸器間隙、減速器間隙、絲杠螺母間隙等［5］。如果編程錯誤、加工參數(shù)設(shè)置有誤，就會增大絲杠間隙，影響加工精度。反向間隙過大，車床在反向運(yùn)轉(zhuǎn)時出現(xiàn)空行程，刀具實際切割位置有偏差，不僅影響零件外形尺寸，還會降低鉆孔、曲面輪廓的精度。對此，必須定期檢查各坐標(biāo)軸的精度和反向間隙。

例如，某數(shù)控車床加工直徑不等的圓柱形工件時，在反向運(yùn)轉(zhuǎn)時出現(xiàn)較大偏差為0.18mm。對于這一情況，分析加工線路后，認(rèn)為原因主要有兩個：一是程序有誤；二是加工線路的反向間隙增大。進(jìn)一步復(fù)核程序，發(fā)現(xiàn)程序本身沒有錯誤，可以排除。遂使用激光干涉儀測量反向間隙，得到最大間隙為0.1mm，而且不能進(jìn)行補(bǔ)償。為了確定反向間隙增大的故障部位，排查過程如下。（1）導(dǎo)軌運(yùn)行正常，且潤滑油量充足，排除導(dǎo)軌故障。（2）測量X軸導(dǎo)軌和滑板的間隙，結(jié)果左、右側(cè)導(dǎo)軌和滑板的間隙分別為0.03mm、0.04mm，緊固螺栓間隙未變化。（3）使用千分表，檢測絲杠和導(dǎo)軌的平行度，結(jié)果為0.05mm，大于限值0.01mm。（4）對絲杠預(yù)緊力、X軸負(fù)荷進(jìn)行調(diào)整，絲杠間隙未變化。（5）使用百分表，檢測主軸和刀具的中心偏差，結(jié)果X、Y方向上偏差分別為0.2mm、0.7mm，均大于初期偏差值0.05mm，說明精度降低。（6）調(diào)整X 軸絲杠預(yù)緊力和螺母，發(fā)現(xiàn)竄動量為0.01mm，小于規(guī)定值0.015mm。綜合以上分析，刀架在X 軸負(fù)方向移動時，反向間隙的影響不明顯；刀架在X 軸正方向移動時，因絲杠間隙增大，部分伺服電機(jī)脈沖被消耗，實際移動距離小于編程設(shè)計值，增加了刀具的吃刀量。

明確故障原因后，調(diào)整反向間隙的方法如下。第一，正確安裝各部分構(gòu)件，安裝刀架時，注意控制間隙。用千分表測量反向間隙為0.01mm，導(dǎo)軌和絲杠之間的平行度誤差為0.008mm。第二，調(diào)整滑板、壓板間隙，滑板和導(dǎo)軌的正面、側(cè)面間隙要相同，控制在0.03mm。第三，調(diào)整刀架固定螺栓，促使刀具和主軸中心偏差滿足限值要求。調(diào)整后，X 軸、Y 軸偏差分別為0.05mm、0.04mm。第四，使用激光干涉儀，復(fù)測X 軸定位精度為9μm，反向間隙為5.1μm，滿足加工精度要求，故障排除。

3 數(shù)控車床維修保養(yǎng)工作的改進(jìn)措施

結(jié)合數(shù)控車床的維修保養(yǎng)需求與常見的故障類型，可從管理制度、維修細(xì)則、故障響應(yīng)、人員能力等方面提出改進(jìn)措施。

3.1 完善維修管理制度

數(shù)控車床在運(yùn)行使用中，企業(yè)應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)特點、車間環(huán)境、保養(yǎng)需求，制定完善的維修管理制度，為維修作業(yè)提供依據(jù)。該管理制度應(yīng)包含車床日常使用規(guī)范、維護(hù)保養(yǎng)要求和方法、監(jiān)管措施、獎懲條例等。需嚴(yán)格執(zhí)行管理制度，對不當(dāng)使用、維修造成的車床故障和損壞，追究責(zé)任給予處罰；及時發(fā)現(xiàn)故障隱患，通過維修后恢復(fù)車床運(yùn)行的，給予物質(zhì)和精神獎勵。該管理制度的制定和實施應(yīng)緊跟車床的規(guī)格型號，提高針對性和適用性。

3.2 明確檢查維修細(xì)則

第一，確定日常檢查重點，分析不同車床的特點，明確重點檢查項目，維修工作中，避免項目遺漏，保證檢查工作的嚴(yán)謹(jǐn)性。第二，結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)狀，確定日常檢查的周期頻率，一般采用日檢、周檢、月檢、季度檢、年檢等方式，有助于技術(shù)人員合理安排檢修時間和工作任務(wù)，提前做好充足的準(zhǔn)備［6］。第三，制定檢查維修工作標(biāo)準(zhǔn)，對車床檢查數(shù)據(jù)進(jìn)行如實記錄，由監(jiān)督人員對檢修工作進(jìn)行評定，促進(jìn)檢修質(zhì)量的不斷提升。

3.3 建立故障響應(yīng)機(jī)制

在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，機(jī)械設(shè)備的故障響應(yīng)時間決定了故障問題的影響程度，決定了危害損失程度。數(shù)控車床出現(xiàn)故障后，于第一時間進(jìn)行檢查維修，能降低故障帶來的損失，縮短車床的停運(yùn)時間，盡快恢復(fù)正常生產(chǎn)。基于此，企業(yè)必須建立故障響應(yīng)機(jī)制，要求工作人員在每日生產(chǎn)中，關(guān)注車床的運(yùn)行工況，發(fā)現(xiàn)異常振動、噪聲等情況，及時上報維修部門；維修部門接到異常報告信息，及時安排技術(shù)人員進(jìn)行檢修，避免故障擴(kuò)大。

3.4 提升人員業(yè)務(wù)能力

維修工作離不開專業(yè)的技術(shù)人員，提高技術(shù)人員的業(yè)務(wù)能力，才能保證維護(hù)保養(yǎng)工作質(zhì)量。第一，企業(yè)要重視專業(yè)技術(shù)人員的培養(yǎng)，協(xié)助其確定長期人才培養(yǎng)規(guī)劃，通過廠內(nèi)培訓(xùn)、外出進(jìn)修等方式，學(xué)習(xí)新知識、掌握新技能，滿足車床維修需求。第二，通過思政教育活動，提高技術(shù)人員的責(zé)任感，認(rèn)識到維修工作對車床正常運(yùn)行的重要性，避免工作中麻痹大意，達(dá)到定期檢查、科學(xué)維修的目標(biāo)。第三，開展安全教育工作，提升技術(shù)人員的安全意識，在故障排查和維修過程中，做好必要的防護(hù)措施，保證身心健康。

4 結(jié)語

綜上所述，數(shù)控車床是零件加工生產(chǎn)的重要設(shè)備，本文總結(jié)了機(jī)械、電氣和氣動系統(tǒng)的維修保養(yǎng)技術(shù)要求，以主軸故障、刀架故障、反向間隙過大為例，分析了故障原因和維修策略。在企業(yè)生產(chǎn)中，應(yīng)完善維修管理制度，明確檢查維修細(xì)則，建立故障響應(yīng)機(jī)制，提升人員業(yè)務(wù)能力，確保車床安全穩(wěn)定運(yùn)行。