浅谈数控机床的机械结构分析以及故障诊断维修方法

文/王健 王雪，沈阳机床股份有限公司

1 数控机床机械结构的组成

数控机床主要由机床基础部件、主运动传动系统、进给运动传动系统、部分辅助动作与功能系统和装置、工件实现回转、定位的装置与附件、特殊功能装置以及所有反馈装置与元器件等机械结构组成。其中，机床基础部件主要包括立柱、工作台、床身等。通过主运动传动系统能够确保主运动的完成。通过进给运动传动系统能够确保进给运动的完成。在部分辅助动作与功能系统和装置中，其结构主要包括液压系统、润滑系统、排屑、防护装置、刀架、自动换刀装置等。在特殊功能装置中，其结构主要包括刀具破损检测装置、精度检测装置、监控装置、加工过程图形显示等等。

2 数控机床机械结构故障诊断的方法

2.1 简易诊断方法

我们通常所说的机械检测法主要指的是其简易诊断法。在对数控机床机械结构故障进行检测的过程中，相关维修人员会对普通的检查工具进行运用，通过简易诊断法，能够对数控机床的故障部位予以迅速测试与确定，对其恶劣化方向也能开展相关监测活动，对于存在疑难问题的故障，也能有选择性的开展详尽的诊断活动。要想使简易诊断法的工作效率得到高效保证，相关维修工作人员应当具备丰富的工作经验。

2.2 精密诊断法

（1）温度检测。温度监测主要包括两种检测形式，即接触型温度检测与非接触型温度检测。其中，接触型温度检测指的是运用测量贴片、温度计、热敏涂料、热电偶，直接测量电动机、接触轴承等装置的表面位置。非接触性温度检测指的是对于不适合直接接触的物体，运用红外热像仪、红外扫描仪等先进工具，开展相关检测工作，该方法比较高效便捷，在机床运行发热异常的检测中，经常对该方法进行运用。

（2）振动测试。利用机床个别特征点上所安装的传感器，通过振动计开展检测工作，进而对加速度、幅度频率特征、位于速度等特定测量处总振动级别的大小进行测试，进而预测并监控相关故障问题。

（3）噪声监测。对于机床轴承、齿轮在工作过程中噪音的变化情况，通过声波计与噪声测量计，开展进一步分析工作，对轴承、齿轮磨损失效所产生的故障情况做出判别与确定。在所有的诊断信息中，应用最为普遍的当属振动与噪声。在进行噪声监测的过程中，应当对其强度进行测定，确定存在异常情况时，注重开展定量分析工作。

（4）油液分析。在对零部件磨损状况进行测量时，经常运用油液分析来进行。运用原子吸收光谱仪，来分析一些残余物质的形状、成分、大小以及深度，这些残余物质主要指的是外来杂质与所有金属微粒，通过相关分析工作的开展，能够对零部件磨损状态、机理以及磨损程度进行判定，进而能够对零部件磨损总体状况进行详细了解与掌握。

（5）裂纹监测。在对数控机床零件内部机体裂纹缺陷进行观察的过程中，可以运用超声波法、电阻法、声发射法、磁性探伤法等方法来进行，一旦出现疲劳裂缝，可能会引发重大安全事故，对维修与操作人员的健康与安全造成严重危险。为了确保裂纹监测的精确性，应当根据裂纹的材料性质来选择相关的监测方法，确保裂纹监测方法能够与其裂纹材料性质相适应。

2.3 机械振动检测诊断法

（1）诊断过程。机械振动诊断工作的开展应当首先对被诊断设备的有关技术资料进行阅读，对相关传动关系与计算机传动件的特征数值进行认真分析。之后，对相关信号内容进行获取，根据所取得的信号内容，对信号开展调整和处理工作。最后，认真分析相关信号内容，并在此基础上，判定数控机床故障的位置与性质。

（2）故障振动信号分类。关于故障振动信号的分类方面，主要包括两种，即：平稳性故障信号与冲击性故障信号。

（3）设备状态监测与故障诊断技术。在对设备状态监测与故障诊断技术进行运用的过程中，其信息来源就是机床的振动，信号的取得是在机床运转过程中完成的，通过处理并分析信号内容，能够根据某些特征量的转变情况，来对是否存在故障进行判断，一旦确定故障存在，就会通过所累积的诊断经验，来对故障的性质进行判定，然后与其他有关依据内容结合起来，对故障所存在的位置开展深入判定工作。

（4）故障振动信号分类及特征。所谓的平稳性故障信号指的是通过准周期性力信号、正弦周期性力信号与复杂周期性力信号的影响，机械结构所生成的响应信号。响应信号的频率成分等同于激励信号的频率成分。频谱属于有限根谱线的范畴，在特征频率与倍频中将能量统一起来。

在冲击性故障信号中，脉冲响应的形成是在机械结构的周期性冲击力中完成的，与冲击信号自身存在显著差别。其能够在较短时间内，对信号能量进行释放，频谱属于无穷根谱线范畴，脉冲频率就是间隔在基频位置处将能量统一起来。

（5）信号分析方法。信号分析方法主要指的是时域分析法与频域分析法两种。时域分析法指的是对信号的幅度值与时间关联进行熟悉，然后对震动程度及设备故障严重程度进行判定。

在频域分析法中，幅值谱分析指的是通过傅立叶变换与积分，用频域信号取代时域信号。滤波谱指的是对平稳性故障信号作出相关分析。

（6）针对相关仪器系统，开展系统测试工作。对系统进行相应测试，针对测试结果进行系统维护，结合之前的多种测试方法及故障检测内容对系统进行优化。

3 结语

数控机床的应用越来越广泛，对其故障进行诊断，并结合相应的维修方法进行机床稳定可靠性保持，则有助于数控机床的良好运行，对于提升其工作质量与效率，延长其使用寿命均具有重要作用。相关人员还需要在此方面下功夫，做好数控机床结构分析，定期或不定期进行故障诊断，做好相应设备维护。