数控机床主轴故障判断与维护保养

杨 晋

（中国重汽集团大同齿轮有限公司， 山西 大同 037000）

1 数控主轴特点及其性能要求

目前，机床都是传统的卧式，整体设计具有结构紧凑、操作方便、外型美观、性能稳定、精度高、噪音低等特点。机床在数控系统中控制伺服电机、车床主轴和转位刀架，当然，机床也可以在自动、手动两种方式下操作传动系统。在这样的要求下，主轴是受切削力的主要部件，转速范围要求也比较大。

主轴部件的运动精度以及部件本身的结构刚度在加工质量、切削效率中起着重要作用。通过旋转精度和速度稳定性可以判断主轴性能。为了满足生产要求，设备正常运行，主轴部件应该满足以下要求：

1）良好的回转精度。主轴在没有受载时，一般使用千分表检测，主轴转动时前端的径向跳动，与前端的轴向跳动，总称为主轴的回转精度。在生产中，回转精度的测量一般分为两种，一种叫做静态测量，现在在生产中一般都是采用静态测量，另一种叫做动态测量[1]。

2）优良的综合力学性能，即强度和塑性。在受到外力时，主轴应该拥有良好的韧性，使得主轴可以抵抗自身形状变化。如果刚性不满足要求，在刀具切削工件时，主轴会发生一定的形状改变。如果发生上述情况时，现实生产加工不仅对工件的加工误差产生重大影响，还有可能损坏轴承，造成磨损。

3）良好的运动精度，即工作状态下主轴旋转时的精度。它和日常所说的低速回转精度不一样，在运动旋转时，旋转精度与轴承本身性能、主轴的工作旋转速度有关。

4）主轴温升。主轴在运转过程中，假如温度升高过快，会造成两个影响，首先主轴和箱体受热，直接对加工零件的尺寸精度产生影响；其次，轴承正常润滑的环境发生一定程度的改变，导致轴承润滑不到位，影响轴承的正常工作。

5）在特殊条件下制作轴的材料，应具有一些特殊性能，比如耐磨性，主轴总承只有具备满足要求的耐磨性，才能在长时间运行过程中保持精度，确保主轴的运行正常。这样，主轴旋转有一部分关键位置，这些部位要经过特殊的热处理[2]。

2 数控机床主轴故障判断

加工零件主要是通过主传动系统来完成，通过传动机构的机械能转换成主轴上的刀具、切割机，配合高速运转完成主要的动力运动。因此，主传动系统是零件加工的外部成型的主要环节，它的精度高低对零件成品的精度有决定性的影响。笔者将结合自己的工作经验，对主轴中经常出现的故障进行总结，并给出相应的解决方法。

1）主轴部位夹紧装置没有动作。这里说的主轴故障，主要发生于应用液压系统夹紧工件的立式、卧式加工中心和数控车床[3]，主要问题是液压系统的压力不足，无法满足设定值。如果出现这种情况，首先要检查液压站的液压泵是否正常运行，如果液压泵运行不正常，先从电气入手，主要检查跟泵连接的电路是否有短路或者断路，其次再检查机械部分，泵体的轴承是否烧坏等。若问题仍未解决，可能管路等有堵塞，再检查过滤器和换向阀是否被堵塞，堵塞的部件要拆开用煤油清洗，损坏的部件要及时更换。

2）主轴温度过高。机械加工过程中，有时会出现主轴运行过程中温度偏高的现象，这可能是由于摩擦生热导致的。在处理该问题时，首先检查润滑系统是否出现油管断裂，保证润滑系统正常提供润滑脂。其次，在其他部件正常的情况下，检查主轴两端是否有周期性的异响，判断轴承是否有烧伤导致损坏，出现轴承有问题，组织人员进行轴承更换。

3）主轴位置精度差。主轴精度指的是机床的实际进给值与指令值产生的差值，该精度值若超过出厂技术说明书上允许的限定值，即精度出现问题，需立即解决。相应的解决办法为，电气方面，检查CNC控制系统和驱动放大模块之间、与位置检测器之间的接线是否出现差错。机械方面，只能检查电动机主轴与传动部件之间的配合情况，这部分一般由主轴厂家进行维修。针对上面的几个问题，电气部分找到故障发生位置，进行电气元件更换，机械部分可以组织维修，更换失去精度的部件，恢复主轴部件精度[4-5]。

4）机床主轴定位精度不准。导致该问题出现的原因为滑轨运行时，阻力偏大，位置环的增益或减速环的低频增益太低，机械传动部分有反向间隙,位置环或速度环的零点平衡调整参数不合理。出现这类情况时，优先选择的维修方法是给滑轨添加润滑油，减小滑轨与主轴的摩擦力，降低对滑轨的影响，从而达到调整预紧和增益环更合理的目的。

与此同时，主轴维修完成后，在确保拆除安装主轴工作结束和旋转没问题后，当然，还应对主轴系统进行大约6 h的空转检查，对电动机转速、负载指示、两端轴承温度进行动态监控，电气机械要保持一致，温度不会急剧升高[6]。

3 数控机床主轴日常维护保养

在日常工作过程中，对于工作正常的主轴系统，日常维护保养至关重要，平时应进行如下日常维护：

1）操作人员每天在加工过程中，实时监控观察主轴的旋转速度、声音、温度等状态；

2）电柜的空气过滤器按照要求进行月检，并且清扫一次；

3）设备维护人员按照半年周期，组织相关技术人员对主轴的绝缘电阻、速度、两端轴承、润滑系统进行检测，查看运行是否正常。