数控机床机械结构故障诊断与维修分析

朱玉荣

摘 要：数控机床是我国工作生产的重要设备。对数控机床进行科学、合理的维护，是企业技术人员重要的研究课题。然而，数控机床具体智能化高、复杂性强等特点，相关的养护与维修工作存在着较大难度。维护工作主要涉及气动系统、液压、换刀装置、丝杠、导轨副以及主轴等内容。常见的数控机床故障普遍出现在机械部件上，维修难度高，因此合理运用各种维修方法，对提高维修工作的效率具有重要意义。本文笔者根据工作实践经验对数控机床机械结构故障诊断与维修进行了分析探讨。

关键词：数控机床；机械结构；故障诊断；维修

1 数控机床机械结构的组成及特点

数制机床的基础部件主要包含工作台、立柱、床身等。主运动传动系统和进给运动传动系统分别负责主运动和进给运动；部分辅助功能与辅助运动和装置，如自动换刀装置、刀架、防护装置、冷却、润滑、气动、液压装置等；工件实现定位以及回转的附件及装置，如数控回转工作台；特殊功能装置，如加工过程图形显示、监控装置、精度检测装置、刀具破损检测等。数制机床根据所接收到的指令完成加工工作。相比于传统机床，数控机械的人工操作依赖更小，调整与控制方法上也存在较大差异。因此，数控机床无論在组成形式还在在机械结构上，都能够与自动化控制技术相适应。机械元件的排列与组合具有较高的灵敏性与抗振性，还具有较高的功能集成性、工艺复合性、可靠性、精度保持性等。

2 数控机床机械结构的要求

从数控机床的结构特点和应用场景出发，在运行性能方面需要确保数控机床满足以下几方面的要求。第一，较高的机床动刚度与静刚度。一定要最大程度上控制数控机床元件在长期运行过程中的弹性变形，保证机床的表面质量和加工精度。第二，降低机床热变形。相关的养护与维修工作一定要达到降低机床发热的要求，找出机床发热源，将发热源从数制机床中分享出去。同时，对于起到重要作用的发热源进行冷却控制。对机床低温区域进行局部加热，避免机床表面所存在的温差造成机床热变形，维护机床结构。第三，降低长期运行过程中所产生的传动间隙和摩擦作用。第四，提高机床精度保持性和使用寿命。维修操作人员要最大程度提高机床关键元件的耐磨性。对不同原材使用不同润滑剂，提高机床硬件系统的运行流畅性。

3 数控机床机械结构故障诊断的方法

机械设置上的故障主要指的是系统或设备部分或全部丧失原有功能的现象或事件。在长期的运行过程中，机床内部元件受到磨损、摩擦、热、力等方面因素的影响，部分元件丧失或偏离固有功能。当前，工业领域所使用的数控机床正向着高附加价值、高速度和高精度的方向发展。通常情况下，工业企业为了进一步提高产品的附加值，会对相关的故障诊断、点检以及保养工作进行复杂、有效的工作。在实际的生产实践中，如果出现的故障问题过于频繁，势必会对产品的质量与数量造成不利影响。因此，工业企业一定要对机床本身以及造成故障的原因进行深入研究，对有关的维修手段和故障发生规律进行不断探索，积累数据，制定科学、合理的养护与维修方案。

3.1 简易诊断法

简易诊断法即维修人员通过相关的检查仪器、工具光学仪、水准仪、百分表等设备对机床进行检测，再通过嗅、摸、听、看、问等方法根据机床或元件的气味、颜色、温度、声音以及形貌来诊断机床故障。这种诊断方法能够有效监测劣化趋势，确定故障部位，是一种相对有效的诊断方法。然而，这种检测方法需要依赖高水平的人工操作，局限性较大。

3.2 精密诊断法

精密诊断法在对机床进行简易诊断的基础上，对疑难故障进行详细的描述与记录，由专职诊断人员通过计算机及传感设备等先进的自动化诊断设备对故障进行分析与检测。依照检测数据、故障原因和故障位置，确定科学的修理时间和修理方法。这种诊断方法是简易诊断法的拓展与延续，专门处理简易诊断法无法解决的疑难问题。相关的检测工作如下所述。

3.2.1 温度检测

接触型温度检测，即通过对齿轮箱、电动机、热敏涂料直接接触轴承、测量贴片、热电偶、温度计等装置温度进行测量。非接触型温度检测，即通过红外扫描仪、红外热像仪、红外测温仪等先进的遥测设备来测量危险物体的温度。这种温度检测方法操作比较方便，测量结果也相对准确。

3.2.2 振动测试

振动测试利用传感器装置对机床局部或总体振级大小进行测量，如幅频特征、加速度和位移速度等，能够精准监测和预测故障。

3.2.3 噪声监测

通过声波计、噪声测量计，对轴承以及机床督办在运行过程中的噪声信号进行收集与分析，判断并识别轴承以及齿轮的故障状态。其中，噪声和振动是机床诊断中最重要的数据信息。根据强度测定，对机床异常部位进行确认，最后进行定量分析。

3.2.4 油液分析

利用先进的原子吸收光谱仪，检测液压油或润滑油中掺杂的外来杂质和金属微粒，对杂质的成分、大小、开关进行深度分析，对元件的磨损程度、磨损原因以及磨损状态进行判断。

3.2.5 裂纹监测

裂纹监测所采用的方法通常包括声发射法、电阻法、超声波法以及磁性探伤法等，其监测的目的在于对机床元件的裂纹形状进行描述。由于机床元件的疲劳裂缝容易造成严重的生产事故，因此对于性质不同的材料，所选择的监测方法也应该进行针对性的调整。

4数控机床的维修分析

4.1做好日常的维护工作

数控机床是机械加工领域的重要机械设备，相关人员必须要做好日常的维护工作，这样不仅能够延长各种元器件的磨损周期，还能有效延长数控机床的使用寿命。更重要的是，加强对数控机床日常的维护，可以有效预防各种故障的发生，从而增强数控机床无故障工作时间。一般来说，对于数控机床的随机性故障的维修，工作人员要重视数控系统的检查和维护，保证电气箱的密封程度达到相关的标准要求，做到科学的连接和安装，另外一方面还要保证数控机床的屏蔽和接地都具有科学性。对于数控机床的确定性故障，则需要工作人员在日常工作中精心维护和正确使用，掌握好故障的发生规律，结合故障的发生原因对症下药，在工作中尽量小心翼翼，虽然这种故障是不可避免的，但是可以将故障发生的时间延后。

4.2提高机床的利用率

数控机床是一项全自动的机械设备，如果长期不用或者闲置，数控机床的各个环节中就会出现灰尘、油脂凝固甚至生锈的状况，这对数控机床的静态传动功能和动态传动功能都会造成不利的影响，而且还会影响数控机床的加工精度，导致加工出来的机械产品出现较大的误差，从而带来各种不必要的麻烦。因此，即使不需要用到数控机床，相关工作人员也要对数控机床进行开机运行，给予其一个很小的速度，使其低速运行。除此之外，工作人员还要经常给数控机床相关数控系统通电。

5 结语

数控机床在故障表现上往往与普通机床存在一定的相似处，因此数据机械的养护与维修工作可以根据普遍机床的有关经验进行对比分析。然而，数控机床在驱动方式上与普遍机床有着根本性不同。在特殊的元件维修方面，一定要对故障原因进行深入分析，采用特殊的维修手段调整数据机床，提高维修工作的成效。

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