数控机床机械故障诊断方法的应用研究

李 波，韩渴望

（江苏省常州技师学院，江苏 常州 213011）

伴随我国现代化工业的不断发展，各个企业之间的竞争也更加激烈，为了促进企业的进一步发展，各企业都在加强生产设备的管理工作。数控机床是机电一体化生产过程中常用的设备，集气动、液压以及机床、计算机、电机、自动化控制等于一体，任何部分出现故障均会影响加工精度，严重时会导致机床停机以及生产停顿。这就要求在实际工作期间，工作人员更新工作思维，引进先进的管理技术，应用各类诊断方法检测数控机床机械生产运行情况。

为了发挥数控机床机械的最大应用价值，工业生产期间应重视数控机床故障的处理，了解数控机床常见的机械问题，掌握故障诊断与维修方法，确保数控机床机械安全、稳定地运行，发挥数控机床机械的最大应用价值，提升故障诊断效率，利用技术带动生产力，确保工业生产活动的顺利开展。

1 数控机床机械故障诊断方法

1.1 油样分析方法

液压油以及润滑油在数控机床运行期间较为常见，如数控机床在运行期间出现摩擦问题就需要利用润滑油来减小摩擦。数控机床的实际运行受到液压油以及润滑油的影响，其数据信息与油样分析具有一定的联系，数控机床所涉及的各类信息可能出现在油样分析的结果中。因此，在诊断数控机床机械故障期间，可以通过对油样、油样应用期间产生的碎屑、润滑油以及液压油应用后机械零部件的磨损息数据等进行分析，有效判断出油样的具体位置，找到故障所在[1]。

1.2 无损探伤检测方法

无损探伤检测方法是新型故障排除技术，应用该技术需要确保机械处于正常的运行状态，工作人员对运行中的数控机床进行全面检测，有利于及时判断伤痕位置，为后续数控机床的排查工作提供理论参考。但是需要注意的是，在应用无损探伤检测方法期间，要确保数控机床内的安全性，保证不存在各类危险源[2]。

1.3 机械振动检测方法

机械振动检测方法要求检测人员足够了解设备的运行情况，首先，需要了解设备的运行状态是否稳定、是否存在异常问题、速度档位是否出现变化等。其次，要对设备、各个零件相关质量进行分析，如设备传动系统的图纸以及轴承分布图纸，保证各个零件的质量以及设计图纸的合理性。最后，在机械振动检测方法应用期间，必须依据设备的具体位置与信号的实际情况，设置测振以及测试速度需要应用的传感设备，高频测试环节要依据先高后低的顺序进行测试，调增放大器的增益，确保信号处于最佳的状态[3]。

2 数控机床机械故障类型

2.1 主轴运行中的故障

主轴运行期间常见的故障主要包括以下几种。

1）精度和设计不满足相关要求。数控机床自身对精度要求较为严格，如果在加工期间出现精度不符合要求问题，主轴会一直处于冲击的状态，导致后期安装时的牢固性无法保证，影响整个数控机床的运行效果。因此，为了避免出现此类问题，必须重视数控机床的精度以及导轨的精度，及时开展检查工作，分析数控机床系统是否存在问题，结合实际问题及时处理和完善[4]。

2）切削振动过大。数控机床在运行期间出现的结构问题主要有轴承不够紧实、中间间隔距离过大；主要轴承和主要轴箱的安装无法满足标准要求；主要轴箱、立柱以及床身被分离（主要是由于螺丝松动）。针对上述几个问题，要结合实际情况，采取针对性的举措来解决。

此外，主轴箱在运行期间也可能出现较大的噪声。为了避免产生噪声干扰，必须控制主轴箱的噪声在78dB 之下。如果数控机床在运行期间，主轴箱的噪声高于78dB，则代表其出现故障。导致此类故障的原因是主轴部件的设计缺失均衡性，而使运行缺失均衡性、传动带的长度存在差异。若出现此类问题，必须及时更换轴承或者更换传动带并调整间距[5]。

2.2 运动系统的常见故障

1）滚珠丝杠的副噪声问题。导致滚珠丝杠出现副噪声的原因较多，如丝杠滚动珠的损坏、丝杠润滑效果差以及杠支轴承的损坏等因素。针对此类故障，必须及时安排专门人员进行维修和管理，如对轴承盖及时进行调整，确保其压实轴承的断面。此外，也要做好润滑养护工作，及时更换新的滚珠。

2）滚珠丝杠在运行期间的灵敏度较差。此类问题出现的原因为其负载过高，致使导轨以及丝杠无法处于平行状态。针对此类问题，应调整对轴向的间隙，强化滚珠丝杠的负载力，确保导轨以及丝杠处于平行的状态[6]。

2.3 导轨运行中的故障

1）导轨研伤故障。数控机床如果出现研伤，将导致设备在长期运行过程中机床床身以及地基受到影响，增加局部区域的负载。此外，若是在短时间内应用数控机床，也将导致其出现损耗。针对此类问题，必须做好导轨的维护与管理工作，应用润滑油保养数控机床，确保其良好运行，避免出现破损问题。

2）导轨在运行期间可能出现零部件应用效果差以及加工区域不够平整等问题。针对此类问题，要结合实际，具体问题具体分析，控制好允差，选择质量佳、性能好的零部件[7]。

3 数控机床机械故障诊断方法应用的建议

3.1 依据相关原则实施诊断，确保诊断的规范性

1）先内部后外部的检测原则。在发生故障后，可以采取望、闻、问、切的方式对数控机床进行检查，如对开关、传感设备等装置、连接零件的温度、灵敏度及油污、各个电路板以及元件等机械中的各个零部件进行检查。

2）先简单后复杂的检测原则。数控机床出现多种故障相互交织时，将增加问题的解决难度，此时必须优先解决容易处理的故障，这样可降低后续故障处理难度，删繁就简。

3）先机械后电气的检测原则。机械类故障容易让人察觉，因此要优先从简单的机械故障入手。此外，机械类故障诊断难度较大，需要更多人力与物力，优先解决此故障可提高故障检测效率。与此同时，电气类故障多是由于机械故障而引起的，做好机械故障处理可为后续电气故障处理创造有利条件。

3.2 明确故障的类别以及内容，科学选择诊断方法

数控机床故障依据性质和类型被分为不同种类。依据数控机床故障的性质，可以划分成随机性故障、确定性故障；依据故障的类型可以分为机械类故障、电气类故障。数控机床机械故障诊断期间，应优先判断故障的种类，然后选择合适的诊断方法，如油样分析方法、无损探伤方法以及机械化振动检测方法。除此之外，也可以尝试应用各个先进的检测方法，把常见检测方法与先进检测方法有效结合，强化检测的效果。如，应用自动化诊断方法，确保CNC 系统接通电源后，交由CNC 系统的内部程序自动化进行检测和诊断，可以确保在不断电的情况下，持续地进行诊断；应用在线检测方法，对CNC 装置所关联的各个单元以及数控机床机械内部外部设备等实施自动化检查与诊断。

3.3 规划故障诊断流程，确保故障点判断的精准性

数控机床故障诊断流程主要包括故障的观察、故障范围的确定以及故障点的查找。工作人员在故障诊断期间，依据该流程有序地对故障点进行检测，可确保故障点判断的精准性。在各个诊断流程中，工作人员应做好以下细节工作。

1）机床故障的分析。在基础故障分析期间，可采取望、闻、听、切的方法观察和判断故障，把各个感官有效结合，确保故障判断的精准性。

2）故障的确定。工作人员可以通过对故障情况的分析判断故障的范围，并结合实际情况逐渐缩小范围直到确定故障的精准位置。

3）对故障进行查找。故障查找期间应依据从易到难的检测原则，查阅相关质量要求来进行检测。规划好故障诊断流程，可有效地判断故障点位置、明确故障范围，确保故障点判断的精准性。

4 结束语

综上所述，数控机床机械故障诊断方法主要包括油样分析方法、无损探伤方法以及机械化振动检测方法，常见的机械故障包括主轴运行故障、运动系统运行故障以及导轨系统运行故障。为了合理地应用各个诊断方法，有效解决数控机床机械故障，应在各个诊断方法应用期间，依据相关原则实施诊断，如依据先简单后复杂、先外部后内部的检测原则进行检查。此外，工作人员在检测环节也要明确故障的类别与内容，结合故障的类别，科学选择诊断方法，规划故障诊断流程，确保故障点判断的精准性，从而保证诊断效果。