数控机床机械故障诊断及处理

4/4数控机床机械故障诊断及处理数控机床机械故障诊断及处理

梁毅陈功福孙继

（中国工程物理研究院机械制造工艺研究所，四川绵阳６２１９００）

ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＴｒｏｕｂｌｅｓＤｉａｇｎｏｓｉｓａｎｄＭａｉｎｔｅｎａｎｃｅＭｅｔｈｏｄｓｏｆＮＣＭａｃｈｉｎｅ

ＬＩＡＮＧＹｉ，ＣＨＥＮＧｏｎｇｆｕ，ＳＵＮｊｉ

（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭａｃｈｉｎｅｒｙＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＣｈｉｎａＡｃａｄｅｍｙｏｆ

ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＰｈｙｓｉｃｓ，Ｍｉａｎｙａｎｇ６２１９００，ＣＨＮ）

机床在运行过程中，机械零部件受到力、热、摩擦及磨损等多种因素的作用，使传动副之间的间隙加大，运动件间的联接松动，产生相互撞击、振动，直接影响机床的传动精度和工件的加工质量，严重时将会损坏零部件，或者产生机械结构变形，致使执行机构不能完成功能任务或达不到质量要求。其故障主要分为动作性故障、功能性故障、结构性故障和使用性故障。现结合在维修中遇到的实例分析前三类机械故障的表现形式及其故障诊断与处理方法。

１动作性故障

动作性故障主要指机床各执行部件动作故障，如刀具夹不紧或松不开，刀库刀盘不能定位或不能被松开，旋转工作台不转等，这类故障一般有报警提示。诊断这类故障，需要根据报警提示的内容和执行部件的动作原理及顺序进行相关的检查，找到故障点后对产生故障点的零部件进行修复或更换即可。

故障现象１：数控立车换刀，刀库选刀时出现机械撞击的声音，选刀未完成就停止了。

故障分析与处理：根据现场观察可能是选刀时刀杆的四方块在圆形的选刀槽中的位置偏差引起与选刀槽之间的摩擦撞击。如果ｘ轴回参考点时位置发生变化，就可能使拉刀杆的四方块在选刀槽中的位置发生偏移而与选刀槽的边沿发生撞击。修改ｘ轴参考点栅格偏移量，使刀杆的四方块在选刀槽中的位置居中。选刀时仍出现上述故障，并且有时选刀未完成就停止，手动旋转刀库都不能动弹。由于刀库罩的遮挡，不能观察选刀的动作，因此拆卸该罩，这时观察选刀动作发现选刀时液压拔销不到位，从而出现液压拔销与刀库盘发生摩擦撞击，有时被机械卡死。而液压拔销是通过液压缸的活塞推动连杆机构，液压缸的活塞与连杆之间是通过螺纹连接起来的，如图１所示。该螺纹由于长时间的运动及振动引起活塞上的销钉脱落而

?１４６?发生移位，使得活塞与连杆之问的距离变长，而液压缸的移动距离是固定的，因此连杆的移动距离变短，这样销子不能完全从销钉孔中被拔出而出现上述故障。通过反复调整活塞与连杆机构的长度后选刀正常，并上好销钉，故障再也没出现。

刀盘拔镑螺母保持弹簧

图１刀盘液压拔镇示意图

叠

故障现象２：数控电子速焊机的旋转工作台旋转时出现３０号报警（Ｃ轴驱动错误）。

故障分析及处理：该旋转工作台是由直流伺服电动机驱动的，由松下的驱动器驱动，规格为ＲＴＳｔｒｉ１０Ａ／６０Ｖ。电动机速度经变速箱减速后带动旋转工作台，因此根据故障现象分析电气、机械故障均有可能。打开控制柜发现Ｃ轴的空开Ｑ３９跳闸，合上后再让Ｃ轴运转，瞬间测得电动机电流为１２Ａ，已超过驱动器的最大电流１０Ａ，致使Ｑ３９仍然跳闸。据此判断可能是驱动器故障，或电动机故障，或减速器故障。让电动机与减速器脱开空运转正常，测得电动机电流为０．７Ａ，因此故障有可能是机械故障，也可能是驱动器或电动机带负荷的能力不够所致。由于ｘ、ｙ、Ｃ三个轴的驱动器完全一致，因此把ｌ，轴的驱动器与ｃ轴的驱动器互换，结果ｙ轴运行正常，因此排除驱动器故障。该旋转工作台有高、低速两档，从减速器电动机侧手动盘两档对比发现高速档比低速档明显费劲。据此判断可能是高速档减速器故障。整体拆下该变速器，再次手动盘减速器很沉。由于没有该变速器的资料，不清楚内部结构，由ＣＴ机测出其内部结构知道该减速器

为行星齿轮的减速器。拆卸该减速器，没发现齿损，也

脚到２００童８茎翁Ｉ磐

＼～／’十■‘Ｍ

万方数据

没发现别的异常，且减速器内的润滑脂也很充足，经煤油清洗轴承后，手动盘减速器非常轻松。把减速器装上后Ｃ轴工作正常，但工作不到一个星期，同样的故障又出现了，再次清洗轴承装上工作仅３天，同样的故障又出现。综合上述维修过程判断可能是减速器端部的轴承有故障。购买相同的轴承更换后，故障再也没有出现。因此故障原因就是由于轴承密封圈受损所致。该减速器两端的轴承为带密封圈的精密尘封轴承，如果轴承的密封性不好，焊接时产生的烟雾颗粒进入轴承，长时间的烟雾颗粒积累，使得轴承被研损或研死，从而造成驱动器负载过重而报警。前两次清洗轴承后能使用，说明精密尘封轴承的密封圈已坏，由于对精密尘封轴承的使用知识了解不够，错误地进行清洗，导致维修判断上的误差。

故障现象３：数控线切割加工时丝发颤，且用３０斗ｍ的丝切割工件时会出现断丝报警。

故障分析及处理：丝颤或断丝是线切割机床常见的故障。加工间隙电压高，脉冲间隔比失调，加工液脏，丝的张力调节紧，运丝机构机械磨损或松动，丝的质鼍差和加工材质都可以造成丝发颤或断丝。根据故障现场判断可能是运丝机构长时间磨损或松动造成间隙过大或丝的张力调节太紧造成。检查运丝机构，更换新丝、加工液和磨损严重的小压丝轮，调节丝的张力后，故障没有变化。测量加工间隙电压，检查丝的检测开关正常。让３０斗ｍ的丝空运行时也会出现丝断，但５０ｐ，ｍ的丝空运行不会断，这就排除了脉冲电源引起断丝的因素。仔细观察运丝机构，用手触摸剪丝处的大的压丝轮发现压丝轮有轴向跳动的现象，经千分表测量其轴向跳动为１０斗ｍ。通过紧固螺母，减小间隙后，故障消除。因此故障原因就是剪丝处的压丝轮轴向跳动引起丝的颤抖，５０岬比３０岬的丝能承受较大的力，３０¨ｍ因承受力较小被上下压丝轮搓断，从而出现断丝。

２功能性故障

功能性故障主要指工件加工精度方面的故障，表现在加工精度差，运动方向误差大，机床无任何报警显示。诊断这类故障，必须从不合格零件的特征，或运动误差大小的程度及误差的特点，从运动传动的原理及传动链的传动副的特点等来分析叮能的原因。进而有针对性地进行一些检查，从中找出故障原因。

故障现象ｌ：一数控铣床加工的零件，在检验中发现工件ｘ轴方向的实际尺寸与程序编辑的实际尺寸存在不规则的偏差。

纱剁２０圭０８豁Ｉ搿

、～一，４＋￥‘Ｍ

Ｒ蒯吗ａｎｄ恂ｍｅ加ｎｃｅ改装与维修故障分析及处理：根据数控机床原理分析，ｘ轴尺寸偏差是由ｘ轴位置环偏差造成的。该机床数控系统为ＦＡＮＵＣＯｉＭＡ，控制方式为半闭环控制。检杳有关位置控制参数，如伺服环增益、反向间隙、轴切削进给到位宽度等均在要求范围内，因此排除参数设置不当或变化引起故障的因素。检查ｘ轴传动链，因为传动链中任何连接部分存在间隙或松动，均可引起位置偏差，从而造成加工零件超差。将一千分表吸在主轴端面上，把主轴下降使表头压到工作台上，并使表头压缩到５０ｐ，ｍ左右，然后把表刻度对零。将机床操作面板上的工作方式开关置于增量方式（ＩＮＣ）的×１０档，沿ｘ轴按正或负方向进给，观察干分表读数的变化。理论上应该每按一下，千分表的读数增加１０灿ｍ。经测量，ｘ轴正、负两个方向的增量运动都存在不规则的偏差。检查与ｘ轴伺服电动机连接的丝杆，发现与伺服电动机和丝杆连接的连轴器的锥套有松动，使得进给传动与伺服电动机驱动不同步。由于在运行中松动是不规则的，从而造成位置偏差的不规则，最终造成零件的加工尺寸出现不规则的偏差。由于ｘ轴为半闭环的位置控制，因此编码器检测的位置值不能真正反映ｘ轴的实际位置，位置控制精度在很大程度上取决于传动链的传动精度。因此在日常维护中要注意对进给传动链的检查，特别是连接元件，看有无松动现象，以便随时进行机械调整。

３结构性故障

主要指主轴电动机发热，运行噪声大，速度不稳定，切削时产生振动等，这类故障主要与主轴安装、润滑、档位、动平衡和轴承有关，找出故障点，进行相应的处理即可。

故障现象ｌ：一加工中心主轴启动时主轴速度慢慢达到指令速度，停车也是慢慢停下来。

故障分析与处理：主轴启动时通过主轴运行监控画面发现主轴电动机速度是正常的，齿轮变速后出现不正常，因此排除驱动控制系统的故障。故障町能是主轴皮带过松，或者是皮带表面有油污，或者皮带使用过久而失效，摩擦离合器调整过松或磨损等原因引起。通过排除法逐一检查发现电动机与主轴连接的皮带过松，因此移动电动机座，张紧皮带，然后将电动机锁紧，试机故障消失。经过两小时的运行，电动机不发热，说明皮带张紧度调节合适。因此故障原因就是皮带过松，主轴在启动和停车时由于力的冲击而使皮带打滑，从而出现上述故障。

总之，机械故障的诊断和处理是比较麻烦的，因为

万方数据

改装与维修Ｒ删ｎｇａｎｄ№ｉ兀咖腧

全数字电控系统在机床设备再造中的应用

吴雨川①左智勇②

（①武汉科技学院电子信息工程学院，湖北武汉４３００７３；

②武汉宝德机电有限责任公司，湖北武汉４３００８０）

数控机床机械故障诊断及处理

：梁毅，陈功福，孙继，LIANGYi，CHENGongfu，SUNJi单位：中国工程物理研