7数控机床机械故障诊断

武汉科技大学2019/8/16数控设备故障诊断及维修1第8章数控机床机械故障诊断8.1机械故障及其分类8.2数控机床机械故障诊断方法8.3主传动系统与主轴部件故障的诊断与维修8.4进给传动机构故障的诊断及维修8.5导轨副故障的诊断与维修8.6液压、气动系统故障诊断及维修8.7刀库及自动换刀装置故障分析与排除武汉科技大学2019/8/16数控设备故障诊断及维修2学习目的数控机床是现代机械制造系统中的重要组成设备，是CAD/CAM,FMS,CIMS等高新技术的基础单元。随着机电一体化进程不断深入，数控机床越来越成为机械工业技术改造的首选设备。它的通用、灵活、高效率、高精度、高质量等特点，决定了该设备的应用日益广泛。本章介绍了数控机床机械故障的特点、故障诊断的方法。武汉科技大学2019/8/16数控设备故障诊断及维修38.1.1机械故障所谓机械故障，就是指机械系统(零件、组件、部件或整台设备乃至一系列的设备组合)因偏离其设计状态而丧失部分或全部功能的现象。如机床运转不平稳、轴承噪声过大、机械手夹持刀柄不稳定等现象都是机械故障的表现形式。8.1.2机械故障分类机械故障可以从不同的角度来进行分类。不同的分类方法反映了机械故障的不同侧面，对机械故障进行分类的目的是为了更好地针对不同的故障形式采取相应的对策。机械故障可按其原因、性质、影响、特点等情况作如下分类。8.1机械故障及其分类武汉科技大学2019/8/16数控设备故障诊断及维修41.按故障发生的原因划分（1）磨损性故障机械系统因使用过程中的正常磨损而引发的故障，对这类故障形式，一般只进行寿命预测。（2）错用性故障因使用不当而引发的故障。（3）先天性故障由于设计或制造不当而造成机械系统中存在某些薄弱环节而引发的故障。武汉科技大学2019/8/16数控设备故障诊断及维修52.按故障性质划分（1）间断性故障只是短期内丧失某些功能，稍加修理调试就能恢复，不需要更换零件。（2）永久性故障某些零件已损坏，需要更换或修理才能恢复。武汉科技大学2019/8/16数控设备故障诊断及维修63.按故障发生后的影响程度划分（1）部分性故障设计功能部分丧失的故障。（2）完全性故障设计功能完全丧失的故障。4.按故障造成的后果划分（1）危害性故障会对人身、生产和环境造成危险或危害的故障，如机床保护系统不能有效工作而造成损害工件或操作者等。（2）安全性故障不会对人身、生产和环境造成危害的故障。如保护系统在不需保护时动作等。武汉科技大学2019/8/16数控设备故障诊断及维修75.按故障发生的快慢划分（1）突发性故障不能靠早期测试检测出来的故障。即此类故障是不可预测的，对这类故障只能进行预防，如过载造成机件损坏。（2）渐发性故障故障的发展有一个过程，因而可对其进行预测和监视。如疲劳裂纹的产生和扩展。6.按故障发生的频次划分（1）偶发性故障发生频率很低的故障，即“意外现象”。（2）多发性故障经常发生的故障。武汉科技大学2019/8/16数控设备故障诊断及维修87.按故障发生、发展规律划分（1）随机故障故障发生的时间是随机的。（2）有规则故障故障的发生比较有规则。机械故障还可从其他角度来进行分类，但不管如何分类，每一种故障都有其主要特征，即所谓故障模式或故障状态。即使仅就机械故障而言，要将其一一罗列也是相当复杂的，但归纳它们的共同形态，可列出下列数种：异常振动、磨损、疲劳、裂纹、破断、过度变形、腐蚀、剥离、渗漏、堵塞、异常声响、油质劣化、材料劣化、粘合、污染、不稳定及其他。武汉科技大学2019/8/16数控设备故障诊断及维修98.2数控机床机械故障诊断方法8.2.1数控机床机械故障特点数控机床机械部分的故障与普通机床机械部分的故障有许多共同点，因此在对机械故障进行诊断时，有许多地方是相通的，或者说是可借鉴的。但由于数控机床大量采用电气控制与驱动，这就使得数控机床的机械结构与普通机床的机械结构相比，有了很大的简化。许多普通机床上常出现的机械故障，在数控机床上的发生率已大大降低或根本没有。但是数控机床由于其自身性能的要求，使得其机械结构又具有许多新的特点，因此数控机床机械结构的故障又呈现出一些新的特征。其常见的机械故障是多种多样的，数控机床的说明书或机械修理手册对一些机械故障进行了说明，在此仅介绍一些带共性的部件故障。武汉科技大学2019/8/16数控设备故障诊断及维修101.进给传动链故障数控机床普遍采用了滚动摩擦副，所以进给传动链故障大部分是以运动品质下降表现出来的。如定位精度下降、反向间隙过大，机械爬行，轴承噪声过大(一般都在撞车后出现)因此，这部分修理常与运动副预紧力、松动环节和补偿环节有关。2.主轴部件故障由于使用调速电动机，数控机床主轴箱的内部结构比较简单。可能出现故障的部分有自动换刀部分的刀杆拉紧机构、自动换挡机构及主轴运动精度的保持装置等。武汉科技大学2019/8/16数控设备故障诊断及维修113.自动换刀装置(ATC)故障自动换刀装置用于加工中心等设备，目前50％的机械故障与它有关。故障主要是刀库运动故障、定位误差过大、机械手夹持刀柄不稳定和机械手运动误差过大等。这些故障最后大多数都造成换刀动作卡住，使整机停止工作等。4.各级运动位置检查的行程开关压合故障在数控机床中，为了保证自动化工作的可靠性，大量采用运动位置检查的行程开关。在机床长期工作中，运动部件运动特性的变化、压合行程开关的机械装置可靠性及行程开关本身品质特性都会大大影响整机的故障及排除故障的工作。5.配套附件的可靠性配套附件包括切削液装置、排屑装置、导轨防护罩、冷却液防护罩、主轴冷却恒温油箱和液压油箱等。要经常检查它们运行是否可靠。武汉科技大学2019/8/16数控设备故障诊断及维修128.2.2数控机床机械故障诊断方法数控机床机械故障诊断包括对数控机床运行状态的识别，对其运行过程的监测，以及对其运行发展趋势的预测三个方面。通过对数控机床机械装置的某些特征参数，如振动、噪声和温度等进行测定，将测定值与规定的正常值进行比较，以判断机械装置的工作状态是否正常。若对机械装置进行定期或连续监测，便可获得机械装置状态变化的趋势性规律，从而对机械装置的运行状态进行预测和预报。随着电子测试技术、信号处理技术以及计算机技术的迅猛发展，对数控机床机械故障诊断的方法已从传统的凭感觉器官和经验来判定故障的部位和原因，拓展到采用先进测试仪器和手段乃至故障诊断专家系统等现代化的故障诊断方法来对机械故障进行诊断和预测。现分述如下：武汉科技大学2019/8/16数控设备故障诊断及维修131.简易诊断法简易诊断法是靠人的感官功能(视、听、触、嗅等)，借助一些常用工、量具对机床的运行状态进行监测和判断的过程。在对机械故障进行诊断之前，通常应询问下列情况：（1）机床开动时有何异常现象，故障是在什么情况下发生的，操作者都做过什么操作。（2）对比故障前后工件的精度和表面粗糙度，以便分析故障产生的原因。（3）主轴系统、进给系统是否能正常工作，有无异常现象出现。（4）润滑油品牌号是否符合规定，用量是否适当。（5）以前曾发生过什么故障，是如何处理的，机床何时进行过保养检修等。武汉科技大学2019/8/16数控设备故障诊断及维修14在听取故障情况介绍时，要特别仔细、认真并作好记录，重要的地方要重新确认一下。在完成问询之后，要通过视觉仔细观察数控机床的机件有无松动、裂纹及其他损伤；可以检查润滑是否正常，有无干摩擦和跑、冒、滴、漏现象；可以观察机床外表颜色是否发生变化，以判断机床转动部位有无长时间受热升温的现象；还可观看油箱内的油的稀稠、颜色是否异常，油箱内沉积物中金属磨粒的多少、大小及特点以判断润滑油是否变质及相关机件的磨损情况；还可观察机床主传动及进给系统的传动轴、滚珠丝杠是否变形，轮系中的各主要元件有否跳动等。武汉科技大学2019/8/16数控设备故障诊断及维修15利用听觉细心判断数控机床运转的声响。这是因为机床正常运转时，所发出的声响总是具有一定的音律和节奏，并保持一定程度的稳定。利用听觉对发生了故障的机床所出现的重、杂、怪、乱的异常噪声与机床的正常声响进行比对，判断机床内部是否出现松动、撞击、不平衡等隐患。维修人员可以用手锤轻轻敲击零件，可判别零件是否缺损，有无裂纹产生。另外，还可借助简单的诊断仪器如电子听诊器来对机床故障进行诊断。电子听诊器是一种振动加速度传感器。它将机床振动状况转换成电信号并进行放大，人们用耳机监听运行设备的振动声响，以实现对声音的定性测量。武汉科技大学2019/8/16数控设备故障诊断及维修16人的手指触觉是很灵敏的，可以较准确地分辨出80℃以内的温度，其误差可准确到3℃～5℃。经验告诉我们，当机床温度在0℃左右时，手感冰凉，若触摸时间较长会产生刺骨痛感；l0℃左右时，手感较凉，但一般能忍受；20℃左右时，手感稍凉，随着接触时间延长，手感渐温；30℃左右时，手感微温，有舒适感；40℃左右时，手感较热，有微烫感觉；50℃左右时，手感较烫，若用掌心按的时间较长，会有汗感；60℃左右时，手感很烫，但一般能忍受10秒长的时间；70℃左右时，手感烫得灼痛，一般只能忍受3秒长的时间，并且手的触摸处会很快变红；80℃以上时，瞬时接触手感“麻辣火烧”，时间过长，可出现烫伤。所以，在采用手指触觉判断温度高低时，应注意触摸方法，一般先用右手微微弯曲的食指、中指、无名指指背中节部位试探性触及机床表面，无灼痛感时，才可用手指肚或手掌触摸机床表面，以判断其温升情况。武汉科技大学2019/8/16数控设备故障诊断及维修17另外，用手触摸机床表面可以感觉出振动的强弱以及是否产生冲击，从而判断机床振动的情况。同时还可用手指直接感觉出机床的移动部件是否在爬行。利用人的嗅觉对机床的某些部位因剧烈摩擦，使附着的油脂或其他可燃物发生氧化、蒸发，以及因各种原因引起的燃烧所发出的气味进行判断，往往可收到较好的效果。一方面可帮助人们迅速找到故障部位，另一方面可根据气味的种类判别是何种材料发出的，以便为诊断故障原因提供依据。采用简易诊断法来判断数控机床的故障，是定性的、粗略的和经验性的，但对数控机床的管理及维修仍有现实的意义。武汉科技大学2019/8/16数控设备故障诊断及维修182.无损探伤法无损探伤是在不损坏检测对象的前提下，探测其内部或外表的缺陷(伤痕)的现代检测技术。在工业生产中，许多重要设备的原材料、零部件、焊缝等必须进行必要的无损探伤，当确认其内部或表面不存在危险性或非允许缺陷时，才可以使用或运行。这种方法在数控机床的制造及其机械故障的诊断中也需要应用。目前用于机器故障诊断的无损探伤方法多达几十种，在工业生产检验中，应用最广泛的有超声波探伤、射线探伤、磁粉探伤、渗透探伤等。就其检测对象而言，超声波探伤和射线探伤比较适合于检测机体内部缺陷，而对于机体表面缺陷采用磁粉探伤、渗透探伤则更为合适。除此之外，许多现代无损检测技术如红外线探伤、激光全息摄影、同位素射线示踪等也获得了应用，对数控机床采用无损探伤技术进行机械故障诊断可有效地提高机床的运行可靠性，另外，对于改进数控机床的设计制造工艺，降低制造成本也具有十分现实的意义。武汉科技大学2019/8/16数控设备故障诊断及维修198.3主传动系统与主轴部件故障的诊断与维修数控机床的主传动是承受主切削力的传动运动，它的功率大小与回转速度直接影响着机床的加工效率，而主轴部件是保证机床加工精度和自动化程度的主要部件，它们对数控机床的性能有着决定性的影响。由于数控机床的主轴驱动广泛采用交、直流主轴电动机，这就使得主传动的功率和调速范围较普通机床大为增加。同时，为了进一步满足对主传动调速和扭矩输出的要求，在数控机床上常采用机电相结合的方法，即同时采用电动机调速和机械齿轮变速这两种方法。其中，通过齿轮减速来扩大输出扭矩，利用齿轮换挡来进一步扩大调速范围。尽管如此，数控机床的主传动变速机构仍较以往的普通机床有了极