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数控机床的故障诊断与维修
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1.数控机床系统结构及特点
（1）数控机床系统的结构组成。由于数控机床设计理念和设计思想的不同，数控机床种类繁多并各具特点，但是不管哪一种产品，其系统设计都基于同一个原理。大体来说，数控机床系统一般包括控制系统、伺服系统和位置检测系统三个部分。其中，控制系统主要负责整个机床的运转过程，它把对部件的相应程序进行运算的结果发送给伺服系统，然后伺服系统根据接收到的控制指令进行分析，机械的运转由相应的电动机来控制，而机械的运动位置和速度的检测主要由位置检测系统完成，位置检测系统将监测到的信息反馈给控制系统后，控制系统又会对相关的指令进行确认与修正，以确保整个数控机床正常运转。
（2）数控机床系统的特点。数控机床对于现代生产效率的提高有着重要的意义。由于数控机床三个组成系统之间的紧密协调工作，使得整个数控系统在生产运行过程中具有以下特点：①在运行过程中，整个数控机床系统具有较强的安全可靠性。②数控机床运作的环境要求整个系统具有较强的环境适应能力，即使在高温、潮湿等环境下也能实现正常运行。③数控机床的开关设备可以承受频繁的起动，运行状态相对稳定，数控机床系统整体性能比较高。
2.数控机床故障常用诊断方法及维修特点分析
数控机床通常由机床主体、控制介质和数控系统组成，而数控系统是整个数控机床的核心，在整个机床中起指挥作用。根据数控机床的机构和数控系统的特点，在数控机床出现故障的情况下，一般可以采用以下办法进行故障诊断。
（1）直观法。直观法是数控机床发生故障时应用最广泛的一种诊断方法。它主要通过数控机床出现的异常现象、情况等直接观察而对机床故障进行定位、排查和诊断。比如可以通过直观检查了解机床重要部件的磨损、松动或者脱落等情况；如果故障出现时伴随有烧焦味，那么维修人员就可以着重检查数控机床的线路以及各类保护性开关、电阻等；此外，还可以通过直接的接触和感觉来判断数控机床各个设备的运转温度是否正常等。
（2）功能程序测试及报警信息诊断法。由于数控机床一般都设置有自我诊断程序，所以如果数控机床出现故障后通过直观方法无法锁定故障的范围，就可以充分利用机床本身的自我诊断程序进行故障诊断。维修人员只需在数控系统中输入一定的功能测试程序就可以了解机床的程序运行情况，从而分析故障产生的原因。另外，机床的自我诊断功能一般包含机械运行情况信息显示功能，当故障发生时，显示中会出现相应的故障报警信息，维修人员通过这些信息就可以大概地清楚机床故障产生的情况。
（3）参数调整分析法。数控机床的参数变化对机床的整体性能有很大的影响，所以，在数控故障检查中，数控机床的参数变化也是诊断机床故障的重要依据。由于参数设置对数控系统起着决定性作用，可以通过参数的设置来调整系统的运行，因此，故障发生时，维修人员就可以通过参数的调整来进行故障诊断与排除。
（4）部件置换诊断法。数控机床在运行过程中，如果某个部件出现问题也会导致机床故障的发生。维修人员在不能确认是哪一部分出现问题的情况下，就可以通过更换新的部件来检查，看是否是由于部件损坏造成的故障。
（5）原理分析法。原理分析法是从数控的基本工作原理方面分析和判断机床故障的方法，主要是通过对逻辑电平和特征指数的分析来对故障进行诊断。这种诊断方法对维修人员有较高的技术水平要求，维修人员不仅要深入而全面地掌握数控机床的系统运行原理，还要对各个部件的工作原理有清醒的认识，才能准确地进行分析并对故障定位。一般情况下，可以把数控机床故障分为机械故障和数控系统故障。机床故障诊断后，要对数控机床进行维修，就要进一步明确这两种故障维修的特点。整体来看，机床机械故障维修一般遵循先简后精的原则，首先通过直接观察等方法大概判断出故障的范围及位置，对部位进行简单的维修，通过简单维修对故障进行确认后，再确定合理的维修方案对故障进行精密维修，从根本上解决机床故障，使数控机床恢复正常运行。而相对于机械故障，数控系统故障就复杂得多。因为系统故障涉及到气动、液压和电气等方面的内容，所以检查也要求比较详细和深入，维修一般遵循先外部后内部、先一般后特殊和先简单后复杂的原则。
3.数控机床故障维修措施与方法
（1）系统复位、初始化法。这种维修方法主要是针对数控机床系统因程序错乱而导致的故障，这种情况下，机床往往会因为系统编程或瞬间的故障而停止运行，故障报警系统也会出现相应的故障信息提示。对于这种故障，可以采取强行断开电源，稍等片刻后再开电源按复位键进行机械复位，看能否让机床恢复正常运作。而故障报警系统复位处理通常被用于因线路接触不良或系统存储压力过小等引起的故障报警，在对系统进行复位和初始化前一定要做好系统数据备份工作，以便于初始化操作无法排除故障后对机床的硬件进行进一步的分析和诊断。
（2）参数设置法。由于参数设置正确与否对数控机床的正常运行有着非常大的影响，参数设置出现一点小的错误都会导致机床在某方面功能的丧失，影响机床的整体性能，甚至使机床停止运作。这种情况就可以通过运用机床系统的快速搜索功能，对相关参数进行对照和分析，找出故障原因，对参数进行校对和设置，使数控机床恢复正常工作。
（3）参数微调法。如果系统参数重新设置后，数控机床的故障仍然无法排除或者不能按照工作要求精确地运行，这时候就可以考虑运用微调参数的方法来对机床参数进行进一步地优化。因为机床的系统和其他电气系统之间是否达到最佳控制，对机床整体运作效率有着重要的影响，而通过参数微调就可以使这种系统间的控制达到最佳的标准。
（4）模块更新替换法。模块更新替换法往往能使机床故障维修变得简单而快速，所以在数控机床故障维修时得到普遍的使用。这种维修办法只需要更新或替换掉故障产生的系统模块，并重新设置好相关的参数，就能快速地排除机床故障，使机床恢复正常运行。
（5）提高加强机床抗干扰能力。如果数控机床在运行过程中受到强烈的干扰，机床的正常运作就会受到影响。所以，针对由于电源开关引起的机床故障，就可以通过利用接地的方式来降低高频对数控机床影响的维修方法进行故障排除。此外，也可以通过保持电源电压的稳定性，提高电源的负载能力，使机床的抗干扰能力得到一定的加强。
数控机床任何一个部件或者系统出现异常情况都会造成机床故障的产生，所以在故障诊断过程中，维修人员要对机械主体、数控系统和重要部件等进行综合的检查与分析，确定故障发生的位置及原因，进而采取针对性的维修措施和方法，尽快清除机床故障，保障数控机床正常运作。此外，对数控机床进行日常的维护和保养，不但可以大大降低机床故障的发生，还可以有效提高数控机床的使用效率，减少因产生故障造成对生产活动的影响。
作者：于广发 单位：齐齐哈尔轨道交通装备有限公司电车间数控机床的故障诊断与维修责任编辑：杨雪&&&&阅读：人次
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维修人员有哪些方法拆数控机床主轴轴承？
如上，怎么拆呢？
提问者:陈裕佳
近年来，随着我公司市场需求的不断扩大以及生产产品技术含量的提高，公司大批引进、制造并应用了众多的数控机床，成为我公司活塞生产的关键设备。为了能更好的使用数控机床，使数控机床高效的发挥它的性能，现结合我公司的数控机床对数控机床常见的一些机械故障以及维护维修措施阐述如下：一、主轴部分1、主轴电机。　　数控机床大多采用变频调速电动机。变频调速电动机具有较硬的机械特性，稳定性良好；无转差损耗，效率高；接线简单、控制方便、价格低；能高效率的平滑调速，而且转速高、功率大，速度变换迅速、可靠；能无级变速等特点。变频调速电动机一般常见的机械故障表现为电机发热、振动、噪声等。（1）、电机发热：　　首先排除电器故障引起的电机发热，机械故障一般是电机轴承损坏、轴承间隙大导致电机转子高速旋转时与定子摩擦或者轴承缺润滑脂引起的，散热排风扇不工作或者损坏等。维修方法：一般更换电机轴承或者轴承加适量润滑脂，检查排风扇是否良好，清除排风扇上的污物。（2）、电机振动：　　振动的原因除了轴承损坏外，电机紧固螺栓松动或者电机皮带轮与电机轴间隙过大都能够引起电机的振动。维修方法：更换电机轴承或者轴承加润滑脂，紧固电机与机床床身连接螺栓，检查皮带轮动平衡，皮带轮内孔尺寸与电机主轴的配合间隙是否超差。（3）、电机噪声：　　电机产生噪声的机械故障原因主要是由于电机轴承损坏或轴承缺少润滑脂引起的。维修方法：更换电机轴承，轴承重新更换润滑脂，最好采用耐高温的润滑脂，并且润滑脂涂抹要适量。2、主轴箱。 　　　　　　　　　　 图2　机床主轴前端结构　　主轴箱部件是机床的重要部件之一。主轴部件和支承件均采用了刚度和抗振性较好的新型结构。主轴的加工精度、抗振性能以及热变形等对活塞的加工质量有直接的影响。因为采用了变频调速电动机，数控机床的主轴箱结构比较简单。主要是前后轴承支撑主轴，由电动机靠皮带传送动力直接带动旋转，主轴前端（见图2）一般采用双列圆柱滚子轴承2和角接触球轴承组合3，后支承采用双列圆柱滚子轴承。前后轴承利用锁紧螺母4与轴承间隙调整垫1消除调整轴向和径向间隙。这种结构能够具有强有力的切削性能，并且加工精度也能满足活塞加工的要求，是目前我公司制造的大多数控机床采用的结构形式。主轴的主要故障表现为主轴发热、噪音、加工尺寸不稳定等。（1）、主轴发热、噪音：　　主轴发热的原因主要是轴承损坏或者轴承缺润滑脂，轴承的预紧力过紧引起的。维修方法：主轴发热是要先找到发热源，判断是哪一端轴承发热引起的，然后用手转动主轴，判断主轴转动时松紧是否均匀，有没有沉点。如果是轴承引起的主轴发热，就要更换或清洗主轴轴承、轴承加适量润滑脂。在清洗轴承的时候一般采用煤油或者汽油清洗，先粗洗后精洗，然后均匀涂抹耐高温润滑脂后再重新装配。如果轴承预紧力过大引起的发热，先分别检查测量前后轴承与轴承间隙调整垫之间的间隙，要求在无锁紧螺母的外力下，轴承与轴承间隙调整垫之间的间隙在0.08mm-0.10mm之间，然后重新锁紧螺母，消除轴承间隙即可。（2）、加工尺寸不稳定：　　主轴轴承损坏或者轴承间隙过大或过小都会引起加工产品的尺寸不稳定。维修方法：检查更换主轴轴承。轴承磨损严重会直接影响加工工件的尺寸精度和工件表面粗糙度。调整轴承间隙调整垫的厚度，使主轴的轴向跳动和径向跳动达到最佳状态。3、静压电主轴技术: 　　　　　　　　　　 图3 电主轴　　在精孔和异型孔等要求加工精度高并且吃刀量小的工序，公司采用了先进的静压电主轴技术（见图3）。电机的转子直接与主轴连接，电机外壳与主轴箱连接，静压油通过前后油眼喷射到主轴上，使主轴与铜瓦之间形成一层油膜，通过电机转动带动主轴旋转。由于主轴旋转时没有机械摩擦，所以适合加工精度要求高，表面粗糙度要求高的产品。这种主轴关键是要保持静压车头的每个进油孔畅通均匀，使静压轴承的压力稳定。静压电主轴常见的故障有主轴发热、加工尺寸不稳定等。（1）、主轴发热：主轴发热的主要原因是由于静压油通过旋转摩擦发热，导致主轴升温，所以静压系统要有良好的冷却系统，一般靠安装冷却空调或散热器解决。（2）、加工尺寸不稳定：以BHT-20销孔镗床为例，被加工的活塞尺寸不稳定主要表现为销孔圆度超差、销孔的尺寸不稳定等。维修方法：因为主轴旋转时利用油膜托住主轴，所以要求静压压力前后稳定均匀是保证加工尺寸稳定的关键。维修时先检查调整静压压力，使主轴前端和后端的静压压力在0.5Mpa-0.8Mpa之间，保证回油管回油畅通，无气泡。清洗过滤网和喷油孔，使各喷油孔无无污物堵塞，喷油均匀。二、进给部分 　　　　　　　　图4 滚珠丝杠与滚动导轨1、导轨。导轨的作用是用来支撑和引导运动部件，按给定的方向做往复直线运动的。在数控机床的进给传动系统中，常见的导轨一般有滚动导轨（见图4）、静压导轨和滑动导轨等。如果导轨出现故障，主要反映是运动质量下降。如：托板未运动到规定位置、运行中断、定位精度下降、反向间隙增大、爬行等。维修方法：（1）、调整预紧力、调整松动部位、消除传动间隙等可提高传动精度。（2）、调整楔铁条与托板的间隙，使托板与导轨的摩擦力适中，提高运动精度。（3)、贴塑导轨要保证贴塑良好，无破损。（4）、导轨与导轨之间的间隙不能存有赃物，必须要有良好的防护装置。（5）、静压导轨应有一套过滤效果良好的供油系统。（6）、定时、定量、准确、的给每一个运动部位润滑良好。2、丝杠。目前，数控机床基本上都采用了滚珠丝杠传动（见图4），在进给部分，滚珠丝杠的刚性、安装质量和丝杠与丝母的间隙直接影响活塞加工的精度与尺寸，选择合适的滚珠丝杠，调整消除传动间隙能够减少产品加工的误差。常见的机械故障有轴向间隙过大、丝杠转动有沉点等。维修方法：（1）、轴向间隙过大。检查调整丝杠的轴向间隙，丝杠两端的支撑轴承是否良好，调整轴承预紧螺母，使丝杠的轴向间隙在0.01mm以内，保证传动精度。对于滚珠丝杠螺距的累积误差，通常采用间隙补偿的办法进行螺距补偿。（2）、丝杠转动有沉点：检查丝杠支撑和床身连接是否松动以及丝杠支撑轴承是否损坏，定期清洗滚珠丝杠上的费旧油脂和杂物切屑。（3）、测量丝杠与传动电机主轴的同轴度是否合格，避免过度的弯曲负载，最好使用柔性联轴器。（4）、每天定时定量做好良好的润滑是保证滚珠丝杠精度的维护措施。3、旋转刀库。旋转刀库的种类不外乎有两类，一类是机械传动，一类是液压传动。液压传动方式，即采用液压马达、电磁阀、流量控制阀等来驱动刀库的运转。液压压力的稳定和换向阀的灵敏是液压刀库正常动作强有力的保证。机械传动刀库是通过电机旋转，经联轴器带动蜗轮蜗杆旋转，使离合盘转动带动刀库。旋转刀库一般出现的机械故障是刀库旋转不到位、刀库不转动等。（1)、刀库不转动。维修方法：检查联接电动机轴与蜗杆轴的联轴器是否脱落，检查液压刀库压力是否稳定，换向阀、节流阀是否灵敏。（2）、刀库转不到位。维修方法：电动机转动故障，传动机构误差。装置调整不当或加工误差过大而造成拨叉位置不正确，原因可能是装置调整不当或加工误差过大而造成拨叉位置不正确；限位开关安装不正确或调整不当造成的。可通过调整刀库提起的间隙和限位开关的位置消除故障。4、伺服电机。伺服电机在传动部分作为执行电动机有控制速度,位置精度准确等优点。在与丝杠连接时最好用柔性联轴器，能避免过度的弯曲负载导致轴端和轴承的损坏磨损。在安装或拆卸伺服电机时，尽量不要用锤子直接敲打轴端。以防伺服电机轴另一端的编码器损坏。三、液压部分。液压泵一般都采用变量泵，常见的故障有油封因磨损漏油、泵体磨损、泵轴与电机轴间隙过大等，应及时更换或修理损坏部位，以防因压力不稳发生事故。液压油的选用也很关键，根据工作环境和空气温度等具体情况综合考虑液压油的类型和粘度的选择。并且做到定期更换液压油和过滤网，使用降温系统控制油温等保养措施。四、润滑系统。数控机床的润滑系统是一项非常重要的环节，对机床的精度和使用寿命起着至关重要的作用。在数控机床的使用过程中，应保证各部件润滑良好，一般采用集中润滑系统，集中润滑系统有定时、定量、准确、效率高，使用方便等优点，有利于延长机床的使用寿命，保证加工精度。在润滑系统中常见的故障有油泵失效、油路不畅通、给油循环时间不准确等。（1）、油泵失效。维修方法：检查油泵电机运转是否正常，清洗油泵进油口污物，保证润滑油清洁。（2）、油路不畅通。维修方法：检查油管有无破裂或堵塞，清洗或更换单向阀。（3）给油循环时间不准确。维修方法：调整给油循环时间，保证给有充足。五、其他辅助。1、气动部分。在活塞加工中，很多道工序要用到气压夹紧或拉紧，所以高压气体经过的分水滤气器一定要定时放水和清洗，油雾器里的液位应该符合上下限要求，并且保持气压系统的密封性，以保证整个气压系统的工作压力。2、排屑部分。数控机床的排屑部分一般采用的是链条式排屑机，是可以和机床分离的部分，主要出现的故障是链条和刮板损坏。在使用时要注意排屑机要在机床工作时同时运转，不要等到积攒切屑多了再开启，容易造成链条受力大拉断，当发现有物品掉入排屑机时，要赶紧关闭排屑机运转，并及时取出物品，检查无误后再开启。　　数控机床操作人员的技术业务素质是影响故障发生频率的重要因素。对数控操作人员进行培训，使其对日常工作中，对数控机床做好维护保养也是延长机床寿命的最重要的保证。维护保养是指对维持机床精度机床原理和性能、润滑部位及其方式，进行比较系统的学习，为更好的使用机床奠定了良好的基础。保养工作的原则是以预防为主，维修与计划检修并重。机床保养要按照整齐、清洁、润滑、安全的原则进行。根据工作量大小和难易程度可分为三级保养，即例行保养、一级保养、二级保养。机床的维修保养是主要依靠使用者来进行的，所以使用者对机床的熟悉程度有严格的要求，使用者要对机床做好“三好、四会”，即管好、用好、修好设备，会使用、会保养、会检查、会排除故障。同时在数控机床的使用和管理方面，制定一套切合实际、行之有效的措施，使责任明确到数控机床的使用者本人。对每一次出现的故障由机械维修人员和使用者以及设备管理员等进行故障分析，并进行善后维修工作的安排。　　机械维修人员在维修数控机床时应先在机床断电后，通过了解、询问操作者故障发生的过程，分析故障发生的原因，先由外向内，先简单后复杂逐一进行排查。尽量避免随意地拆卸，防止机床降低精度和性能。维修完成后记录故障产生的原因和维修经过，便于以后以后查询。多向经验丰富的操作人员和维修人员学习，来增加自己的知识，不断总结经验、弥补不足，使自己的业务水平有飞跃的提高！
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