1、数控机床机械故障诊断方式研究摘要：在数控机床生产操作过程中，最容易出现的故障为数控机床的机械故障，这些故障严重影响和危害到企业的正常生产经营。因此，对于数控机床机械故障的类型分析和诊断方式必须加强。本文就生产运行过程中常见的机械故障进行分析和总结，并对其诊断和处理对策进行讨论，便于数控机床能够正常、安全的运行。 关键词：数控机床；机械故障；类型；诊断方式 中图分类号： TG659 文献标识码： A 随着现代化企业的生产规模不断扩大，数控机械的应用日益高速化、精密化和大型化，定期保养维修以及事后的补救维修显然已经不能适应。因而，作为视情维修的技术基础(状态监测与故障诊断理论与方法)的研究已经成为
2、研究的热点之一。 一、数控机床概述 数控机床即是一种典型的将测量、电子、机做、光学、液压等技术集于一体的科技密集型的自动化产品加工设备。数控机床的机械结构应该具备以下方面的特点：刚度较大、抗振性较强、灵敏性较高、热变形范围小，而且可以保持较高的精度以及高度的可靠性，在工艺和功能方面也显示出了复合化以及集成化特征。数控机床较之普通的机床设备，其在功能上更加丰富，性能上更加可靠、安全，而它的机械故障也通常表现在机电设备之间的内在关系上。 中国自 20 世纪 70 年代末开始吸收国外先进诊断技术和设备， 20 世纪 80 年代初有关院所开始研究状态监测与故障诊断。自 1990 年以来，无论是理论研究
3、还是技术应用，中国已进入普及与提高相结合的阶段，并在一方面接近国际先进水平。 二、诊断数控机床机械故障 微电子系统的硬、软件故障为主要的数控机床故障。在微电子系统与机械、液压、气动乃至光学等方面装置的交接节点上为故障诊断侧重点。采用硬、软件相结合的诊断系统现在已经有很多，手段也不断提高，内容在不断更新。从故障的检测到故障排除，工作量最多、涉及到学科交叉最广、难度最大的仍是 PLC 装置、数字控制装置以及驱动系统等的微电子硬、软件部分。 （一） 、故障诊断的原则 CNC 系统丧失了规定的功能即是 CNC 系统发生故障(或称失效)。故障可按性质、表现形式、起因等分为多种类型。但在进行诊断时，不论对
4、哪种故障类型，都必须要遵循以下原则: 1、对产生故障的原因认真分析 CNC 系统发生故障，常常是同一报警号、同一现象却可以有多种起因，甚至有的在机床上为故障根源，但现象却在系统上反映。所以在对故障的起因查找时，思路要开阔，无论是集成电器、CNC 系统，还是液压、机械，对该故障的原因只要有可能引起，都要全面地尽可能列出来。然后进行优化选择和综合判断，确定产生故障最有可能的原因，通过必要的试验，达到排除故障或是确诊的目的。 2、充分调查故障现象它包括两个方面的内容:一是对操作者的调查，详细询问出现故障的全过程，有些什么现象产生，采取过什么措施等。调查过程中，操作者坦诚的配合是极为重要的。另一方面，
5、要对现场做细致的勘测。 （二） 、故障诊断方法 1、简易诊断法 这种诊断法也可以被叫做机械检测法。在现场维修中，操作人员借助仪器，如百分表、水准仪、光学仪等此类一般性的检查工具就能够进行检测。在检测过程中，可以充分地问、看、听、摸、嗅等数控机床的形貌、声音、温度、颜色以及气味变化，这样就能够分析和诊断机床故障。这种方法可以较快地判定出现故障的部位，判定相关的劣化趋向，这样就可以对存在疑难的机床问题以及故障开展后续的精密诊断。这种方法要求维修人员有着非常丰富的数控机床检测经验。 2、替换线路板法 若有备用线路板，换上备用电路板就可判断是否有故障在旧线路板上。可以用机床本身的条件，在没有备用电路板
6、的情况下。例如，采用系统为美国 AB8400 的 RE5020 立式加工中心，用它的 X 轴伺服系统有故障。经过仔细查看，得知 Z 轴伺服板与 X 轴一样，即可把 Z 轴的伺服板更换到 X 轴伺服板上，来判断 X 板是否损坏。换板时，原板的状态与印刷线路板一定要注意一致，包括各种设定棒的位置，电位器的位置。若是更换存储器板时，还应重新设定各种 NC 数据，进行初始化等。 3、精密诊断法 在简易诊断法的基础上，精密诊断法是对所选出的疑难故障进行分析，专职人员经过精密的维修和诊断的相关方法。维修人员在进行此操作的过程中，运用非常科学的测试方法来精细准确地开展定量的检测活动，进行故障分析，分析故障的
7、原因、位置以及数据，决定实践的诊断方式以及最有效的修理办法。 1）噪声监测 在机床轴承、齿轮的运行过程中，借助噪声测量计以及声波计来进行检测，这样就可以深入地理解和把握噪声信号的变化规律。在此基础上，可以更深层次地分析，判断、识别齿轮以及轴承所形成的磨损失效故障状态。振动和噪声在检测过程中，成为了广泛运用的诊断信息，得到了最为广泛的应用。要先检测强度，等到检测出异常情况时，再进行定量分析。 2）裂纹监测 通过超声波、磁性探伤、声发射、电阻多种方法，可以检测到零件内部机体所形成的相关裂纹缺陷，这些疲劳裂缝可能会造成严重事故，在检测性质材料不同的裂纹过程中，应该运用不同的检测方法。 3）温度检测
8、这种检测方式包括了非接触型以及接触型。接触型指的是借助测量贴片、温度计、热电偶以及热敏涂料等直接和轴承、电动机以及齿轮箱等装置进行表面接触，从而测量出相关数据的检测类型。非接触型指的是要运用比较科学的测温仪、红外热像仪以及扫描仪等进行检测，这样可以遥测那些不容易接近的机床。而且还能够方便、快速地做到这一点。4、报警灯显示法 故障所在位置，根据报警指示灯显示故障所示大致能判断出。例如，有四个报警指示灯在主轴伺服控制板上，可组合为不同的代码，不同的故障用不同的组合代表。首先检查切削条件、刀具及进给量是否符合要求，电机是否过载。然后，保险是否熔断用万用表测量，若熔断，则检查循环中是否太频繁的加减速。
9、再查一下电机的连接线及速度反馈信号。最终查出是损坏的为大功率三极管模块，检查结果，CE 击穿，更换一块新的模块即可。 （三） 、故障的测试与维修 有时报警装置尚不能自动诊断出数控机床发生故障的具体位置，常常可以有多种起因造成同一报警号，将故障不可能缩小到某一具体部位上。具有实时检测故障诊断能力的逻辑分析仪就有了用武之地。逻辑分析仪通过输入输出端子或 IC 板检测端子施加脉冲信号，进行线路定时分析，检测时序状态在数字电路上是否正确，或查找毛刺干扰通过毛刺触发在何处。进行比较分析计算机中公用数据库的数据和逻辑分析仪的测试数据，也可存储在数据库里，供今后研究之用。 三、数控机床机械故障诊断的未来趋势
10、 故障维修与检测是一项实践性很强的工作，如何尽快在实际工作中发挥它应有的作用，尽快成为我们得力的助手，取决于对测试仪器和使用设备的熟练程度。经验越丰富判断故障的准确率也越高，需要我们在实践过程中不断地总结和积累经验。 总之，在数控机床中，因为运用了很多电气控制以及驱动设备，如此一来，数控机床在机械结构方面要比普通机床有了很大进步和完善。但是，在使用过程中，因为它自身的机械结构和设备，这就使得数控机床的故障体现出很多的新特征。在分析、诊断以及维修此类故障时，要检测出相关故障，进而分析故障产生的可能原因，逐步排除原因，进而确定真实的故障原因。 参考文献 1 沈丽.数控机床故障预测与健康管理系统关键技术研究探讨J.机电信息，2011(21) 2 刘希金，罗兰机床数控系统故障检查及维修检查M 北京:兵器工业出版社， 1995 3 任玉田，焦振学，王宏甫机床计算机数控技术M 北京:北京理工大学出版社， 1996
