数控机床机械故障诊断方法

数控机床在运行过程中，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增大，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甚至产生机械机构变形，致使执行机构受损，产生机械故障。

本节主要介绍有关数控机床机械故障诊断的任务、机械故障的分类和机械故障诊断的方法等。

数控机床机械故障诊断的任务是：

1）诊断引起机械系统的劣化或故障的主要原因；

2）掌握数控机床机械系统劣化、故障的部位、程度及原因等情况；

3）了解数控机床机械系统的性能、强度和效率；

4）预测数控机床机械系统的可靠性及使用寿命。

数控机床机械故障主要分为以下四种。

（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。

（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可能的原因，进而有针对性地进行一些检查，从中找出故障原因。

（3）结构性故障

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、挡位、动平衡和轴承有关，找出故障点，进行相应的处理即可。

（4）使用性故障

使用性故障主要是指机床操作人员因误操作或编程错误等原因造成数控机床机械结构部分发生碰撞等故障。诊断这类故障，先排除机床操作人员误操作的原因，然后再检查编程方面是否错误，如坐标原点选择错误导致碰刀等。

数控机床机械故障诊断的方法可以分为简易诊断法和精密诊断法。采用简易诊断法来判断数控机床的故障是定性的、粗略的和具有一定经验性的，而采用精密诊断法来判断机床的故障是定量的，可以准确地判断故障发生的缘由。

4.2.3.1 简易诊断法

简易诊断法也称为机械检测法，主要是由现场维修人员使用一般的检查工具和通过问、看、听、摸、嗅等直观感受来对机床进行故障诊断。这种方法能快速测定故障部位，检测机床劣化趋势，以选择有疑难问题的故障进行精密诊断。简易诊断法又可分为如下几种方法。

（1）问询法

机床维修人员一般与机床操作人员不是同一人，对机床的运行情况不清楚，这就需要在机床检修时首先与机床操作人员进行沟通，了解机床的日常使用状况、故障现象、故障产生的频率等基本情况，以此来帮助维修人员对机床进行了解并帮助确定故障原因。

（2）视觉查看法

维修人员通过人眼对数控机床的工作情况查看。首先对机床进行静态观察，注意查看机床的组成部件有无松紧的变化、节点部位有无损耗、油量是否足够、油箱的沉积物是否过量和机油的颜色变化有无异常等，然后在机床能正常启动的情况下在机床运转的过程中观察机床的运转状况，注意机床是否存在异常抖动。(www.xing528.com)

（3）听觉法

数控机床属于精密设备，在正常工作状态下声音是有规律性的，维修人员通过机床运行的声音有无异常诊断故障。如果机床在工作的时候出现杂乱或者刺耳的声音，说明机床里的一些部件产生了松动或者有机械部件产生了磨损。

（4）触觉（摸）法

维修人员在进行故障检测的时候，可以通过对机床外部的接触来判断机床是否存在异常，主要注意机床的振动是否处于正常范围、驱动电动机的发热是否正常、润滑油的温度是否正常等。必要时需要借助外部的测量工具（如游标卡尺、千分尺等）对机械零部件进行测量，判断是否存在磨损等情况。

（5）嗅觉法

在机床零部件发生松动或机床遭受不正常摩擦的时候，会散发出不正常味道。维修人员通过嗅觉可以快速找到发生故障的部位。另外发出的味道与零部件的材料是相一致的，可以通过对味道的判断来确定是哪一种材料出了问题，从而找出故障发生的缘由。

4.2.3.2 精密诊断法

经过简易诊断法中的问、看、听、摸、嗅等直观感受来判断机床故障产生的部位，然后通过精密诊断法找出故障产生的原因并排除故障。精密诊断法又可以分为如下几种方法。

（1）振动诊断法

数控机床运转时总会伴随着振动，当数控机床处于完好状态时，其振动强度是在一定的允许范围内波动的，而出现故障时，其振动强度必然增强，振动性质也发生变化。维修人员可通过测量所选数控机床机械振动参数（包括位移、速度和加速度等）的幅值（如有效值、峰值等），将它与标准值或经验值比较，从而初步判定机床是否有故障，然后将测得的机床振动参数随时间变化的时域信号进行各种分析处理，最终得到振动的特征参数或其波形图像，将它与机床正常运转时的振动特征参数或振动波形图像进行比较，从而判断数控机床机械故障的原因、部位和程度。

（2）温度监测法

数控机床零部件的温度反映了其热力过程，异常的温度变化表明了该零部件出现了热故障。对数控机床进行温度监测时，将测温传感器与被测对象接触，因传导热交换使测温传感器与被测对象之间达到热平衡，经过信号处理后获得被测对象当前的温度状况，再与机床正常运转时的温度进行比较来判断机床的故障情况。

（3）油液分析法

在数控机床中主要存在两类油，分别是润滑油和液压油。它们中包含着大量关于机床运行状态的信息，特别是润滑油，它就像人体的血液一样，在机床中循环流动，并将所涉及的各摩擦副的磨损碎屑一起带出，因此，通过对工作油液进行合理采样并进行油液分析后，就能间接监测磨损的类型和程度，判断磨损的部位，找出磨损的原因，从而对机床的工作状况做出合理科学的判断。油液分析通常经过以下4个步骤进行：

1）采样：采集当前运转机器中所检测零部件的工作油样品。

2）检测：对所采集的样品进行分析，测定出样品中磨损磨粒的各种特性。

3）诊断：根据检测结果判断零部件是否是异常磨损以及磨损的零件和磨损的类型。

4）处理：根据诊断结果，如果是正常磨损，则需预测机床零件的剩余使用寿命和今后的磨损类型；如果是异常磨损，则需要判断磨损零件是否影响机床的正常使用和考虑磨损零件更换的有关事情。

（4）噪声测量法

噪声测量法是利用数控机床运转时发出的噪声频率与正常运转时作比较来判断机床是否存在故障。数控机床的噪声来源主要有两类：一类是来自运动的零部件，如电动机、油泵、齿轮、轴承等，其噪声频率与它们的运动频率或固有频率有关；另一类是来自不动的零件，如箱体、盖板、机架等，其噪声是由于受其他振动源的诱发而产生共鸣引起的。不同构件会发出不同频率的声响，噪声测量时需要对这些声音进行频谱分析，用振动分析仪器对声音进行分析和处理，最后判断是否存在故障及确定故障程度。

（5）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。在数控生产中，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。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。常用的无损探伤法有：磁性探伤法、超声波法、电阻法、声发射法等。