实例：数控机床机械结构故障的诊断和维修

例4-1 主轴发热、旋转精度下降。

故障现象：加工出来的工件孔精度偏低，圆柱度很差，主轴发热很快，加工噪声很大。

故障诊断：经过对机床主轴长期观察可以确定，机床主轴的定心锥孔在多次换刀过程中受到损伤，主要损伤原因是使用过程中换刀的拔、插刀失误，损伤了主轴定心孔的锥面，仔细分析后发现主轴部件的故障原因有四点：

1）主轴轴承的润滑脂不合要求，混有粉尘杂质和水分，这些杂质主要来源于该加工中心用的没有经过精馏和干燥的压缩空气，在气动清屑时，粉尘和水气进入到主轴轴承的润滑脂内，导致主轴轴承润滑不好，产生大量热和噪声。

2）主轴内用于定位刀具的锥形孔定位面上有损伤，导致主轴的锥面和刀柄的锥面不能完美配合，加工的孔出现微量偏心。

3）主轴的前轴承预紧力下降，导致轴承的游隙变大。

4）主轴内部的自动夹紧装置的弹簧疲劳失效，刀具不能完整拉紧，偏离了原本位置。

故障排除：

1）更换主轴的前端轴承，使用合格的润滑脂，并调整轴承游隙。

2）将主轴内锥形孔定位面研磨合格，用涂色法检测保证与刀柄的接触面不低于90%；

3）更换夹紧装置的弹簧，调整轴承的预紧力。

除此之外，在操作过程中要经常检查主轴的轴孔、刀柄的清洁和配合状况，要增加空气精滤和干燥装置，要合理安排加工工艺，不可使机器超负荷工作。

例4-2 主轴部件的定位键损坏。

故障现象：换刀声音较大，主轴前端拨动刀柄旋转的定位键发生局部变形。

故障诊断：经过研究发现，换刀过程中的巨大声响发生在机械手插刀阶段，原因是主轴准停位置有误差问题以及主轴换刀的参考点发生漂移问题。加工中心通常采用霍尔元件进行定向检测，霍尔元件的固定螺钉在长时间使用后出现了松动，导致机械手插刀时刀柄的键槽没有对准主轴上的定位键，故而会撞坏定位键；而主轴换刀的参考点发生漂移可能是CNC系统的电路板发生接触不良、电气参数变化、接近开关固定松动等，参考点漂移导致刀柄到主轴锥孔时，锥面直接撞击定心锥孔，产生异响。

故障排除：调整霍尔元件的安装位置，并加防松胶紧固，同时调整换刀参考点，更换主轴前端的定位键的方法排除故障。除此之外，在加工中心使用过程中要定期检查主轴准停位置和主轴换刀参考点的位置变化，发生异常现象要及时维修。

例4-3 加工中心的主轴部件的拉杠钢球损坏。

故障现象：主轴内刀具自动夹紧机构的拉杠钢球经常损坏，刀具的刀柄尾部锥面也经常损坏。

故障诊断与排除：经研究发现，主轴松刀动作与机械手拔刀动作不协调，具体原因是限位开关安装在增压气缸的尾部，在气缸的动作到位时，增压缸不能及时到位，导致在夹紧结构的机械手还未完全松开时就进行了暴力拔刀，严重损坏了拉杠钢球和拉紧螺钉。针对以上原因，故障处理措施是对油缸和气缸进行清洗，更换密封环，调整压力，使两者动作协调一致，同时定期对气液增压缸进行检查，及时消除安全隐患。

例4-4 滚珠丝杆紧固螺母松动。

故障现象：TH6380卧式加工中心，启动液压后，手动运行Y轴时，液压自动中断，CRT显示报警，驱动失效，其他各轴正常。

故障诊断：该故障涉及电气、机械、液压等部分。任一环节有问题均可导致驱动失效，因此检查的顺序大致如下。

伺服驱动装置→电动机及测量器件→电动机与丝杠连接部分→液压平衡装置→开口螺母和滚珠丝杠→轴承→其他机械部分。

1）检查驱动装置外部接线及内部元器件的状态良好，电动机与测量系统正常。

2）拆下Y轴液压抱闸后情况同前，将电动机与丝杠的同步传动带脱离，手摇Y轴丝杠，发现丝杠上下窜动。

3）拆开滚珠丝杠上轴承座正常。

4）拆开滚珠丝杠下轴承座后发现轴向推力轴承的紧固螺母松动，导致滚珠丝杠上下窜动。

故障排除：由于滚珠丝杠上下窜动，造成伺服电动机转动带动丝杠空转约一圈。在数控系统中，当NC指令发出后，测量系统应有反馈信号，若间隙的距离超过了数控系统所规定的范围，即电动机空走若干个脉冲后光栅尺无任何反馈信号，则数控系统必报警，导致驱动失效，机床不能运行。拧好紧固螺母，滚珠丝杠不再窜动，则故障排除。

例4-5 自动换刀装置空心螺钉伸出量不足。

故障现象：某加工中心采用凸轮机械手换刀。换刀过程中，动作中断，发出2035号报警，显示机械手伸出故障。

分析诊断：根据报警内容，机床是因为无法执行下一步“从主轴和刀库中拔出刀具”，而使换刀过程中断并报警。

机械手未能伸出完成从主轴和刀库中拔刀动作，产生故障的原因可能有：

1）“松刀”感应开关失灵。在换刀过程中，各动作的完成信号均由感应开关发出，只有上一动作完成后才能进行下一动作。第三步为“主轴松刀”，如果感应开关未发信号，则机械手“拔刀”就不会动作。检查两感应开关，信号正常。

2）“松刀”电磁阀失灵。主轴的“松刀”，是由电磁阀接通液压缸来完成的。如电磁阀失灵，则液压缸未进油，刀具就“松”不了。检查主轴的“松刀”电磁阀，动作均正常。

3）“松刀”液压缸因液压系统压力不够或漏油而不动作，或行程不到位。检查刀库松刀液压缸，动作正常。行程到位；打开主轴箱后罩，检查主轴松刀液压缸，发现已到达松刀位置，油压也正常，液压缸无漏油现象。

4）机械手系统有问题，建立不起“拔刀”条件。其原因可能是电动机控制电路有问题。检查电动机控制电路系统正常。

5）刀具是靠碟形弹簧通过拉杆和弹簧卡头将刀具柄尾端的拉钉拉紧的。松刀时，液压缸的活塞杆顶压顶杆，顶杆通过空心螺钉推动拉杆，一方面使弹簧卡头松开刀具的拉钉，另一方面又顶动拉钉，使刀具右移而在主轴锥孔中变“松”。

主轴系统不松刀的原因可能有以下几点：

1）刀具尾部拉钉的长度不够，致使液压缸虽已运动到位，而仍未将刀具顶松；

2）拉杆尾部空心螺钉位置起了变化，使液压缸行程满足不了“松刀”的要求；

3）顶杆出了问题，已变形或磨损；

4）弹簧卡头出故障，不能张开；

5）主轴装配调整时，刀具移动量调的太小，致使在使用过程中一些综合因素导致不能满足“松刀”条件。

故障排除：拆下“松刀”液压缸，检查发现这一故障系制造装配时，空心螺钉的伸出量调得太小，故“松刀”液压缸行程到位，而刀具在主轴锥孔中“压出”不够，刀具无法取出。调整空心螺钉的伸长量，保证在主轴“松刀”液压缸行程到位后，刀柄在主轴锥孔中的压出量为0.4～0.5mm。经以上调整后，故障排除。

例4-6 主轴定位不准。

故障现象：某型号数控机床在自动换刀过程中，经常出现主轴定位不准确现象，导致自动换刀无法正常进行。

故障诊断：机床刚启动工作时，出现上述现象的次数很少，通过重新开机启动后一般都能正常工作一段时间。但工作一段时间后，主轴定位不准确的现象就表现得越来越严重，故障频率也越来越高，严重影响了机床的正常使用。

在故障出现后，应首先认真察看机床的操作记录，询问故障发生前和发生时机床的工作状态。在看清、问清有关现象后，对故障进行分析。检查机床主轴驱动系统没有任何报警，机床的定位采用编码器，定位动作也完全正确，所以发生电气故障的可能性很小。此处机械部分结构比较简单，那么影响主轴定位不准确最有可能的机械原因就是编码器的连接。通过检查发现，编码器连接套的“紧定螺钉”松动，导致主轴和编码器连接部分间隙过大。

故障排除：将“紧定螺钉”按要求紧固后故障顺利排除。

例4-7 自动换刀装置气缸损坏。

故障现象：某型号数控机床在自动换刀时发现主轴“松刀”动作缓慢，换刀时间由正常的5s变为9s，导致机床加工效率降低。

故障诊断：根据经验，导致此种现象的原因一般有：

1）气动系统压力太低或流量不足；

2）主轴“拉刀”系统连接有故障；

3）主轴“松刀”气缸出问题。(www.xing528.com)

按上述分析，首先检查气压，发现工作压力为0.6MPa，工作压力正常。又检查“拉刀”系统连接也符合安装要求。此时，将机床进行手动主轴“松刀”操作，发现系统压力明显下降，而气缸的活塞杆缓慢伸出，据此断定气缸内部存在漏气现象。

故障排除：打开气缸，认真检查后发现密封环已经损坏，气缸内壁拉毛。更换后，自动换刀时主轴“松刀”动作恢复正常，故障排除。

例4-8 加工中心主轴定位不良，引发换刀过程发生中断。

故障现象：某加工中心主轴定位不良，引发换刀过程发生中断。开始时，出现的次数不很多，重新开机后又能工作，但故障反复出现。

故障诊断：出现故障时，对机床进行了仔细观察，发现故障的真正原因是主轴在定向后发生位置偏移，且主轴在定位后如用手碰一下（和工作中在换刀时当刀具插入主轴时的情况相近），主轴则会产生相反方向的漂移。检查电气单元无任何报警，该机床的定位采用的是编码器，从故障的现象和可能发生的部位来看，电气部分的可能性比较小，机械部分又很简单，最主要的是联接，所以决定检查联接部分。

在检查到编码器的联接时发现编码器联接套的紧定螺钉松动，使联接套后退造成与主轴的联接部分间隙过大使旋转不同步。将紧定螺钉按要求固定好后故障消除。

注意：发生主轴定位方面的故障时，应根据机床的具体结构进行分析处理，先检查电气部分，如确认正常后再考虑机械部分。

例4-9 主轴速度反馈元件安装不正。

故障现象：主轴噪声较大，主轴无载荷情况下，负载表指示超过40%。

故障诊断：首先检查主轴参数设定，包括放大器型号、电动机型号及伺服增益等，在确认无误后，则将检查重点放在机械侧。发现主轴轴承损坏，经更换轴承后，在脱开机械侧的情况下检查主轴电动机旋转情况，发现负载表指示已正常但仍有噪声。随后，将主轴参数00号设定为1，即让主轴驱动系统开环运行，结果噪声消失，说明速度检测元件有问题。经检查发现安装不正，调整位置之后再运行主轴电动机，噪声消失，机床能正常工作。

例4-10 连接松动造成加工工件径向误差大。

故障现象：一台数控车床，加工零件时，常出现径向尺寸忽大忽小的故障。

故障诊断：检查控制系统及加工程序均正常，然后检查传动链中电动机与丝杠的联接处，发现电动机联轴器紧固螺钉松动，使得电动机轴与丝杠产生相对运动。

故障排除：由于半闭环系统的位置检测器件在电动机侧，丝杠的实际转动量无法检测，从而导致零件尺寸不稳定，紧固电动机联轴器后故障排除。

例4-11 导轨润滑不足

故障现象：TH6363卧式加工中心，Y轴导轨润滑不足。

故障诊断：TH6363卧式加工中心采用单线阻尼式润滑系统，故障产生以后，开始认为是润滑时间间隙太长，导致Y轴润滑不足。将润滑电动机启动时间间隔由15min改为110min，Y轴导轨润滑有所改善但是油量仍不理想，故又集中注意力查找润滑管路问题，润滑管路完好，拧下Y轴导轨润滑计量件，检查发现计量件中的小孔堵塞。

故障排除：清洗计量件后，故障排除。

例4-12 滚珠丝杠与导轨不平行。

故障现象：某加工中心运行时，工作台X轴方向位移接近行程终端过程中产生明显的机械振动故障，故障发生时系统不报警。

故障诊断：因故障发生时系统不报警，但故障明显，故通过交换法检查，确定故障部件应在X轴伺服电动机与丝杠传动链一侧；拆卸电动机与滚珠丝杠之间的弹性联轴器，单独通电检查电动机。检查结果表明，电动机运行时无振动现象，显然故障部位在机械传动部分。脱开弹性联轴器，用扳手转动滚珠丝杠进行手感检查，发现工作台X轴方向位移接近行程终端时，感觉到阻力明显增加。拆下工作台检查，发现滚珠丝杠与导轨不平行，故而引起机械转动过程中的振动现象。

故障排除：经过认真调整滚珠丝杆与导轨的平行度后，故障排除。

例4-13 直线导轨损坏导致机械干涉。

故障现象：某加工中心采用直线滚动导轨，安装后用扳手转动滚珠丝杠进行手感检查，发现工作台X轴方向移动过程中产生明显的机械干涉故障，运动阻力很大。

故障诊断：故障明显在机械结构部分。拆下工作台，首先检查滚珠丝杠与导轨的平行度，检查合格。再检查两条直线导轨的平行度，发现导轨平行度严重超差。拆下两条直线导轨，检查中滑板上直线导轨的安装基面的平行度，检查合格。再检查直线导轨，发现一条直线导轨的安装基面与其滚道的平行度严重超差（0.5mm）。

故障排除：更换合格的直线导轨，重新装好后，故障排除。

例4-14 滚珠丝杠螺母松动造成运动轴抖动过大产生报警。

故障现象：其配套西门子公司生产的SINUMEDIK8MC的数控装置的数控镗铣床，机床Z轴运行（方滑枕为Z轴）抖动，瞬间即出现123号报警，机床停止运行。

故障诊断：出现123号报警的原因是跟踪误差超出了机床数据TEN345/N346中所规定的值。

导致此种现象有三个可能：

1）位置测量系统的检测器件与机械位移部分联接不良。

2）传动部分出现间隙。

3）位置闭环放大系数KV不匹配。

通过详细检查和分析，初步断定是后两个原因，使方滑枕（Z轴）运行过程中产生负载扰动而造成位置闭环振荡。

基于这个判断，我们首先修改了设定闭环KV系数的机床数据TEN152，将原值S1333改成S800，即降低了放大系数，有助于位置闭环稳定；经试运行发现虽振动减弱，但未彻底消除。这说明机械传动出现间隙的可能性增大；可能是滑枕镶条松动、滚珠丝杠或螺母窜动。对机床各部位采用先易后难，先外后内逐一否定的方法，最后查出故障源：滚珠丝杠螺母背帽松动，使传动出现间隙，当Z轴运动时由于间隙造成的负载扰动导致位置闭环振荡而出现抖动现象。

故障排除：紧好松动的背帽，调整好间隙，并将机床数据TEN152恢复到原值后，故障消除。

例4-15 联轴器联接螺钉松动造成加工工件尺寸误差大。

故障现象：某加工中心运行九个月后，发生Z轴方向加工尺寸不稳定，尺寸超差且无规律，CRT及伺服放大器无任何报警显示。

故障诊断：该加工中心采用三菱M3系统，交流伺服电动机与滚珠丝杠通过联轴器直接联接，根据故障现象分析故障原因是联轴器联接螺钉松动，导致联轴器与滚珠丝杠或伺服电动机间产生滑动。

故障排除：紧固联轴器联接螺钉，故障消除。

例4-16 联轴器与丝杠联接松动造成报警。

故障现象：某卧式加工中心出现ALM421报警，即Y轴移动中的位置偏差量大于设定值而报警。

故障诊断：该加工中心使用FANUC 0M数控系统，采用闭环控制。伺服电动机和滚珠丝杠通过联轴器直接联接。根据该机床控制原理及机床传动联接方式，初步判断出现ALM421报警的原因是Y轴联轴器不良。

故障排除：对Y轴传动系统进行检查，发现联轴器中的胀紧套与丝杠联接松动，紧定Y轴传动系统中所有的紧定螺钉后，故障消除。

例4-17 滚珠丝杠螺母松动造成窜动，导致驱动失效报警。

故障现象：TH6380卧式加工中心，启动液压系统后，手动运行Y轴时，液压系统自动中断，CRT显示报警，驱动失效，其他各轴正常。

故障诊断：该故障涉及电气、机械、液压部分。任一环节有问题均导致驱动失效，故障检查的顺序大致如下：

伺服驱动装置→电动机及测量器件→电动机与丝杠联接部分→液压平衡装置→开口螺母和滚珠丝杠→轴承→其他机械部分。

1）检查驱动装置外部接线及内部元件的状态良好，电动机与测量系统正常。

2）拆下Y轴液压抱闸后情况同前，将电动机与丝杠的同步传动带脱离，手摇Y轴丝杠，发现丝杠上下窜动。

3）拆开滚珠丝杠下轴承座正常。

4）拆开滚珠丝杠下轴承座正常后发现轴向推力轴承的紧固螺母松动，导致滚珠丝杠上下窜动。

由于滚珠丝杠上下窜动，造成伺服电动机转动带动丝杠空转约一圈。在数控系统中，当NC指令发出后，测量系统应有反馈信号，若间隙的距离超过了数控系统所规定的范围，即电动机空走若干个脉冲后光栅尺无任何反馈信号，则数控系统必报警，导致驱动失效，机床不能运行。

故障排除：拧好紧固螺母，滚珠丝杠不能窜动，则故障排除。