【正文】 武漢科技大學(xué) 第 8章 數(shù)控機(jī)床機(jī)械故障診斷 機(jī)械故障及其分類 數(shù)控機(jī)床機(jī)械故障診斷方法 主傳動(dòng)系統(tǒng)與主軸部件故障的診斷與維修 進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)故障的診斷及維修 導(dǎo)軌副故障的診斷與維修 液壓 、 氣動(dòng)系統(tǒng)故障診斷及維修 刀庫及自動(dòng)換刀裝置故障分析與排除 2023/1/16 1 產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造技術(shù) 武漢科技大學(xué) 學(xué)習(xí)目的 數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代機(jī)械制造系統(tǒng)中的重要組成設(shè)備 ， 是 CAD/CAM,FMS,CIMS等高新技術(shù)的基礎(chǔ)單元 。 隨著機(jī)電一體化進(jìn)程不斷深入 ， 數(shù)控機(jī)床越來越成為機(jī)械工業(yè)技術(shù)改造的首選設(shè)備 。 它的通用 、靈活 、 高效率 、 高精度 、 高質(zhì)量等特點(diǎn) ， 決定了該設(shè)備的應(yīng)用日益廣泛 。 本章介紹了數(shù)控機(jī)床機(jī)械故障的特點(diǎn) 、 故障診斷的方法 。 2023/1/16 2 產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造技術(shù) 武漢科技大學(xué) ? 機(jī)械故障 ? 所謂機(jī)械故障 ， 就是指機(jī)械系統(tǒng) (零件 、 組件 、 部件或整臺(tái)設(shè)備乃至一系列的設(shè)備組合 )因偏離其設(shè)計(jì)狀態(tài)而喪失部分或全部功能的現(xiàn)象 。 如機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn) 、 軸承噪聲過大 、 機(jī)械手夾持刀柄不穩(wěn)定等現(xiàn)象都是機(jī)械故障的表現(xiàn)形式 。 ? ? 機(jī)械故障可以從不同的角度來進(jìn)行分類 。 不同的分類方法反映了機(jī)械故障的不同側(cè)面 ， 對(duì)機(jī)械故障進(jìn)行分類的目的是為了更好地針對(duì)不同的故障形式采取相應(yīng)的對(duì)策 。 機(jī)械故障可按其原因 、 性質(zhì) 、 影響 、 特點(diǎn)等情況作如下分類 。 機(jī)械故障及其分類 2023/1/16 3 產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造技術(shù) 武漢科技大學(xué) ? ? （ 1） 磨損性故障 ? 機(jī)械系統(tǒng)因使用過程中的正常磨損而引發(fā)的故障， 對(duì)這類故障形式 ， 一般只進(jìn)行壽命預(yù)測(cè) 。 ? （ 2） 錯(cuò)用性故障 ? 因使用不當(dāng)而引發(fā)的故障 。 ? （ 3） 先天性故障 ? 由于設(shè)計(jì)或制造不當(dāng)而造成機(jī)械系統(tǒng)中存在某些薄弱環(huán)節(jié)而引發(fā)的故障 。 2023/1/16 4 產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造技術(shù) 武漢科技大學(xué) ? ? （ 1） 間斷性故障 ? 只是短期內(nèi)喪失某些功能 ， 稍加修理調(diào)試就能恢復(fù)， 不需要更換零件 。 ? （ 2） 永久性故障 ? 某些零件已損壞 ， 需要更換或修理才能恢復(fù) 。 2023/1/16 5 產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造技術(shù) 武漢科技大學(xué) ? ? （ 1） 部分性故障 ? 設(shè)計(jì)功能部分喪失的故障 。 ? （ 2） 完全性故障 ? 設(shè)計(jì)功能完全喪失的故障 。 ? ? （ 1） 危害性故障 ? 會(huì)對(duì)人身 、 生產(chǎn)和環(huán)境造成危險(xiǎn)或危害的故障 ，如機(jī)床保護(hù)系統(tǒng)不能有效工作而造成損害工件或操作者等 。 ? （ 2） 安全性故障 ? 不會(huì)對(duì)人身 、 生產(chǎn)和環(huán)境造成危害的故障 。 如保護(hù)系統(tǒng)在不需保護(hù)時(shí)動(dòng)作等 。 2023/1/16 6 產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造技術(shù) 武漢科技大學(xué) ? ? （ 1） 突發(fā)性故障 ? 不能靠早期測(cè)試檢測(cè)出來的故障 。 即此類故障是不可預(yù)測(cè)的 ， 對(duì)這類故障只能進(jìn)行預(yù)防 ， 如過載造成機(jī)件損壞 。 ? （ 2） 漸發(fā)性故障 ? 故障的發(fā)展有一個(gè)過程 ， 因而可對(duì)其進(jìn)行預(yù)測(cè)和監(jiān)視 。 如疲勞裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展 。 ? ? （ 1） 偶發(fā)性故障 ? 發(fā)生頻率很低的故障 ， 即 “ 意外現(xiàn)象 ” 。 ? （ 2） 多發(fā)性故障 ? 經(jīng)常發(fā)生的故障 。 ? 2023/1/16 7 產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造技術(shù) 武漢科技大學(xué) ? 、 發(fā)展規(guī)律劃分 ? （ 1） 隨機(jī)故障 ? 故障發(fā)生的時(shí)間是隨機(jī)的 。 ? （ 2） 有規(guī)則故障 ? 故障的發(fā)生比較有規(guī)則 。 ? 機(jī)械故障還可從其他角度來進(jìn)行分類 ， 但不管如何分類 ， 每一種故障都有其主要特征 ， 即所謂故障模式或故障狀態(tài) 。 即使僅就機(jī)械故障而言 ， 要將其一一羅列也是相當(dāng)復(fù)雜的 ， 但歸納它們的共同形態(tài) ，可列出下列數(shù)種：異常振動(dòng) 、 磨損 、 疲勞 、 裂紋 、破斷 、 過度變形 、 腐蝕 、 剝離 、 滲漏 、 堵塞 、 異常聲響 、 油質(zhì)劣化 、 材料劣化 、 粘合 、 污染 、 不穩(wěn)定及其他 。 2023/1/16 8 產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造技術(shù) 武漢科技大學(xué) 數(shù)控機(jī)床機(jī)械故障診斷方法 數(shù)控機(jī)床機(jī)械部分的故障與普通機(jī)床機(jī)械部分的故障有許多共同點(diǎn) ， 因此在對(duì)機(jī)械故障進(jìn)行診斷時(shí) ， 有許多地方是相通的 ， 或者說是可借鑒的 。 但由于數(shù)控機(jī)床大量采用電氣控制與驅(qū)動(dòng) ， 這就使得數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)與普通機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)相比 ，有了很大的簡化 。 許多普通機(jī)床上常出現(xiàn)的機(jī)械故障 ， 在數(shù)控機(jī)床上的發(fā)生率已大大降低或根本沒有 。但是數(shù)控機(jī)床由于其自身性能的要求 ， 使得其機(jī)械結(jié)構(gòu)又具有許多新的特點(diǎn) ， 因此數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的故障又呈現(xiàn)出一些新的特征 。 其常見的機(jī)械故障是多種多樣的 ， 數(shù)控機(jī)床的說明書或機(jī)械修理手冊(cè)對(duì)一些機(jī)械故障進(jìn)行了說明 ， 在此僅介紹一些帶共性的部件故障 。 2023/1/16 9 產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造技術(shù) 武漢科技大學(xué) ? ? 數(shù)控機(jī)床普遍采用了 滾動(dòng)摩擦副 ， 所以進(jìn)給傳動(dòng)鏈故障大部分是以 運(yùn)動(dòng)品質(zhì)下降 表現(xiàn)出來的 。 如 定位精度下降 、 反向間隙過大 ， 機(jī)械爬行 ， 軸承噪聲過大 (一般都在撞車后出現(xiàn) )因此 ， 這部分修理常與運(yùn)動(dòng)副預(yù)緊力 、 松動(dòng)環(huán)節(jié)和補(bǔ)償環(huán)節(jié)有關(guān) 。 ? ? 由于使用調(diào)速電動(dòng)機(jī) ， 數(shù)控機(jī)床主軸箱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較簡單 。 可能出現(xiàn)故障的部分有 自動(dòng)換刀部分的刀桿拉緊機(jī)構(gòu) 、 自動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)及主軸運(yùn)動(dòng)精度的保持裝置 等 。 2023/1/16 10 產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造技術(shù) 武漢科技大學(xué) ? (ATC)故障 ? 自動(dòng)換刀裝置用于加工中心等設(shè)備 ， 目前 50％ 的機(jī)械故障與它有關(guān) 。 故障主要是 刀庫運(yùn)動(dòng)故障 、 定位誤差過大 、 機(jī)械手夾持刀柄不穩(wěn)定和機(jī)械手運(yùn)動(dòng)誤差過大等 。 這些故障最后大多數(shù)都造成換刀動(dòng)作卡住 ， 使整機(jī)停止工作等 。 ? ? 在數(shù)控機(jī)床中 ， 為了保證自動(dòng)化工作的可靠性 ，大量采用 運(yùn)動(dòng)位置檢查的行程開關(guān) 。 在機(jī)床長期工作中 ， 運(yùn)動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)特性的變化 、 壓合行程開關(guān)的機(jī)械裝置可靠性及行程開關(guān)本身品質(zhì)特性 都會(huì)大大影響整機(jī)的故障及排除故障的工作 。 ? ? 配套附件包括 切削液裝置 、 排屑裝置 、 導(dǎo)軌防護(hù)罩 、 冷卻液防護(hù)罩 、 主軸冷卻恒溫油箱和液壓油箱等 。 要經(jīng)常檢查它們運(yùn)行是否可靠 。 2023/1/16 11 產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造技術(shù) 武漢科技大學(xué) ? ? 數(shù)控機(jī)床機(jī)械故障診斷包括 對(duì)數(shù)控機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)的識(shí)別 ， 對(duì)其運(yùn)行過程的監(jiān)測(cè) ， 以及對(duì)其 運(yùn)行發(fā)展趨勢(shì)的預(yù)測(cè) 三個(gè)方面 。 通過對(duì)數(shù)控機(jī)床機(jī)械裝置的某些特征參數(shù) ， 如 振動(dòng) 、 噪聲和溫度 等進(jìn)行測(cè)定 ，將測(cè)定值與規(guī)定的正常值進(jìn)行比較 ， 以判斷機(jī)械裝置的工作狀態(tài)是否正常 。 若對(duì)機(jī)械裝置進(jìn)行 定期或連續(xù)監(jiān)測(cè) ， 便可獲得機(jī)械裝置狀態(tài)變化的趨勢(shì)性規(guī)律 ， 從而對(duì)機(jī)械裝置的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào) 。 ? 隨著電子測(cè)試技術(shù) 、 信號(hào)處理技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展 ， 對(duì)數(shù)控機(jī)床機(jī)械故障診斷的方法已從傳統(tǒng)的憑 感覺器官和經(jīng)驗(yàn) 來判定故障的部位和原因 ， 拓展到采用 先進(jìn)測(cè)試儀器和手段乃至故障診斷專家系統(tǒng) 等現(xiàn)代化的故障診斷方法來對(duì)機(jī)械故障進(jìn)行診斷和預(yù)測(cè) 。 現(xiàn)分述如下： 2023/1/16 12 產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造技術(shù) 武漢科技大學(xué) ? ? 簡易診斷法 是靠人的感官功能 (視 、 聽 、 觸 、 嗅等 )， 借助一些常用工 、 量具對(duì)機(jī)床的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和判斷的過程 。 在對(duì)機(jī)械故障進(jìn)行診斷之前 ， 通常應(yīng)詢問 下列情況 ： ? （ 1） 機(jī)床開動(dòng)時(shí)有何異?，F(xiàn)象 ， 故障是在什么情況下發(fā)生的 ， 操作者都做過什么操作 。 ? （ 2） 對(duì)比故障前后工件的精度和表面粗糙度 ， 以便分析故障產(chǎn)生的原因 。 ? （ 3） 主軸系統(tǒng) 、 進(jìn)給系統(tǒng)是否能正常工作 ， 有無異?，F(xiàn)象出現(xiàn) 。 ? （ 4） 潤滑油品牌號(hào)是否符合規(guī)定 ， 用量是否適當(dāng) 。 ? （ 5） 以前曾發(fā)生過什么故障 ， 是如何處理的 ， 機(jī)床何時(shí)進(jìn)行過保養(yǎng)檢修等 。 ? 2023/1/16 13 產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造技術(shù) 武漢科技大學(xué) ? 在聽取故障情況介紹時(shí) ， 要特別仔細(xì) 、 認(rèn)真并作好記錄 ， 重要的地方要重新確認(rèn)一下 。 在完成問詢之后 ， 要通過視覺仔細(xì)觀察數(shù)控機(jī)床的 機(jī)件有無松動(dòng) 、裂紋及其他損傷 ；可以 檢查潤滑是否正常 ， 有無干摩擦和跑 、 冒 、 滴 、 漏現(xiàn)象 ；可以觀察機(jī)床 外表顏色是否發(fā)生變化 ， 以判斷機(jī)床轉(zhuǎn)動(dòng)部位有無長時(shí)間受熱升溫的現(xiàn)象；還可觀看 油箱內(nèi)的油的稀稠 、 顏色是否異常 ， 油箱內(nèi)沉積物中 金屬磨粒的多少 、 大小及特點(diǎn) 以判斷潤滑油是否變質(zhì)及相關(guān)機(jī)件的磨損情況；還可觀察機(jī)床主傳動(dòng)及進(jìn)給系統(tǒng)的 傳動(dòng)軸 、滾珠絲杠是否變形 ， 輪系中的各主要元件有否跳動(dòng)等 。 2023/1/16 14 產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造技術(shù) 武漢科技大學(xué) ? 利用 聽覺 細(xì)心判斷數(shù)控 機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)的聲響 。 這是因?yàn)闄C(jī)床正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí) ， 所發(fā)出的聲響總是具有一定的音律和節(jié)奏 ， 并保持一定程度的穩(wěn)定 。 利用聽覺對(duì)發(fā)生了故障的機(jī)床所出現(xiàn)的重 、 雜 、 怪 、 亂的異常噪聲與機(jī)床的正常聲響進(jìn)行比對(duì) ， 判斷機(jī)床內(nèi)部 是否出現(xiàn)松動(dòng) 、撞擊 、 不平衡等隱患 。 維修人員可以 用手錘輕輕敲擊零件 ， 可判別零件是否缺損 ， 有無裂紋產(chǎn)生 。 ? 另外 ， 還可借助簡單的診斷儀器如 電子聽診器 來對(duì)機(jī)床故障進(jìn)行診斷 。 電子聽診器是一種振動(dòng)加速度傳感器 。 它將機(jī)床振動(dòng)狀況轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并進(jìn)行放大 ，人們用耳機(jī)監(jiān)聽運(yùn)行設(shè)備的振動(dòng)聲響 ， 以實(shí)現(xiàn)對(duì)聲音的定性測(cè)量 。 2023/1/16 15 產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造技術(shù) 武漢科技大學(xué) ? 人的 手指觸覺是很靈敏的 ， 可以較準(zhǔn)確地分辨出80℃ 以內(nèi)的溫度 ， 其誤差可準(zhǔn)確到 3℃ ～ 5℃ 。 經(jīng)驗(yàn)告訴我們 ， 當(dāng)機(jī)床溫度在 0℃ 左右時(shí) ， 手感冰涼 ， 若觸摸時(shí)間較長會(huì)產(chǎn)生刺骨痛感； l0℃ 左右時(shí) ， 手感較涼 ， 但一般能忍受； 20℃ 左右時(shí) ， 手感稍涼 ， 隨著接觸時(shí)間延長 ， 手感漸溫； 30℃ 左右時(shí) ， 手感微溫 ，有舒適感； 40℃ 左右時(shí) ，