【正文】 武漢科技大學 第 8章 數(shù)控機床機械故障診斷 機械故障及其分類 數(shù)控機床機械故障診斷方法 主傳動系統(tǒng)與主軸部件故障的診斷與維修 進給傳動機構故障的診斷及維修 導軌副故障的診斷與維修 液壓 、 氣動系統(tǒng)故障診斷及維修 刀庫及自動換刀裝置故障分析與排除 2023/1/16 1 產(chǎn)品數(shù)字化設計與制造技術 武漢科技大學 學習目的 數(shù)控機床是現(xiàn)代機械制造系統(tǒng)中的重要組成設備 ， 是 CAD/CAM,FMS,CIMS等高新技術的基礎單元 。 隨著機電一體化進程不斷深入 ， 數(shù)控機床越來越成為機械工業(yè)技術改造的首選設備 。 它的通用 、靈活 、 高效率 、 高精度 、 高質(zhì)量等特點 ， 決定了該設備的應用日益廣泛 。 本章介紹了數(shù)控機床機械故障的特點 、 故障診斷的方法 。 2023/1/16 2 產(chǎn)品數(shù)字化設計與制造技術 武漢科技大學 ? 機械故障 ? 所謂機械故障 ， 就是指機械系統(tǒng) (零件 、 組件 、 部件或整臺設備乃至一系列的設備組合 )因偏離其設計狀態(tài)而喪失部分或全部功能的現(xiàn)象 。 如機床運轉(zhuǎn)不平穩(wěn) 、 軸承噪聲過大 、 機械手夾持刀柄不穩(wěn)定等現(xiàn)象都是機械故障的表現(xiàn)形式 。 ? ? 機械故障可以從不同的角度來進行分類 。 不同的分類方法反映了機械故障的不同側(cè)面 ， 對機械故障進行分類的目的是為了更好地針對不同的故障形式采取相應的對策 。 機械故障可按其原因 、 性質(zhì) 、 影響 、 特點等情況作如下分類 。 機械故障及其分類 2023/1/16 3 產(chǎn)品數(shù)字化設計與制造技術 武漢科技大學 ? ? （ 1） 磨損性故障 ? 機械系統(tǒng)因使用過程中的正常磨損而引發(fā)的故障， 對這類故障形式 ， 一般只進行壽命預測 。 ? （ 2） 錯用性故障 ? 因使用不當而引發(fā)的故障 。 ? （ 3） 先天性故障 ? 由于設計或制造不當而造成機械系統(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)字化設計與制造技術 武漢科技大學 ? ? （ 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， 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 。 2023/1/16 5 產(chǎn)品數(shù)字化設計與制造技術 武漢科技大學 ? ? （ 1） 部分性故障 ? 設計功能部分喪失的故障 。 ? （ 2） 完全性故障 ? 設計功能完全喪失的故障 。 ? ? （ 1） 危害性故障 ? 會對人身 、 生產(chǎn)和環(huán)境造成危險或危害的故障 ，如機床保護系統(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 ? 不會對人身 、 生產(chǎn)和環(huán)境造成危害的故障 。 如保護系統(tǒng)在不需保護時動作等 。 2023/1/16 6 產(chǎn)品數(shù)字化設計與制造技術 武漢科技大學 ? ? （ 1） 突發(fā)性故障 ? 不能靠早期測試檢測出來的故障 。 即此類故障是不可預測的 ， 對這類故障只能進行預防 ， 如過載造成機件損壞 。 ? （ 2） 漸發(fā)性故障 ? 故障的發(fā)展有一個過程 ， 因而可對其進行預測和監(jiān)視 。 如疲勞裂紋的產(chǎn)生和擴展 。 ? ? （ 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)字化設計與制造技術 武漢科技大學 ? 、 發(fā)展規(guī)律劃分 ? （ 1） 隨機故障 ? 故障發(fā)生的時間是隨機的 。 ? （ 2） 有規(guī)則故障 ? 故障的發(fā)生比較有規(guī)則 。 ? 機械故障還可從其他角度來進行分類 ， 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) 。 即使僅就機械故障而言 ， 要將其一一羅列也是相當復雜的 ， 但歸納它們的共同形態(tài) ，可列出下列數(shù)種：異常振動 、 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)字化設計與制造技術 武漢科技大學 數(shù)控機床機械故障診斷方法 數(shù)控機床機械部分的故障與普通機床機械部分的故障有許多共同點 ， 因此在對機械故障進行診斷時 ， 有許多地方是相通的 ， 或者說是可借鑒的 。 但由于數(shù)控機床大量采用電氣控制與驅(qū)動 ， 這就使得數(shù)控機床的機械結構與普通機床的機械結構相比 ，有了很大的簡化 。 許多普通機床上常出現(xiàn)的機械故障 ， 在數(shù)控機床上的發(fā)生率已大大降低或根本沒有 。但是數(shù)控機床由于其自身性能的要求 ， 使得其機械結構又具有許多新的特點 ， 因此數(shù)控機床機械結構的故障又呈現(xiàn)出一些新的特征 。 其常見的機械故障是多種多樣的 ， 數(shù)控機床的說明書或機械修理手冊對一些機械故障進行了說明 ， 在此僅介紹一些帶共性的部件故障 。 2023/1/16 9 產(chǎn)品數(shù)字化設計與制造技術 武漢科技大學 ? ? 數(shù)控機床普遍采用了 滾動摩擦副 ， 所以進給傳動鏈故障大部分是以 運動品質(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 ， 這部分修理常與運動副預緊力 、 松動環(huán)節(jié)和補償環(huán)節(jié)有關 。 ? ? 由于使用調(diào)速電動機 ， 數(shù)控機床主軸箱的內(nèi)部結構比較簡單 。 可能出現(xiàn)故障的部分有 自動換刀部分的刀桿拉緊機構 、 自動換擋機構及主軸運動精度的保持裝置 等 。 2023/1/16 10 產(chǎn)品數(shù)字化設計與制造技術 武漢科技大學 ? (ATC)故障 ? 自動換刀裝置用于加工中心等設備 ， 目前 50％ 的機械故障與它有關 。 故障主要是 刀庫運動故障 、 定位誤差過大 、 機械手夾持刀柄不穩(wěn)定和機械手運動誤差過大等 。 這些故障最后大多數(shù)都造成換刀動作卡住 ， 使整機停止工作等 。 ? ? 在數(shù)控機床中 ， 為了保證自動化工作的可靠性 ，大量采用 運動位置檢查的行程開關 。 在機床長期工作中 ， 運動部件運動特性的變化 、 壓合行程開關的機械裝置可靠性及行程開關本身品質(zhì)特性 都會大大影響整機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 、 導軌防護罩 、 冷卻液防護罩 、 主軸冷卻恒溫油箱和液壓油箱等 。 要經(jīng)常檢查它們運行是否可靠 。 2023/1/16 11 產(chǎn)品數(shù)字化設計與制造技術 武漢科技大學 ? ? 數(shù)控機床機械故障診斷包括 對數(shù)控機床運行狀態(tài)的識別 ， 對其運行過程的監(jiān)測 ， 以及對其 運行發(fā)展趨勢的預測 三個方面 。 通過對數(shù)控機床機械裝置的某些特征參數(shù) ， 如 振動 、 噪聲和溫度 等進行測定 ，將測定值與規(guī)定的正常值進行比較 ， 以判斷機械裝置的工作狀態(tài)是否正常 。 若對機械裝置進行 定期或連續(xù)監(jiān)測 ， 便可獲得機械裝置狀態(tài)變化的趨勢性規(guī)律 ， 從而對機械裝置的運行狀態(tài)進行預測和預報 。 ? 隨著電子測試技術 、 信號處理技術以及計算機技術的迅猛發(fā)展 ， 對數(shù)控機床機械故障診斷的方法已從傳統(tǒng)的憑 感覺器官和經(jīng)驗 來判定故障的部位和原因 ， 拓展到采用 先進測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機械故障進行診斷和預測 。 現(xiàn)分述如下： 2023/1/16 12 產(chǎn)品數(shù)字化設計與制造技術 武漢科技大學 ? ? 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 、 量具對機床的運行狀態(tài)進行監(jiān)測和判斷的過程 。 在對機械故障進行診斷之前 ， 通常應詢問 下列情況 ： ? （ 1） 機床開動時有何異?，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） 潤滑油品牌號是否符合規(guī)定 ， 用量是否適當 。 ? （ 5） 以前曾發(fā)生過什么故障 ， 是如何處理的 ， 機床何時進行過保養(yǎng)檢修等 。 ? 2023/1/16 13 產(chǎn)品數(shù)字化設計與制造技術 武漢科技大學 ? 在聽取故障情況介紹時 ， 要特別仔細 、 認真并作好記錄 ， 重要的地方要重新確認一下 。 在完成問詢之后 ， 要通過視覺仔細觀察數(shù)控機床的 機件有無松動 、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 ；可以觀察機床 外表顏色是否發(fā)生變化 ， 以判斷機床轉(zhuǎn)動部位有無長時間受熱升溫的現(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 以判斷潤滑油是否變質(zhì)及相關機件的磨損情況；還可觀察機床主傳動及進給系統(tǒng)的 傳動軸 、滾珠絲杠是否變形 ， 輪系中的各主要元件有否跳動等 。 2023/1/16 14 產(chǎn)品數(shù)字化設計與制造技術 武漢科技大學 ? 利用 聽覺 細心判斷數(shù)控 機床運轉(zhuǎn)的聲響 。 這是因為機床正常運轉(zhuǎn)時 ， 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 。 利用聽覺對發(fā)生了故障的機床所出現(xiàn)的重 、 雜 、 怪 、 亂的異常噪聲與機床的正常聲響進行比對 ， 判斷機床內(nèi)部 是否出現(xiàn)松動 、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 來對機床故障進行診斷 。 電子聽診器是一種振動加速度傳感器 。 它將機床振動狀況轉(zhuǎn)換成電信號并進行放大 ，人們用耳機監(jiān)聽運行設備的振動聲響 ， 以實現(xiàn)對聲音的定性測量 。 2023/1/16 15 產(chǎn)品數(shù)字化設計與制造技術 武漢科技大學 ? 人的 手指觸覺是很靈敏的 ， 可以較準確地分辨出80℃ 以內(nèi)的溫度 ， 其誤差可準確到 3℃ ～ 5℃ 。 經(jīng)驗告訴我們 ， 當機床溫度在 0℃ 左右時 ， 手感冰涼 ， 若觸摸時間較長會產(chǎn)生刺骨痛感； l0℃ 左右時 ， 手感較涼 ， 但一般能忍受； 20℃ 左右時 ， 手感稍涼 ， 隨著接觸時間延長 ， 手感漸溫； 30℃ 左右時 ， 手感微溫 ，有舒適感； 40℃ 左右時 ，