数控机床主轴故障诊断与维修-东莞宇翔数控车床维修服务部

  数控机床是一种技术含量很高的机、电、仪一体化的高效的自动化机床，综合了计算机技术、自动化技术、伺服驱动、精密测量和精密机械等各个领域的新的技术成果，是一门新兴的工业控制技术。不同的数控系统虽然在结构和性能上有所区别，但在故障诊断上有它的共性，现结合工作实际谈一下数控系统故障分析和维修的一般方法。 

  一、数控机床常见故障分类

1、确定性故障

  确定性故障是指控制系统主机中的硬件损坏或只要满足一定的条件, 数控机床必然会发生的故障。这一类故障现象在数控机床上最为常见, 但由于它具有一定的规律, 因此也给维修带来了方便确定性故障具有不可恢复性, 故障一旦发生, 如不对其进行维修处理, 机床不会自动恢复正常.但只要找出发生故障的根本原因, 维修完成后机床立即可以恢复正常。正确的使用与精心维护是杜绝或避免故障发生的重要措施。

2、随机性故障

  随机性故障是指数控机床在工作过程中偶然发生的故障此类故障的发生原因较隐蔽, 很难找出其规律性, 故常称之为“软故障”, 随机性故障的原因分析与故障诊断比较困难, 一般而言, 故障的发生往往与部件的安装质量、参数的设定、元器件的品质、软件设计不完善、工作环境的影响等诸多因素有关.随机性故障有可恢复性,故障发生后, 通过重新开机等措施, 机床通常可恢复正常, 但在运行过程中, 又可能发生同样的故障。

  加强数控系统的维护检查, 确保电气箱的密封, 可靠的安装、连接, 正确的接地和屏蔽是减少、避免此类故障发生的重要措施。

二、数控机床常见的故障

1、主轴部件故障

  由于使用调速电机，数控机床主轴箱结构比较简单，容易出现故障的部位是主轴内部的刀具自动夹紧机构、自动调速装置等。为保证在工作中或停电时刀夹不会白行松脱，刀具自动夹紧机构采用弹簧夹紧，并配行程开关发出夹紧或放松信号。若刀具夹紧后不能松开，则考虑调整松刀液压缸压力和行程开关装置或调整碟形弹簧上的螺母，减小弹簧压合量。此外，主轴发热和主轴箱噪声问题，也不容忽视，此时主要考虑清洗主轴箱，调整润滑油量，保证主轴箱清洁度和更换主轴轴承，修理或更换主轴箱齿轮等。

2、进给传动链故障

  在数控机床进给传动系统中，普遍采用滚珠丝杠副、静压丝杠螺母副、滚动导轨、静压导轨和塑料导轨。所以进给传动链有故障，主要反映是运动质量下降。如：机械部件未运动到规定位置、运行中断、定位精度下降、反向间隙增大、爬行、轴承噪声变大(撞车后)等。对于此类故障可以通过以下措施预防：

（1）提高传动精度

  调节各运动副预紧力，调整松动环节，消除传动间隙，缩短传动链和在传动链中设置减速齿轮，也可提高传动精度。

（2）高传动刚度

  调节丝杠螺母副、支承部件的预紧力及合理选择丝杠本身尺寸，是提高传动刚度的有效措施。刚度不足还会导致工作台或拖板产生爬行和振动以及造成反向死区，影响传动准确性。

（3）提高运动精度

  在满足部件强度和刚度的前提下，尽可能减小运动部件的质量，减小旋转零件的直径和质量，以减小运动部件的惯性，提高运动精度。

（4）导轨

  滚动导轨对赃物比较敏感，必须要有良好的防护装置，而且滚动导轨的预紧力选择要恰当，过大会使牵引力显著增加。静压导轨应有一套过滤效果良好的供油系统。

3、自动换刀装置故障

  自动换刀装置故障主要表现在：刀库运动故障、定位误差过大、机械手夹持刀柄不稳定、机械手运动误差较大等。故障严重时会造成换刀动作卡住，机床被迫停止工作。

（1）刀库运动故障

  若连接电机轴与蜗杆轴的联轴器松动或机械联接过紧等机械原因，会造成刀库不能转动，此时必须紧固联轴器上的螺钉。若刀库转动不到位，则属于电机转动故障或传动误差造成。若现刀套不能夹紧刀具，则需调整刀套上的调节螺钉，压紧弹簧，顶紧卡紧销。当出现刀套上／下不到位时，应检查拨又位置或限位开关的安装与调整情况。

（2）换刀机械手故障

  若刀具夹不紧、掉刀，则调整卡紧爪弹簧，使其压力增大，或更换机械手卡紧销。若刀具夹紧后松不开，应调整松锁弹簧后的螺母，使最大载荷不超过额定值。若刀具交换时掉刀，则属于换刀时主轴箱没有回到换刀点或换刀点漂移造成，应重新操作主轴箱，使其回到换刀位置，重新设定换刀点。

4、各轴运动位置行程开关压合故障

  在数控机床上，为 保证自动化丁作的可靠性，采用了大量检测运动位置的行程开关。机床经过长期运行，运动部件的运动特性发生变化，行程开关压合装置的可靠性及行程开关本身品质特性的改变，对整机性能产生较大影响。一般要适时检查和更换行程开关，可消除因此类开关不良对机床的影响。

5、配套辅助装置故障

  液压系统。液压泵应采用变量泵，以减少液压系统的发热。油箱内安装的过滤器，应定期用汽油或超声波振动清洗。常见故障主要是泵体磨损、裂纹和机械损伤，此时一般必须大修或更换零件。

  气压系统。用于刀具或工件夹紧、安全防护门开关以及主轴锥孔吹屑的气压系统中，分水滤气器应定时放水，定期清洗，以保证气动元件中运动零件的灵敏性。阀心动作失灵、空气泄漏、气动元件损伤及动作失灵等故障均由润滑不良造成，故油雾器应定期清洗。此外，还应经常检查气动系统的密封性。

  润滑系统。包括对机床导轨、传动齿轮、滚珠丝杠、主轴箱等的润滑。润滑泵内的过滤器需定期清洗、更换，一般每年应更换一次。

  冷却系统。它对刀具和工件起冷却和冲屑作用。冷却液喷嘴应定期清洗。

  排屑装置。排屑装置是具有独立功能的附件，主要保证自动切削加工顺利进行和减少数控机床的发热。因此排屑装置应能及时自动排屑，其安装位置一般应尽可能靠近刀具切削区域。

三、数控机床的常见故障排除方法

  由于数控机床故障比较复杂, 同时数控系统自诊断能力还不能对系统的所有部件进行测试, 往往是一个报警号指示出众多的故障原因, 使人难以入手。下面介绍维修人员任生产实践中常用的排除故障方法。

  直观检查法

  直观检查法是维修人员根据对故障发生时的各种光、声、味等异常现象的观察, 确定故障范围, 可将故障范围缩小到一个模块或一块电路板上, 然后再进行排除。

  初始化复位法

  一般情况下, 由于瞬时故障引起的系统报警,可用硬件复位或开关系统电源依次来清除故障。若系统工作存贮区由于掉电、拨插线路板或电池欠压造成混乱, 则必须对系统进行初始化清除, 清除前应注意作好数据拷贝记录, 若初始化后故障仍无法排除,则进行硬件诊断。

  自诊断法

数控系统已具备了较强的自诊断功能, 并能随时监视数控系统的硬件和软件的工作状态。利用自诊断功能, 能显示出系统与主机之间的接口信息的状态, 从而判断出故障发生在机械部分还是数控部分, 并显示出故障的大体部位( 故障代码) 。

  功能程序测试法

功能程序测试法是将数控系统的功能用编程法编成一个功能试验程序, 并存储在相应的介质上, 如纸带和磁带等。在故障诊断时运行这个程序, 可快速判定故障发生的可能起因。功能程序测试法常应用于以下场合: 机床加工造成废品而一时无法确定是编程操作不当、还是数控系统故障引起; 数控系统出现随机性故障, 一时难以区别是外来干扰, 还是系统稳定性个好; 闲置时间较长的数控机床在投入使用前或对数控机床进行定期检修时。

  备件替换法

用好的备件替换诊断出坏的线路板, 即在分析出故障大致起因的情况下, 维修人员可以利用备用的印刷电路板、集成电路芯片或元器件替换有疑点的部分, 从而把故障范围缩小到印刷线路板或芯片一级。并做相应的初始化起动, 使机床迅速投入正常运转。

对于现代数控的维修, 越来越多的情况采用这种方法进行诊断,然后用备件替换损坏模块, 使系统正常工作。尽最大可能缩短故障停机时间, 使用这种方法在操作时注意一定要在停电状态下进行, 还要仔细检查线路板的版本、型号、各种标记、跨接是否相同, 若不一致则不能更换。拆线时应做好标志和记录。

一般不要轻易更换CPU 板、存储器板及电地, 否则有可能造成程序和机床参数的丢失, 使故障扩大。

  参数检查法

系统参数是确定系统功能的依据, 参数设定错误就可能造成系统的故障或某功能无效。发生故障时应及时核对系统参数,参数一般存放在磁泡存储器或存放在需由电池保持的MOSRAM中, 一旦电池电量不足或由于外界的干扰等因素, 使个别参数丢失或变化, 发生混乱, 使机床无法正常工作。此时, 可通过核对、修正参数, 将故障排除。

  原理分析法

根据数控系统的组成原理, 可从逻辑上分析各点的逻辑电平和特性参数, 如电压值和波形, 使用仪器仪表进行测量、分析、比较, 从而确定故障部位。

除以上常用的故障检测方法之外, 还可以采用拔插板法、电压拉偏法、开环检测法等。总之, 根据不同的故障现象, 可以同时选用几个方法灵活应用、综合分析, 才能逐步缩小故障范围, 较快地排除故障。

机床故障的产生原因是多方面的。对于较为复杂的故障，需要将几种方法综合运用，才能正确判断出故障产生的原因，诊断故障发生的具体部位，从而及时解决故障，减小数控机床给生产带来的损失，有效提高机床的使用效率。