数控机床常见机械故障分析

张瑀航（齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司基建设备部，黑龙江 齐齐哈尔 161000）

数控机床常见机械故障分析

张瑀航（齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司基建设备部，黑龙江 齐齐哈尔 161000）

以实际生产为参考，从数控机床基本结构组成谈起，接着讲述数控机床的常见机械故障。重点讲述了企业生产中常见数控机床故障的排除及维修方法。

数控机床；机械故障；分析

数控机床是一种高效的自动化机床，主要分为切削加工、压力加工和特种加工（如数控电火花加工机床等）3类。切削加工类数控机床的加工过程能按预定的程序自动进行，消除了人为的操作误差，并实现了手工操作难以达到的控制精度，加工精度还可以用软件来校正和补偿。因此，可以获得比机床精度还要高的加工精度及重复定位精度；工件在一次装夹后，能先后进行粗、精加工，配置自动换刀装置后，还能缩短辅助加工时间，提高生产率。它综合了计算机技术、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。由于其经济性能好，生产效益高，在生产上处于越来越重要的地位。综上所述，数控机床具有精度高、效率高、自动化程度高和柔性好的特点。为了提高机床的使用率，提高系统的有效度，本文结合工作实际浅谈一下数控系统故障处理和维修的一般方法。

1 数控机床基本结构

数控机床主要由机床本体、反馈装置、伺服系统、数控装置及控制介质组成。常用的控制介质有穿孔纸带、穿孔卡片、磁盘或其他可存储代码的载体。其中数控装置是数控机床的核心。其功能是接受数控程序中的加工信息，经过数控装置的系统软件或逻辑电路进行译码、运算和处理后发出相应的信号给伺服系统，带动整个机床运转。

伺服系统由伺服电机和伺服驱动器组成，它是数控系统的执行部分。它控制机床各个轴的进给速度、方向和位移量。常用的伺服系统有交流伺服系统和直流伺服系统。

数控机床反馈装置是检测数控机床坐标轴的实际移动速度和位置，并将信号反馈给数控装置或伺服驱动中，构成闭环控制系统。无测量反馈装置的系统成为开环系统。伺服电动机内装式脉冲编码器、测速机、光栅和磁尺都是常用的检测元件。

数控机床本体包括床身、主轴、进给机构等机械部件，以及辅助运动装置、液压系统冷却装置。

2 故障排除及维修

由于采用了高性能的主轴和进给伺服系统所以机械结构相对得到了简化，机械故障排除要相对简单一些，下面举例说明。

例1：XK716桂林数控铣床主轴旋转，高速档位和低速档位无法转换成功，但有转换动作。

分析有以下几个原因：限位故障；变速齿轮有损坏；油箱缺油压力不足；变速油缸内密封圈老化导致有杆腔与无杆腔联通，造成压力不稳，变速齿轮变速不到位。

故障解决步骤：首先检查油箱，液压油充足，排除压力不足。观看齿轮，齿轮完好无磨损严重现象。检查变速油缸限位发现限位变换不到位，调整油缸顶杆，故障仍存在。检查变速油缸，发现密封圈老化，更换密封圈。故障排除。此故障是因为密封圈老化导致油缸内部泄露，有杆腔与无杆腔液压油联通，导致压力不足。因此可见，油缸密封圈因润滑油清洁程度、油温、活塞使用频率、生产现场环境等，都容易导致密封圈老化失效。所以根据生产使用频率需要定期检查或更换密封圈。

例2：数控铣床X轴重复定位不准。

分析有以下原因：X轴光栅尺尺头松动或光栅尺上有异物；X轴伺服电机编码器故障；丝杠与丝母磨损严重；丝杠与伺服电机之间联轴节松动，存在反向间隙；轴承损坏。

故障解决步骤：首先分析光栅尺装在工作台下部，维修不方便，并且光栅尺有防尘装置，故障概率较小。检查电机编码器，无松动和破损现象。听丝杠旋转时声音，因无异常声音，排除轴承损坏。检查丝杠与电机联轴节发现联轴节螺丝松动，禁锢螺丝，故障排除。此故障是因为机床使用频率高，加工时机床产生震动，导致连接部位螺丝松动。因此数控机床要定期对丝母座、联轴器、电机禁锢螺丝定期禁锢，减少故障停机，影响生产。

例3：定梁式数控龙门铣床XK2423/5D主轴不转，控制面板无报警。

分析有以下几个原因：同步齿形带磨损严重或断裂；伺服电机键损坏或脱落；主轴故障。

故障解决步骤：因控制面板无报警，说明数控系统没有问题，问题出现在外部连接。检查同步齿形带，无磨损断裂现象。用手盘齿形带、电机及齿轮一同旋转但主轴仍不动，所以判断故障出现在主轴。拆开主轴，发现主轴内部连接盘螺丝断裂，更换螺丝，故障排除。此数控龙门铣主轴为精铣主轴，主轴直径比其他数控铣床主轴略细，内部连接盘紧固螺丝为M4高强螺丝。主轴最大加工量在0.5 mm以内。因操作人员经常加工量过大导致螺丝断裂。

以上几个例子可以总结出，数控机床故障排除首先要对机床结构有一定的了解。针对故障先做分析，大致确定故障产生是由哪个区域引起的。然后进一步检查哪个部件引起的，做到望、闻、问、听。先检查后通电，机床非破坏性故障方可通电；先软件后硬件，排除系统故障再检查外部机械故障；先外部后内部逐步检查；先机械后电器；先简单到复杂；先一般到特殊。

3 结论

本文从数控机床故障的产生到数控机床故障的解决，可以清楚地知道数控机床是复杂设备，往往一种故障现象是由几种不同的原因引起的，或一种原因引起多种故障，大部分故障是以综合故障形式表现出来的，且故障的最终解决都是通过对机械系统、控制系统和伺服系统的调整修理而排除故障。所以在诊断和维修前要先看好技术资料，避免故障扩大化，切记盲目动手，并遵守故障诊断与维修的步骤和原则。设备出现问题后，要多方面分析产生故障的原因，灵活使用零件互换法、电机脱离法等方法。寻找快速有效的方法解决问题。机床修理人员要注重实践，在实践中不断提高自己的水平，要多问、多阅读、多观察、多思考、多实践、多总结。只有当自身的水平提高了，数控机床的修理过程才能更加迅速。

［1]刘蔡保. 数控机床故障诊断与维修. 化工工业出版社，2012年8月.

［2]龚仲华. 数控机床故障诊断及维修500例. 机械工业出版社，2005年.

［3]郑小年，杨克冲. 数控机床故障诊断与维修. 华中科技大学出版社，2005.9.

［4]王润孝，秦现生. 机床数控原理与系统 第2版. 西安：西北工业大学出版社，1997.6 .

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Common mechanical failure analysis of CNC machine tools

TG659

1009-797X（2016）02-0083-02

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.02.030

张瑀航（1985-），助理工程师，本科学历，机械专业。

2015-11-26