浅析数控机床常见故障及基本处理技术

刘思默

摘要：随着科学技术的不断更新换代，网络、机械及自动化技术也得到了突飞猛进的发展，数控机床的使用已普及到各行各业之中，并且数控机床的控制精度、智能化水平不断提升。由于应用了较多的现代现代科学技术，数控机床的复杂性不断增加，这给维修人员的诊断和排出故障提出了更高的要求。因此，为了了解数控机床的故障并根据故障进行修复，本文介绍了数控机床技术特征，分析了数控机床常见故障的诊断方法和原理，对具体问题给出了相关的处理措施，旨在保障数控机床的安全可靠运行。

关键词：数控机床;故障;技术特征;诊断方法;处理措施

0  引言

近几年，我国科学技术的发展突飞猛进，数控机床技术不断与机电一体化等先进科学技术系统相结合，为机械加工行业的发展提供了强有力的后续保障。数控机床的应用需要基于微处理器，而集成电路的使用可以进一步提升数控机床的加工效率和加工精度，此外还能够改善数控机床的操作难度，增加产品的批量生产质量，不断推广集成电路的力度，能够促进我国机械制造业的发展。为了提高数控机床的加工效率，满足提高数控机床效率的需要，并让其最大化的發挥作用，必须对数控机床的常见故障进行处理和维护，从而保证数控机床的持续稳定运行。

1  数控机床技术特征

1.1 高效化

现代数控机床技术不仅可以降低加工成本，并且具有较高的加工效率，而且可以保证零件的表面质量和精度。在目前的机床加工中，车铣的加工速度每分钟可达到5000-8000m，主轴转速超过30，000rpm。以前为精密加工，而现在逐步发展成为超级精密加工（可达纳米级），应用范围得到了极大的扩展。在纳米级超精密加工中，主轴的旋转精度可以达到0.02nm左右，表面粗糙度Ra=0.003nm。目前数控机床表现出高效化、网络化的发展态势，数控机床制造商和销售商，也逐步提高数控机床的的可靠性要求。零件的加工和生产一般在处理、安装和降低速度上花费大量时间，为了减少在此过程中的时间，目前人们越来越重视复合功能型机床的研制。

1.2 多轴化

目前数控加工技术中，编程软件和五轴联动技术已逐渐成熟，在自由曲面加工中，使用五轴联动控制和数控编程技术，能够使工件三维表面在铣削过程中，控制在合理的切削速度范围内，大幅度提高了工件表面的加工精度，满足了现代高精度试件的加工要求。与三轴联动控制相比，五轴联动技术有着明显的优势，已成为大型机床制造商开发研究的关键技术。

1.3 智能化

当前的制造技术逐步实现智能化，在模糊控制、神经网络控制和数字网络技术等方面开发了智能处理，通过模拟人工在处理过程中的智能活动，解决了处理过程中的一些不确定性和人为因素诸多因素的干预。数控机床的智能化主要体现在以下三个方面：第一，连接性能和驱动性能逐步实现智能控制;第二，加工过程中逐步实现智能化，自动生成加工工艺参数，使加工质量和加工效率明显提高;第三，数控机床运行状态和故障诊断方面逐步实现智能化;第四，在数控编程技术下，人机操作界面更加合理智能，使操作过程简单可靠。此外，使用计算机建立网络连接，首先使用生产站点和企业的内部LAN，然后使用Internet连接到企业外部，实现数控机床的网络化操作、监控。随着网络技术的不断成熟，，已经提出了数字制造的未来发展理念，使用现代化信息技术后，数控机床的通讯服务等功能也逐渐引起人们的重视。

1.4 绿色化

数控机床的发展也需要充分重视环境保护和节能减排，不断促进我国机械加工制造行业朝着绿色化方向发展。目前在国家对节能减排的要求号召下，机械加工制造行业环保意识有所提升，但主要体现在切削液的使用方面。制造加工过程中使用切削液不仅能够危害工作人员的身心健康，而且排放后会造成环境污染，此外使用切削液还会增加加工成本造成资源的浪费。如果不使用切削液需要在室外环境中进行加工制造，但基于当前加工模式和相关试件要求，在室外难以满足加工要求，不可避免的使用切削液，因此数控机床的绿色化发展还需要人们的共同努力，实现绿水青山的美好前景。

2  数控机床的常见故障及维护

当前，我国数控机床技术飞速发展，但与国外技术相比还存在一定的差距，主要表现在产品技术含量较低、高端技术被国外垄断以及高级功能元件不能自己生产制造依赖进口，并且这些问题的存在严重影响我国高端制造也的发展。目前数控机床主要在主轴电机、主轴箱两个方面存在的问题较大，具体表现在电机发热、电机噪声、电机振动、主轴发热和噪音、加工尺寸不稳定等方面。当前，在中国的飞速发展中，我们为产品的各项性能提出了新的要求，许多国外的数控机床技术已经大量引进中国，并在实际生产中使用，更好地利用数控机床充分发挥其出色的性能。我们总结了以下数控机床常见的故障和维护方法：

2.1 主轴电机

变频调速电动机一般具有稳定的作业指标，机械性能较好，由于中国当前环境以及诸多因素的影响，目前中国的数控机床仍采用变频调速电机。变频调速电机相对成本较低，工作高效稳定，接线较为便捷，并且功率较大调速平稳，能够实现无级变速。根据国内有关变频电机的相关数据统计，主要存在以下故障。

2.1.1 电机发热

电机发热问题，首先应判断是否是由于电器本身工作不正常，如果是由电器本身问题引起的，则可以立即更换。如果电机轴承损坏并且不能正常旋转，那轴承将会有较大的旋转阻力，容易导致轴承部分迅速发热，这些热量散发较慢容易引起润滑脂的破坏或燃烧。则会导致轴承不旋转或旋转阻力很大。导致的现象是局部快速加热并且容易燃烧油脂。此外，如果电机冷却方法为强制风冷，需要检查排气风扇的冷却问题。

处理技术：根据对轴承损坏程度的判断，可以直接更换有故障的轴承并使用全新的轴承，对于更换后的轴承，需要均匀地涂抹适量的润滑脂，并且仔细检查排气扇是否正常工作，并且清除电机和风扇上的灰尘。

2.1.2 电机噪声

如果电动机在运行过程中发出异常噪音，出现这种情况最大的可能是轴承自身已经损坏，没有办法完成正常选装，其次考虑是润滑油磨损殆尽，导致轴承转动时摩擦力较大。

处理技术：如果轴承磨损严重，可以直接更换电机轴承，更换后要及时涂抹润滑脂。如果电机轴承本身没有问题，可以增加润滑脂涂抹量，保持轴承运转流场。

2.1.3 电机振动

电机产生振动时，应该想到是否轴承自身产生损坏，一旦轴承发生损坏，就会产生噪声以及局部发热。如果不是轴承自身产生损坏，最大可能为固定电机的螺栓产生松动，由于电机在运行过程中会，内部结构会一直运转，容易出现电机振动的现象。此外，电机与轴承不配套，或不符合相关标准也会产生振动。

处理技术：通常直接更换电动机轴承，更换后要及时均匀的涂抹润滑脂，严禁使用过多油脂。将固定电机的螺栓等固定装置检查一遍，确保其牢固，以有效消除电动机自转引起的振动，同时检查皮带轮的运行状态，皮带轮内径与电机轴承之间的间隙是否在允许范围内。

2.2 主轴箱

机床中另一重要组件是主轴箱，主轴箱中的主要部件和支撑部件，都需要良好的刚性和抗震性，并且对活塞的加工质量要求也较高，主轴的加工精度以及热变系数对主轴箱的安全可靠运行也有重要影响。目前数控机床多用变频电机，所以主轴箱的构造相对简单，便于我们理解和掌握其中的构造。主轴箱仍然存在用于支撑主轴的轴承，并且皮带是电动机的唯一力传递构件，皮带执行相关部件的旋转运动。通过这样的结构能够完成切割的工作。目前国内主轴箱的缺点是噪声较大，并且容易发热，造成试件的加工尺寸相对不稳定。针对主轴箱存在的问题及处理技术如下：

2.2.1 主轴发热和噪音

轴承损坏可能还会导致主轴发热，并且旋转存在问题，但是在电机外力作用下，会强迫轴承旋转，在没有润滑脂或者润滑脂较少的情况下，降温降噪效果下降，就会引起主轴发热和噪声。轴承密封性过紧也会引起噪音。

处理技术：主轴一旦发热要及时找到主轴上的发热点，然后确定故障类型。一般先停止电机操作，断电后用手转动电机轴，用手感受主轴的旋转是否正常，当旋转时有明显转不动的部分，造成这种情况的原因可能是由于旋转产生发热，这是要及时的清洗主轴，若损坏严重要更换配套主轴，清洗和更换后要及时均匀涂抹润滑脂。在清洗主轴时，一般采用汽油或者煤油，并且在清洗过程分为粗细和精洗两步完成，在清洗完成后按照相关规程，涂抹适量润滑脂后安装上去。当轴承预紧力过大，主要是轴承之间的间隙过小，可以通过调整垫片解决这类问题。

2.2.2 加工尺寸不稳定

当加工零件的质量不稳定，但是我们的程序正确时，我们需要确定主轴轴承是否已损坏，或者轴承间隙是否不合格，检查轴承间隙是否在允许的误差范围内，如果出现上述情况都有可能造成加工试件精度不高且尺寸不稳定。

处理技术：第一步要先检查轴承是否已经损坏，如果轴承损坏较为严重，要立即更换。在加工试件的尺寸不合格时，要调整轴承间隙间的垫片厚度，只有在合适轴承间距和轴承厚度情况下，才能在运行时保持良好的轴向和径向运动，使加工后的试件符合相关要求。

3  结语

简而言之，数控机床在作业过程中，随时都会发生故障，由于发生故障的类型不同，导致这些故障的产生原因也不相同，后期处理故障和保养维护也要采取不同的方法，目前随着数控机床高效化、多轴化、智能化、绿色化方向发展，导致数控机床的结构越来越复杂、越来越精细。当前数控机床主要在主轴电机、主轴箱两大方面容易产生故障，但其他小故障也會随时发生，相关技术人员要掌握多样的诊断方法，结合故障发生的原因、部位采取科学有效的维护手段。此外，日常使用中还要注意数控机床的保养与维护，一旦发现问题及时处理，不但能够保障机床的服务年限，还能够节约大量不必要的花费。

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