金属切削数控机床操作过程常见故障及注意事项

石海燕

（甘肃能源化工职业学院，甘肃 兰州 730207）

金属切削加工是数控机床进行工艺生产的基本方式之一。传统的金属切削加工使用的多为普通的机床，各项切削工序都需要人工来完成，所以加工效率较低。而随着数控机床的出现，金属切削加工的各项工序都由控制系统操控机床来完成。工人只需将编辑的控制代码传输到机床系统中，机床便可以在伺服系统的控制下，完成金属毛坯的切削加工。数控机床不仅大大提高了金属切削的加工效率和加工质量，还有效避免了因工人师傅而导致的各种机器故障，对于工人安全的保障也是极为有力的。

1 常见的数控机床运行过程中的故障问题

得益于工业技术的快速发展和工业化水平的大幅提升，当前使用的数控机床设备已经相当成熟。无论是机械设备、电气设备，还是控制系统，均可保证数控机床能够在稳定的状态下进行长时间的运转。这使得数控机床在进行金属切削加工时发生故障的机率大大降低[1]。同时，数控系统还具备较为完善的故障诊断功能和报警功能，可以对数控机床的一些故障问题进行及时的诊断并报警，从而提升了数控机床的运行可靠性。但是，在实际的加工生产过程中，数控机床还是会因为各种各样的因素而发生一些故障问题。这些故障问题有机械故障，有电气故障，还有操作故障，大体可以分为软故障、硬故障和干扰故障三大类型。

（1）软故障分析。数控机床的软故障通常是指操作人员错误地编辑程序，设置不正确的机床参数，机床操作出现失误等原因造成的数控机床故障。例如，新的数控机床投入使用或者机床断电重启时，需要通过手动模式让各轴回到参考点位置。否则机床的参考点容易出现错误，从而导致撞车事故。当数控机床在运行过程中突然断电停机时，需要将机床各轴调到安全区域，防止机床因具备记忆功能，使得再次通电开机时，机床开始继续进行加工操作。数控机床运行的数控加工程序需要先进行模拟加工，只有确定加工程序运行无问题后，才能开始真正的加工制造。但是一些操作工人如果未能将模拟加工参数全部进行正确的设置，容易造成模拟加工无问题，但实际加工却会出现故障的情况。

（2）硬故障分析。数控机床硬故障是最为常见的故障类型，主要是由机床硬件设备出现损坏而引起的，如各种电子元器件、电机系统、限位机构、刀库系统、润滑系统等机床硬件结构。比较常见的硬故障主要有以下几种。①主轴电机故障。数控机床的主轴电机是机床的动力来源，是支持机床进行各种活动，进行切削加工的基础。数控机床主轴电机的故障主要表现为发热、振动幅度大和噪声大等。其中电机发热的机械故障一般是因为电机轴承出现了损坏情况，或者轴承间隙较大、轴承缺少润滑脂、散热系统故障。电机振动幅度大则可能是因为固定螺丝松动或者电机轴承损坏。而电机出现噪声则主要是因为电机轴承问题所导致的。通过更换主轴电机的轴承、润滑脂、清理散热装置等方法可以有效解决主轴电机的故障问题。②主轴箱故障。数控机床的主轴箱是机床的核心部件之一，对机床的加工精度和抗振性能有着直接的影响。主轴箱的故障主要为主轴发热，出现噪声，加工时尺寸精度不稳定。造成主轴发热的主要因素是由轴承损坏或缺少润滑物质，以及预紧力过紧而引起的。维修时需要首先确定发热源，然后根据实际情况决定是否更换轴承或润滑剂，或者调节预紧力。主轴的轴承问题和间隙问题则是导致机床加工过程不稳定的主要原因，最好的解决方法便是及时更换新的主轴轴承，同时将间隙调整垫的厚度调到最佳。③滚珠丝杠故障。滚珠丝杠是机床传动的主要结构，一旦其轴向间隙过大，便会引起丝杠的故障，进而影响到机床加工的精度。这就需要维修人员定期检查滚珠丝杠的间隙大小，查看其是否松动，通过预紧螺栓使丝杠间隙保持适当的间距，还要定期清洗丝杠表面。④导轨故障。导轨在数控机床的主要作用是支撑和引导机床的运动部件，使机床运动部件能够按照预定方向进行运动。当数控机床的运动质量出现明显下降时，可初步判断是导轨的故障问题。例如，机床的托板未能到达预定的位置，机床的运行突然中断，机床定位不准确等。此时便需要调整导轨的预紧力，消除导轨的传动间隙，保证导轨之间的干净、无赃物，可以及时清理赃物。此外，还要定期对导轨进行润滑。⑤旋转刀库故障。旋转刀库是数控机床存放刀具的重要结构，进行金属切削时，使用的各种刀具都要从刀库取用。旋转刀库一般分为机械传动和液压传动两种。旋转刀库的故障主要是刀库卡死，不转动问题，或者刀具转动不到位的问题。当刀库不转动时，修理机械师傅旋转刀库需要检查刀库的联轴器是否出现脱落情况，而检查液压式刀库，则需要确定液压系统压力是否保持稳定，或者检查换向阀与节流阀的灵敏度。当刀具无法准确定位并转动时，需要检修电动机的转动结构和拨叉位置。⑥伺服电机故障。伺服电机主要用于数控机床的传动部分，可以精确控制机床执行电动机的行进速度和位置精度。伺服电机的故障多为弯曲负载引起的轴端和轴承出现不同程度的磨损。在修理伺服电机故障时，不宜直接使用锤子敲打电机轴端，否则容易破坏伺服电机另一端的编码器。⑦液压系统故障。液压系统的故障主要发生于液压泵，如油封过度磨损导致的漏油，液压泵体过度磨损，液压泵轴和电机轴之间存在的间隙较大等等。一旦发现液压系统故障，要立即对损坏部位进行修理或者直接更换，防止因液压系统故障而导致的压力不稳。同时，要选择使用合适的液压油，可以根据数控机床的工作条件和环境温度来考虑液压油的适用类型，并且要做好液压油和过滤网的定期更换工作，保障液压降温系统的正常工作。⑧润滑系统故障。数控机床进行金属切削加工必须使用润滑油，否则难以保证加工精度，还会缩短机床的使用寿命，甚至还容易引起加工事故。所以，这就对数控机床的润滑系统提出了较高的要求。在润滑系统中，常见的故障主要有三种，一是润滑系统使用的油泵失去作用，无法为机床供给润滑油。此时便需要对油泵电机进行检查，对堵塞进油口的污物进行清理，加注的润滑油也要保证清洁。二是油路供油不通畅，需要对油路进行检修。三是润滑油的供给循环时间不稳定，需要操作人员调整润滑系统的供给循环时间。维修方法：调整给油循环时间，保证给油充足。⑨气动故障。数控机床的加工需要使用到气动设备，如换刀、刀具的夹紧、加工件固定等。所以，要保持分水滤气器的干净，否则引起机床气动部分的故障。此外，油雾器要保证液位处于正常水平，保持气压系统具有良好的密封性能，从而为机床的运转提供冲则足的气压。

2 数控机床在操作时的注意事项

数控机床是目前金属切削加工所采用的主流设备，其具有较高的先进程度和自动化水平。但是，数控机床依旧不能逃脱机器的范畴。所以，使其保持良好的运行状态，才能将数控机床的优越性、先进性完全发挥出来，从而提高金属切削生产的工作效率，降低工人们的工作强度，防止各类安全事故的发生。为此，需要对机床操作人员进行必要的操作培训，提高工人的安全操作意识，让操作人员落实各项加工操作的注意事项。

（1）培养操作工人的安全操作意识。操作人员在使用数控机床的过程中，必须要求其形成良好的操作使用习惯，并严格遵循相应的操作管理制度，按照正确的基础操作顺序进行加工生产。第一，对于数控机床的各项注意事项，操作人员要在正式操作前认真地去阅读，进入岗位时必须将工作服装穿戴齐全。尤其是女性工人，务必将工作帽戴好戴牢，防止头发卷入机床。第二，机床正式开始工作前要进行预热，并检查机床各个可动结构的工作状态，检查润滑系统，查看切削液是否充足。第三，在加工过程中，要保证机床的防护门处于密闭状态，操作人员不能随意脱岗，严谨操作人员用手直接触碰刀尖或切削碎屑。机床在加工时，操作人员不得触碰任何正在运转的部件，但要仔细观察机床的加工切削状况，一旦发现异常情况要立即停车。第四，需要更换加工刀具时，要先停车，并按下急停键，以确保机床不会突然启动。

作为一线加工人员，操作人员除必须掌握的数控机床操作能力外，还要具备良好的安全生产意识，保证机床操作的安全性。

（2）合理选择切削三大项。数控机床只需要一次装夹便可以自动完成加工工序。如果刀具、夹具选择出现失误，会容易造成加工事故。因此，数控机床的加工必须保证加工刀具的正确使用，还要选择合适的夹具与加工路线。在选择刀具时，要根据零件的加工工艺来确定合适的刀具。不同的刀具对应着不同的加工方式，只有正确使用刀具才能在保证加工质量的同时，延长刀具的寿命。选择夹具时，以毛坯材料的外形和加工要求为依据。如果选用不合适的夹具，反而会导致定位误差的增加，不利于提高机床的切削加工精度。数控机床加工中常用的夹具有三爪卡盘和四爪卡盘。三爪卡盘的主要优势在于可以自动定位材料的中心位置，便于操作人员确定加工坐标系，但是三爪卡盘不宜装夹不规则工件。而四爪卡盘的装夹更为稳固，但装夹效率要低于三爪卡盘。加工路线的确定同样要参考工件的成型特征。工件加工路线的选择要遵循最短路径的原则，但要兼顾加工精度和工件表面的粗糙度，尽可能的缩短刀具的空行程，以提高工件的加工效率。

（3）机床的日常维护保养。操作人员需要对数控机床进行必要的日常维护保养，以保证机床始终处于良好的工作状态。日常维护和保养的重点在于数控机床的各个主要系统，常用的电气部件和机械部件。

3 结语

数控机床的自动化加工功能极大地缩短了金属切削加工的工作时间，同时还能提升加工精度。所以在注重效率的现代工业生产中，数控机床对提升加工企业的经济效益是非常重要的。为了数控机床能够长期而稳定的发挥效用，操作人员必须充分了解数控机床的常见故障问题和相应的维修知识，以便于独立解决数控机床的一些小故障。同时，操作人员要认真落实注意事项，杜绝人为操作失误情况的发生。