数控车床维修策略探析

2022-09-22刘大勇

科技创新导报 2022年17期

刘大勇

（通化市职业教育中心吉林通化 134000）

数控车床是使用较广泛的一类数控机床，按照事先编制的加工程序，自动化加工零件，具有精度高、效率高、自动化程度高的特点［1］。和传统车床相比，数控车床的结构更加精密，且对维修保养工作提出新要求。维修工作一方面能及时发现故障隐患，减少损失，实现生产的连续性；另一方面能保证加工精度，降低失误率，提高零件加工质量。本文结合笔者实践，探讨了数控车床的维修方法及管理事宜。

1 数控车床维修保养的现实需求和技术要求

1.1 数控车床维修保养的现实需求

数控车床的维修保养是运行管理中的一项基本工作。然而，在实际生产中，因技术人员不重视维修保养，多在设备出现明显异常时才进行维修，不仅影响正常的生产，还会导致小问题变成大故障。从技术经济性的角度入手，数控车床的合理应用必须制订科学的维修保养方案，促使零部件处于最佳状态，降低故障发生率。要想达到这个目标，生产企业必须做到如下几点：（1）建立健全数控车床的管理制度，尤其是维修保养方面要有完善的方案方法；（2）落实日常检查，进行定期检修，及时发现故障隐患，将损失降至最低；（3）监测车床的运行工况和性能状态，建立故障响应机制，制定及时、科学、有效的报修流程；（4）通过必要的培训活动，掌握必备的保养知识，提高技术人员的维修技能。

1.2 数控车床维修保养的技术要求

数控车床是由机械、电气和气动系统组成，不同系统在维修保养上的技术要求是不同的，简要总结如下。

1.2.1 机械系统

第一，车床每次使用后，伺服轴应回到原点，对工作台上的铁屑、杂质进行清理，保持清洁干燥的状态。第二，使用润滑油的部位（如主轴箱、进给系统），应定期补充润滑油，检查油质是否正常。第三，定期检查传动齿轮、滑动导轨、丝杠、传动带的位置和尺寸，按照说明书进行保养。第四，针对零部件磨损或损坏，应分析失效情况，选择合理的维修方式。结合车床的结构组成特征，多数零件可采用焊接、镀覆、机械加工等手段修复；齿轮、皮带等易耗品则要及时更换，注意按照技术要求规范拆装。

1.2.2 电气系统

第一，电气系统是车床自动控制的核心，每次开机运行前，应检查插头、电缆、继电器接触点，确保连接牢固，避免接触不良。第二，维修保养时，重点观察线路老化情况，对老化线路及时更换；对容易积灰的部位（如电路板、防尘网、冷却风扇等）定期清理，保持清洁干燥。第三，电气系统发生故障，多是短路、断路、连接松动、烧损等所致，维修时可利用车床的故障自诊断功能，首先，确定故障的部位；其次，采用专用的检测设备，对电压、电流等关键参数进行测量，进一步确定故障类型和原因，必要时，还可采用元件更换法［2］；最后，对破损元件进行更换，或者调整技术参数，从而排除故障。

1.2.3 气动系统

第一，针对气动系统的运行，要保证空气清洁，温度、湿度适宜，降低粉尘含量。如果空气质量较差，会加重气动系统的磨损和腐蚀，如气缸腐蚀、元件磨损、阀门管路阻塞等。第二，定期清理空气滤清器内部的杂质，保证空气供给量充足；检查气泵工作压，确保压力表指示灵敏、准确，压力值处于合理范围内。第三，检查各个管路的连接部位，看有无漏气、损坏的情况，损坏的零件及时更换，漏气处进行修复，保证管路密封性良好。第四，气动系统常见故障有压力不足、管路泄露、气缸老化、开关老化等。维修时，应保证系统内部的密封性，针对气缸老化问题，可采用镀覆法进行修复，或者进行更换；对开关老化失效问题，更换优质零部件。

2 数控车床常见故障及维修策略

下文以主轴故障、刀架故障、反向间隙过大为例，结合实际案例分析故障原因，提出维修策略方法。

2.1 主轴故障

数控车床的主轴是由轴承、传动件、法兰盘等组成，可支撑传动零件，带动刀具和工件旋转。主轴出现故障，常用的维修方法有如下几点。（1）喷涂热修复法。分析主轴结构特点，查阅技术资料后，选择合适材料喷涂，常用金属材料。喷涂厚度根据主轴厚度而定，一般控制在0.05～0.2mm；喷涂过程中，还要对主轴温度进行精确控制，使其处于低温状态，提高喷涂效果。（2）刮研修复法。随着主轴运转时间延长，容易出现圆跳动超差现象，如果轴承含有铜锥度套且磨损严重，可采用刮研修复法。该方法能消除主轴误差，恢复加工精度，但要注意维修过程中会产生较大的应力［3］。（3）电镀修复法。对主轴镀铬层进行修复时，须严格控制尺寸精度，强化主轴表面的硬度指标，防止修复后短时间内再次磨损。采用电镀修复法时，应将镀铬层厚度控制在0.03mm 以内，但作业中会产生毒害物质，技术人员应作好防护。

例如，某数控车床主轴箱噪声过大，维修过程如下。第一，判断是否为电机故障，将传动带脱开，只运转电机，并没有噪声，可排除电机故障。第二，对以下情况逐一排查：（1）动平衡是否达到预定值；（2）齿轮精度差，或啮合间隙不均匀；（3）轴承发生损坏；（4）传动轴变形；（5）传动带过长、松动；（6）润滑不良。第三，明确故障原因后，针对性地处理：（1）拆除主轴单元，重新做动平衡；（2）更换齿轮，或调整啮合间隙；（3）更换新的轴承；（4）对传动轴研磨修正或更换；（5）调整传动带松紧度或更换；（6）添加、更换润滑油。第四，维修完成后，检查主轴部件的精度，填写记录表格，对检测单、记录表及时归档，方便后续查阅。

2.2 刀架故障

刀架是由电机、涡轮、丝杠、螺母等组成，刀架旋转可完成换刀动作。刀架出现故障后，先听，再看，后试转，确定故障后予以排查，常见故障及维修方法如下。（1）电动机故障。如三相线路连接错误，应及时切断电源，检查三相线路接头，重新调整接线顺序。（2）弹簧断裂。应及时更换弹簧，注意定位用销子不能互换。（3）离合器导销断裂。应及时更换导销，并且复查装配精度。（4）主轴弯曲断裂。应更换新的主轴，合理选择主轴的规格大小，严格按照说明书操作。（5）外端齿盘导销断裂。应及时换新，保证各部件的装配关系正确。（6）刀架不能锁紧。应检测霍尔元件，对刀具的定位参数进行分析，出现异常更换零部件。（7）发信盘位置异常。应调整发信盘的位置参数，促使刀恢复至正确位置。（8）精度偏大。多是端齿处有脏物或齿轮啮合不良引起的。对于前者，应拆下零件仔细清洗，在旋转部位涂抹干净黄油；对于后者，应更换变形的上刀体，促使齿轮良好啮合［4］。

例如，某六刀位数控车床所有刀位无法准确识别，刀架转动异常且伴有报警声。结合实践，该情况多是电气故障引起的，包括磁性元件脱落、霍尔元件均损坏、霍尔元件线路无法检测到电压信号。对霍尔元件线路（见图1）、其他电气线路进行检查，结果发现霍尔元件线路供电电压为0V，是电气柜连接接头松脱所致。技术人员重新接好线路，电压显示、刀架转动正常，故障排除。

图1 霍尔元件线路图

2.3 反向间隙过大

数控车床运行中，为保证加工精度，反向间隙一般控制在0.01mm内。反向间隙并不是一个独立要素，而是多个间隙叠加而成，包括轴承间隙、联轴器间隙、减速器间隙、丝杠螺母间隙等［5］。如果编程错误、加工参数设置有误，就会增大丝杠间隙，影响加工精度。反向间隙过大，车床在反向运转时出现空行程，刀具实际切割位置有偏差，不仅影响零件外形尺寸，还会降低钻孔、曲面轮廓的精度。对此，必须定期检查各坐标轴的精度和反向间隙。

例如，某数控车床加工直径不等的圆柱形工件时，在反向运转时出现较大偏差为0.18mm。对于这一情况，分析加工线路后，认为原因主要有两个：一是程序有误；二是加工线路的反向间隙增大。进一步复核程序，发现程序本身没有错误，可以排除。遂使用激光干涉仪测量反向间隙，得到最大间隙为0.1mm，而且不能进行补偿。为了确定反向间隙增大的故障部位，排查过程如下。（1）导轨运行正常，且润滑油量充足，排除导轨故障。（2）测量X轴导轨和滑板的间隙，结果左、右侧导轨和滑板的间隙分别为0.03mm、0.04mm，紧固螺栓间隙未变化。（3）使用千分表，检测丝杠和导轨的平行度，结果为0.05mm，大于限值0.01mm。（4）对丝杠预紧力、X轴负荷进行调整，丝杠间隙未变化。（5）使用百分表，检测主轴和刀具的中心偏差，结果X、Y方向上偏差分别为0.2mm、0.7mm，均大于初期偏差值0.05mm，说明精度降低。（6）调整X 轴丝杠预紧力和螺母，发现窜动量为0.01mm，小于规定值0.015mm。综合以上分析，刀架在X 轴负方向移动时，反向间隙的影响不明显；刀架在X 轴正方向移动时，因丝杠间隙增大，部分伺服电机脉冲被消耗，实际移动距离小于编程设计值，增加了刀具的吃刀量。

明确故障原因后，调整反向间隙的方法如下。第一，正确安装各部分构件，安装刀架时，注意控制间隙。用千分表测量反向间隙为0.01mm，导轨和丝杠之间的平行度误差为0.008mm。第二，调整滑板、压板间隙，滑板和导轨的正面、侧面间隙要相同，控制在0.03mm。第三，调整刀架固定螺栓，促使刀具和主轴中心偏差满足限值要求。调整后，X 轴、Y 轴偏差分别为0.05mm、0.04mm。第四，使用激光干涉仪，复测X 轴定位精度为9μm，反向间隙为5.1μm，满足加工精度要求，故障排除。

3 数控车床维修保养工作的改进措施

结合数控车床的维修保养需求与常见的故障类型，可从管理制度、维修细则、故障响应、人员能力等方面提出改进措施。

3.1 完善维修管理制度

数控车床在运行使用中，企业应结合生产特点、车间环境、保养需求，制定完善的维修管理制度，为维修作业提供依据。该管理制度应包含车床日常使用规范、维护保养要求和方法、监管措施、奖惩条例等。需严格执行管理制度，对不当使用、维修造成的车床故障和损坏，追究责任给予处罚；及时发现故障隐患，通过维修后恢复车床运行的，给予物质和精神奖励。该管理制度的制定和实施应紧跟车床的规格型号，提高针对性和适用性。

3.2 明确检查维修细则

第一，确定日常检查重点，分析不同车床的特点，明确重点检查项目，维修工作中，避免项目遗漏，保证检查工作的严谨性。第二，结合生产现状，确定日常检查的周期频率，一般采用日检、周检、月检、季度检、年检等方式，有助于技术人员合理安排检修时间和工作任务，提前做好充足的准备［6］。第三，制定检查维修工作标准，对车床检查数据进行如实记录，由监督人员对检修工作进行评定，促进检修质量的不断提升。

3.3 建立故障响应机制

在工业生产领域，机械设备的故障响应时间决定了故障问题的影响程度，决定了危害损失程度。数控车床出现故障后，于第一时间进行检查维修，能降低故障带来的损失，缩短车床的停运时间，尽快恢复正常生产。基于此，企业必须建立故障响应机制，要求工作人员在每日生产中，关注车床的运行工况，发现异常振动、噪声等情况，及时上报维修部门；维修部门接到异常报告信息，及时安排技术人员进行检修，避免故障扩大。

3.4 提升人员业务能力

维修工作离不开专业的技术人员，提高技术人员的业务能力，才能保证维护保养工作质量。第一，企业要重视专业技术人员的培养，协助其确定长期人才培养规划，通过厂内培训、外出进修等方式，学习新知识、掌握新技能，满足车床维修需求。第二，通过思政教育活动，提高技术人员的责任感，认识到维修工作对车床正常运行的重要性，避免工作中麻痹大意，达到定期检查、科学维修的目标。第三，开展安全教育工作，提升技术人员的安全意识，在故障排查和维修过程中，做好必要的防护措施，保证身心健康。