图1 数控机床
随着社会生产的不断发展,机械设备的故障分析和维修保养逐渐成为具有重要意义的工作。数控机床（见图1）作为机电一体化在机械加工领域中的典型设备,将电子电力、自动化控制、电机、检测、计算机、机床、液压、气动和加工工艺等技术集中于一体,特别适合于加工零件较复杂、精度要求高、产品更新频繁的场合。它的任何部分出现故障,都可能导致加工精度降低,甚至机床停机、生产停顿,从而带来不必要的损失。因此,加强数控机床故障诊断与维修的研究是十分必要的，下面我们先来简要的了解一下什么是数控机床。
数控机床是用数字信号来控制机械动作的机床的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作并加工零件。数控机床一般是由机床主机部分、数控部分、驱动部分、辅助装置部分等几部分组成。与普通车床比，数控机床有以下几个特点:
1、加工精度高，加工质量稳定。定位精度为±0.01毫米，重复定位精度为±0.005毫米。适合生产精度要求比较高的高附加值产品。
2、可以多坐标的联动，能加工形状复杂的零件。比如活塞的燃烧室部位、气门部位等。
3、因为机床本身的精度高、刚性大,所以可以选择有利的加工用量，大大的提高了生产效率。
4、机床自动化程度高，可以减轻员工的劳动强度，并可实现一人多机操作。
5、对使用人员的素质要求比较高，对维修人员的技术要求更高。
近年来，随着我公司市场需求的不断扩大以及生产产品技术含量的提高，公司大批引进、制造并应用了众多的数控机床，成为我公司活塞生产的关键设备。为了能更好的使用数控机床，使数控机床高效的发挥它的性能，现结合我公司的数控机床对数控机床常见的一些机械故障以及维护维修措施阐述如下：
一、主轴部分
1、主轴电机。
数控机床大多采用变频调速电动机。变频调速电动机具有较硬的机械特性，稳定性良好；无转差损耗，效率高；接线简单、控制方便、价格低；能高效率的平滑调速，而且转速高、功率大，速度变换迅速、可靠；能无级变速等特点。
变频调速电动机一般常见的机械故障表现为电机发热、振动、噪声等。
（1）、电机发热：
首先排除电器故障引起的电机发热，机械故障一般是电机轴承损坏、轴承间隙大导致电机转子高速旋转时与定子摩擦或者轴承缺润滑脂引起的，散热排风扇不工作或者损坏等。
维修方法：一般更换电机轴承或者轴承加适量润滑脂，检查排风扇是否良好，清除排风扇上的污物。
（2）、电机振动：
振动的原因除了轴承损坏外，电机紧固螺栓松动或者电机皮带轮与电机轴间隙过大都能够引起电机的振动。
维修方法：更换电机轴承或者轴承加润滑脂，紧固电机与机床床身连接螺栓，检查皮带轮动平衡，皮带轮内孔尺寸与电机主轴的配合间隙是否超差。
（3）、电机噪声：
电机产生噪声的机械故障原因主要是由于电机轴承损坏或轴承缺少润滑脂引起的。
维修方法：更换电机轴承，轴承重新更换润滑脂，最好采用耐高温的润滑脂，并且润滑脂涂抹要适量。
2、主轴箱。
图2 机床主轴前端结构
主轴箱部件是机床的重要部件之一。主轴部件和支承件均采用了刚度和抗振性较好的新型结构。主轴的加工精度、抗振性能以及热变形等对活塞的加工质量有直接的影响。因为采用了变频调速电动机，数控机床的主轴箱结构比较简单。主要是前后轴承支撑主轴，由电动机靠皮带传送动力直接带动旋转，主轴前端（见图2）一般采用双列圆柱滚子轴承2和角接触球轴承组合3，后支承采用双列圆柱滚子轴承。前后轴承利用锁紧螺母4与轴承间隙调整垫1消除调整轴向和径向间隙。这种结构能够具有强有力的切削性能，并且加工精度也能满足活塞加工的要求，是目前我公司制造的大多数控机床采用的结构形式。
主轴的主要故障表现为主轴发热、噪音、加工尺寸不稳定等。
（1）、主轴发热、噪音：
主轴发热的原因主要是轴承损坏或者轴承缺润滑脂，轴承的预紧力过紧引起的。
维修方法：主轴发热是要先找到发热源，判断是哪一端轴承发热引起的，然后用手转动主轴，判断主轴转动时松紧是否均匀，有没有沉点。如果是轴承引起的主轴发热，就要更换或清洗主轴轴承、轴承加适量润滑脂。在清洗轴承的时候一般采用煤油或者汽油清洗，先粗洗后精洗，然后均匀涂抹耐高温润滑脂后再重新装配。如果轴承预紧力过大引起的发热，先分别检查测量前后轴承与轴承间隙调整垫之间的间隙，要求在无锁紧螺母的外力下，轴承与轴承间隙调整垫之间的间隙在0.08mm-0.10mm之间，然后重新锁紧螺母，消除轴承间隙即可。
（2）、加工尺寸不稳定：
主轴轴承损坏或者轴承间隙过大或过小都会引起加工产品的尺寸不稳定。
维修方法：检查更换主轴轴承。轴承磨损严重会直接影响加工工件的尺寸精度和工件表面粗糙度。调整轴承间隙调整垫的厚度，使主轴的轴向跳动和径向跳动达到最佳状态。
3、静压电主轴技术:
图3 电主轴
在精孔和异型孔等要求加工精度高并且吃刀量小的工序，公司采用了先进的静压电主轴技术（见图3）。电机的转子直接与主轴连接，电机外壳与主轴箱连接，静压油通过前后油眼喷射到主轴上，使主轴与铜瓦之间形成一层油膜，通过电机转动带动主轴旋转。由于主轴旋转时没有机械摩擦，所以适合加工精度要求高，表面粗糙度要求高的产品。这种主轴关键是要保持静压车头的每个进油孔畅通均匀，使静压轴承的压力稳定。
静压电主轴常见的故障有主轴发热、加工尺寸不稳定等。
（1）、主轴发热：
主轴发热的主要原因是由于静压油通过旋转摩擦发热，导致主轴升温，所以静压系统要有良好的冷却系统，一般靠安装冷却空调或散热器解决。
（2）、加工尺寸不稳定：
以BHT-20销孔镗床为例，被加工的活塞尺寸不稳定主要表现为销孔圆度超差、销孔的尺寸不稳定等。
维修方法：因为主轴旋转时利用油膜托住主轴，所以要求静压压力前后稳定均匀是保证加工尺寸稳定的关键。维修时先检查调整静压压力，使主轴前端和后端的静压压力在0.5Mpa-0.8Mpa之间，保证回油管回油畅通，无气泡。清洗过滤网和喷油孔，使各喷油孔无无污物堵塞，喷油均匀。
二、进给部分
图4 滚珠丝杠与滚动导轨
1、导轨。导轨的作用是用来支撑和引导运动部件，按给定的方向做往复直线运动的。在数控机床的进给传动系统中，常见的导轨一般有滚动导轨（见图4）、静压导轨和滑动导轨等。如果导轨出现故障，主要反映是运动质量下降。如：托板未运动到规定位置、运行中断、定位精度下降、反向间隙增大、爬行等。
维修方法：
（1）、调整预紧力、调整松动部位、消除传动间隙等可提高传动精度。
（2）、调整楔铁条与托板的间隙，使托板与导轨的摩擦力适中，提高运动精度。
（3)、贴塑导轨要保证贴塑良好，无破损。
（4）、导轨与导轨之间的间隙不能存有赃物，必须要有良好的防护装置。
（5）、静压导轨应有一套过滤效果良好的供油系统。
（6）、定时、定量、准确、的给每一个运动部位润滑良好。
2、丝杠。目前，数控机床基本上都采用了滚珠丝杠传动（见图4），在进给部分，滚珠丝杠的刚性、安装质量和丝杠与丝母的间隙直接影响活塞加工的精度与尺寸，选择合适的滚珠丝杠，调整消除传动间隙能够减少产品加工的误差。常见的机械故障有轴向间隙过大、丝杠转动有沉点等。
维修方法：
（1）、轴向间隙过大。检查调整丝杠的轴向间隙，丝杠两端的支撑轴承是否良好，调整轴承预紧螺母，使丝杠的轴向间隙在0.01mm以内，保证传动精度。对于滚珠丝杠螺距的累积误差，通常采用间隙补偿的办法进行螺距补偿。
（2）、丝杠转动有沉点：检查丝杠支撑和床身连接是否松动以及丝杠支撑轴承是否损坏，定期清洗滚珠丝杠上的费旧油脂和杂物切屑。
（3）、测量丝杠与传动电机主轴的同轴度是否合格，避免过度的弯曲负载，最好使用柔性联轴器。
（4）、每天定时定量做好良好的润滑是保证滚珠丝杠精度的维护措施。
3、旋转刀库。旋转刀库的种类不外乎有两类，一类是机械传动，一类是液压传动。液压传动方式，即采用液压马达、电磁阀、流量控制阀等来驱动刀库的运转。液压压力的稳定和换向阀的灵敏是液压刀库正常动作强有力的保证。机械传动刀库是通过电机旋转，经联轴器带动蜗轮蜗杆旋转，使离合盘转动带动刀库。旋转刀库一般出现的机械故障是刀库旋转不到位、刀库不转动等。
（1)、刀库不转动。
维修方法：检查联接电动机轴与蜗杆轴的联轴器是否脱落，检查液压刀库压力是否稳定，换向阀、节流阀是否灵敏。
（2）、刀库转不到位。
维修方法：电动机转动故障，传动机构误差。装置调整不当或加工误差过大而造成拨叉位置不正确，原因可能是装置调整不当或加工误差过大而造成拨叉位置不正确；限位开关安装不正确或调整不当造成的。可通过调整刀库提起的间隙和限位开关的位置消除故障。
4、伺服电机。伺服电机在传动部分作为执行电动机有控制速度,位置精度准确等优点。在与丝杠连接时最好用柔性联轴器，能避免过度的弯曲负载导致轴端和轴承的损坏磨损。在安装或拆卸伺服电机时，尽量不要用锤子直接敲打轴端。以防伺服电机轴另一端的编码器损坏。
三、液压部分。液压泵一般都采用变量泵，常见的故障有油封因磨损漏油、泵体磨损、泵轴与电机轴间隙过大等，应及时更换或修理损坏部位，以防因压力不稳发生事故。液压油的选用也很关键，根据工作环境和空气温度等具体情况综合考虑液压油的类型和粘度的选择。并且做到定期更换液压油和过滤网，使用降温系统控制油温等保养措施。
四、润滑系统。数控机床的润滑系统是一项非常重要的环节，对机床的精度和使用寿命起着至关重要的作用。在数控机床的使用过程中，应保证各部件润滑良好，一般采用集中润滑系统，集中润滑系统有定时、定量、准确、效率高，使用方便等优点，有利于延长机床的使用寿命，保证加工精度。
在润滑系统中常见的故障有油泵失效、油路不畅通、给油循环时间不准确等。
（1）、油泵失效。
维修方法：检查油泵电机运转是否正常，清洗油泵进油口污物，保证润滑油清洁。
（2）、油路不畅通。
维修方法：检查油管有无破裂或堵塞，清洗或更换单向阀。
（3）给油循环时间不准确。
维修方法：调整给油循环时间，保证给有充足。
五、其他辅助。
1、气动部分。在活塞加工中，很多道工序要用到气压夹紧或拉紧，所以高压气体经过的分水滤气器一定要定时放水和清洗，油雾器里的液位应该符合上下限要求，并且保持气压系统的密封性，以保证整个气压系统的工作压力。
2、排屑部分。数控机床的排屑部分一般采用的是链条式排屑机，是可以和机床分离的部分，主要出现的故障是链条和刮板损坏。在使用时要注意排屑机要在机床工作时同时运转，不要等到积攒切屑多了再开启，容易造成链条受力大拉断，当发现有物品掉入排屑机时，要赶紧关闭排屑机运转，并及时取出物品，检查无误后再开启。
数控机床操作人员的技术业务素质是影响故障发生频率的重要因素。对数控操作人员进行培训，使其对日常工作中，对数控机床做好维护保养也是延长机床寿命的最重要的保证。维护保养是指对维持机床精度机床原理和性能、润滑部位及其方式，进行比较系统的学习，为更好的使用机床奠定了良好的基础。保养工作的原则是以预防为主，维修与计划检修并重。机床保养要按照整齐、清洁、润滑、安全的原则进行。根据工作量大小和难易程度可分为三级保养，即例行保养、一级保养、二级保养。机床的维修保养是主要依靠使用者来进行的，所以使用者对机床的熟悉程度有严格的要求，使用者要对机床做好“三好、四会”，即管好、用好、修好设备，会使用、会保养、会检查、会排除故障。同时在数控机床的使用和管理方面，制定一套切合实际、行之有效的措施，使责任明确到数控机床的使用者本人。对每一次出现的故障由机械维修人员和使用者以及设备管理员等进行故障分析，并进行善后维修工作的安排。
机械维修人员在维修数控机床时应先在机床断电后，通过了解、询问操作者故障发生的过程，分析故障发生的原因，先由外向内，先简单后复杂逐一进行排查。尽量避免随意地拆卸，防止机床降低精度和性能。维修完成后记录故障产生的原因和维修经过，便于以后以后查询。多向经验丰富的操作人员和维修人员学习，来增加自己的知识，不断总结经验、弥补不足，使自己的业务水平有飞跃的提高！
参考文献：（1）作者：夏如兰 《数控机床维修工》 机械工业出版社
（2）作者：孙汉卿 《数控机床维修技术》 机械工业出版社
（3）作者：蒋勇敏 《数控机床的使用与维护》 科学出版社
作者姓名：董建辉
工作单位：山东滨州活塞股份公司
