毕业论文——“望、闻、问、切”在数控机床机械故障诊断中的应用

“望、闻、问、切”在数控机床机械故障诊断中的应用摘 要 数控机床的推广应用促进了制造业的发展，数控机床的原理复杂，结构精密，机械故障时常发生，进行应诊故障诊断是排除故障的关键。基于对实用诊断技术“望、闻、问、切”的原理分析，提出了诊断的内容与诊断的技巧，通过实例说明实用诊断技术在故障诊断中的应用，与借助于先进仪器设备等的现代诊断技术相比较，实用诊断技术“望、闻、问、切”的方法具有操作简单、通用性强、快捷高效等特点，在数控机床故障诊断中得到了广泛的应用。关键词: 望闻问切; 数控机床; 故障诊断0 引言数控机床是先进制造技术的重要装备，一台数控机床在工作过程中，因为机械磨损、干扰、操作失误或温度变化等都可导致机械零部件发生故障，在“带病”情形下工作会导致不良后果发生。在使用机床时，必须时刻对其运行状态作出判断，发现异常时立即停止并进行检修，提高数控机床运行的可靠性。数控机床机械故障诊断主要包括对运行状态的识别、监视和预测三个方面的内容，通过对数控机床机械零部件的某些特征参数如振动、噪声及温度等进行测定，将测定值与正常值进行比较，诊断其是否有故障存在。对数控机床机械故障的诊断，既可利用先进的仪器设备检测，也可通过维修人员的感官对机床进行“望、闻、问、切”来实现，由于“望、闻、问、切”这种诊断技术具有方便、快捷、实用等特点，得到广泛应用。1 望“望”就是对数控机床的机械零部件进行全面的观察，根据状态的变化来判断可能存在的故障，主要从以下六个方面进行“望”诊。1 1 望“状态”重点是观察主传动系统中的机械零部件工作状态是否异常，如带传动的线速度是否变慢，主传动齿轮是否有跳动或摆动，传动轴是否有晃动，甚至弯曲等现象。对于数控机床中其它运动装置均可通过观察其运行状态来确定是否存在故障。1 2 望“颜色”数控机床的机械运动通常都伴随着摩擦。如果机床转动部位运转不正常如主轴和轴承运行异常，摩擦就会加大，发热就会变得严重，使温升增大，长时间高温会使机床表面颜色发生一定的变化，高温下油箱里机油颜色会逐渐变深，通过观察机床中一些组件的颜色变化，诊断可能存在的故障。1 3 望“伤痕”机床在工作过程中，如果因操作不当使零部件发生碰撞造成一定的损伤时，对于产生的伤痕如微小裂纹等，应及时做上“记号”，每隔一定的时间观察和比较其前后变化情况，分析发展趋势，进行故障预报与诊断。1 4 望“工件”观察和分析工件质量来诊断机床的故障，如车削后的工件表面粗糙度Ra 数值大，主要原因是主轴轴承间隙过大，或是刀架、溜板箱等压板楔铁存在松动，或是滚珠丝杠预紧出现松动等; 如工件表面出现波纹，则看波纹数是否与机床主轴传动齿轮的齿数相等，如果相等则说明主轴齿轮啮合不良，如果不等可能是主轴轴承损坏或大小拖板松动等原因造成。1 5 望“变形”机床零部件出现变形，必然影响加工精度，严重的必须进行维修与更换。对于机床零部件变形故障诊断主要是观察机床的传动轴、滚珠丝杠是否存在变形，齿轮的端面和直径大的带轮是否有跳动。1 6 望“油箱”机油主要起到润滑作用，如果变质会引起润滑不良，使零件磨损加重，缩短机床使用寿命，降低工件加工质量，通过观察油箱内机油是否变质也是故障诊断的一项重要内容。2 闻“闻”就是听声音，通过数控机床运转的声响对故障进行诊断。机床在正常运行中发出的声音是均匀和有节奏的，并保持相对的稳定性，声音过大或杂乱如出现金属敲击声或较大摩擦声等异响时，则表明机床运转的声音不正常，引起异响的原因可能是数控机床内部存在不平衡、变形、断裂、松动或碰撞等现象。异响是机床可能发生更大事故性损伤的征兆，因此对机床异响的诊断是极其重要的。要想“闻”出故障，熟悉数控机床机械部件在运转时的正常声响是关键。数控机床工作时机械部件会发出一定的声响，如链轮和齿条传动副通常发出均匀的“唧唧”声，做直线往复运动的机械部件，会发出周期性的“咯噔”声，低速下运转的齿轮副及正常运转的轴承几乎没有声响，等等。对于数控机床的操作者经过日积月累，自然会掌握机械部件运转的正常声响，如果出现异响，通过比较就能很容易辨别出来。诊断数控机床异响，还应依据机床的状况。新机床在运转过程中一般无异响，一旦出现异响时，便会清晰地显现出来，便于诊断，对于旧机床而言，由于机床状况变差，各运动部件之间的间隙增大，自然会出现各种异响，此时就必须判断哪些是正常的，哪些是必须进行排除的应诊异响。由于机床是由许多零部件组成的一个整体，其中一个零件产生异响，就会传给其他零件，零件结构、材料、振动频率不同而声响也不同，异响与其它现象还存在相关性，如轴上的轴承发生故障，运转时就会发出 “隆隆”的声响，同时伴随着发热现象，用手触摸，就可确诊。在实践中掌握各种正常声响与异响规律，并做到认真分析与对比，即可“闻”出应诊异响及部位。3 问“问”就是问询数控机床故障发生的经过。数控机床操作者全面了解机床的性能，又是故障发生时的当事人和目击者，通过询问故障发生时的的情况，对故障的分析与诊断是有利的。询问通常围绕以下几个方面展开，为故障诊断寻找依据。3 1 问“位置”向机床操作者询问故障发生的位置、故障发生之前进行过哪些具体操作、故障发生时是否有报警、报警提示是什么等等，通过这些询问为故障诊断提供查询线索。3 2 问“异常”向机床操作者询问机床开启时是否有异常现象，如是否有异响、机床运行状态是否有变化; 传动系统是否正常，如切削力是否均匀、切削深度和进给量是否出现变化等。3 3 问“质量”向操作者询问工件精度和表面粗糙度是否发生变化，如果有变化说明机床部件之间可能存在机床间隙过大或是零部件出现松动现象。3 4 问“保养”润滑、保养与检修是保证机床完好率的重要环节，直接影响机床部件的磨损程度和工作效果，也影响零件的加工精度，机床故障的出现往往都是由润滑、保养与检修不规范造成的，因此向操作者询问机床是否按规定进行保养与检修、润滑油是否符合规定、用量是否适当等，进一步查明可能导致故障发生的原因。4 切“切”是指用手触摸机械部件，凭手感来判断机床是否出现故障。通常围绕以下几个方面来进行诊断。4 1 切“温升”机械部件在运动过程中会产生热量而导致温度升高，这属于正常现象，但当出现异常温升时，可能有故障产生。手指有灵敏的触觉，对温度的判断误差在3 5之间，因此用手指触摸机械部件来感受温度变化，判断是否存在故障是一个重要的方法。机床温度在0 30 左右时，手能感觉到不同程度的凉意， 30 50左右时，手能感觉到不同程度的暖意， 50 70左右时，手能感觉到不同程度的烫意，70以上时，手有灼痛感，长时间可出现烫伤。为防止触摸时烫伤手指，通常先将食指和中指并拢后，用指背中节部位轻轻触及机件表面，确定对皮肤无伤害后，再用手指肚或手掌进行触摸。4 2 切“振动”数控机床工作时常伴随着轻微的振动，如果振动发生变化如振动增大，说明可能有部件出现故障，用手触摸数控机床后，感觉振动的异常与否就可鉴别是否有故障存在。4 3 切“伤痕”目检可以诊断一些表面缺陷，但有些表面缺陷并非用眼睛可以看清的，如机械部件受损后表面存在的微细伤痕，人眼很难辨别，若改用手指去触摸，则很容易地发现。触摸时用手指在被检查表面上，沿着不同的方向轻轻地反复移动，用力不可过大，这样就能切出存在的“伤痕”。4 4 切“爬行”机床爬行是指机床进给系统的运动执行件在运行速度低到一定数值时，产生的周期性时停时走或时慢时快的运动现象。造成爬行的原因很多，联接紧固件松动、传动齿轮齿条间隙较大、磨损造成的机械摩擦阻力加大、液压系统进入空气或压力不足等。当机床运动执行件出现爬行时，不仅会破坏液压系统工作的稳定性，产生冲击，同时也会影响机床的精度和被加工工件的精度，比如磨床出现爬行时，会使工件的表面粗糙度增大，坐标镗床出现爬行时，会使精确定位难以实现等。当数控机床出现严重爬行时，会引起振动而损坏机床和工装夹具。对于机床的爬行，用手触摸执行部件，就能明显感觉出来。5 应用实例例1 一台配有FUNAC 系统的立式数控铣床，在加工一曲线零件时，经检测表面粗糙高，产品质量不符合要求故障检查与处理:用手“切”执行部件，发现有“爬行现象”存在，经测试直线插补与圆弧插补没有出现“爬行”，可以诊断发生“爬行”的原因是编程时指令使用错误，经对程序进行检查后发现，被加工曲线是由许多小段圆弧组成，而在编程时使用了定位检查指令G61，将其取消，改用G64 指令后，试加工检测，“爬行现象”消失，加工后零件质量符合要求。例2 一立式加工中心在镗孔时噪声大，有异响产生，且主轴出现发热现象故障检查与处理:根据主轴的发热现象，且通过“闻”诊发现异响在主轴箱内，对主轴进行拆卸检查，发现主轴轴承润滑脂里存在粉尘和水，分析可能是由于在进行气动吹屑时，有少量粉尘和水气窜入主轴轴承润滑脂里，导致润滑不良，产生噪声并伴有发热现象，更换润滑脂，对使用的压缩空气进行精滤和干燥，经试加工检测，主轴异响消失，温升正常，故障排除。6 结语随着数控机床使用年限的增加或是操作不当，机械零部件发生故障是无法避免的，当发生故障时，应全面考虑4，及时诊断并排除，保证机床运行的安全性。在各种诊断技术中，“望、闻、问、切”是借助人的感官触觉有针对性地对数控机床各类机械故障作出判断，是一种实用、简便和有效的诊断技术。参考文献:1 邓利红，周建华 数控机床伺服系统故障分析J 西安文理学院学报( 自然科学版) ， 2006，9( 2) : 89 902 王鑫 数控机床因断电引起的奇怪故障的分析与处理J 甘肃冶金，2010，32( 2) : 81 823 徐恩成 浅谈数控机床的维护保养与故障排除J 装备制造技术，2010 ( 3) : 60 614 梁毅，陈功福 数控机床程序故障维修J 制造技术与机床，2009 ( 1) : 137 1395 王侃夫 数控机床故障诊断与维护M 北京: 机械工业出版社， 20056 钱逸秋 数控机床故障诊断与维修M 大连: 大连理工大学出版社，2009