机电设备机械结构故障诊断与维护

机电设备机械结构故障诊断与维护主讲：高锦南第一节机电设备机械故障诊断方法第二节主轴部件第三节滚珠丝杠螺母副第四节导轨副第五节刀库及换刀装置第六节液压与气压传动系统主要内容第四章机电设备机械结构故障诊断

一、故障与故障诊断数控机电设备在机械结构上和普通机床不同点在于传动链缩短，传动部件的精度高，机械维护的面更广。主轴、进给轴、导轨和丝杠、刀库和换刀装置、液压和气动等。熟悉机械故障的特征，掌握数控机床机械故障的诊断的方法和手段。还要注意数控机床机电之间的内在联系。第一节机电设备机械故障诊断方法1.机械故障的原因机床在运行过程中，机械零部件受到力、热、摩擦以及磨损等诸多因素的作用，使其零部件偏离或丧失原有的功能。2.机械故障诊断机床运行状态的识别、运行状态的信号获取、特征参数的分析，故障性质的判断和故障部位的确定。第一节机电设备机械故障诊断方法二、机械故障诊断的方法实用诊断技术（问、听、看、闻、摸、查）振动、噪声测试(幅值大小、频率结构）油液分析（磨粒成分、型貌、数量）温度测试（表面温度及变化规律）超声、X射线探伤（机件内部缺陷）专家诊断系统（专家的经验、数据）第一节机电设备机械故障诊断方法1.实用诊断技术问—操作者（渐/突发、故障现象、加工件的情况、传动系统的运动和动力、润滑、保养和检修情况）看—机床的转速变化、工件的表面粗糙度和振纹、颜色伤痕等明显症状听—机床运转声（强弱、频率高低等）闻—润滑油脂氧化蒸发油烟气焦糊气第一节机电设备机械故障诊断方法1.实用诊断技术触—用手感来判别机床的故障（温升、振动、伤痕和波纹、爬行、松紧）实用诊断技术在机械故障的诊断中具有实用简便、快速有效的特点，但诊断效果的好坏在很大程度上要凭借维修技术人员的经验，而且有一定的局限性，对一些疑难故障难以奏效。二、机械故障诊断的方法

2.机械振动检测诊断法以机床振动作为信息源，在机床运行过程中获取信号，对信号作各种处理和分析，通过某些特征量的变化来判别有无故障、根据由以往诊断经验形成的一些判据来确定故障的性质并综合一些其他依据来进一步确定故障的部位。具有实用可靠、判断准确的特点2.机械振动检测诊断法诊断过程1）阅读被诊断设备的技术资料，分析传动关系、计算传动件的特征值；2）获取信号、信号调理与处理；3）信号分析、故障判断（部位、性质）。

故障振动信号分类

1）平稳性故障信号

2）冲击性故障信号

2.机械振动检测诊断法

1）平稳性故障信号—机械结构在正弦周期性力信号、复杂周期性力信号和准周期性力信号（轴弯曲、偏心、滚子失圆等渐变性故障）作用下产生的响应信号。特点：响应信号的频率成分与激励信号的频率成分相同。频谱为有限根谱线，而且能量集中在故障的特征频率及其倍频上。

2.机械振动检测诊断法2）冲击性故障信号机械结构在周期性冲击力作用下的脉冲响应，他与冲击信号本身有很大的不同。特点：信号能量短时间释放，其频谱为无穷根谱线，间隔等于脉冲发生的频率。能量集中于基频。

2.机械振动检测诊断法振动测试仪的输入端是一个压电晶体振动加速度传感器。通过探针接触机器，将机器振动的加速度转换成电荷量，再由电荷放大器将电荷量转化成电压量，电压量值和振动加速度量值成正比。两个耳机输出可供两人同时监听，一个电压输出可与示波器、磁带机、电平记录秒和信号分析仪等联机使用，以作进一步的故障分析。这是把定性与定量、单人与多人、振平测试与振动测试相结合的便携式仪器。各种仪器的连接方法如图所示。

3）振动测试仪的基本原理4）振动测试仪的特点

①抗干扰性好当测量机床某点时，该测点的振动无衰减地传至该仪器，测点外的振动因机械阻尼作用将得到衰减，周围环境的杂音因仪器中的振动加速度传感器对声波不敏感，被阻隔在外，故所测信号只是被测点的振动与冲击量，抗干扰性优于用传声传感器（如驻极体话筒）做成的类似于传声放大器的测试仪器。②分辨能力强大多数现代化机床运行速度较高，许多起报警作用的振动信号出现在高频带，而且很微弱，只能借助于仪器来分辨。振动测试仪的安装频率大于等于15kHz，其电路频响大于20kHz，完全满足了机械振动规定的10kHz要求。③灵敏度高振动测试仪可将输入放大数千倍，这对早期故障检测和分析判断是十分有用的。2.机械振动检测诊断法5）.使用与诊断方法振动测试仪的使用十分简便，只需将探针拧上传感器，打开音量开关，接上耳机就可测听。由于完好机器的振动特征和有故障机器的振动特征不同，反映在仪器耳机中的声音也不同，故根据声音的差异可初步判断出是否有故障。例如，当耳机里传出清脆尖细的声音时（振动频率较高），一般表明较小的构件有较小的裂纹，或强度相对较高的金属部件产生了局部缺陷；当耳机传出低沉混浊的噪声时（振动频率较低），一般表明由强度较低的材料制成的较大、较长的构件存在较大的裂纹或缺陷；当耳机里传出的噪声比平时增强时，表明机器故障正在扩展，声音愈大，故障愈严重；如果耳机里传出的噪声不再按有规律的间歇出现，而是随机地出现，这表明某个部件已经松动，随时会产生意外事故。使用振动测试仪时，可用录音机将正常运行的机器各测点的信号记录下来，作为机器动态数据存档，与以后测得的信号作对比。对于较复杂的信号，也可送入信号分析仪进行频谱分析，振动测试仪还可接示波器观察信号的时域波形。第二节主轴部件主轴部件的性能要求高回转精度、足够的功率输出、刚度、抗振性、温升以及自动变速、准停和自动换刀等要求。主轴部件的结构成组高精度轴承（滚动/静压/磁力/陶瓷）及其配置、轴承间隙调整和润滑密封以及满足工件的自动装夹要求。

第二节主传动系统主轴的维护特点

1.主轴润滑减少摩擦、带走热量，（磨损和热变形）-循环润滑方式：液压泵供油强力润滑和油脂润滑-油气润滑方式：定时定量把油雾送进轴承空隙中-喷注润滑方式：较大流量的恒温油喷注到主轴轴承（大容量恒温油箱）第二节主传动系统2.防泄露

主轴故障诊断

故障现象故障原因1.主轴发热轴承损伤或不清洁、轴承油脂耗尽或油脂过多、轴承间隙过小2.主轴强力切削停转电机与主轴传动的皮带过松、皮带表面有油、离合器松3.润滑油泄漏润滑油过量、密封件损伤或失效、管件损坏

主轴故障诊断

故障现象故障原因4.主轴噪声（振动）缺少润滑、皮带轮动平衡不佳、带轮过紧、齿轮磨损或啮合间隙过大、轴承损坏5.主轴没有或润滑不足油泵转向不正确、油管或滤油器堵塞、油压不足6.刀具不能夹紧蝶形弹簧位移量太小、刀具松夹弹簧上螺母松动7.刀具夹紧后不能松开刀具松夹弹簧压合过紧、液压缸压力和行程不够（1）主轴轴承径向间隙的调整车削时，主轴产生径向跳动的主要原因：主轴前轴承的径向间隙过大，因此在调整主轴轴承的径向间隙时，主要是调整前轴承的间隙。在车削时，主轴产生轴向窜动的主要原因：后轴承的间隙过大，因此在调整主轴的轴向间隙时，主要是调整主轴后轴承的间隙。

(2)主轴轴承轴向间隙的调整其调整方法如下：松开后螺母的紧定螺钉1，向右适量转动后螺母10,使带有锥度的滚动轴承内圈沿轴向移动，并减小主轴台肩、止推垫圈5、推力球轴承4及后轴承座3之间的间隙，然后进行试车检查，如果运转正常，则可将紧定螺钉1拧紧。经过调整以后，按图4一6所示的方法，测量主轴的轴向窜动及轴向游隙（即主轴在正、反转瞬时的游动间隙），使其轴向窜动控制在0.01mm范围内，轴向游隙控制在0.01～0.02mm。如仍有超差现象，则需再进行调整。主轴齿轮变速箱主轴前端螺母主轴后端螺母

(1)发生闷车现象

【故障原因分析】

主轴在切削负荷较大时，出现了转速明显地低于标牌转速或者自动停车现象。故障产生的常见原因是由于主轴箱中的片式摩擦离合器的摩擦片间隙调整过大，或者摩擦片、摆杆、滑环等零件磨损严重。如果电动机的传动带调节过松也会出现这种情况。

【故障排除与检修】

首先应检查并调整电动机传动带的松紧程度，然后再调整摩擦离合器的摩擦片间隙。如果还不能解决问题，应检查相关件的磨损情况，如内、外摩擦片、摆杆、滑环等件的工作表面是否产生严重磨损。发现问题，应及时进行修理或更换。3.普通机床主传动系统的常见故障诊断

【故障原因分析】

①主轴的轴承间隙过大。②主轴轴承磨损。③滑动轴承的主轴轴颈磨损或椭圆度过大。④主轴轴承套的外径或主轴箱体的轴孔呈椭圆，或相互配合间隙过大。⑤卡盘后面的连接盘的内孔、螺纹配合松动。⑥毛坯余量不均匀，在切削过程中吃刀量发生变化。⑦工件用两顶尖安装时，中心孔接触不良，或后顶尖顶得不紧，以及可使用的回转顶尖产生扭动。⑧前顶尖锥圆跳动。

(2)车削工件时出现椭圆或棱圆（即多棱形）【故障排除与检修】

调整轴承的间隙。主轴轴承间隙过大直接影响加工精度，主轴的旋转精度有径向跳动及轴向窜动两种。径向跳动由主轴的前后双列向心短圆柱滚子轴承保证。在一般情况下调整前轴承即可。如径向跳动仍达不到要求，就要对后轴承进行同样的调整。调整后应进行1h的高速空转运转试验，主轴轴承温度不得超过70℃，否则应稍松开一点螺母。①更换滚动轴承。②修磨轴颈或重新刮研轴承。③可更换轴承外套或修正主轴箱的轴孔。④重新修配卡盘后面的连接盘。⑤在此道工序前增加一道或两道粗车工序，使毛坯余量基本均匀，以减小复映误差，再进行此道工序加工。⑥工件在两顶尖间安装必须松紧适当。发现回转顶尖产生扭动，必须及时修理或更换。⑦检查、更换前顶尖，或把前顶尖锥面修车一刀，然后再安装工件。作业1、什么是滚动轴承？什么是滑动轴承？滚动轴承和滑动轴承相比较有哪些特点？2、主轴常见故障有哪些？故障原因是什么？本周五交。第三节滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠螺母副的维护1.轴向间隙的调整保证反向传动精度和轴向刚度（垫片调隙式、螺纹调隙式、齿差调隙式）2.支承轴承的定期检查定期检查丝杠支承与床身的连接是否有松动以及轴承是否损坏第三节滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠螺母副的维护

3.滚珠丝杠副的润滑润滑剂（油/脂）可提高耐磨性和传动效率（工作前/半年）

4.滚珠丝杠的防护防止硬质灰尘或切屑污物的进入，可采用防护罩或防护套管等

滚珠丝杠螺母副的故障诊断

故障现象故障原因1.噪声大丝杠支承轴承损坏或压盖压合不好、联轴器松动、润滑不良或丝杠副滚珠有破损2.丝杠运动轴向预紧太大、丝杠或螺母轴不灵活线与导轨不平行、丝杠弯曲第四节导轨副导轨副的维护1.间隙调整—保证导轨面之间合理的间隙，小摩擦力大、磨损，大运动失去准确性和平稳性、失去导向精度）2.滚动导轨的预紧—提高刚度、消除间隙3.导轨的润滑—降低摩擦系数、减少磨损、防止导轨面锈蚀。润滑方式：人工加油油杯供油、压力油润滑润滑油：粘度变化小、润滑性好、油膜刚度第四节导轨副4.导轨的防护防止切屑、磨粒或冷却液散落在导轨上而引起磨损、擦伤、和锈蚀，导轨面上应有可靠的防护装置。常用的有刮板式、卷帘式和叠层式防护罩。需要经常进行清理和保养。导轨故障诊断3.导轨故障诊断

故障现象故障原因1.导轨研伤地基与床身水平有变化使局部载荷过大、长期短工件加工局部磨损严重、导轨润滑不良、导轨材质不佳、刮研不符和要求、导轨维护不良落入赃物