数控机床机械结构故障诊断

第三章 数控机床机械结构故障诊断
第一节 数控机床机械故障诊断方法
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ节 液压与气压传动系统
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第三章 数控机床机械结构故障诊断
一、故障与故障诊断
数控机床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
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2. 机械振动检测诊断法
❖ 信号分析方法 1)时域分析法（直观） 了解信号的幅值和时间的关系，确定振动 的程度，设备是否有故障及严重程度。不 能确定故障部位（特征量的统计分析、相 关分析等、均值、有效值、均方根值、方 差等）。
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❖ 信号分2.析机方械法振动检测诊断法
2)频域分析法(了解信号的频率结构，寻 找故障源)
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第一节 数控机床机械故障诊断方法
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。
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2）得到设备的有关资料：设备的传动系统 图、轴承分布图等技术资料，并对其进行分 析。
3）计算传动链和传动件的特征频率：计算 传动链，计算各传动件的特征频率系数。
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对设备进行诊断测试 1）放置测振、测速传感器（位置、信号要
求）（一般选振动或噪声较大的部位）； 2）连接仪器系统； 3）开动被测设备； 4）调节测速电平、显示主轴转速并记录； 5）从较高频段开始测试，逐渐到较低频段，
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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
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2. 机械振动检测诊断法
❖ 故障诊断分析 1）由主轴转频计算各传动件的特征频率； 2）对照计算值和测试结果，由前述机械故 障诊断知识进行分析，判断故障的部位和 故障性质。得出诊断结果。
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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。
幅值谱分析--应用傅里叶变换、傅里叶 傅里叶积分将时域信号变为频域信号。
功率谱分析--在频域中对信号能量或功 率分布情况的描述。
滤波谱---分析平稳性故障信号
解调谱---分析冲击性故障信号
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2. 机械振动检测诊断法
❖ 测试仪器系统
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2. 机械振动检测诊断法
❖ 诊断实例
1）了解设备的运行状态：设备在运行中有 什么异常情况，不同速度档位有什么区别。
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。
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第一节 数控机床机械故障诊断方法
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）
并调节放大器的增益，使信号处于最佳状
态； 6）记录、打印测试结果。
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传动链 Ⅰ 30/60 Ⅱ 27/30 Ⅲ 27/57 Ⅳ 特征系数 4.69 140. 2.35 63.33 2.1 57． 1.0 特征频率 3.58 107.4 1.79 48.32 1.61 43.5 0.763
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第一节 数控机床机械故障诊断方法
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
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。
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第一节 数控机床机械故障诊断方法
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， 使其领部件偏离或丧失原有的功能。 2. 机械故障诊断
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）
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第二节 主轴部件
2.防泄露
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❖ 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
❖ 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
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❖ 主轴的维第护特二点节 主轴部件
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
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。
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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。
❖ 诊断过程 1）阅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
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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。