淺析金屬切削設備故障診斷與維修方法

孟天祥，田 瑞，鐵彥清

(寧夏理工學院機械工程學院，寧夏 石嘴山 753000)

0 引言

隨著我國科學技術的不斷發展，金屬切削設備自動化水平越來越高，各類金屬加工機械在生產中得到廣泛應用，機械的使用程度在現代工業生產中占有舉足輕重的地位[1-2]。金屬切削機床一般包括車、銑、刨、磨等的常用機床，這些金屬切削設備是機械加工中最基本、最常見的加工設備之一，在機械制造中起著非常重要的地位。金屬切削設備的使用程度成為衡量企業競爭力的重要指標，特別是機械制造企業機床利用率普遍高，在使用中可能會受到多種因素的影響，因此，探析金屬切削設備維修中故障診斷技術的應用具有非常大的意義。

保障車床切削加工的正常工作和運行，提高其設備使用效率，在保證產品質量的前提下，需要與設備維修工作緊密結合起來，才能確保金屬切削設備時常處于正常的并且良好的工作狀態。現主要針對普通車床在工作中常見的故障進行相應的探析，分析故障產生的原因及有效的排除措施，做好金屬切削機床維護保養提高使用壽命。

1 金屬切削設備故障原因及分析方法

機器因為某種原因失去正常工作能力的現象稱為故障[3-4]。在設備長期使用過程中，機械零件由于在設計、材料、工藝及裝配中等各種原因，失去原定的一些功能，無法繼續完成工作的現象稱為失效。當機械設備的一些關鍵零部件失效時，如床身導軌面嚴重磨損、主軸滾動軸承的磨損、齒輪的磨損等等這些關鍵零件的失效就意味著設備是處于故障狀態。

在機械制造業中，最常用的普通車床是進行機械加工的主體構建和重要設施，是機械制造中最為常用的金屬切削設備之一，主要用于各類回轉表面的多種工序多次的加工，如圓柱面、圓錐面、端面等，另外還要進行的螺紋加工，成型面的加工以及各種不同鉆孔等，在機械制造中有著非常重要的地位。

1.1 常見故障原因

在加工過程中，普通車床出現一些常見的故障，如主軸磨損、齒輪花鍵內孔與花鍵軸的磨損、圓柱工件加工后外徑產生的錐度[5-6]。產生的原因，床頭箱主軸軸線對溜板移動導軌的平行度誤差，主軸軸承間隙過大，軸承磨損，主軸徑向圓度超差等的常見故障。應該對這些普遍出現的故障問題能夠及時地進行排除并解決，以避免影響正常的生產進度，對于不能及時排除的故障，將會給正常的生產帶來一些不必要的損失，而在故障狀態下的繼續生產，將會進一步加重產品質量的降低，進而使生產效率的降低，機床的使用壽命也將會快速縮短。可見，在機械使用過程中，及時的對車床出現的各種突發性故障問題進行必要診斷和及時的排除是機械加工工作中非常重要的一環。

由于制造業加工設備利用率高，隨之而來的是金屬切削設備機械的故障相對頻繁，所以設備故障的排除和診斷技術對于提高設備的使用性能顯得非常重要。機械設備在使用中故障分析的目的不僅要判斷故障發生的性質，更要查找發生故障的原因，由于機械設備長期的使用發生故障的原因各不相同，一般是先按零件工作表面不可避免會出現如磨損、疲勞、斷裂、變形、腐蝕或操作不當等常見的失效形式，設備的老化等原因造成設備精度下降，從而導致設備技術狀態發生劣化以至出現故障。

機械設備在使用中往往因為各種原因存在著帶病工作現象，所以零部件也同樣存在超負荷運轉的情況，該情況的產生更加重了零部件的磨損，生產中常出現的問題是不重視對設備進行必要的保養而產生的。設備只有在的合理使用和精心保養下，才能使設備發揮最大效能，因此，對于設備的維護和保養是設備管理工作中必不可少的一個環節。至于設備使用期限的長短，生產效率的高低以及工作精度的差異，固然取決于設備本身的結構設計和性能的好壞，但是，在很大的程度上，還取決于對設備的正常使用和精心保養情況。如果對設備而言，不重視其常用的維護及保養，機床在使用過程中往往就會出現各種意想不到的故障，這些故障若不及時排除，不僅影響了生產及工作效率，而且還將出現導致機床主要零件的損壞或著機床的技術狀態迅速下降的現象。因此，必須了解和掌握針對普通車床中常見的故障，才能夠運用正確的方式方法排除故障，進而保障機械設備的正常運行。

1.2 故障分析方法

一般是從發生的故障現象作為切入點，普通車床設備故障分為自然故障和事故性故障兩類。自然故障是設備在有效期內，因受到外部或內部多種自然因素的影響而引起的故障，如機器零件在正常磨損下造成的零部件產生的變形、斷裂、磨損、腐蝕等，這些是在使機械零件的失效問題發生后而引起的機械設備故障。事故性故障往往是指因各種維護的不到位和各種間隙的調整不當。或是違反操作規程造成了設備故障。

機器在故障發生后，其本身的技術經濟指標部分或全部下降而達不到機器規定的功能要求，有些零件磨損后影響設備的精度，如機床主軸、軸承、導軌等的基礎件的磨損，對金屬切削設備的故障進行定性和定量分析，由此可較準確地診斷出金屬切削設備的故障問題。

2 機械磨損的原因及一般規律

2.1 設備故障規律

機械設備除零件磨損外，設備的故障率會隨著時間的變化規律出現，常稱為設備的壽命曲線圖(浴盆曲線)，如圖1所示。設備故障原因的分布大致主要分為3個階段：第一階段為早期故障期，是由于設備在設計、制造、運輸、安裝等方面原因造成的故障，其故障率較高，也是設備的磨合階段的關鍵期；第二階段隨著故障的逐漸排除而減少并趨于相對穩定時，屬于隨機故障期；第三階段為耗損故障期，當隨著設備零部件的磨損、設備的老化、設備性能的下降等原因將會造成故障率上升，這時若是加強設備的維護保養，及時的修復或更換易損零部件，則可把故障率降低。故障率可作為反映維修水平及設備可靠性的一個重要指標。

圖1 設備故障規律曲線

如圖1所示，概念性地表示出機械設備與時間相對應的故障曲線，稱為壽命特性曲線，也可稱為故障頻率的典型模式。

2.2 機械零件的磨損原因

機械零件的磨損失效最終必將導致機械設備的故障。相互接觸的物體有相對運動時所表現出阻力的現象會出現摩擦。機械設備在工作過程中，有相對運動零件的表面上發生尺寸、形狀和表面質量變化的現象會出現磨損。摩擦是不可避免的現象，摩擦與磨損總是相伴相生產生造成機械零件的失效，當機械零件配合面產生的磨損超過一定限度時，會引起配合性質的改變，使間隙增大潤滑條件變壞。產生的沖擊、磨損就會變的越來越嚴重，在這種情況下極易發生事故。因此，采取有效的對策，預防控制、監測零件的失效問題，意義重大。

2.3 機械設備磨損的一般規律

在機械設備的傳動中，凡有相對運動、相互摩擦的零件(如活塞、活塞環、主軸軸承、連桿軸承等)都會有不同程度的磨損。

在不同條件下工作的機械零件，磨損的原因及磨損程度各不相同，當磨損達到某一極限值時就會發生故障，但零件的磨損量是隨著使用時間的延長而變化的，其規律是相似的，如圖2所示。

圖2 磨損特性曲線

機械設備在使用過程中，由于其零部件會逐漸產生磨損、變形、斷裂、蝕損等失效形式，設備的精度、性能和生產率就要下降，導致設備發生故障、事故甚至報廢，因此，及時地進行維護和修理，才能盡早排除故障，延長設備使用壽命。

3 金屬切削機床常見故障的排除方法

3.1 車床加工質量精度下降故障排除方法

首先需要調整的是主軸的前軸承，使主軸在軸向間的間隙得以消除。另外還需檢查螺栓以及正確的安裝螺栓；消除主軸齒輪的節圓跳動，嚴重時需更換齒輪，檢查各傳動嚙合間隙并加以調整。同時還要更換軸承外套以及對主軸箱體進行修正；重新調整主軸軸承徑向間隙；減少噪音，保障機床正常運轉。

3.2 零件產生錐度故障排除方法

普通車床容易出現的故障很多，每一種故障可能會涉及到不同的部件，進而影響著不同的功能。在排除故障時，首先，要實現縱向進給加工，并且還要調整車床主軸與導軌之間的平行度，各項精度指標達到相應的各種標準，通過實踐中不斷地分析和觀察，從而有效地排除普通車床機械加工過程中出現的故障。

4 結語

綜上所述，及時地檢查和排除故障，加大對各類金屬加工設備維修故障的診斷有利于提高設備的工作效率，保證企業正常的安全生產，增加產量，改善產品的質量，提高勞動生產率，降低成本，改善其它各項技術、經濟指標。維修已不單單是恢復機械設備原有性能的一種輔助手段和應急措施，而是要改善提高設備性能，進而提高產品質量的重要舉措。