数控机床维修人员知识结构浅析

摘要：以数控机床结构原理为基础，分析数控机床维修人员在工作过程中所应当具备的基础理论知识、对数控机床故障进行诊断的一般方法和数控机床故障修复的一般技能。

关键词：数控机床；维修；知识结构

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 (2011) 22-0000-02

Analysis of the CNC Machine Tools Repairers Knowledge Structure

Li Heming

(Guangxi Modern Polytechnic College,Hechi 547000,China)

Abstract:The structural principle of CNC machine tools based on analysis of CNC machine tool maintenance personnel in the course of their work should have knowledge of the basic theory,fault diagnosis of CNC machine tools and CNC machine tools in general methods of troubleshooting in general skills.

Keywords:CNC machine tools;Maintenance;Knowledge structure

数控机床是利用数字控制技术进行控制的机床，是一种光机电液气一体化程度很高的产品，涵盖机械学、电子与微电子学、计算机学、系统控制学、检测传感等多种学科技术。它具有适应范围广、工序集中、效率高、精度高、功能强大等优点，是现代工业生产必需设备。据统计，我国于2002年开始，已经成为世界机床消费第一大国，但数控化率相对其他发达国家还有很大差距。尽管我国数控化率较低，但数控机床从业人员包括操作技工、编程技术员、维护管理员、机床设计技术员等，在数量和质量上都还无法满足市场需求。作者根据多年教学实践经验，就数控机床维修人员所应当具备的知识结构做如下总结。

一、理论基础知识

要胜任数控机床故障诊断与维护工作，必须具备有相应的基础理论知识。这些知识不仅能够作为从业者阅读理解数控机床技术文件以及理解和掌握数控机床结构原理的知识平台，而且可以作为对数控机床进行故障诊断与故障修复的判定依据，同时，也为从业者的思维拓展、知识创新提供方向和继续学习提供理论基础。

必须掌握必要的偏机类知识。这些知识包括：

（1）机械图样阅读与绘制。在数控机床维修过程中，如果对机床结构不熟悉，必须参考机床配套图样，以便正确完好地拆卸和装配；在故障修复阶段如果某些零部件失效，需修复或重新加工时，必须对其进行测绘以完成零件图纸，便于加工。

（2）机械设计相关知识。这些知识可以帮助维修人员对机械产品中所采用的材料、联接、紧固、密封、润滑、传动、摩擦、磨损等方面的特性以及设备工作原理的认识和理解，同时也可以帮助他们正确判断机床现状是否满足加工所必须的强度、硬度、刚度、韧性、热传导性等性能要求，更好的进行机床故障诊断工作。

（3）液压与气动传动技术。目前，液压与气动相关技术在数控机床上的应用越来越广泛，主要应用部件有液压卡盘夹紧与松开、液压刀架换刀、加工中心或数控铣床主轴气动装卸刀具、液压尾座顶出与退回、机床润滑系统液压系统、静压轴承、静压导轨等。实际上，由于液压与气动技术的特殊性使之在数控机床某些场合的应用处于无法替代的地位。

（4）传感器与检测技术。数控机床中应用传感器的场合较多，如主传动系统中的速度控制环，进给系统中的速度环和位置环，刀具系统中刀具到位反馈，液压缸行程到位反馈、坐标轴限位及参考点开关反馈等，通过这些传感器的检测或监测，可以让数控系统有效地对机床执行部件进行控制和调整，从而提高机床响应速度和加工精度。在数控机床故障中，有一部分是由传感器的缺陷或失效造成的，因此，要正确理解和判断数控机床的工作性能和故障原因，以及为数控机床性能最优化机电联调提供数据依据，必须熟悉传感器与检测技术。

（5）数控机床编程与操作。数控机床维修人员的工作是对数控机床进行故障诊断和维护，因此，有必要掌握各种数控机床的操作方法和了解该机床的编程规则，以便更快更好地找到机床故障原因。

（6）数控机床安装与调试。数控机床维修人员必须掌握从数控机床地基建设、拆箱吊装、安装连接、功能测试、精度检验等一系列流程所必须的基建、组装、密封、调试、测量、紧固等知识。

必须掌握必要的偏电类知识。这些知识包括：

（1）电工电子基础知识。数控机床电气可分为强电和弱电两大部分，强电主要是提供动力能源，通常电压比较高，主要供电对象为电动机，相对危险，弱电主要用于信息传递，主要供电对象为各种控制元器件及数控单元，如继电器、接触器、显示屏、I/O接口等。掌握电工电子技术，最基本的是要能够正确阅读理解电路结构图，其次是掌握各种电工电子器件的结构原理、作用和工作性能，这对数控机床强电、弱电故障的检修、线路的布线和接线、电路间的抗干扰以及更换电气元件等工作具有基础性的指导作用。

（2）电气控制技术。数控机床应用电气控制技术的场合主要有：通过接收数控系统传送过来的指令对各种电机如液压系统电机、冷却液泵电机、刀库及机械手转动电机、转塔头或四方刀架电机等的电路的接通与断开，主轴电机的减压启动、正反转和停车制动以及数控机床各执行部件间的协调统一。电气控制技术是建立在电工电子基础上的技术，两者必须要结合在一起才能有效地对数控机床故障进行诊断。

（3）PLC应用技术。PLC是可编程序逻辑控制器的英文缩写。在数控机床中，PLC的作用主要有：坐标轴进给或快速控制，主轴正反转、启动和停止，刀库及换刀机械手控制、工件夹紧与松开、工作台交换、气液压、冷却液和润滑等动作进行顺序控制。在数控机床故障诊断过程中，可借助查看PLC梯形图或流程图、PLC状态图进行快速故障定位，查明故障原因。

（4）系统参数与机电联调。数控机床安装完成或维修完毕后，还必须正确设置各种系统参数，如零漂、增益、时间常数、允差、补偿等，此外还需进行多次实验，包括动作试验、功能试验、空运转、负荷试验，以获得最佳机电联调效果。维修人员必须熟悉各种系统参数的定义、作用、影响和调整方法，以及各参数之间的相互影响，才能调整出性能优良的数控机床。

二、故障诊断知识

数控机床故障诊断的前提是掌握维修对象的结构和工作原理，任何检测手段和故障诊断方法都建立在此基础之上。在故障诊断过程中，应做到系统化、细致化，既全面系统地统筹分析，又深入细节，不放过任何可能造成故障的原因。维修人员可以从人员、机器、原料、方法、环境几个方面对故障进行深入分析。

数控机床故障诊断步骤：首先，应马上确认故障情况，从人、机、料、法、环各个方面进行分析，判断所报故障所属类型，而不能盲目定性，更不能轻易拆卸数控机床，否则会由于误判多走弯路，甚至将损坏机床；其次，根据数控机床故障的现象进行系统性分析，罗列出造成该故障的可能原因，并加以权重；最后，根据之前分析的可能原因和权重，按照先易后难、先简后繁、先外后内、先主后次、先机后电的原则，逐个查看、分析、试验可能造成故障的原因，并逐一排除，最终找到引起故障的原因，并加以修复。

数控机床故障诊断的方法。在进行数控机床故障诊断时，除了具备基本知识以外，还应具备一定的诊断技能和方法。数控机床故障类型可以分为机械故障和电气故障两大部分，它们的诊断方法大同小异，在此综合叙述。

（1）直接观察法。数控机床发生故障时，一般会伴有过热、异响、异味、火花、振动、爬行、窜动等外在表现，因此由维修人员的感觉器官对机床操作者进行询问及对机床进行观察、耳听、手摸、鼻嗅，以获取机床故障的相关信息和故障现象。询问内容包括机床运行时的状态、异常现象、维修调整记录、程序内容更改、加工材料批次等，查看内容包括机床转速稳定情况、油品颜色正常与否、零部件磕碰损伤和变形弯曲情况、工件加工质量、电气元件接头松动、焊点虚焊等，耳听内容包括机床各轴转动声响情况、齿轮啮合声响情况、各种气液压管路泄漏声响、运动部件摩擦声响、电气设备非正常电流声和啸叫声等，触摸内容包括用手感觉机床零部件的振动、发热、裂纹、爬行和联接部件松紧状况等，鼻嗅包括油脂、电气元件、工件或其他物质灼烧时发出的油烟味、焦糊味等。

（2）查看数据法。数控机床数据包括：开机自诊断信息、坐标及加工用量信息、程序信息、PLC梯形图信息、I/O接口信息、系统参数信息、报警及指示灯信息、变频器参数信息、驱动器信息等。数控机床维修人员可以将机床当前数据状态与正常工作时的数据状态进行比较，找出数据差异，进而判断故障原因。

（3）测量比较法。当无法通过分析表象和查看数据来诊断故障时，可以借助专用工具、量具、仪表、仪器对与故障相关联部位或系统进行检测，收集相关尺寸、精度、电压、电流、波形、振动等信息，将这些故障值与正常值进行比较而分析出故障的原因及故障的所在位置。

（4）置换部件法。首先将故障定位到数控机床某个模块或单元，再使用完好的零部件模块或单元取代疑似故障的零部件零部件模块或单元，如果故障排除，则说明此处为故障部位，反正，则说明此处与故障并无关联或故障部位不止一处，需要进行更进一步的置换部件试验，以最终诊断出故障原因。

三、修理技能知识

当维修人员对数控机床进行诊断，找到故障原因和部位以后，还必须对该故障进行修复，这是保障机床恢复功能的重要环节。数控机床修复内容包括机械和电气两大部分的修复，修复手段通常有对旧件改造和更换新件。

必须掌握必要的机械零件维修工艺：

（1）尺寸修理法，采用切削加工或其他加工方法恢复其磨损、失效部位的形状精度、位置精度、表面粗糙度和其他技术条件，从而获得一个新尺寸继续满足其功能的方法。该方法可用于修复轴颈磨损、传动螺纹或齿轮损伤、键槽和滑动导轨损伤等，但必须注意，修复后零件的强度和刚度必须符合要求，必要时要进行验算。

（2）机械修理法，利用机械联接，如螺纹联接、键、销、铆接、过盈联接和机械变形等各种机械方法，使磨损、断裂、缺损的零件得以修复的方法。例如镶补、局部修换、金属扣合、塑性变形等，可修复零件裂纹、断裂、损伤、磨损、强度降低等故障。

（3）电镀修复法，利用电解的方法，使金属或合金沉积在零件表面形成金属镀层的工艺方法。常用的方法有镀铬、镀铁、局部电镀和刷度。可用于修复磨损零件的尺寸、几何形状和局部损伤、改善零件表面性能等。

（4）热喷涂修复法，用高温热源将喷涂材料加热至熔化或呈塑性状态，同时用高速气流使其雾化，喷射到经过预处理的工件表面形成一层覆盖层的过程称为喷涂，将喷涂层继续加热，使之达到熔融状态而与集体形成冶金结合，获得牢固的工作层的工艺。可修复较大零部件的磨损尺寸、消除大型铸件的缺陷、提高和改善零件表面性能等。

（5）焊接修复法，利用焊接技术修复失效零件的方法。可用于修补零件缺陷、恢复零件几何形状及尺寸、使零件表面获得特殊性能、连接零件等。

（6）粘接修复法，应用粘接剂对失效零件进行修补或连接，恢复零件使用功能的方法。可用于修复动静配合零件的磨损部位（如导轨、轴颈）、填补砂眼和气孔、紧固防松、密封堵漏、简单零件粘接组合等。

必须掌握必要的电气元件维修工艺：

（1）清洁法。采用酒精清洗、超声波清洗、毛刷扫尘、砂纸打磨等方法对电气零部件进行清洁整理，以恢复触点或线路导通的方法。设备在长时间使用过程中或在恶劣工作环境中，容易使电气零部件外露表面堆积灰尘，在金属表面形成氧化膜，使电气零部件暂时失效，此时，可通过对零部件进行清洁，以排除故障。

（2）干燥法。用吹风筒吹风或低温烘烤的方法，将电气零部件中的水分烘干，以恢复其功能。在春夏季节或设备工作环境湿度大的情况下，电气零部件易受潮短路，引起保护，造成故障，在未造成严重腐蚀、变形情况下，只需将零部件内部水分烘干，即可恢复功能。

（3）调整法。调整电气零部件中的电阻、电容、电压等物理量参数，如增益、补偿等，以适应设备当前状态要求，从而排除故障的方法。设备在经过一段时间使用后，其机械、电气零部件都会造成一定的损耗，如配合间隙增大、振荡周期增加、稳定性下降等缺陷，这些缺陷可以通过调整元器件的相应物理量，便可排除故障。

（4）更换元件法。通过螺接、焊接、粘接等方法，将电气零部件中某个失效的电子元件更换成新元件以排除故障的方法。当故障零部件成本较高，而造成该零部件发生故障仅是因为其中一个小元件损坏造成的，此时便可以通过更换该小元件的方法来修复这个零部件的功能。

数控机床维修人员应当同时具备上述的数控机床所涉及学科的基础知识、数控机床故障诊断的基本方法和数控机床修复的基本技能，但并不是说具备了这些知识就一定能够顺利的修复机床故障，还必须在掌握这些理论知识的基础上，加强实践锻炼和经验的积累，同时还应当积极了解和学习新技术、新工艺、新方法，才能做到思路清晰、思维敏捷、思路开阔、灵活应用的境界。

参考文献：

[1]晏初宏.机械设备修理工艺学[M].北京:机械工业出版社,1999

[2]王侃夫.数控机床故障诊断及维护[M].北京:机械工业出版社,2000

[3]濮良贵,纪名刚.机械设计[M].北京:高等教育出版社,1996

[作者简介]李和明，男，广西现代职业技术学院机电工程系数模教研室教师。

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