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摘要：数控机床是机电一体化在机械加工的大型的现代化设备，它将电控技术（包括自动化控制、电子电力、传感器检测等技术）、机械传动（包括机械液压和气压传动等技术）和计算机编程集为一体，能加工结构复杂、精度高的零件。随着我国工业自动化程度的不断提高，数控机床在企业中的应用越来越广泛。数控机床是高精度自动化设备且价格昂贵，如何保持其长期可靠地运行，发挥其最大的效益。这涉及到数控机床的维护和检测。目前在我国的许多企业和学校对数控设备往往更多地是看重其应用和效能，不仅对合理使用不够重视，更对其保养及维修工作关注太少，缺乏相关的维修保养知识。平常不重视对保养与维修工作条件，因此，为了充分发挥数控机床的效益，必须重视机床的维护与检测工作。为此，以提高数控机床使用寿命为目的，针对数控机床的日常维护配置一定的检测工具对机床定期简易检测方法作一简述。
关键词：数控机床；维护；保养
数控机床能否保持长期正常运行，除了掌握必要维修技术外，也与平时是否正确使用和日常保养工作是否到位密切相关。数控机床是机电一体化在机械加工的大型的现代化设备，它将电控技术（包括自动化控制、电子电力、传感器检测等技术）、机械传动（包括机械液压和气压传动等技术）和计算机编程集为一体，能加工结构复杂、精度高的零件。近年来，随着科技技术的发展，特别是现代自动化控制技术和计算机技术综合应用到数控机床上，使数控机床朝着高复合化、高工序集中、高精度和高可靠性方面发展。与此同时，为了满足各种新材料、新技术、新工艺、新结构、新配件加工需要，数控机床机构结构和控制系统越趋复杂，这无凝增加排除故障难度。数控机床系统中的任何一个小系统出现问题，轻则影响加工配件精度，重则停机，甚至有会出现危险，在学校使用威胁师生人身安全。因此，为了保证机床正常运行，除了掌握一定故障诊断及排除技巧外，平时还要做好数控机床维护和保养工作。
一、数控机床故障的分类
（一）按故障部件
按照数控机床发生故障的部件划分为主机故障和电气故障。常见的主机故障有：因机械安装、调试及操作使用不当等原因引起的机械传动故障与导轨运动摩擦过大故障。故障表现为传动噪音大，加工精度差，运行阻力大。电气故障分弱电故障和强电故障。弱电部分主要指CNC装置、PLC控制器，CRT显示器以及伺服单元、输入、输出装置等电子电路，这部分又有硬件故障与软件故障之分。强电部分是指继电器、接触器、开关、熔断器、电源变压器、电动机、电磁铁、行程开关等电气元件器件及其所组成的电路。
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图1.1 数控机床
（二）按故障性质
按照数控机床发生的故障性质划分为系统性故障和随机性故障。系统性故障，通常是指只要满足一定的条件或超过某一设定的限度，工作中的数控机床必然会发生的故障。例如：机床加工中因切削量过大达到某一限值时必然会发生过载或超温警，致使系统迅速停机。随机性故障，通常是指数控机床在同样的条件下工作时偶然发生一次或两次的故障。这类故障的发生往往与安装质量、组件排列、参数设定、元器件品质、操作失误与维护不当，以及工作环境影响等诸因素有关。
（三）按故障发生后有无报警显示
按照数控机床发生故障后有无报警显示划分为有报警显示的故障和无报警显示的故障。有报警显示的故障又分为硬件报警显示与软件报警显示两种。硬件报警显示通常是指各单元装置上的警示灯（一般由LED或小型指示灯组成）的指示。软件报警显示通常是指CRT显示器上显示出来的报警号和报警信息。由于数控系统具有自诊断功能，一旦检测到故障，即按故障的级别进行处理，同时在CRT上以报警号形式显示该故障信息。这类报警显示常见的有：存储器警示、过热警示、伺服系统警示、轴超程警示、程序出错警示、主轴警示、过载警示以及断线警示等。对于无报警显示的故障，通常要具体情况具体分析，要根据故障发生的前后变化状态进行分析判断。
（四）按故障发生的原因
这类故障是由于外部原因造成的。例如：数控机床的供电电压过低，波动过大，相序不对或三相电压不平衡；周围的环境温过高，有害气体、潮气、粉尘侵入；外来振动和干扰，如电焊机所产生的电火花干扰等均有可能使数控机床发生故障。
二、大连机床厂cka6150数控机床常见故障诊断与维修
（一）CKA6150型数控机床概述
CKA6150型数控机床为纵(Z)、横(X)两座标控制的数控卧式车床。能够对各种轴类和盘类零件自动完成内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、端面、切槽、倒角等工序的切削加工，并能车削公制直螺纹、端面螺纹及英制直螺纹和锥螺纹等各种车削加工。CKA6150选用广州数控的数控系统，对工件可进行多次重复循环加工。适合于多品种，中小批量产品的生产，对复杂、高精度零件尤能显示优越性。
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图2.1CKA6150型数控机床图
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图2.2 CKA6150型数控机床控制系统图解
数控机床出现任何故障时，都要快速排除故障，否则就会给企业带来巨大损失，这要求维修人员能够快速识读电气原理图，根据控制原理快速找到故障点并加以排除。CKA6150型数控系统、进给轴、伺服主轴之间通过总线进行通信，PLC控制的开关量通过总线式I/O装置(HIO-OOOB)和外围设备相连。当机床发生故障时，会在数控系统或伺服驱动器上显示相应的报警信息。
当数控机床经过长时间使用，特别是保养不当会造成电气元件损坏、接触不良、机械部件磨损松动以及加工精度超差等问题。下而就以维修工作中遇到的数控机床故障现象为实例进行诊断和分析，提出解决方案，最终排除故障。
（二）CKA6150型数控机床常见机械故障诊断与维修
1.使用CKA6150型数控车床进行零件加工时，在直径(X轴)方向某些尺寸精度超差。
产生尺寸精度超差可能的因素有:
①X轴编程数值错误;
②X轴磨损补偿数值输入错误;
③刀具磨损、螺钉松动;
④X轴反向间隙过大;
⑤X轴丝杠的某一段精度出现问题，导致工件精度超差。
检查编程数值和Z轴磨损补偿数值没有发现错误，刀具螺钉也没有松动、刀尖也完好。考虑加工的零件在直径方向只是某些尺寸超差，同时零件外形在直径方向存在“下凹”现象，故障原因最可能是X轴反向间隙过大。
查看X轴反向间隙补偿参数，反向间隙为0.02mm，己接近软件精度补偿极限，将此参数清零，上电后重启机床，回参考点，使机床运行在没有精度补偿的状态下。架表检测X轴反向间隙为0.04 mm，己严重超过软件反向间隙补偿范围，需要进行机械调整。拆下X轴防护罩，测X轴的轴向窜动，调整精密螺母，使X轴的轴向窜动小于允差0.007 mm。锁紧精密螺母，安装防护罩，重新检查Z轴精度并进行补偿，补偿后重新启动机床进行试切，加工零件精度满足尺寸精度要求，故障排除。
2.一台长时间没有使用冷却液的数控铣床，手动按“冷却键”，无冷却液喷出。
冷却液无法喷出的因素主要有:
①冷却电机相序错误，电机反转;
②冷却液过少，液而过低;
③冷却液管道堵塞;
④冷却泵叶轮和冷却泵侧壁粘连，无法转动。
经检查，冷却液液而正常，冷却电机旋转方向均正确。用风枪清理冷却液管道，再次手动按“冷却键”，冷却泵仍无冷却液喷出。考虑该冷却泵是自吸泵，加水引流按“冷却键”仍无冷却液喷出。用手触摸冷却电机发现温度过高，断电后，拆开冷却泵，将冷却泵叶轮端盖拆下，发现冷却液腐蚀叶轮使电机发生堵转，清洗后，故障排除。经调查:该机床冷却液至今没有更换过，而冷却液在使用一段时间后应定期进行更换，故更换冷却液。
（三）CKA6150型数控机床常见电气故障诊断与维修
1.一台采用光栅尺的CKA6150型全闭环数控车床开机后，运动X轴，伺服驱动器报AL03系统过热报警。
根据报警提示，查看报警信息表，AL03为IPM模块故障报警。引起IPM模块故障报警的原因:
①电机动力线连接不正确，接线松动;
②参数(PAS， PA25及PA26)设置不合适;
③PA2号参数设置过大;
④系统负载过大;
⑤驱动单元过热;
⑥屏蔽线连接不完整、不可靠。
检查电动机连线没有松动，参数PA2, PAS,PA25, PA26设置都合理，断电时手动转动丝杠也很轻松，怀疑故障出在全闭环环节。修改参数将数控车全闭环控制切换到半闭环控制，运动X轴工作台可以移动，确定故障点在全闭环检查装置上。检查全闭环控制连线正常，光栅尺固定螺栓没有松动，光栅尺读数头与定尺体之间的距离为1.5mm，也在合理范围内;怀疑是光栅受到污染，拆开光栅尺，发现确实是光栅尺受到污染。采用专用清洗器进行清理，重新安装光栅尺，运动X轴工作台可以正常移动，故障排除。
观察发现:原来光栅尺的防护罩不能够把光栅尺完全罩上，光栅尺长时间在雾化切削液侵蚀的环境下逐渐受到污染，最终导致光栅尺检测失效。重新设计一防护罩，阻止雾化切削液污染光栅尺，问题得以解决。
2.一台CKA615008T机械换挡数控车床，在手动转动主轴和自动运转主轴时，主轴速度都不能实现调速功能，并无报警出现。
从故障现象和数控车床换挡的原理分析，故障的根源应为数控系统没有得到挡位信号或得到错误的挡位信号所致。主要有以下几种因素:
①挡位开关因频繁使用而老化失效;
②挡位开关接线松动，连线断路;
③总线式I/0单元故障;
④PLC程序错位。
这台数控车床在以往的使用过程中能够实现主轴换挡功能，可以排除PLC程序错误的可能。在手动换挡时，通过PLC监控画而发现换挡过程中高挡位无信号，低挡位有信号。说明故障原因可能是换挡开关因频繁使用老化而失效或者是挡位开关接线松动形成断路而造成的。用万用表进一步测量，发现挡位开关与总线式I/0单元之间的连线没有问题，故障是换挡开关失效而造成的。更换开关后故障排除。
3.CKA615008T数控车床在执行手动换刀时四工位刀架正转后不能锁死，发生换刀超时报警，在MDI方式下分别输入Tl, T2, T3, T4时故障现象也是一样。
引起以上故障的常见因素可能有:
①换刀正转延时参数、反转锁死延时时间参数设置不当;
②刀架的锁死定位销失效;
③定位发信盘和磁钢位置的拨叉损坏，使发信盘和磁钢原来位置发生错位。
首先，查看换刀正转延时参数和反转锁死延时参数分别为500 ms和1.5 s，均为合理值，根据故障现象将反转锁死时间由1.5 s增大为2s，故障现象消失。而同样的数控车床刀架反转延时参数为1.55换刀时没有问题的，怀疑机械部件出现问题。将数控车刀架上盖拆开，发现发信盘上用来定位发信盘和磁钢位置的拨叉损坏，使发信盘和磁钢原来位置发生错位，造成换刀不能锁死。因有生产任务，而库房又没有发信盘备件，虽然调整反转延时参数把故障排除，但根本性问题没有得到解决。待新的发信盘到货重新安装，并将反转换刀延时参数改为1.55后，故障最终排除。
（四）CKA6150型数控机床常见气动故障诊断与维修
一台CKA6150型数控铣床，主轴上的刀具不能够正常卸下。
不能装卸刀主要有以下几种因素:
①气压不够，不足0.6 MPa ;
②换刀开关损坏;
③换刀开关线路断线;
④主轴内的蝶形弹簧损坏;
⑤刀柄锁死(和主轴粘连)。
查看气动三联件压力表读数为0.6 MPa，压力在合理范围内。手动状态下按“换刀按钮”，换刀电磁阀有动作，打刀缸也有动作，查看打刀缸行程也没有问题;进一步查看气动三联件位置，发现过滤器里而全是水，油雾器也没有加润滑油。询问操作者得知，该主轴上的刀具很长时间没有卸下，气动三联件的水操作者从来也没有排过，可能造成刀柄生锈不易卸下。按“换刀按钮”并用铜棒轻敲刀柄边缘，刀柄能够卸下。观察发现刀柄锥柄部分己经生锈，主轴孔内也有锈迹。将刀柄和主轴孔用除锈剂处理后擦拭干净，并将冷却缸内的水放掉以及给油雾器加润滑油，主轴装卸刀具正常。
由于机床进行过位置移动，所有气动管路是临时应付的，从空压机出来的2寸管，接到数控机床位置就变成直径8 mm的塑料软管，8 mm软管的距离又很远，最终雾化的水都汇集在过滤器内，加上油雾器又没有润滑油，换刀时带有雾化水的压力空气流经主轴孔，最终导致主轴孔和刀柄都生锈。重新铺设气动管路，将2寸管接到每台机床处，再用10 mm软管接到气动三联件处。处理后过滤器很少出现积水现象，故障彻底解决。
三、数控机床的维护保养工作
（一）数控机床的维护保养
数控机床保养工作对电气系统、液压系统、冷却润滑系统、数控系统等系统进行保养和维护，减小故障产生，保证机床在较长时期内能正常运行。
1.电气系统保养工作
主要是控温、防湿、防尘和防松。控温、防湿主要指给数控机床提供一个相对稳定工作环境，有条件的学校，可以安装空调加以解决；由于机床电机功率一般比较大，在运行过程中，难免会产生一些振动，所以要经常检查各部件之间连接、元件的螺钉是否有可靠。
2.液压系统和冷却润滑维护保养工作
由于液压油和管道之间密封圈在机床运行时，工作在高压、中温工作环境，运行时间长了，油会变质，密封圈会破损，管道系统也会产生一些油污，所以要定期更换机油和密封圈，定期清理管道系统的过滤器油污，将故障排除在萌芽状态。
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图2.1液压结构图
3.机械部件的维护工作
（1）主轴系统的维护。严禁数控机床主传动链超负荷使用。定期检查调整主轴驱动带的松紧程度，防止因打滑造成的丢转现象。注意保持主轴与刀柄连接部位及刀柄的清洁，防止对主轴的机械碰撞，当主轴上没有安装刀柄时，最好不要在机床内使用气枪，防止铁屑及粉尘吹入到主轴内。
（2）滚珠丝杠的维护。和其他的滚动摩擦的传动元件一样，滚珠丝杠副应避免灰尘或污物进入，因此机床的滚珠丝杠都加装了防护罩。每班次都应该清扫防护罩上的铁屑，以免铁屑渗透到防护罩里面。防护罩上面不要放置较重的工件，且不要站立在防护罩上。
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图2.2 滚珠丝杠
（3）液压、气压系统维护。定期对各润滑、液压、气压系统的过滤器或分滤网进行清洗或更换；定期对液压系统进行油质化验检查和更换液压油；定期对气压系统分滤气器放水。
（4）刀库及换刀机械手的维护。严禁把超重、超长的刀具装入刀库，以避免机械手换刀时掉刀或刀具与工件、夹具发生碰撞；经常检查刀库的回零位置是否正确，检查机床主轴回换刀点位置是否到位，并及时调整；开机时，应使刀库和机械手空运行，检查各部分工作是否正常，特别是各行程开关和电磁阀能否正常动作；检查刀具在机械手上锁紧是否可靠，发现不正常应及时处理。
4. 辅助装置的维护与保养
数控机床的辅助装置的维护与保养主要包括：数控分度头、自动换刀装置、液压气压系统的维护与保养。
（1）数控分度头的维护与保养
数控分度头是数控铣床和加工中心等的常用附件，其作用是按照CNC装置的指令作回转分度或者连续回转进给运动，使数控机床能够完成指定的加工精度，因此，在操作使用中要注意严格按照数控分度头的使用说明书要求和操作规程正确操作使用。
（2）自动换刀装置的维护与保养
自动换刀装置是加工中心区别于其它数控机床的特征结构。它具有根据加工工艺要求自动更换所需刀具的功能，以帮助数控机床节省辅助时间，并满足在一次安装中完成多工序、工步加工要求。因此，在操作使用中要注意经常检查自动换刀装置各组成部分的机械结构的运转是否正常工作、是否有异常现象；检查润滑是否良好等，并且要注意换刀可靠性和安全性检查。
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图2.3 自动换刀装置
（3）液压系统的维护与保养
①定期对油箱内的油进行检查、过滤、更换；
②检查冷却器和加热器的工作性能，控制油温；
③定期检查更换密封件，防止液压系统泄漏；
④定期检查清洗或更换液压件、滤芯、定期检查清洗油箱和管路；
⑤严格执行日常点检制度，检查系统的泄漏、噪声、振动、压力、温度等是否正常。
（二）数控机床的预防性日常维护
1.制订完善的数控系统日常维护的规章制度
针对每台数控机床的具体性能和加工对象制定操作规程，建立工作与维修档案。根据数控机床各部件特点，建立日常维护保养计划，包括保养内容（如坐标轴传动系统的润滑、磨损情况，主轴润滑等，油、水、气路，各项温度控制，平衡系统，冷却系统，传动带的松紧，继电器、接触器触头清洁，各插头、接线端是否松动，电气柜通风状况等）及各功能部件和元器件的保养周期（每口、每月、半年或不定期）。
2.应尽量少开数控柜和强电柜的门
在切削加工车间的空气中一般都含有油雾、灰尘甚至金属粉末，一旦它们落在数控系统内的印制线路或电子器件上，容易引起元器件间绝缘电阻下降，甚至导致元器件及印制线路的损坏。除非进行必要的调整和维修，不允许随便开启柜门，更不允许在使用时敞开柜门。
3.定时清扫数控柜的散热通风系统
应每天检查数控系统柜上各个冷却风扇工作是否正常，应视工作环境状况，每半年或每季度检查一次风道过滤器是否有堵塞现象。如果过滤网上灰尘积聚过多，需及时清理，否则将会引起数控系统柜内温度高（一般不允许超过55 0C，造成过热报警或数控系统工作不可靠。
4.经常监视数控系统用的电网电压
如果超出正常电压范围，就会造成系统不能正常工作，甚至会引起数控系统内部电子部件损坏。
5.数控系统长期不用时的维护
要经常给数控系统通电，特别是在环境湿度较大的季节更应如此，在机床锁住不动的情况下（即伺服电动机不转时），让数控系统空运行。利用电器元件本身的发热来驱散数控系统内的潮气，保证电子器件性能稳定可靠。实践证明，在空气湿度较大的地区，经常通电是降低故障率的一个有效措施。
数控机床采用直流进给伺服驱动和直流主轴伺服驱动的，应将电刷从直流电动机中取出，以免由于化学腐蚀作用，使换向器表面腐蚀，造成换向性能变坏，甚至使整台电动机损坏。
合理的日常维护措施，可以有效地预防和降低数控机床故障的发生。
结语
坚持做好机床的日常维护保养与检测工作，可以大大降低数控机床的故障率，延长机械部件的磨损周期，防止意外恶性事故的发生，争取机床长时间稳定工作。也才能充分发挥数控机床的加工优势，达到数控机床的技术性能，确保数控机床能够正常工作。因此，为了充分利用数控机床，满足实训教学与企业生产需要，必须对数控机床进行精心的维护及检测.以保证设备长期正常使用。
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致 谢
本论文是在导师的谆谆教诲和指导下完成的，从选题、构思到定稿无不渗透着导师的心血和汗水；导师渊博的知识和严谨的学风使我受益终身，在此表示深深的敬意和感谢。
这次写论文的经历也会使我终身受益，我感受到，做论文是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己学习的过程和研究的过程。没有认真学习和钻研，自己就不可能有研究的能力，就不可能有自己的研究，就不会有所收获和突破。希望这个经历，在今后的学习和生活中能够继续激励我前进。
另外，还要特别感谢我的家人，他们时刻关心我，给我提供了学习的机会，时时刻刻为我鼓劲、为我加油，进而促使我不断成长和进步。同时，也要感谢寝室的室友以及所有关心我的朋友，感谢他们陪伴我走过了很多美好的时光，在我遇到困难时他们关心我、帮助我。在完成毕业论文的过程中，很多朋友都给了我无私的帮助和支持，在此表示由衷的谢意！
最后，因本人水平有限，论文肯定还有不少不足之处，恳请各位老师批评指正，我希望可以有机会继续去完善，我将不断努力继续充实自己。