來源：《矽穀（gǔ）》 作者（zhě）：錢 俠
摘要：數控機床是集機、電、液於一身的機電（diàn）設備（bèi），具有（yǒu）技術密集和（hé）知識密集的特點。一旦發生故障，診斷的難度大。尤其是對機械部件的檢測與診斷更為困難，誤診率較高。本（běn）文主要研究數控機床上滾動（dòng）軸承的特點與故障檢測。
關鍵詞：數控機床；滾動軸承；故障
一、數控機床滾動軸承的（de）特點與故（gù）障
在數控機床上主軸（zhóu）軸承常用滾（gǔn）動（dòng）軸承和滑動軸（zhóu）承。滾動軸承摩擦阻力小，可（kě）以預緊，潤滑維護簡單，能在一定（dìng）轉速範圍和載荷變動範圍下穩定的（de）運動。數控機床Z常用的滑動軸承是（shì）靜壓滑動（dòng）軸承。靜壓滑動軸承的油膜壓強是由液（yè）壓缸（gāng）從外界供給的，與主軸的（de）轉速無關。它的剛度大，回轉精度高。但靜壓軸承需要一套液壓裝置，成本較高，一般用於重型或高（gāo）精度數控機床（chuáng）。滾動軸承由專業化工廠生產，選購維修方便。數控主軸組件在可能的條件下，盡量使用滾動軸（zhóu）承（chéng）。特別是大多數立式主軸和主軸裝在（zài）套簡內能夠作軸向（xiàng）移（yí）動的主軸，用滾動（dòng）軸（zhóu）承可以用潤（rùn）滑脂潤滑避免漏油。在數控機床上使用的滾動軸承主要有：球（qiú）軸承，滾珠軸承，圓錐滾子（zǐ）軸承三大類。
滾動（dòng）軸承的損傷和破壞形式主要有：磨（mó）損、疲勞、斷裂、腐（fǔ）蝕、壓痕和膠合。可將（jiāng）這六（liù）種失效形式歸類成三種類型的故障：表麵皺裂、表麵剝落（luò）和軸承（chéng）燒損。
1 表麵皺裂是由於軸承使用時間較長，磨（mó）損後滾動（dòng）麵全周慢慢劣化的異常形態。此時軸承的振動與正常軸承振動具有相同的特點。區別是此時振動幅度變大了。
2 表麵剝落是由（yóu）疲勞、裂紋、壓痕、膠合等失效形式造成滾動麵的異常形態。它們所引（yǐn）起的（de）振動為衝擊振動，振動信號中含（hán）有軸承的傳輸振動和軸承構件（jiàn）的固有振動。可以通過查找這些固有振動中是否出現某一（yī）構件運行特征頻率來判斷軸承的故障。
3 燒損是由於軸（zhóu）承潤滑（huá）狀態惡化等（děng）原因造成（chéng）的。在到達燒傷程（chéng）度的過程中，軸承的振動值急速增（zēng）大。潤滑不良，載荷過大，衝擊載荷，和（hé）轉速過高是造成滾動軸承故障的主要原因。其中潤滑不良是（shì）主要原因。數控（kòng）機床由於本身的（de）結構特（tè）點和切削工（gōng）藝特點，其軸承受到的損壞也與普（pǔ）通機床不太一樣。在數控機床（chuáng）中，數控機床主軸的轉動速度和進給軸的進給速度都是受數控係統的監控，很少出現轉速過高的現象，所以轉速過高不會成為數控機床軸承（chéng）的故障原因。數控機床的軸承一般采用強製潤滑和油脂封入潤滑，使用強製潤滑的軸承不存在潤滑不良的問題：采（cǎi）用油脂封（fēng）入式（shì）潤滑的軸承，才會因沒有得到定期的保養而產生潤（rùn）滑不良的問題。因此（cǐ），潤滑不良的原因也不是數控（kòng）機床軸（zhóu）承故障Z主要原因。在加工中（zhōng），數控機床可能（néng）會出現由於切削用量過大而產（chǎn）生的（de）軸承所受載（zǎi）荷過大的現象（xiàng）。以（yǐ）及刀具以高速切入工件，造成（chéng）對主軸軸承（chéng）的瞬間衝擊載荷的現（xiàn）象也是（shì）經常發生的。經過上（shàng）麵的分析，我們（men）可以（yǐ）得到（dào）這樣的結論，載荷過大，衝擊載荷和潤滑不良是造成數控機床軸承故障的主要原因。由此而產生的故障主要是表麵剝落和燒損。這兩者中發生概率（lǜ）Z大的就是表麵剝落。
如前所述，表麵剝落的故障判斷（duàn）可以通過查找由故障產生的衝擊振（zhèn）動中是否出現了某一（yī）構（gòu）件運行（háng）特征頻率。滾動軸承有四個組（zǔ）成（chéng）構件，內環、外環、滾動（dòng）體及保持架。其故障也都是這四（sì）個構件的損（sǔn）傷及破壞引起的，包（bāo）括：內滾（gǔn）道故（gù）障，外滾（gǔn）道（dào）故障，滾動（dòng）體故障，保持架碰外環故障和（hé）保持架碰內環（huán）故障。據統計在滾動軸承的故障中，90％的故障來（lái）自於外環和內環故（gù）障（zhàng）。
二、滾動軸承的（de）振動按（àn）產生（shēng）機理
滾動軸承的振動按產生機理（lǐ）又分為三種類型：
1 軸承結構的固（gù）有振動。包括將內（nèi）環看作是彈性體而引起的固有（yǒu）振動：將外環看作是（shì）剛性體而引起的固有振動：將滾動體看作剛體而引起的固有振動。
2 強迫振動。由軸承零件製造或裝配誤差而引起的振（zhèn）動。如：內（nèi）外環波紋度、滾動體直徑差等製造誤差。
3 衝（chōng）擊振動（dòng）。內外環或滾動體表麵上存在劃痕、毛刺、鏽斑、點蝕、剝落、凹坑等缺陷，或有灰塵，潤（rùn）滑，油汙等情（qíng）況存在時，會激勵起軸承脈衝型振動，振動的周期與轉速成反比。振幅和與（yǔ）缺陷的尺寸大小有關。滾動軸（zhóu）承的振動往（wǎng）往是以上各類（lèi）振動共同作用的結果。其（qí）中軸承滾動時產生的正常振（zhèn）動與軸承的彈性特性有關，而異（yì）常振動與軸承滾動表麵的狀況有（yǒu）關。大量實驗表明，在軸承運轉正常情況下，軸承（chéng）零件表麵波（bō）紋度是引起軸承振動（dòng）的主要因（yīn）素，而一般較明顯的“異音”是由滾道表麵缺（quē）陷引起的周期性或非周期性（xìng）衝擊脈衝產生。這些衝擊振動的出現使原來的平穩振動（dòng）信號（hào）變成了非平穩振動信號。即軸承（chéng）的振動信（xìn）號為非平穩振動信號（hào）。由內（nèi）外滾道故（gù）障引起的振動是軸承振動的主（zhǔ）要因素。
三（sān）、故障（zhàng）的（de）特征與診斷技術
正常情況下，滾動軸（zhóu）承的振動時頻域波形有兩（liǎng）個特點：無衝擊和變化慢。當（dāng）滾動（dòng）軸承在存（cún）在局部故障時，軸承的其它零（líng）部件會周期性地撞擊故障部（bù）位，產生衝擊力。激勵軸承座（zuò）或其它機械零部件產（chǎn）生振動，形成一係列衝擊振動。其衝擊脈（mò）衝周期為基階（jiē）故障特征頻率的倒數。衝擊脈衝寬度在us數量級，它將激起係統或結構的高頻響應，響（xiǎng）應（yīng）水平取決於係統或結構的固有頻率及阻尼的大小。
針（zhēn）對滾動軸承的振動特點，人們陸續提出了許多時域和頻域分析方法。時域方法主要包括衝擊能量分析法，峰值（zhí）因（yīn）子法（fǎ），衝擊脈衝計數法等。這些方法在共振頻帶比較多的（de）情況下，很難區分到底是軸承哪一部分（fèn）出現缺陷。頻域分（fèn）析方法包括功率譜分析，倒譜分析，包絡解調分析和雙譜分（fèn）析等。滾動軸承出現故（gù）障時振動信（xìn）號是非平穩信號，單純用時域或（huò）頻域的方法（fǎ）很難達（dá）到理想的效果。通過小波分析的方法對滾動軸承振（zhèn）動信號同時進行時域和頻域的分析，可以達（dá）到很好的效果。另外滾動軸承（chéng）的滾動麵出現點蝕、疲勞、剝落等表麵剝落（luò）故障時，振（zhèn）動信號中包含了相應的衝擊成分。但是這些衝擊成分往（wǎng）往被其它衝振動噪聲所掩蓋，不能直接（jiē）從時域中得到。通過自適應濾（lǜ）波濾除噪聲後，再使用小波分析完成（chéng）對故障信號的故障特征提取是比（bǐ）較好的分析方法。
