數(shù)控機(jī)床加工精度故障的診斷與維修

中國(guó)船舶重工第七二四研究所 (江蘇南京 210003) 陳 穎

數(shù)控機(jī)床是集機(jī)床、計(jì)算機(jī)、電動(dòng)機(jī)及拖動(dòng)控制、檢測(cè)等技術(shù)為一體的自動(dòng)化設(shè)備，基本組成包括控制介質(zhì)、數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、反饋裝置及床身等。數(shù)控裝置的計(jì)算機(jī)插補(bǔ)運(yùn)算、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的閉環(huán)控制及簡(jiǎn)化的高精度機(jī)械傳動(dòng)裝置是數(shù)控機(jī)床實(shí)施高精度加工的保障。

數(shù)控機(jī)床在使用一定時(shí)間之后，經(jīng)常會(huì)遇到加工過(guò)程中出現(xiàn)加工精度下降、尺寸不穩(wěn)定的故障。影響數(shù)控機(jī)床加工尺寸不穩(wěn)定的因素很多，包括機(jī)械方面、電氣方面、系統(tǒng)參數(shù)及數(shù)控機(jī)床的輔助控制部分等。這類故障的診斷分析及維修有一定的難度。筆者結(jié)合日常維修經(jīng)驗(yàn)，從進(jìn)給機(jī)械傳動(dòng)、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定、電氣控制及機(jī)床輔助控制裝置等幾個(gè)方面簡(jiǎn)單對(duì)此類故障診斷與維修進(jìn)行闡述。

1.進(jìn)給機(jī)械傳動(dòng)

從數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械組成方面來(lái)看，影響加工精度的原因包括:

(1)伺服電動(dòng)機(jī)軸與絲杠之間的聯(lián)接松動(dòng)，致使絲杠與電動(dòng)機(jī)不同步，出現(xiàn)尺寸誤差檢測(cè)時(shí)只需在伺服電動(dòng)機(jī)與絲杠的聯(lián)軸節(jié)上做好標(biāo)記，用較快倍率來(lái)回移動(dòng)工作臺(tái) (或刀架)，由于工作臺(tái) (或轉(zhuǎn)塔)的慣性作用，將使聯(lián)軸節(jié)的兩端出現(xiàn)明顯相對(duì)移動(dòng)。此類故障通常表現(xiàn)為加工尺寸只向一個(gè)方向變動(dòng)，只需將聯(lián)軸節(jié)螺釘均勻緊固即可排除。

(2)滾珠絲杠螺母副的間隙大或絲杠螺母副磨損。通過(guò)調(diào)整進(jìn)給絲杠螺母副的間隙或整套更換絲杠螺母副就可排除故障。

(3)滾珠絲杠固定軸承磨損或調(diào)整不當(dāng)，造成運(yùn)動(dòng)阻力過(guò)大。該故障現(xiàn)象通常表現(xiàn)為尺寸在幾十微米范圍內(nèi)無(wú)規(guī)則變動(dòng)，只需將磨損軸承更換并認(rèn)真調(diào)整，故障即可排除。

(4)滾珠絲杠與螺母之間、滑塊與導(dǎo)軌潤(rùn)滑不良。由于潤(rùn)滑不良使工作臺(tái) (或刀架)運(yùn)動(dòng)阻力增加，無(wú)法完全準(zhǔn)確執(zhí)行移動(dòng)指令，此類故障通常表現(xiàn)為零件尺寸在幾十微米范圍內(nèi)無(wú)規(guī)則變動(dòng)只需將潤(rùn)滑改善即可排除故障。

(5)機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)大修后 (如更換滾珠絲杠螺母副)引起的誤差主要是絲杠的安裝不到位引起的，要重新調(diào)整絲杠的等髙和等母線，即調(diào)整絲杠端部的固定軸承裝置的墊片。

2.系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定不當(dāng)或伺服參數(shù)未優(yōu)化

影響加工精度的系統(tǒng)參數(shù)主要包括進(jìn)給的反向間隙補(bǔ)償參數(shù)、進(jìn)給絲杠的螺距誤差補(bǔ)償參數(shù)及電動(dòng)機(jī)控制的功能參數(shù)。

(1)反向間隙參數(shù)補(bǔ)償不當(dāng)引起。重新進(jìn)行機(jī)床反向間隙的測(cè)量，修改系統(tǒng)參數(shù)。

(2)螺距誤差補(bǔ)償參數(shù)設(shè)定不當(dāng)或未設(shè)定。用數(shù)控激光干涉儀進(jìn)行機(jī)床螺距誤差的補(bǔ)償與調(diào)整。

(3)電動(dòng)機(jī)相關(guān)控制參數(shù)設(shè)定不當(dāng)。伺服電動(dòng)機(jī)控制參數(shù)主要是伺服位置環(huán)的增益參數(shù)、速度環(huán)的機(jī)械負(fù)載慣性比參數(shù)及電動(dòng)機(jī)規(guī)格及功能參數(shù)等。

維修處理方法:首先按電動(dòng)機(jī)的具體規(guī)格進(jìn)行伺服參數(shù)的設(shè)定并初始化，然后進(jìn)行伺服的優(yōu)化處理?，F(xiàn)在的數(shù)控機(jī)床都是采用計(jì)算機(jī)輔助軟件進(jìn)行優(yōu)化，如 FANUC公司的伺服調(diào)整軟件 SERVO GUIDE，使機(jī)床達(dá)到最佳狀態(tài)。

3.電氣控制

(1)伺服電動(dòng)機(jī)編碼器不良，具體可有以下3個(gè)原因:①編碼器的電源電壓 (標(biāo)準(zhǔn)為+5 V)過(guò)低或過(guò)髙都會(huì)造成輸出信號(hào)的失真，影響反饋質(zhì)量，造成加工不穩(wěn)定。如果低于4.75 V時(shí)，檢査編碼器的電源+5 V的電源線是否有斷線 (正常是兩根)，編碼器插頭針是否有開(kāi)焊的，否則為系統(tǒng)提供的電源控制電路板有故障。②由于電動(dòng)機(jī)內(nèi)裝編碼器未能進(jìn)行良好密封，使油污或灰塵進(jìn)入光柵副而造成信號(hào)失真或丟失，應(yīng)拆開(kāi)編碼器對(duì)旋轉(zhuǎn)光柵和指示光柵的玻璃板進(jìn)行清洗。③編碼器內(nèi)部電路板不良。修理或更換編碼器。

(2)伺服電動(dòng)機(jī)不良。伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的軸承不良，需要更換電動(dòng)機(jī)軸承或電動(dòng)機(jī)。

(3)光柵尺位置檢測(cè)裝置不良。主要原因是光柵尺內(nèi)部有油污和灰塵，需清洗或更換光柵尺。

(4)伺服放大器不良?？梢杂孟嗤?guī)格的放大器更換來(lái)判別故障，如果是放大器不良，更換放大器或送廠家維修。

(5)系統(tǒng)軸板不良。更換相同軸板。在更換軸板前注意做好軸板版本號(hào)及數(shù)據(jù)的備份。在更換之前，應(yīng)檢查更換板的狀態(tài)應(yīng)與原板狀態(tài)完全一致。這包括檢查板上的選擇開(kāi)關(guān)，短路棒的設(shè)定位置以及電位器的位置。

(6)系統(tǒng)受到干擾引起系統(tǒng)工作不穩(wěn)定。主要因素有系統(tǒng)及控制裝置接地不良或不合理、信號(hào)線布線不合理等。

4.數(shù)控機(jī)床輔助控制裝置不良

數(shù)控機(jī)床輔助控制裝置不良引起的加工精度不穩(wěn)定的因素包括:主軸組件 (主要是軸承的精度下降)車(chē)床自動(dòng)換刀裝置的重復(fù)定位精度下降、機(jī)床導(dǎo)軌和滾珠絲杠螺母副潤(rùn)滑不足等。

(1)主軸組件不良引起的加工精度下降。首先檢査主軸的的軸向和徑向的偏差，然后調(diào)整主軸軸承或更換損壞部件。

(2)車(chē)床自動(dòng)換刀裝置重復(fù)定位精度下降。拆開(kāi)自動(dòng)換刀裝置進(jìn)行清洗或修理磨損部件。

(3)機(jī)床潤(rùn)滑不足引起的加工精度下降。檢査潤(rùn)滑管道是否堵塞、打油時(shí)間過(guò)短、潤(rùn)滑系統(tǒng)控制故障等。

綜上所述，引起數(shù)控機(jī)床加工尺寸不穩(wěn)定的原因是多方面的，實(shí)際中先對(duì)機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行定位精度和重復(fù)定位精度的檢測(cè)，如果測(cè)量值超差，則拆下進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī) (設(shè)定為旋轉(zhuǎn)軸)，對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)定位精度和重復(fù)定位精度檢測(cè)，判別是否是電氣方面和系統(tǒng)參數(shù)因素引起的精度下降。電氣和系統(tǒng)參數(shù)方面正常后，檢修進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)械方面故障。如果進(jìn)給系統(tǒng)精度正常，則檢査機(jī)床輔助裝置控制方面因素。