數(shù)控機(jī)床加工精度故障及維修處理研究

孫學(xué)濤

（陜西省電子信息學(xué)校，陜西 西安 710024）

數(shù)控機(jī)床是具有很高性能的結(jié)合機(jī)械與電器一體的一個(gè)高效產(chǎn)品。它的特點(diǎn)是可以有效的減少作業(yè)人員的工作強(qiáng)度，這一產(chǎn)品目前在機(jī)械行業(yè)廣受歡迎。因?yàn)樽鳛闄C(jī)械方面的產(chǎn)品，它的精確性很高并且質(zhì)量性能很好，其工作效率也很高。因?yàn)檫@個(gè)產(chǎn)品它包含著高低壓電，所以如果說(shuō)有一部分出現(xiàn)問(wèn)題導(dǎo)致產(chǎn)品有了事故問(wèn)題，所有的機(jī)器都會(huì)停止運(yùn)行，會(huì)導(dǎo)致很?chē)?yán)重的事故問(wèn)題。導(dǎo)致其產(chǎn)生故障的原因有很多種，比如機(jī)械方面的問(wèn)題，數(shù)據(jù)系統(tǒng)方面的問(wèn)題以及配件器件方面的故障問(wèn)題都是導(dǎo)致其產(chǎn)生故障的直接原因。加工故障的原因多種多樣并且其聯(lián)系性能很好，出現(xiàn)同一個(gè)事故的問(wèn)題有很多種不一樣的原因，就算是同一個(gè)原因也會(huì)發(fā)生多種多樣的事故現(xiàn)象，所以需要對(duì)于修理的技術(shù)人員提出很高的技術(shù)方面的要求。在我們實(shí)際的應(yīng)用中，有很多方面的因素會(huì)對(duì)于數(shù)控機(jī)床的加工作業(yè)造成不利，所以本文就其具體的影響因素進(jìn)行問(wèn)題的逐一解決，以使得機(jī)床的作業(yè)效率大大提升。

1 數(shù)控機(jī)床加工精度的故障

數(shù)控機(jī)床在故障方面被分為兩種類(lèi)型：一種被稱為功能性故障，它主要是因?yàn)橛布?huì)遭受到破壞軟件不能夠正常穩(wěn)定的工作，從而使得數(shù)控機(jī)床不能夠穩(wěn)定的運(yùn)行。但是只要遭受破壞的軟件得到恢復(fù)就能夠正常穩(wěn)定的進(jìn)行工作。第二種故障類(lèi)型被稱為加工精度超差故障。這種故障的主要特點(diǎn)是數(shù)控機(jī)床的各種功能都能夠穩(wěn)定的工作運(yùn)行，并且如果加工的配件精確度不高的話，機(jī)床的配件就會(huì)遭到破壞，故障的原因有很多方面，可能是機(jī)械方面的原因，還有可能是電氣方面的原因，或者就是機(jī)械與電氣兩方面都存在原因。這樣就很難維修，所以本文結(jié)合相關(guān)的資料對(duì)于故障的維修工作做了進(jìn)一步詳細(xì)的敘述。

1.1 進(jìn)給機(jī)械傳動(dòng)

從數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)我們可以得知，精確度如果沒(méi)有達(dá)到準(zhǔn)確值，其原因可能是：電動(dòng)機(jī)和絲杠之間的連接不緊密，比較松，使得兩者沒(méi)有辦法一起進(jìn)行工作，造成其尺寸刻度之間有一定的偏差。由于工作臺(tái)會(huì)受到慣性的作用，導(dǎo)致聯(lián)軸節(jié)兩邊會(huì)有距離的移動(dòng)，滾珠絲杠螺母之間如果空間的距離比較大，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的磨損和使用，絲桿螺母會(huì)被創(chuàng)傷，異常情況則會(huì)出現(xiàn)在滾珠之間。如果磨損比較嚴(yán)重，會(huì)出現(xiàn)很大的摩擦力，那么周?chē)荛L(zhǎng)一段距離會(huì)出現(xiàn)沒(méi)有規(guī)則的運(yùn)行，所以如果只要更換了磨損的軸承，將絲杠位置設(shè)置好，這樣的就會(huì)減少故障發(fā)生的頻率。還有滾珠絲杠與螺母之間或滑塊與導(dǎo)軌之間，因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，磨損會(huì)比較嚴(yán)重，導(dǎo)致摩擦力增大，因此故障的類(lèi)型無(wú)法得到判斷，零件之間很長(zhǎng)一段距離會(huì)發(fā)生沒(méi)有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)。

1.2 電氣控制

如果說(shuō)電動(dòng)機(jī)之間的編碼器接觸不良時(shí)，有可能是電壓出了問(wèn)題，比額定電壓高或低，都會(huì)引發(fā)機(jī)器質(zhì)量的下降，導(dǎo)致工作效率不能提高。假如電壓比4.75 V，可以檢驗(yàn)出其電源線是否接觸良好，是否出現(xiàn)故障。還有一個(gè)潛在原因是電動(dòng)機(jī)的內(nèi)部編碼器封裝出現(xiàn)了問(wèn)題，會(huì)有空氣溢進(jìn)去，可能會(huì)引起其他的雜物進(jìn)入到機(jī)器里面，對(duì)信號(hào)的接收造成一定的影響。編碼器被拆封以后，那么光柵玻璃會(huì)迅速被旋轉(zhuǎn)光柵清洗。假如以上的操作步驟都沒(méi)有辦法恢復(fù)，那么就應(yīng)該及時(shí)的對(duì)于對(duì)編碼器更換。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，應(yīng)該第一時(shí)間進(jìn)行更換或者送到對(duì)應(yīng)的修理店進(jìn)行修理。

如果主板出現(xiàn)問(wèn)題，需要對(duì)其主板進(jìn)行維修，注意一定要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，防止數(shù)據(jù)的丟失[1]。

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

由于進(jìn)給系統(tǒng)反向間隙補(bǔ)償參數(shù)，螺距誤差補(bǔ)償參數(shù)出現(xiàn)問(wèn)題，可能會(huì)影響加工參數(shù)，因此，反向間隙測(cè)量快速補(bǔ)償系統(tǒng)誤差可以解決這個(gè)問(wèn)題。利用數(shù)控激光干涉儀，可以實(shí)現(xiàn)在螺距誤差補(bǔ)償參數(shù)不正確的時(shí)候?qū)φ`差進(jìn)行補(bǔ)償。伺服電機(jī)的控制參數(shù)發(fā)生異常情況的時(shí)候，可能是因?yàn)殡姍C(jī)相關(guān)參數(shù)設(shè)定不正確造成的。此時(shí)，需按照電機(jī)的實(shí)際規(guī)格進(jìn)行初始化設(shè)置，對(duì)電機(jī)進(jìn)行優(yōu)化處理。計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)是數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵，況且精度調(diào)節(jié)利用軟件精度能夠達(dá)到最佳效果。

2 數(shù)控機(jī)床加工精度超差故障維修方法

當(dāng)機(jī)器出現(xiàn)異常情況時(shí)，首先要判斷出現(xiàn)故障的原因和具體部位,對(duì)癥下藥，對(duì)具體的部位進(jìn)行維修。對(duì)此，需要遵循的原則是先判斷表面再看里面，顧名思義就是當(dāng)機(jī)器某一故障發(fā)生時(shí)，先通過(guò)表面現(xiàn)象才能夠及時(shí)判斷及其內(nèi)部出現(xiàn)問(wèn)題的原因。對(duì)于機(jī)床的排查要做到全面細(xì)致，檢查過(guò)程盡量專(zhuān)業(yè)化，用專(zhuān)業(yè)的手法和機(jī)器進(jìn)行排查，這樣才能最大限度的較少損耗，節(jié)省時(shí)間、精力和物力。對(duì)于機(jī)器的檢查，盡量保持不動(dòng)原則，對(duì)于機(jī)器本身的零部件不隨意進(jìn)行拆封，避免對(duì)機(jī)器造成第二次傷害和損耗。機(jī)器的組裝是一個(gè)由簡(jiǎn)到繁的過(guò)程，所以機(jī)器的檢查也應(yīng)該遵守這個(gè)原則，先判斷簡(jiǎn)單的故障，然后從簡(jiǎn)單的故障中判斷復(fù)雜的故障，要做到動(dòng)靜結(jié)合，張弛有度，在施工的過(guò)程中注意人身安全。

數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)主要是半閉環(huán)或是全閉環(huán)控制。電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)共同組成伺服控制系統(tǒng)。位置精度由位置環(huán)控制，位置環(huán)故障主要是由于加工精度超差，首先從位置環(huán)的位置開(kāi)始分析，其位置是由很多種原件構(gòu)成的，有驅(qū)動(dòng)器以及滾珠絲桿螺母副。驅(qū)動(dòng)器會(huì)把從數(shù)控系統(tǒng)中得到的插補(bǔ)脈沖通過(guò)計(jì)算以及放大等處理方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，交流的電機(jī)會(huì)通過(guò)齒輪將轉(zhuǎn)矩傳到滾珠絲桿螺母的副從而使得其能夠做運(yùn)動(dòng)（直線運(yùn)動(dòng)）。其中，由于滾珠絲桿螺母副以及所支撐的滾珠絲桿的角接觸的軸承能需要其軸向的間隙。因此數(shù)控機(jī)床的精密度需要從機(jī)械以及電機(jī)的兩個(gè)方面進(jìn)行分析。機(jī)械這一方面，一定要檢查以下幾個(gè)點(diǎn)：聯(lián)軸器以及軸承。檢查聯(lián)軸器之間的連接是否緊密，會(huì)不會(huì)有松的情況發(fā)生，所運(yùn)用的方法是：可以將一個(gè)中性筆在聯(lián)軸器的所在位置之中畫(huà)一條橫線，然后開(kāi)始將電機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，注意是正反兩方面進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，然后觀察聯(lián)軸器的兩邊的直線會(huì)不會(huì)不再一條直線上面，假如說(shuō)沒(méi)有在一條直線上，那么就說(shuō)明一種情況，即就是所連接的電機(jī)和聯(lián)軸器之間太松了，因此我們需要聯(lián)系相關(guān)的技術(shù)人員進(jìn)行加固。然后再檢查一下所支撐的滾珠絲桿的軸承軸向竄動(dòng)。所檢查的方法是：把一個(gè)用潤(rùn)滑劑黏著的珠子放于非電機(jī)頂端的小孔內(nèi)部，然后固定住表座，表尖支撐住珠子的最高位置，然后觀察指針的數(shù)字，如果在0.02 mm以內(nèi)，說(shuō)明軸承之間的距離是正常可以工作的。假如所指的數(shù)字偏差比較大，那么說(shuō)明需要改變一下軸承之間的距離，或者換掉另外的軸承。

2.1 系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化或改動(dòng)的故障處理

當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)出現(xiàn)故障時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一系列的狀況，比如很可能造成機(jī)床改進(jìn)系統(tǒng)零點(diǎn)偏置或反向間隙。通過(guò)一定的維修處理之后，需要按時(shí)對(duì)機(jī)床系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。一旦其因?yàn)槟Σ亮υ龃?，而造成磨損嚴(yán)重或者連接不緊密引起參數(shù)測(cè)值發(fā)生變化，應(yīng)該對(duì)其參數(shù)進(jìn)行重新設(shè)置。

2.2 機(jī)械故障導(dǎo)致的加工精度異常

加工精度異常作為機(jī)械加工最常見(jiàn)的問(wèn)題，需要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力進(jìn)行檢修。檢修人員要總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，快速判斷故障的類(lèi)別。如果故障突發(fā)，各軸之間依然能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，沒(méi)有任何電氣控制硬件故障的提示，可以初步判斷機(jī)械方面存在故障[2]。

2.3 機(jī)床電氣參數(shù)未優(yōu)化

電氣參數(shù)沒(méi)有優(yōu)化，很容易造成電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)異常。加工過(guò)程中，可以充分考慮是否因?yàn)殡姍C(jī)啟動(dòng)不穩(wěn)，如果發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)劇烈抖動(dòng)的情況，可以及時(shí)調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，對(duì)間隙的位置進(jìn)行補(bǔ)償，做好脈沖抑制調(diào)控，消除電機(jī)抖動(dòng)的問(wèn)題，保證機(jī)床加工精度恢復(fù)[3-7]。

2.4 機(jī)床位置環(huán)異常或控制邏輯

加工過(guò)程中機(jī)床位置環(huán)出現(xiàn)邏輯控制不妥，引發(fā)加工精度異常。例如一輛鏜銑床的加工中心為全閉環(huán)控制。如果y軸出現(xiàn)精度異常，通過(guò)對(duì) PLC 程序進(jìn)行修改，當(dāng)y軸松開(kāi)后，將 y 軸進(jìn)行加緊并將 y 軸去掉，有效解決機(jī)床故障。

3 結(jié)論

數(shù)控機(jī)床這一工程需要很高的精確度和方便性，這個(gè)是其他的設(shè)備沒(méi)有辦法進(jìn)行取代的。如果機(jī)床工作時(shí)間太長(zhǎng)的話,會(huì)造成溫度等一系列問(wèn)題需要技術(shù)人員迅速的進(jìn)行處理。通過(guò)本文對(duì)數(shù)控機(jī)床加工精度故障診斷與維修進(jìn)行詳細(xì)的討論，介紹了數(shù)控機(jī)床故障診斷的原則和主要的診斷方法，提出相應(yīng)的維修策略，保證數(shù)控機(jī)床運(yùn)行更加穩(wěn)定，讓數(shù)控機(jī)床發(fā)揮更大的工業(yè)價(jià)值。