數(shù)控機(jī)床加工精度故障與維修分析

郭龍偉

（杭州蕭山技師學(xué)院，浙江 杭州 311201）

數(shù)控機(jī)床并不是一個(gè)獨(dú)立的設(shè)備，它是包括機(jī)床、計(jì)算機(jī)、電動(dòng)機(jī)，包括相應(yīng)的控制器檢測(cè)等這些技術(shù)一體的自動(dòng)化設(shè)備，他可以用于一些機(jī)械部件的加工，提高精度的處理，使機(jī)械部件得到非常好的加工。整個(gè)機(jī)床基本組成包括相應(yīng)的控制系統(tǒng)還有數(shù)控系統(tǒng)和服務(wù)系統(tǒng)、反饋裝置等。整個(gè)數(shù)控裝置的計(jì)算機(jī)運(yùn)算方法和相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制極簡(jiǎn)化，還有高精度機(jī)械傳動(dòng)裝置是整個(gè)數(shù)控機(jī)床的高精度加工的后期保障，它可以保證機(jī)床的高精度加工方面的精度要求。但是在使用這種數(shù)控機(jī)床一段時(shí)間過(guò)后就會(huì)遇到相應(yīng)的精度下降的問(wèn)題出現(xiàn)，還會(huì)出現(xiàn)零件加工出來(lái)的尺寸不穩(wěn)定，或者是沒(méi)有達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，這都是因?yàn)閿?shù)控機(jī)床的高精度加工系統(tǒng)出現(xiàn)了相應(yīng)的故障，影響這種數(shù)控機(jī)床加工尺寸不穩(wěn)定。精度不正確的因素還有很多，主要是在機(jī)械方面和電氣方面，還有包括輔助控制系統(tǒng)方面出現(xiàn)了一定的問(wèn)題，這類(lèi)故障的診斷和相應(yīng)的分析都有一定的難度，包括后期的維修也需要找到專(zhuān)門(mén)的原因進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)維修，文中對(duì)數(shù)控機(jī)床加工精度的主要影響因素、相應(yīng)的故障及后期維修的相應(yīng)方法進(jìn)行分析。

一、數(shù)控機(jī)床加工精度的主要影響因素

（一）工藝方案的影響

通常情況下，數(shù)控機(jī)床程序需要按照所有控制加工機(jī)床零件的設(shè)計(jì)圖紙加工技術(shù)及產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)機(jī)床工藝設(shè)計(jì)方案進(jìn)行加工工藝方案設(shè)計(jì)。若是機(jī)床工藝設(shè)計(jì)方案不合理，則可能會(huì)對(duì)機(jī)械加工件的精度也會(huì)造成較大影響。這主要是因?yàn)樵诓煌臋C(jī)床工藝設(shè)計(jì)方案下，機(jī)械加工零件的尺寸會(huì)存在一定的誤差，所以機(jī)床加工時(shí)，必然地就會(huì)容易出現(xiàn)加工誤差數(shù)量累積的異常情況，由此便可能會(huì)對(duì)數(shù)控加工時(shí)累積件的精度也會(huì)造成較大影響。

（二）數(shù)控程序的影響

如果數(shù)控程序本身存在問(wèn)題，則必然的就會(huì)直接導(dǎo)致加工誤差，從而嚴(yán)重影響零件加工時(shí)的精度。目前來(lái)看，通常會(huì)直接采用通過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)進(jìn)行編輯的程序來(lái)進(jìn)行，使用這種數(shù)控程序?qū)σ恍┬螤畋容^簡(jiǎn)單的機(jī)床零件可以進(jìn)行自動(dòng)加工，基本上就能夠完全保證加工精度。但如果一些待用的加工機(jī)床零件的形狀結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，通過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)進(jìn)行編輯編制出來(lái)的各種數(shù)控程序就有可能會(huì)同時(shí)存在一些缺陷，從而導(dǎo)致無(wú)法完全達(dá)到加工精度上的要求，由此也就會(huì)容易產(chǎn)生加工精度上的偏差，會(huì)對(duì)機(jī)床零件的加工質(zhì)量性能造成不良影響。

（三）機(jī)械性能的影響

機(jī)械性能的影響包括機(jī)床本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料的影響，零部件來(lái)料誤差，裝備工藝及誤差，長(zhǎng)期運(yùn)行溫升后各零部件熱膨脹系數(shù)不同的影響。

根據(jù)數(shù)據(jù)分析顯示，機(jī)床在運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中，很難始終保持機(jī)床加工精度。雖然很多數(shù)控機(jī)床的整體生產(chǎn)工藝包括設(shè)計(jì)方案和所用到的數(shù)控加工程序都完全沒(méi)有任何加工技術(shù)上的問(wèn)題，但實(shí)際使用加工過(guò)程生產(chǎn)制造出來(lái)的數(shù)控機(jī)床加工零件卻仍然不能完全能夠達(dá)到機(jī)床加工有關(guān)精度的技術(shù)要求，這與數(shù)控機(jī)床本身的連續(xù)加工工作狀態(tài)不斷變化程度有關(guān)。所以有些數(shù)控機(jī)床在連續(xù)加工使用較長(zhǎng)或者一段時(shí)間后，需要通過(guò)手動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，使其加工功能能夠恢復(fù)最佳化的加工工作狀態(tài)，以有效地減輕對(duì)數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程精度的影響。

二、數(shù)控機(jī)床故障類(lèi)型特點(diǎn)

在整個(gè)數(shù)控機(jī)床的故障方面，他們也有其主要的特點(diǎn)。在特點(diǎn)上其分為兩大類(lèi)型，第一種類(lèi)型就是它的功能性故障，這一類(lèi)故障的主要特點(diǎn)就是由于他們的硬件損壞，或者說(shuō)在軟件上不能夠正常的進(jìn)行工作，對(duì)于整個(gè)機(jī)床進(jìn)行操作所導(dǎo)致的數(shù)控機(jī)床的某個(gè)功能不能夠正常的進(jìn)行工作，從而導(dǎo)致的一系列故障出現(xiàn)。這種功能性故障只需要更換相應(yīng)損壞的硬件或者是軟件就可以使整個(gè)數(shù)控機(jī)床重新開(kāi)始運(yùn)作不會(huì)影響其他的地方。還有一種類(lèi)型就是在加工精度上面的超差故障，這種超差故障是非常難操作的，并且在維修方面也是不好維修的，這類(lèi)故障的主要特點(diǎn)就是數(shù)控機(jī)床的每個(gè)功能都是正常的，并且可以正常生產(chǎn)相應(yīng)的零件，但是在加工每個(gè)零件的精度的時(shí)候都會(huì)出現(xiàn)精度超差的現(xiàn)象，導(dǎo)致整個(gè)零件的報(bào)廢，整個(gè)故障的原因一方面是在機(jī)械方面，另一方面是在電氣方面，主要是兩方面的內(nèi)部系統(tǒng)出現(xiàn)了問(wèn)題，它的維修難度非常大，并且不好找到其維修的點(diǎn)，不能夠準(zhǔn)確的進(jìn)行維修。

三、數(shù)控機(jī)床加工精度的故障分析

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

如果嚴(yán)重影響機(jī)床加工精度誤差參數(shù)，可能是因?yàn)榉聪蜻M(jìn)給控制系統(tǒng)沒(méi)有反向自動(dòng)補(bǔ)償控制參數(shù)，螺距精度誤差自動(dòng)補(bǔ)償控制參數(shù)功能出現(xiàn)一些問(wèn)題，需要重新設(shè)置參數(shù)。因此當(dāng)螺距精度誤差自動(dòng)補(bǔ)償控制參數(shù)功能出現(xiàn)設(shè)定不正確時(shí)，可以通過(guò)考慮直接利用數(shù)控機(jī)床上的激光自動(dòng)補(bǔ)償干涉儀，對(duì)其的螺距精度誤差控制參數(shù)功能進(jìn)行補(bǔ)償。同時(shí)應(yīng)該按數(shù)控機(jī)床電動(dòng)機(jī)的實(shí)際機(jī)床使用條件對(duì)其進(jìn)行伺服電機(jī)初始的優(yōu)化自動(dòng)補(bǔ)償設(shè)置，將針對(duì)數(shù)控伺服參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)處理。目前用的數(shù)控機(jī)床大多數(shù)都需要直接采用基于現(xiàn)代數(shù)控計(jì)算機(jī)自動(dòng)化的輔助補(bǔ)償控制系統(tǒng)技術(shù)，這樣可以使其能夠有效地實(shí)現(xiàn)電機(jī)自動(dòng)化的控制優(yōu)化，定期進(jìn)行測(cè)試或者利用軟件設(shè)計(jì)工具對(duì)其進(jìn)行機(jī)床加工螺距精度自動(dòng)補(bǔ)償，調(diào)節(jié)后就可以有效地保證其在數(shù)控機(jī)床上的加工效果并且能夠長(zhǎng)期達(dá)到最佳。

（二）在數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程中的豎紋問(wèn)題

加工出的零件出現(xiàn)豎型條紋的問(wèn)題是整個(gè)數(shù)控機(jī)床的加工過(guò)程中非常主要的一個(gè)問(wèn)題。當(dāng)整個(gè)數(shù)控機(jī)床在進(jìn)行單邊切削的時(shí)候，這時(shí)候加工出來(lái)的零件的表面光潔度會(huì)非常的好，表面不會(huì)出現(xiàn)豎形條紋的現(xiàn)象，無(wú)論是從什么測(cè)試上，我們都可以在途中發(fā)現(xiàn)測(cè)試的結(jié)果與整個(gè)加工效果都是非常好的。但是當(dāng)我們的數(shù)控機(jī)床進(jìn)行X 軸和Y 軸的兩軸插補(bǔ)的時(shí)候，這時(shí)候的斜面切削出現(xiàn)的加工斜面上就會(huì)出現(xiàn)不規(guī)則的屬性條紋，并且這些條紋的深淺都是不一樣的，且有不規(guī)則的間距出現(xiàn)，我們通過(guò)伺服電機(jī)頻率特性測(cè)試，TCMD 波形測(cè)試，對(duì)這些豎紋進(jìn)行了相關(guān)的分析，并且得出了以下的圖形，如圖1 所示。根據(jù)我們的波形可以發(fā)現(xiàn)整個(gè)圖形的變化是異常的，根據(jù)圖形中我們可以看出X 軸的波形出現(xiàn)了復(fù)雜異常的情況，并且導(dǎo)致了整個(gè)波形的運(yùn)行非常的不連續(xù)，并且不均勻紅色的為Y 軸的波形，它的波形起伏非常大，運(yùn)行也很不穩(wěn)定。由此我們可以判斷出，X 軸和Y 軸進(jìn)行插補(bǔ)加工斜面的時(shí)候，在斜面上出現(xiàn)了豎紋，就是因?yàn)樯鲜龅漠惓?fù)雜干擾所引起的。

圖1

（三）在數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程中的超差問(wèn)題及相關(guān)解決方法

因?yàn)檎麄€(gè)數(shù)控機(jī)床是一個(gè)半閉環(huán)或者是全閉環(huán)的一個(gè)控制系統(tǒng)，他的整個(gè)控制系統(tǒng)是由電流環(huán)、速度環(huán)和、位置環(huán)這三種環(huán)所組成的，它的位置環(huán)控制機(jī)床的位置精度，包括相應(yīng)的加工精度，超差就屬于位置環(huán)出現(xiàn)了相應(yīng)的故障，當(dāng)整個(gè)數(shù)控機(jī)床的加工精度超差之后就會(huì)出現(xiàn)所加工的零件與整體的標(biāo)準(zhǔn)相差過(guò)大的情況出現(xiàn)。整個(gè)驅(qū)動(dòng)器把來(lái)自受控系統(tǒng)的電流脈沖經(jīng)過(guò)相應(yīng)的運(yùn)算和放大處理來(lái)對(duì)電機(jī)產(chǎn)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩，從而使整個(gè)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)生超差現(xiàn)象。其主要問(wèn)題還是在電氣控制方面，當(dāng)出現(xiàn)整個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)械轉(zhuǎn)子內(nèi)部光柵編碼器接觸不良時(shí)，可能是因?yàn)閮?nèi)部電源電壓出現(xiàn)問(wèn)題，超過(guò)或者出現(xiàn)低于額定值的工作電壓，最終很有可能就會(huì)導(dǎo)致自動(dòng)放電反饋器的工作質(zhì)量明顯下降，引發(fā)內(nèi)部工件加工過(guò)程中的狀態(tài)不穩(wěn)。如果工作電壓經(jīng)常低于4.75v 時(shí)，可以通過(guò)它來(lái)檢查內(nèi)部光柵編碼器的內(nèi)部電源異常，來(lái)判斷是否故障。另外還有可能的就是因?yàn)檎麄€(gè)伺服電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的光柵編碼器和驅(qū)動(dòng)器沒(méi)有完全進(jìn)行封閉或者安裝良好，導(dǎo)致整個(gè)光柵外界的一些化學(xué)物質(zhì)污染物直接通過(guò)進(jìn)入光柵傳送到整個(gè)新的光柵內(nèi)部，引發(fā)整個(gè)光柵內(nèi)部信號(hào)源的直接丟失。只要及時(shí)拆開(kāi)內(nèi)部光柵編碼器，旋轉(zhuǎn)整個(gè)內(nèi)部光柵就能夠快速對(duì)已經(jīng)浸在整個(gè)光柵內(nèi)的化學(xué)玻璃膜和鍍膜材料進(jìn)行徹底的清洗，解決化學(xué)污染物的問(wèn)題。

四、對(duì)于數(shù)控機(jī)床精度故障的維修分析

（一）對(duì)于系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定不當(dāng)或伺服參數(shù)未優(yōu)化問(wèn)題

首先就是對(duì)于加速或者減速方面的設(shè)置問(wèn)題，如果想要讓參數(shù)達(dá)到精度的標(biāo)準(zhǔn)就要對(duì)相應(yīng)的功能進(jìn)行開(kāi)啟和設(shè)置，具體的標(biāo)準(zhǔn)我們要按照下表1 的具體操作進(jìn)行設(shè)置。

表1 與G00 相關(guān)加/減速參數(shù)

除了對(duì)于一些加速和減速的功能進(jìn)行設(shè)置，我們還要對(duì)于第二插補(bǔ)的設(shè)置，通過(guò)對(duì)第二插補(bǔ)后加減速功能的設(shè)置，將使整個(gè)數(shù)控機(jī)床平臺(tái)的精度更加精準(zhǔn)，運(yùn)行更加平穩(wěn)，在提高數(shù)控機(jī)床加工精度的同時(shí)，也利于進(jìn)一步優(yōu)化加工效率，我們?cè)谠O(shè)定第二插補(bǔ)中的具體參數(shù)如下表2 所示。

表2 減振相關(guān)參數(shù)

根據(jù)不同的加工方式，如果想要是精度達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)的化也需要做出一定的設(shè)置工作就比如在高速高精度功能控制的時(shí)候，我們要做出的設(shè)置主要就是設(shè)定重視速度、重視精度的參數(shù)集，通過(guò)在加工時(shí)指定合適的加工條件的精度級(jí)，系統(tǒng)即可自動(dòng)計(jì)算符合條件的參數(shù)值并設(shè)置至相應(yīng)的參數(shù)號(hào)中，只有這樣才能保證在加工不同的機(jī)械零件的時(shí)候精度不會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的問(wèn)題，具體的內(nèi)容和設(shè)置參數(shù)如下表3 所示。

表3

（二）對(duì)于在數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程中的豎紋問(wèn)題

我們首先對(duì)于帶有豎紋的機(jī)械零件做了圓弧測(cè)試，所謂的圓弧測(cè)試就是圓弧誤差的測(cè)試是我們伺服調(diào)試中判斷系統(tǒng)側(cè)加工精度誤差和實(shí)際加工誤差的常用方法之一。該方法在處理模具加工精度問(wèn)題、工件表面條紋問(wèn)題等方面也有著很大的應(yīng)用。利用該誤差圖形的分析，并結(jié)合實(shí)際的球桿儀測(cè)試，可以非常方便地檢測(cè)出機(jī)床的加工精度和加工效果。下面我們將給出圓弧誤差測(cè)試后的結(jié)果，如下圖2所示。

圖2

從我們所做的圓弧誤差測(cè)試中，我們可以看出，在上述的測(cè)試條件之下，測(cè)試由系統(tǒng)生成的圓弧加工程序過(guò)后運(yùn)行出來(lái)的圓弧誤差，圖形誤差是比較大的，因?yàn)樗恼麄€(gè)波形波動(dòng)的起伏是非常大的，即使他的整個(gè)的運(yùn)行過(guò)程中都是非常平穩(wěn)的，但是實(shí)際上，當(dāng)兩個(gè)軸進(jìn)行插補(bǔ)的過(guò)程中，實(shí)際加工下來(lái)的。面光潔度很好，但是也會(huì)表現(xiàn)出有豎紋的現(xiàn)象出現(xiàn)，所以說(shuō)這種方法。不能夠非常好地發(fā)現(xiàn)豎紋出現(xiàn)的基本原因。

我們?nèi)绻胍玫販y(cè)定整個(gè)豎紋出現(xiàn)的基本原因，還是要運(yùn)用上面介紹問(wèn)題時(shí)所用的波形圖，我們將絲桿螺母的松緊讓相關(guān)人員進(jìn)行了相關(guān)的調(diào)整，并且我們?cè)俅蝺?yōu)化參數(shù)后進(jìn)行相關(guān)的波形測(cè)試，其結(jié)果如我們下圖3 所示。由圖中我們可以看出在調(diào)整機(jī)械的負(fù)載過(guò)后，相應(yīng)條件下就會(huì)發(fā)現(xiàn)波形得到了明顯的改善，此時(shí)X 和Y 的斜面插補(bǔ)監(jiān)測(cè)波形非常的均勻，非常的完美，在實(shí)際的加工過(guò)后也會(huì)發(fā)現(xiàn)斜面上的豎形條紋消失了，這就說(shuō)明調(diào)節(jié)絲桿螺母的松緊還是非常重要的。

圖3

五、總結(jié)與分析

數(shù)控機(jī)床專(zhuān)業(yè)加工設(shè)備，與其他機(jī)床加工機(jī)器相比，具有極高的加工精度和操作便捷性等優(yōu)勢(shì)。然而在其運(yùn)行中，也會(huì)出現(xiàn)很多問(wèn)題，例如進(jìn)給機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)故障等，相關(guān)的操作管理人員一定要妥善找出其中存在的問(wèn)題，并且進(jìn)行故障診斷，進(jìn)行針對(duì)性地解決，從而保證數(shù)控機(jī)床的穩(wěn)定安全運(yùn)行。