數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)故障維修分析

石林SHI Lin

（中航工業(yè)西安飛行自動(dòng)控制研究所，西安710065）

0 引言

數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)一般由驅(qū)動(dòng)控制單元、驅(qū)動(dòng)元件、機(jī)械傳動(dòng)部件、執(zhí)行元件和檢測(cè)反饋環(huán)節(jié)等組成。驅(qū)動(dòng)控制單元和驅(qū)動(dòng)元件組成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，機(jī)械傳動(dòng)部件和執(zhí)行元件組成機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，檢測(cè)元件與反饋電路組成檢測(cè)系統(tǒng)。

隨著數(shù)控系統(tǒng)的不斷發(fā)展，系統(tǒng)的自診斷功能不斷增強(qiáng)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測(cè)系統(tǒng)的相關(guān)故障通過(guò)系統(tǒng)報(bào)警、自診斷功能，一般都可以快速找到故障源。機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的相關(guān)故障屬于機(jī)械故障，此類故障由于設(shè)有防護(hù)裝置既不能從外觀上直接看出來(lái)，也不能通過(guò)自診斷檢查出來(lái)，而且故障原因較為復(fù)雜，難以判斷故障源，致使維修難度增大，維修時(shí)間變長(zhǎng)，影響生產(chǎn)加工，該類故障的解決目前大多依靠維修經(jīng)驗(yàn)，所以在發(fā)生該類故障時(shí)，能及時(shí)診斷出故障原因變的非常重要。以下文章主要通過(guò)對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)常見(jiàn)故障進(jìn)行分類梳理，為故障的快速診斷提供參考，同時(shí)通過(guò)一個(gè)維修實(shí)例，借助先進(jìn)的檢測(cè)儀器提高故障的診斷效率，為大家提供一個(gè)新的維修思路。

1 進(jìn)給系統(tǒng)可靠性分析與常見(jiàn)故障

根據(jù)近些年大量的數(shù)控維修統(tǒng)計(jì)，其中2250余例維修中與進(jìn)給系統(tǒng)相關(guān)的故障660起，占整個(gè)機(jī)床故障率的29.3%。機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與檢測(cè)系統(tǒng)等相關(guān)故障發(fā)生次數(shù)與維修時(shí)間所占比例如表1。

表1

從表1中可以看出機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)雖然故障率較低，但故障維修時(shí)間較長(zhǎng)，所以該類故障的維修難度大。常見(jiàn)的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)故障有滾珠絲杠噪音和導(dǎo)軌移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)不良等故障。在實(shí)際維修中經(jīng)常遇到機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)故障現(xiàn)象有：導(dǎo)軌潤(rùn)滑不良，導(dǎo)軌鑲條過(guò)緊，致使溜板爬行；由于長(zhǎng)期使用，軸承、絲杠螺母副與絲杠本身的預(yù)緊力變小，傳動(dòng)鏈出現(xiàn)間隙；傳動(dòng)鏈過(guò)長(zhǎng)，傳動(dòng)軸直徑偏小，支撐和支撐座的剛度不夠引起加工精度下降；軸承、絲杠、皮帶、聯(lián)軸器彈性元件等磨損或損壞產(chǎn)生異響等。機(jī)械故障在維修過(guò)程中除了要快速診斷出故障部位進(jìn)行更換維修外，同時(shí)需要注意傳動(dòng)鏈的裝配工藝，否則有可能不能恢復(fù)原有精度。

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)雖然故障率較高，但該類故障診斷較為容易，常見(jiàn)故障一般為驅(qū)動(dòng)器或者電機(jī)故障，通過(guò)系統(tǒng)的自診斷功能一般都能檢測(cè)出。檢測(cè)系統(tǒng)故障率也相對(duì)較高，多數(shù)為光柵尺、編碼器等檢測(cè)元器件故障，造成運(yùn)動(dòng)監(jiān)控報(bào)警、回零故障，系統(tǒng)震動(dòng)、抖動(dòng)等現(xiàn)象，診斷故障原因也相對(duì)較為容易。

2 故障實(shí)例分析

某型三軸立式加工中心，該機(jī)床采用FANUC 0i數(shù)控系統(tǒng)，半閉環(huán)伺服控制。該機(jī)床在銑圓時(shí)，在X軸方向過(guò)象限出現(xiàn)明顯過(guò)切，加工出一個(gè)臺(tái)階，致使零件加工超差。隨后利用球桿儀進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)試結(jié)果如圖1所示，圓度54.5μm。圖中的紅線代表球桿儀順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的軌跡，綠線代表球桿儀逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的軌跡，造成這種現(xiàn)象的主要原因是由于X軸存在明顯的反向間隙。利用激光干涉儀立即對(duì)X軸進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果表明X軸存在45μm的方向間隙。在1851#參數(shù)中對(duì)X軸進(jìn)行反向間隙補(bǔ)償，補(bǔ)償完后對(duì)X軸再次利用激光干涉儀進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)試結(jié)果圖2所示，定位精度能夠達(dá)到13μm，反向間隙減小到8μm。但是利用球桿儀再次檢測(cè)時(shí)，該機(jī)床的圓度依然沒(méi)有明顯的改善，圓度值42.5μm，檢測(cè)結(jié)果如圖3所示。從圖中可以看出X軸的反向間隙變小，但X軸的反向躍沖變大，大概30μm，導(dǎo)致機(jī)床圓度差。造成這種故障現(xiàn)象的一般原因是由于絲杠傳動(dòng)存在間隙，鎖緊軸承背緊螺母就可以解決，但是此故障并不是這方面原因造成。

圖1 球桿儀測(cè)試結(jié)果

此外，維修中發(fā)現(xiàn)另外一個(gè)故障現(xiàn)象，當(dāng)不做反向間隙補(bǔ)償時(shí)，利用激光干涉儀，以10μm作為進(jìn)給單元，在剛反向時(shí)X軸運(yùn)動(dòng)的實(shí)際值與理論值非常吻合，不存在反向間隙，但運(yùn)動(dòng)2～3個(gè)單元后，X軸運(yùn)動(dòng)的實(shí)際值與理論值開(kāi)始出現(xiàn)誤差，并且誤差值逐步累計(jì)變大，最大達(dá)到45μm，在運(yùn)動(dòng)7～8個(gè)單元后，實(shí)際值與理論值又開(kāi)始一致。在任意取一點(diǎn)，重復(fù)進(jìn)行了幾次實(shí)驗(yàn)，故障現(xiàn)象都一致。這說(shuō)明45μm并不是X軸運(yùn)動(dòng)的反向間隙，而是在運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的誤差。經(jīng)綜合分析，可以初略判斷出，故障的原因來(lái)源于X軸的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)出現(xiàn)問(wèn)題，可能由于絲杠變形或者扭曲造成，也有可能是絲杠區(qū)域磨損造成。因此，松開(kāi)軸承的背緊螺母，發(fā)現(xiàn)有突然的竄動(dòng)，推斷絲杠發(fā)生了扭曲變形，重新預(yù)緊絲杠后，該故障消失，機(jī)床的圓度恢復(fù)到17μm。該機(jī)床X軸的滾珠絲杠的支撐方式采用兩端裝角接觸軸承及深溝球軸承，這種滾珠絲杠的支撐方式，有助提高絲杠傳動(dòng)的剛度，但對(duì)絲杠的熱變形比較敏感，該機(jī)床可能由于長(zhǎng)時(shí)間的使用磨損、床身的變形、絲杠變形等原因，造成絲杠的扭曲，導(dǎo)致出現(xiàn)此類故障。

圖2 激光干涉儀測(cè)試結(jié)果

3 結(jié)論

在實(shí)際的維修中，進(jìn)給系統(tǒng)的故障還有很多，所以在遇到實(shí)際的問(wèn)題時(shí)，要多觀察、多思考、多分析，借助一些先進(jìn)的檢測(cè)儀器，快速找出故障的根源，解決問(wèn)題。另外，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的累計(jì)也非常重要，有時(shí)也能幫助快速找到解決問(wèn)題的切入點(diǎn)。

[1]牛志斌編著.數(shù)控車床故障診斷與維修技巧[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2005.

[2]陳世興.關(guān)于數(shù)控機(jī)床維修若干問(wèn)題的分析[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè),2008(09).

[3]龐研.淺談數(shù)控機(jī)床常見(jiàn)故障的診斷維修與機(jī)床保養(yǎng)[J].中小企業(yè)管理與科技(下旬刊),2011(03).