淺談數(shù)控機床加工精度異常故障的診斷和處理方法

李士博 王躍武

摘 要：文章針對精度異常故障的處理過程，重點論述數(shù)控機床加工精度異常故障的引發(fā)原因，以及引發(fā)精度異常的原因。并總結(jié)探討了故障類型有效的診斷以及處理方法，為數(shù)控機床生產(chǎn)加工提供有力的技術(shù)參照，避免隱患問題對加工生產(chǎn)造成不利影響。最后針對案例中的故障處理方案進行點評分析。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機床；加工精度；異常故障；故障診斷

1 影響加工精度的因素

影響加工精度的因素中，檢測參數(shù)異常是最常出現(xiàn)的，除此之外還包括臥車機床在使用中被私自改造，原有控制體系運行困難，機床各個部位各軸運轉(zhuǎn)出現(xiàn)誤差等。導(dǎo)致精度異常的原因有很多，因此在選擇故障診斷方法時也要具體表現(xiàn)。上述原因為硬件部分，軟件控制程序問題也會影響到最終的加工精度，如控制程序與實際需求不相符合，在沒有對程序優(yōu)化前便開展加工任務(wù)，都會產(chǎn)生誤差，在結(jié)果精準(zhǔn)度上也會受到影響。人物因素與系統(tǒng)因素共同促使也會使數(shù)控機床出現(xiàn)加工精度異常故障，因此掌握引發(fā)原因后有針對性的進行優(yōu)化預(yù)防，是提升數(shù)控機床加工精度的有效措施。

2 數(shù)控機床故障診斷方法

2.1 直觀法

問-機床的故障現(xiàn)象、加工狀況等；看-CRT報警信息、報警指示燈、電容器等元件變形煙熏燒焦、保護器脫扣等；聽-異常聲響；聞-電氣元件焦糊味及其他異味；摸-發(fā)熱、振動、接觸不良等。

2.2 參數(shù)檢查法

參數(shù)通常是存放在RAM中，有時電池電壓不足、系統(tǒng)長期不通電或外部干擾都會使參數(shù)丟失或混亂，應(yīng)根據(jù)故障特征，檢查和校對有關(guān)參數(shù)。

2.3 隔離法

在一些故障難以區(qū)分是數(shù)控部分，還是伺服系統(tǒng)或機械部分造成時，通常采用隔離法。

3 加工精度異常故障診斷和處理實例

3.1 機械故障導(dǎo)致加工精度異常

故障現(xiàn)象：一臺數(shù)控車床，采用i5系統(tǒng)。在加工一種軸類零件球頭過程中，忽然發(fā)現(xiàn)Z軸進給異常，造成很大的切削誤差量（零件不圓，Z方向過切）。

故障診斷：調(diào)查中了解到，故障是忽然發(fā)生的。機床在點動、手動輸入數(shù)據(jù)方式操作下各個軸運行正常，且回參考點正常，無任何報警提示，電氣控制部分硬故障的可能性排除。應(yīng)主要對以下幾個方面逐一進行檢查。

檢查機床精度異常時正在運行的加工程序段，特別是刀具長度補償，加工坐標(biāo)系（G54-G59）的校對和計算。

在點動方式下，反復(fù)運動Z軸，經(jīng)過視、觸、聽，對其運動狀態(tài)進行診斷，發(fā)現(xiàn)Z向運動噪音異常，特別是快速點動時，噪音更加明顯。由此判斷，機械方面可能存在隱患。

檢查機床Z軸精度。用手搖脈沖發(fā)生器移動Z軸，（將其倍率定為1×100的擋位，即每變化一步，電機進給0.1mm），配合百分表觀察Z軸的運動情況。在單向運動保持正常后作為起始點的正向運動，脈沖器每變化一步，機床Z軸運動的實際距離d=d1=d2=d3=…=0.1mm，說明電機運行良好，定位精度也良好。而在返回機床實際運動位移的變化上，可以分為4個階段：（1）機床運動距離d1>d=0.1mm（斜率大于1）；（2）表現(xiàn)為d1=0.1mm> d2>d3（斜率小于1）；（3）機床機構(gòu)實際沒移動，表現(xiàn)出最標(biāo)準(zhǔn)的反向間隙；（4）機床運動距離與脈沖器經(jīng)定數(shù)值相等（斜率等于1），恢復(fù)到機床的正常運動。無論怎樣對反向間隙進行補償，其表現(xiàn)出的特征是：除了（3）階段補償外，其他各段變化依然存在，特別是（1）階段嚴(yán)重影響到機床的加工精度。補償中發(fā)現(xiàn)，間隙補償越大，（1）階段移動的距離也越大。

分析上述檢查內(nèi)容，認為存在幾點可能原因：一是電機有異常，二是機械方面有故障，三是絲杠存在間隙。為了進一步診斷故障，將電機和絲杠完全脫開，分別對電機和機械部分進行檢查。檢查結(jié)果是電機運行正常；在對機械部分診斷中發(fā)現(xiàn)，用手盤動絲杠時，返回運動初始有很大的空缺感。而正常情況下，應(yīng)該能感覺到軸承有序而平滑的移動。

故障處理：經(jīng)過拆卸檢查發(fā)現(xiàn)該軸承確實受損，且有滾珠脫落。更換后機床恢復(fù)正常。

3.2 控制邏輯不妥導(dǎo)致加工精度異常

故障現(xiàn)象：一臺某機床廠家生產(chǎn)的數(shù)控車床，系統(tǒng)是廣州數(shù)控。加工過程中，發(fā)現(xiàn)該機床X軸精度異常，精度誤差最小為0.008mm，最大為1.2mm。

故障診斷：檢查中，機床已經(jīng)按照要求設(shè)置了G54工件坐標(biāo)系。在手動輸入數(shù)據(jù)方式操作下，以G54坐標(biāo)系運行一段程序即“GOOG90G54X60.OY70.OF150；M30；”，待機床運行結(jié)束后顯示器上顯示的機械坐標(biāo)值為（X軸）“-1025.243”，記錄下該數(shù)值。然后在手動方式下，將機床點動到其他任意位置，再次在手動輸入數(shù)據(jù)方式操作下運行剛才的程序段，待機床停止后，發(fā)現(xiàn)此時機床坐標(biāo)數(shù)值顯示為“-1024.891”，同上一次執(zhí)行后的數(shù)值比較相差了0.352mm。按照同樣的方法，將X軸點動移動到不同的位置，反復(fù)執(zhí)行該程序段，而顯示器上顯示的數(shù)值都有所不同（不穩(wěn)定）。用百分表對X軸進行仔細檢查后，發(fā)現(xiàn)機械位置實際誤差同數(shù)字顯示出來的誤差基本一致，從而認為故障原因為X軸重復(fù)定位誤差過大。在對X軸的反向間隙及定位精度進行檢查后，重新補償其誤差值，結(jié)果起不到任何作用。因此懷疑X軸絲杠、電機及系統(tǒng)參數(shù)等有問題。但為什么產(chǎn)生如此大的誤差，卻又未出現(xiàn)相應(yīng)的報警信息？進一步檢查后發(fā)現(xiàn)，此軸為45度方向的軸，當(dāng)X軸松開時滑板向下掉，X軸電機不好用造成了誤差，更換電機現(xiàn)象消除。

4 結(jié)語

通過對數(shù)控機床加工精度異常故障診斷和處理方法進行探討，把生產(chǎn)中所遇到的實際問題及解決方法加以歸納，充實了教學(xué)內(nèi)容并滲透到生產(chǎn)實踐中，不但讓學(xué)生掌握了解決問題的方法，更重要的是培養(yǎng)了學(xué)生實際操作能力、運用知識分析和解決問題的能力，達到技工學(xué)校教育教學(xué)的目標(biāo)，使學(xué)生成為適應(yīng)市場需求的實用型人才。

參考文獻

[1]姜云寬.基于在線最小二乘支持向量機的數(shù)控機床熱誤差建模與補償[J].閩西職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2016，（4）：117-120.

（作者單位：沈陽機床股份有限公司中捷立加分公司）