數(shù)控機床加工精度異常診斷的處理與預(yù)防研討

陳 靜

（鹽城機電高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，鹽城 224000）

數(shù)控機床加工精度異常的診斷處理與預(yù)防在零件生產(chǎn)過程中不可忽視。通過加工精度異常的處理與預(yù)防，可確保加工出來的零件尺寸、形狀和位置的精準度，提升產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性和一致性；及時發(fā)現(xiàn)和修復(fù)加工精度異常，減少廢品的產(chǎn)生，降低生產(chǎn)成本，提高資源利用率；減少產(chǎn)品返工次數(shù)，提高生產(chǎn)效率，改善設(shè)備運行狀態(tài)，降低設(shè)備損耗，營造良好的生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境，從而促進企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此，具體論述數(shù)控機床加工精度的異常原因、診斷與處理方法，落實預(yù)防措施的意義重大。

1 機械傳動部件發(fā)生故障導(dǎo)致精度異常

1.1 故障現(xiàn)象

搭配FAGOR8055 數(shù)控系統(tǒng)的THM6350 臥式加工中心在銑削殼體作業(yè)時存在精度誤差，表現(xiàn)為Z軸進給異常，導(dǎo)致產(chǎn)生至少1 mm 的過切誤差。

1.2 異常原因

通過了解生產(chǎn)作業(yè)情況發(fā)現(xiàn)，這一問題為突發(fā)性。在正常工作模式下，該機床的給進值均在正常偏差范圍內(nèi)。調(diào)整至參考點位置后，未出現(xiàn)異常報警情況，說明故障原因不在電氣控制系統(tǒng)方面。因此，從3 個方面逐一診斷。

第一，加工程序段檢查。對發(fā)生異常的加工程序段進行檢查，主要觀察刀具長度的補償情況以及G54～G59 加工坐標系的計算。如果刀具長度補償有誤或者加工坐標系計算錯誤，可能會導(dǎo)致加工過程中出現(xiàn)異常。第二，視覺、聽覺等方面診斷。在點動模式下，通過反復(fù)運動Z軸，觀察運動狀態(tài)特征。特別是在快速點動時，如果存在異常的運動噪聲，則機械部件可能存在故障隱患。第三，機床Z軸精度檢查。使用手搖脈沖發(fā)生器對機床Z軸精度進行檢查。通過觀察手脈的變化，可以觀察機床Z軸的實際運動情況，并總結(jié)不同階段的運動特征。例如，在Z軸正向運動時，每變化一步手脈，機床Z軸實際移動的距離為0.1 mm，說明電機運動和定位精度良好，機床實際運動距離與手脈給定值相等。整個運動過程可以分為4 個階段。第一階段，機床運動距離大于0.1 mm。在此階段，機床Z軸的運動距離超過手脈給定的0.1 mm，此時的斜率為1[1]。第二階段，電機進給量大于機床運動距離。在此階段，機床Z軸的運動距離小于手脈給定的0.1 mm。第三階段，機床機構(gòu)實際未移動，表現(xiàn)為反向間隙。第四階段，機床恢復(fù)到正常運行。無論如何對反向間隙進行補償，除了第三階段能夠進行補償外，其他各階段的變化仍然存在，特別是第一階段的變化嚴重影響機床的加工精度。在補償過程中發(fā)現(xiàn)，間隙補償越大，機床Z軸的移動距離也越大。

1.3 處理方法

電機運轉(zhuǎn)異常、機械系統(tǒng)出現(xiàn)故障、絲杠存在間隙等均可導(dǎo)致加工系統(tǒng)出現(xiàn)異常。為進一步明確故障，檢查電機部分，確認電機運行正常，可以排除電機本身存在異常的可能性。診斷機械部分，軸承是機械部件中承受和傳遞力量的重要組成部分。由于使用時間長或外部沖擊，軸承可能會受損。檢查中發(fā)現(xiàn)軸承存在空缺感和滾珠脫落問題，表明其已經(jīng)發(fā)生了一定程度的磨損和失效[2]。因此，更換受損的軸承并重新安裝，試運行后恢復(fù)加工精度。

2 機床出現(xiàn)熱變形導(dǎo)致精度異常

2.1 故障現(xiàn)象

MH800C 型數(shù)控機床設(shè)備，在生產(chǎn)加工時，零部件尺寸的不穩(wěn)定性存在階段性特點，除此之外，無其他故障影響到正常施工工序。

2.2 異常原因

第一，對機械部分進行檢查，發(fā)現(xiàn)存在反向間隙，但經(jīng)過補償后并沒有解決問題，說明這個故障與反向間隙關(guān)系不大。同時，傳動部位的連接被確認為良好，排除了機械部分磨損和連接件松動的可能性。第二，對驅(qū)動系統(tǒng)進行檢查，各控制部分均具有良好的接地處理，且屏蔽裝置無異常情況，說明這一故障原因并非電氣控制系統(tǒng)的問題。第三，通過排除前兩個故障原因并結(jié)合既往經(jīng)驗，分析可能加工時存在不同程度機床變形?，F(xiàn)場檢查機床地腳的穩(wěn)固性，發(fā)現(xiàn)無晃動和接地不良問題。然而，機床變形是一種較隱蔽的問題，需要更專業(yè)的檢測手段才能準確判斷和解決。因此，將百分表置于工作臺試運行過程中，發(fā)現(xiàn)百分表測量的坐標位置雖然顯示為不變，但是實際位置卻發(fā)生了較大的變化[3]。在觀察中發(fā)現(xiàn)，主軸溫度升高后，變化值增加明顯，而冷卻后又逐漸恢復(fù)。這種現(xiàn)象可能是溫度變化導(dǎo)致機床部件的熱脹冷縮。隨著主軸溫度的升高，機床部件會因為熱脹而發(fā)生微小的變形或伸縮，從而導(dǎo)致坐標點發(fā)生漂移。當主軸冷卻時，機床部件回到原始狀態(tài)，坐標點的漂移也會相應(yīng)恢復(fù)。

2.3 處理方法

在機床執(zhí)行加工程序之前，根據(jù)預(yù)先建立的溫度-坐標漂移關(guān)系模型，計算出相應(yīng)的補償值，并將補償值輸入機床的控制系統(tǒng)，機床在執(zhí)行加工程序時會自動根據(jù)坐標值隨溫度變化的規(guī)律進行補償，實現(xiàn)對坐標點的準確控制。再次運行加工程序，加工精度良好。

3 機房地基水平度不符合要求導(dǎo)致精度異常

3.1 故障現(xiàn)象

在移動DMU70VL 型立式加工中心到另一個廠房后，出現(xiàn)X軸方向超差問題。

3.2 異常原因

第一，X軸的傳動連接部件松動。長時間的使用可能會導(dǎo)致傳動連接部件的磨損或變形，導(dǎo)致松動。再次檢查所有鎖緊螺栓，并確保被適當緊固，但是故障仍然存在，說明這一故障并非主要原因。第二，存在熱變形情況。檢查時發(fā)現(xiàn)，溫度變化具有良好的均勻性，主軸溫度始終在38 ℃左右。同時，因為熱變形所導(dǎo)致的形變不會僅發(fā)生在單一坐標上，所以排除這一原因[4]。第三，機床X軸本身存在形變。該設(shè)備的X軸長將近3 m，在生產(chǎn)作業(yè)時對水平度要求較高。通過緊固機床的地腳螺栓后，問題有所緩解，但后續(xù)問題仍然出現(xiàn)且傾斜方向為相同方向。利用千分表檢測設(shè)備X軸絲杠后發(fā)現(xiàn)，彎曲問題明顯存在，通過多次檢查，推測原因在于地基基礎(chǔ)不平，挪開機床后發(fā)現(xiàn)地面存在坑洼缺陷，說明是地基不平導(dǎo)致精度異常。

3.3 處理方法

對地基進行修復(fù)，填充和加固塌陷的地面，確保地基的穩(wěn)定性和平整度。在地基修復(fù)完成后，將機床移回原來的廠房，并重新調(diào)整。通過緊固所有地腳螺釘，并使用水平儀進行水平調(diào)整，確保機床處于穩(wěn)定的水平狀態(tài)。機床重新安裝調(diào)整后，對機床各部分進行細致的質(zhì)量檢驗，尤其是X軸絲杠，確保其沒有彎曲或其他質(zhì)量問題。定期進行檢測和維護[5]，制訂相應(yīng)的維護計劃，包括檢查地基的穩(wěn)定性、緊固螺栓的情況、機床水平狀態(tài)等，并根據(jù)需要進行必要的調(diào)整，確保數(shù)控機床加工精度良好。

4 機床電氣參數(shù)發(fā)生更改導(dǎo)致精度異常

4.1 故障現(xiàn)象

搭配FANUCO-M 數(shù)控系統(tǒng)的V600C 數(shù)控立式加工中心，零部件加工作業(yè)時存在X軸精度誤差。通過檢查發(fā)現(xiàn)，X軸有間隙存在，設(shè)備啟動后穩(wěn)定性差，電機異常抖動，在啟停時抖動有所衰減，調(diào)整為JOG模式后抖動再次明顯。

4.2 異常原因

診斷精度異常原因主要包括2 點：第一，機械反向間隙較大；第二，X軸電機自身工作異常。

4.3 處理方法

針對機械反向間隙較大的問題，確定具體出現(xiàn)故障的機械零件，如傳動軸、滑塊等，并檢查其連接螺栓是否緊固良好。檢查機械傳動裝置是否存在松動、磨損等情況，及時進行維修和更換。經(jīng)補償處理后發(fā)現(xiàn)故障仍然存在，說明精度異常的形成與反向間隙關(guān)聯(lián)不大。針對X軸電機自身工作異常問題，檢查X軸電機的電源供應(yīng)情況，確保電源穩(wěn)定并符合要求。在調(diào)試電機時，利用FANUC 系統(tǒng)，分別調(diào)整伺服增益參數(shù)和脈沖功能參數(shù)。根據(jù)機床的具體型號和使用手冊，參考相應(yīng)的調(diào)試流程和參數(shù)設(shè)置建議調(diào)整X軸電機的控制參數(shù)。調(diào)整后對設(shè)備進行試運行，抖動消除且加工精度恢復(fù)正常。

5 保養(yǎng)不當導(dǎo)致精度偏差導(dǎo)致精度異常

5.1 故障現(xiàn)象

J1CK6146 型數(shù)控車床，在生產(chǎn)加工時存在X軸、Z軸尺寸無規(guī)律，偶爾存在精度超差現(xiàn)象。對運行情況予以調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該機床在正常加工作業(yè)時存在0.005～0.025 mm 的尺寸波動，并且很少會出現(xiàn)超差問題。然而，在對該機床進行跟蹤檢查時，發(fā)現(xiàn)其他產(chǎn)品的波動范圍較正常時大，分析可能為機床本身的問題、刀具磨損、外界干擾等因素影響。

5.2 異常原因

第一，連接X軸和伺服電機的軸承潤滑不良，導(dǎo)致軸承在運轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)滾珠變形和嚴重磨損，進而影響刀架的定位精度。第二，在滾珠絲杠副中，絲杠螺紋帶有螺紋槽，滾珠通過滾動在螺紋槽中傳遞力。第三，X軸托板導(dǎo)軌面或斜鐵存在不均勻磨損現(xiàn)象，導(dǎo)致工作臺在運動過程中產(chǎn)生較大的摩擦阻力差異，進而影響刀架的移動平穩(wěn)性和定位精度。調(diào)整后未完全解決問題，因為調(diào)整只是在局部進行補償，并無法改善整個導(dǎo)軌系統(tǒng)的運動特性和精度。第四，刀架定位銷或孔的嚴重磨損導(dǎo)致回轉(zhuǎn)刀架無法在每次定位時停留在正確的位置，影響加工精度。第五，機床導(dǎo)軌缺少潤滑脂或者在加工時靜導(dǎo)軌副中有雜物進入，導(dǎo)致摩擦阻力過大且不均勻，進而影響機床的運動特性，造成加工精度下降。

5.3 處理方法

第一，定期檢查潤滑油的情況，及時添加和更換潤滑油。在使用冷卻液時，盡量將其與軸承分開，避免直接接觸，以減少對潤滑油膜的破壞。發(fā)現(xiàn)軸承問題及時更換，以保證刀架的定位精度。通過更換軸承一切正常，刀架橫向竄動量得到減小，定位精度提高。第二，由于長時間使用或者使用條件不當，滾珠絲杠副中的螺紋槽和滾珠可能出現(xiàn)磨損或變形，導(dǎo)致定位精度下降?？筛鼡Q新的螺紋槽和滾珠，恢復(fù)正常的裝配間隙，從而改善滾珠絲杠副的運行狀態(tài)，提升刀架的定位精度。第三，對導(dǎo)軌進行檢查，確定磨損的程度和位置。對磨損較嚴重的部分進行修復(fù)或更換。采取適當?shù)姆椒ㄟM行磨削或修復(fù)，確保導(dǎo)軌的表面平整度和精度。在修復(fù)完成后，對導(dǎo)軌進行重新校準，以確保導(dǎo)軌的幾何形狀和運動特性符合要求。第四，仔細檢查刀架定位銷和孔的磨損情況，判斷是否需要更換磨損的部件。若刀架定位銷或孔嚴重磨損，更換新的部件。新的刀架定位銷應(yīng)與原件尺寸相匹配，以確保定位的準確性和穩(wěn)定性。更換磨損件后，調(diào)整夾緊刀架的力度、調(diào)整定位銷的尺寸和形狀等，確保刀架能夠準確地停留在預(yù)定的位置。第五，仔細檢查機床導(dǎo)軌的潤滑系統(tǒng)，確保潤滑油或潤滑脂的供給充足，潤滑系統(tǒng)正常工作，及時清洗、更換潤滑油（脂）和維修相應(yīng)部件。同時，清理導(dǎo)軌表面的鐵屑，以確保導(dǎo)軌的運動狀態(tài)良好。若刮削板失效導(dǎo)致鐵屑進入靜導(dǎo)軌副之間，及時更換刮削板，恢復(fù)機床的正常運行。

6 結(jié)語

加工精度是數(shù)控機床加工作業(yè)的重要指標，加工精度不足將嚴重影響生產(chǎn)質(zhì)量、生產(chǎn)效率，增加生產(chǎn)成本。分析機械傳動部件故障、機床熱變形、機房地基水平不足、機床電氣參數(shù)改變以及保養(yǎng)不當?shù)葘?dǎo)致加工精度異常的原因，并提出相應(yīng)診斷方法和處理措施，以保證數(shù)控機床高精度穩(wěn)定運行，為制造業(yè)的發(fā)展做出更大的貢獻。