數控機床加工精度故障的診斷與維修

中國船舶重工第七二四研究所 (江蘇南京 210003) 陳 穎

數控機床是集機床、計算機、電動機及拖動控制、檢測等技術為一體的自動化設備，基本組成包括控制介質、數控系統、伺服系統、反饋裝置及床身等。數控裝置的計算機插補運算、伺服驅動系統的閉環控制及簡化的高精度機械傳動裝置是數控機床實施高精度加工的保障。

數控機床在使用一定時間之后，經常會遇到加工過程中出現加工精度下降、尺寸不穩定的故障。影響數控機床加工尺寸不穩定的因素很多，包括機械方面、電氣方面、系統參數及數控機床的輔助控制部分等。這類故障的診斷分析及維修有一定的難度。筆者結合日常維修經驗，從進給機械傳動、系統參數設定、電氣控制及機床輔助控制裝置等幾個方面簡單對此類故障診斷與維修進行闡述。

1.進給機械傳動

從數控機床進給系統機械組成方面來看，影響加工精度的原因包括:

(1)伺服電動機軸與絲杠之間的聯接松動，致使絲杠與電動機不同步，出現尺寸誤差檢測時只需在伺服電動機與絲杠的聯軸節上做好標記，用較快倍率來回移動工作臺 (或刀架)，由于工作臺 (或轉塔)的慣性作用，將使聯軸節的兩端出現明顯相對移動。此類故障通常表現為加工尺寸只向一個方向變動，只需將聯軸節螺釘均勻緊固即可排除。

(2)滾珠絲杠螺母副的間隙大或絲杠螺母副磨損。通過調整進給絲杠螺母副的間隙或整套更換絲杠螺母副就可排除故障。

(3)滾珠絲杠固定軸承磨損或調整不當，造成運動阻力過大。該故障現象通常表現為尺寸在幾十微米范圍內無規則變動，只需將磨損軸承更換并認真調整，故障即可排除。

(4)滾珠絲杠與螺母之間、滑塊與導軌潤滑不良。由于潤滑不良使工作臺 (或刀架)運動阻力增加，無法完全準確執行移動指令，此類故障通常表現為零件尺寸在幾十微米范圍內無規則變動只需將潤滑改善即可排除故障。

(5)機床進給傳動系統大修后 (如更換滾珠絲杠螺母副)引起的誤差主要是絲杠的安裝不到位引起的，要重新調整絲杠的等髙和等母線，即調整絲杠端部的固定軸承裝置的墊片。

2.系統參數設定不當或伺服參數未優化

影響加工精度的系統參數主要包括進給的反向間隙補償參數、進給絲杠的螺距誤差補償參數及電動機控制的功能參數。

(1)反向間隙參數補償不當引起。重新進行機床反向間隙的測量，修改系統參數。

(2)螺距誤差補償參數設定不當或未設定。用數控激光干涉儀進行機床螺距誤差的補償與調整。

(3)電動機相關控制參數設定不當。伺服電動機控制參數主要是伺服位置環的增益參數、速度環的機械負載慣性比參數及電動機規格及功能參數等。

維修處理方法:首先按電動機的具體規格進行伺服參數的設定并初始化，然后進行伺服的優化處理。現在的數控機床都是采用計算機輔助軟件進行優化，如 FANUC公司的伺服調整軟件 SERVO GUIDE，使機床達到最佳狀態。

3.電氣控制

(1)伺服電動機編碼器不良，具體可有以下3個原因:①編碼器的電源電壓 (標準為+5 V)過低或過髙都會造成輸出信號的失真，影響反饋質量，造成加工不穩定。如果低于4.75 V時，檢査編碼器的電源+5 V的電源線是否有斷線 (正常是兩根)，編碼器插頭針是否有開焊的，否則為系統提供的電源控制電路板有故障。②由于電動機內裝編碼器未能進行良好密封，使油污或灰塵進入光柵副而造成信號失真或丟失，應拆開編碼器對旋轉光柵和指示光柵的玻璃板進行清洗。③編碼器內部電路板不良。修理或更換編碼器。

(2)伺服電動機不良。伺服電動機轉子的軸承不良，需要更換電動機軸承或電動機。

(3)光柵尺位置檢測裝置不良。主要原因是光柵尺內部有油污和灰塵，需清洗或更換光柵尺。

(4)伺服放大器不良。可以用相同規格的放大器更換來判別故障，如果是放大器不良，更換放大器或送廠家維修。

(5)系統軸板不良。更換相同軸板。在更換軸板前注意做好軸板版本號及數據的備份。在更換之前，應檢查更換板的狀態應與原板狀態完全一致。這包括檢查板上的選擇開關，短路棒的設定位置以及電位器的位置。

(6)系統受到干擾引起系統工作不穩定。主要因素有系統及控制裝置接地不良或不合理、信號線布線不合理等。

4.數控機床輔助控制裝置不良

數控機床輔助控制裝置不良引起的加工精度不穩定的因素包括:主軸組件 (主要是軸承的精度下降)車床自動換刀裝置的重復定位精度下降、機床導軌和滾珠絲杠螺母副潤滑不足等。

(1)主軸組件不良引起的加工精度下降。首先檢査主軸的的軸向和徑向的偏差，然后調整主軸軸承或更換損壞部件。

(2)車床自動換刀裝置重復定位精度下降。拆開自動換刀裝置進行清洗或修理磨損部件。

(3)機床潤滑不足引起的加工精度下降。檢査潤滑管道是否堵塞、打油時間過短、潤滑系統控制故障等。

綜上所述，引起數控機床加工尺寸不穩定的原因是多方面的，實際中先對機床進給傳動系統進行定位精度和重復定位精度的檢測，如果測量值超差，則拆下進給伺服電動機 (設定為旋轉軸)，對伺服電動機定位精度和重復定位精度檢測，判別是否是電氣方面和系統參數因素引起的精度下降。電氣和系統參數方面正常后，檢修進給傳動機械方面故障。如果進給系統精度正常，則檢査機床輔助裝置控制方面因素。