淺談數(shù)控機(jī)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(duì)精度異常故障的處理過程，重點(diǎn)論述數(shù)控機(jī)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(jī)床生產(chǎn)加工提供有力的技術(shù)參照，避免隱患問題對(duì)加工生產(chǎn)造成不利影響。最后針對(duì)案例中的故障處理方案進(jìn)行點(diǎn)評(píng)分析。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)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(cè)參數(shù)異常是最常出現(xiàn)的，除此之外還包括臥車機(jī)床在使用中被私自改造，原有控制體系運(yùn)行困難，機(jī)床各個(gè)部位各軸運(yùn)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(shí)也要具體表現(xiàn)。上述原因?yàn)橛布糠郑浖刂瞥绦騿栴}也會(huì)影響到最終的加工精度，如控制程序與實(shí)際需求不相符合，在沒有對(duì)程序優(yōu)化前便開展加工任務(wù)，都會(huì)產(chǎn)生誤差，在結(jié)果精準(zhǔn)度上也會(huì)受到影響。人物因素與系統(tǒng)因素共同促使也會(huì)使數(shù)控機(jī)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(duì)性的進(jìn)行優(yōu)化預(yù)防，是提升數(shù)控機(jī)床加工精度的有效措施。

2 數(shù)控機(jī)床故障診斷方法

2.1 直觀法

問-機(jī)床的故障現(xiàn)象、加工狀況等；看-CRT報(bào)警信息、報(bào)警指示燈、電容器等元件變形煙熏燒焦、保護(hù)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(dòng)、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(shí)電池電壓不足、系統(tǒng)長期不通電或外部干擾都會(huì)使參數(shù)丟失或混亂，應(yīng)根據(jù)故障特征，檢查和校對(duì)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(jī)械部分造成時(shí)，通常采用隔離法。

3 加工精度異常故障診斷和處理實(shí)例

3.1 機(jī)械故障導(dǎo)致加工精度異常

故障現(xiàn)象：一臺(tái)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(jìn)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(jī)床在點(diǎn)動(dòng)、手動(dòng)輸入數(shù)據(jù)方式操作下各個(gè)軸運(yùn)行正常，且回參考點(diǎn)正常，無任何報(bào)警提示，電氣控制部分硬故障的可能性排除。應(yīng)主要對(duì)以下幾個(gè)方面逐一進(jìn)行檢查。

檢查機(jī)床精度異常時(shí)正在運(yùn)行的加工程序段，特別是刀具長度補(bǔ)償，加工坐標(biāo)系（G54-G59）的校對(duì)和計(jì)算。

在點(diǎn)動(dòng)方式下，反復(fù)運(yùn)動(dòng)Z軸，經(jīng)過視、觸、聽，對(duì)其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行診斷，發(fā)現(xiàn)Z向運(yùn)動(dòng)噪音異常，特別是快速點(diǎn)動(dòng)時(shí)，噪音更加明顯。由此判斷，機(jī)械方面可能存在隱患。

檢查機(jī)床Z軸精度。用手搖脈沖發(fā)生器移動(dòng)Z軸，（將其倍率定為1×100的擋位，即每變化一步，電機(jī)進(jìn)給0.1mm），配合百分表觀察Z軸的運(yùn)動(dòng)情況。在單向運(yùn)動(dòng)保持正常后作為起始點(diǎn)的正向運(yùn)動(dòng)，脈沖器每變化一步，機(jī)床Z軸運(yùn)動(dòng)的實(shí)際距離d=d1=d2=d3=…=0.1mm，說明電機(jī)運(yùn)行良好，定位精度也良好。而在返回機(jī)床實(shí)際運(yùn)動(dòng)位移的變化上，可以分為4個(gè)階段：（1）機(jī)床運(yùn)動(dòng)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(jī)床機(jī)構(gòu)實(shí)際沒移動(dòng)，表現(xiàn)出最標(biāo)準(zhǔn)的反向間隙；（4）機(jī)床運(yùn)動(dòng)距離與脈沖器經(jīng)定數(shù)值相等（斜率等于1），恢復(fù)到機(jī)床的正常運(yùn)動(dòng)。無論怎樣對(duì)反向間隙進(jìn)行補(bǔ)償，其表現(xiàn)出的特征是：除了（3）階段補(bǔ)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(jī)床的加工精度。補(bǔ)償中發(fā)現(xiàn)，間隙補(bǔ)償越大，（1）階段移動(dòng)的距離也越大。

分析上述檢查內(nèi)容，認(rèn)為存在幾點(diǎn)可能原因：一是電機(jī)有異常，二是機(jī)械方面有故障，三是絲杠存在間隙。為了進(jìn)一步診斷故障，將電機(jī)和絲杠完全脫開，分別對(duì)電機(jī)和機(jī)械部分進(jìn)行檢查。檢查結(jié)果是電機(jī)運(yùn)行正常；在對(duì)機(jī)械部分診斷中發(fā)現(xiàn)，用手盤動(dòng)絲杠時(shí)，返回運(yùn)動(dòng)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(dòng)。

故障處理：經(jīng)過拆卸檢查發(fā)現(xiàn)該軸承確實(shí)受損，且有滾珠脫落。更換后機(jī)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(tái)某機(jī)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(jī)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(jī)床已經(jīng)按照要求設(shè)置了G54工件坐標(biāo)系。在手動(dòng)輸入數(shù)據(jù)方式操作下，以G54坐標(biāo)系運(yùn)行一段程序即“GOOG90G54X60.OY70.OF150；M30；”，待機(jī)床運(yùn)行結(jié)束后顯示器上顯示的機(jī)械坐標(biāo)值為（X軸）“-1025.243”，記錄下該數(shù)值。然后在手動(dòng)方式下，將機(jī)床點(diǎn)動(dòng)到其他任意位置，再次在手動(dòng)輸入數(shù)據(jù)方式操作下運(yùn)行剛才的程序段，待機(jī)床停止后，發(fā)現(xiàn)此時(shí)機(jī)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(diǎn)動(dòng)移動(dòng)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(duì)X軸進(jìn)行仔細(xì)檢查后，發(fā)現(xiàn)機(jī)械位置實(shí)際誤差同數(shù)字顯示出來的誤差基本一致，從而認(rèn)為故障原因?yàn)閄軸重復(fù)定位誤差過大。在對(duì)X軸的反向間隙及定位精度進(jìn)行檢查后，重新補(bǔ)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(jī)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(bào)警信息？進(jìn)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(shí)滑板向下掉，X軸電機(jī)不好用造成了誤差，更換電機(jī)現(xiàn)象消除。

4 結(jié)語

通過對(duì)數(shù)控機(jī)床加工精度異常故障診斷和處理方法進(jìn)行探討，把生產(chǎn)中所遇到的實(shí)際問題及解決方法加以歸納，充實(shí)了教學(xué)內(nèi)容并滲透到生產(chǎn)實(shí)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(shí)際操作能力、運(yùn)用知識(shí)分析和解決問題的能力，達(dá)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(chǎng)需求的實(shí)用型人才。

參考文獻(xiàn)

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

（作者單位：沈陽機(jī)床股份有限公司中捷立加分公司）