數控機床加工精度故障診斷與維修探討

何峰

摘要：數控機床作為自動化設備，集合了計算機技術、電動機、機床檢測技術，結構復雜、功能多樣，極易引發各種故障。長時間使用后經常出現精度下降、尺寸不穩定的情況，導致數控機床加工效率受到影響，嚴重的還會引發巨大的經濟損失，對數控機床加工精度故障進行全面診斷，明確主要故障類型，提出故障檢測方法，有效提高數控機床加工精度異常故障診斷的效果，保證數控機床的運行水平全面提升。

關鍵詞：數控機床;加工精度故障;診斷方法;維修策略

0 ?引言

數控機床作為機電一體化設備，加工精度更高、質量更可靠，可以顯著提高加工效率。由于數控機床集強弱電于一體，一旦系統出現運行故障，必然會使整個機床停機，嚴重影響生產效率。數控機床加工精度故障產生的原因多種多樣，有機械故障、數控系統故障、傳感元器件故障、線路連接故障等，加工精度異常故障診斷時，詳細耐心細致的處理，數控機床加工精度滿足要求，提高模具加工效率。

1 ?數控機床加工精度的主要故障

1.1 進給機械傳動

根據數控機床的進給系統構成來看，如果出現加工精度異常，可能是由以下原因導致：伺服電動機軸與絲杠之間連接松動，造成絲杠與電動機無法同步，出現顯著的尺寸偏差。工作臺受到慣性作用的影響，導聯軸節兩端出現相對移動變化的情況。滾珠絲杠螺母如果間隙發生變化，或者經過長時間使用后，絲杠螺母，受到嚴重磨損，造成滾珠出現異常情況。當滾珠絲杠固定軸出現嚴重磨損的情況時，很容易產生巨大的運動阻力，出現幾十微米尺寸范圍內的無規則變化情況。只需更換磨損軸承，認真調節絲杠即可排除故障。滾珠絲杠與螺母之間或滑塊與導軌之間，經過長時間的磨損而引發運動阻力增加情況，對各種執行移動指令無法準確判斷這種故障類型，零件尺寸幾十微米范圍內發生無規則變化。

1.2 系統參數設定不當或伺服參數未優化

如果影響加工精度參數，可能是因為進給系統反向間隙補償參數，螺距誤差補償參數出現問題，只需要重新進行機床反向間隙測量快速彌補系統參數的誤差即可。當螺距誤差補償參數設定不正確時，可以利用數控激光干涉儀，對誤差進行補償。如果電動機相關控制參數沒有設定或設定不當，可能造成伺服電動機控制參數發生異常情況，應該按電動機的實際規格進行初始化設置，將伺服的優化處理。數控機床大多采用計算機輔助技術，就能夠實現自動優化，定期利用軟件進行精度調節能夠保證機床效果達到最佳。

1.3 電氣控制

當伺服電動機編碼器接觸不良時，可能是因為編碼器的電源電壓出現偏差，超過或低于額定電壓，最終導致反饋質量下降，引發加工狀態不穩。如果低于4.75V時，可以檢查編碼器的電源線是否出現斷線的情況或者是編碼器的插頭針是否開焊。還可能是因為電動機內部編碼器沒有封裝良好，導致外界的污染物進入到光柵內部，引發信號丟失。拆開編碼器，旋轉光柵就能夠快速對光柵玻璃進行清洗，解決問題。

如果上述操作依然無法恢復，則應該及時更換編碼器。當伺服電動機轉子出現軸承故障時，應該立即更換電動機的軸承或者電動機同時要。送廠維修，如果出現系統主板反應不良時，應該更換主板。需要檢查更換板的狀態、版本號與原版狀態一致，做好數據備份，避免出現信息丟失的情況[1]。

1.4 數控機床輔助控制裝置精度故障

對于數控機床輔助控制裝置不良很容易造成主軸組件的重復定位精度下降，或者機床導軌出現潤滑不足等情況。當主軸組件不良，可以先檢查主軸的軸向和徑向是否存在偏差，如果發生偏差則應該及時調整，當車床自動換刀裝置重復定位精度下降時，必須拆開自動換刀裝置，對磨損部件進行修復，如果因為機床潤滑不足導致加工精度下降，則可以對潤滑管道系統進行檢查。

2 ?數控機床故障診斷的原則

數控機床故障診斷時，要遵循先外部后內部、先機械后電氣、先靜后動、先簡單后復雜的原則。先外后內主要就是指維修人員從設備外觀進行逐一排查，避免隨意啟封或者對數控機床進行拆卸，否則很容易導致故障擴大，造成機床精度喪失，影響機床的整體性能。機床故障主要是受到機械故障影響，數控系統故障診斷難度比較大。故障檢修之前一定要排除機械故障，這樣既可以有效縮短故障檢查時間，又可以提高故障檢修水平。先靜后動就是將機床斷電，通過對機床進行全面的觀察測試，明確故障的屬性才能夠給機床通電。運行狀態下對機床的動態運轉情況進行觀察與測試，尋找到故障點，對破壞性故障要及時排除危險，才能夠通電。

3 ?故障診斷主要方法

3.1 觀察故障排除法

由于電氣技術快速發展，電氣設備的性能參數通過對設備外觀進行全面判斷與觀察，結合檢修人員的工作經驗及時發現電氣設備正常運行中出現的問題。數控機床主要采用的是儀表及故障指示器進行故障監控，工作人員只需要特定時間段對儀器設備的數值進行查看，了解設備運轉的正常狀態，通過對設備線路和外觀整體進行觀察，這樣就能夠及時排除故障。認真觀察外觀是否出現螺絲松動脫落等情況，對控制燈狀態進行判斷，檢查數控機床的絕緣阻值、端子頭、固定螺絲和導線是否正常連接，有無松動風險。如果出現短路故障，判斷熔斷器是否出現燒斷的情況，分辨故障設備的具體位置。

3.2 傾聽故障排除法

傾聽故障排除就是要認真聽操作人員敘述，故障發生之前有什么樣的異常操作，或者出現什么故障現象，對故障發生的部位和影響范圍進行斷定。或操作人員用耳朵傾聽設備運轉的聲音進行判斷。數控機床實際運轉中正常的聲音與故障聲音會有顯著差異，聽機器運轉時故障聲音可以辨別故障類型。

例如，數控機床發生故障時會發出嗡嗡的聲音，檢修工作人員可以根據自己的工作經驗和專業素養對故障點進行準確查找。

3.3 氣味故障排除法

靠近故障設備時，可以通過設備散發出的氣味是否正常而判斷數控機床的運行狀態。由于數控機床采取不同絕緣材料，正常運轉時只要不超過額定溫度，設備的正常溫度都不足以產生強烈的氣味。只有當電氣設備出現過載或短路的情況下，導致溫度急劇上升，才會引發各種濃烈刺鼻的氣味也各不相同。

3.4 電器方面故障診斷方法

在數控機床電氣故障診斷時，必須充分利用數控系統的自診斷功能，結合顯示器上顯示的報警信號，從而快速判斷故障部位。利用數控機床PLC功能，快速找到問題的關鍵PLC作為機床生產廠家，機床功能的主要特點，在編制時必須保證動作順序和報警文本相一致，在內部順序控制前提下，對相關的指令進行妥善處理，任何一個執行元件不動作都可能導致機床出現故障，也會對系統執行造成干擾。將可能出現故障的目標用備用件進行替換，或者在機床上相同板進行互換，快速啟動機床觀察故障現象是否消失，如果故障出現轉移則證明該部件出現了明顯的故障，在采用部件交換法之前，一定要保證數控系統的電壓穩定，負載不會出現短路。根據數控系統伺服、驅動器和電機的連接框圖，確定故障點，并用零件交換的方法確定x軸電機的線纜互換，如果x軸伺服能正常工作，則可折服，電機無動作。X軸電機正常電纜恢復到原來位置后，如果x軸不動，z軸正常，則可以判斷x軸驅動器出現了故障。機床受外界電、磁場的影響也會造成參數變化，出現這樣的現象，要先檢查參數，若有變化，要先恢復參數，再查找其它原因。長期閑置的機床，由于電池電量不足和電子元器件的性能變化，很容易造成參數丟失或變化，檢查機床的參數情況，很容易找到故障所在。

4 ?數控機床加工精度故障維修方案

4.1 系統參數發生變化或改動的故障處理

當系統參數出現故障時，很可能造成機床改進系統零點偏置或反向間隙。經過修理之后，及時對機床系統參數進行準確調整。如果是因為機械磨損嚴重或者連接松動引起參數測值發生變化，應該對參數進行重置。

4.2 機械故障導致的加工精度異常

加工精度異常作為機械加工最經常出現的問題，需要花費大量的時間和精力進行檢修。檢修人員要總結經驗教訓，快速判斷故障的類別。如果故障突發，各軸之間依然能夠正常運轉，沒有任何電氣控制硬件故障的提示，可以初步判斷機械方面可能存故障[2]。

4.3 機床電氣參數未優化

電氣參數沒有優化，很容易造成電機運轉異常。加工過程中，可以充分考慮是否因為電機啟動不穩，如果發現出現劇烈抖動的情況，可以及時調整系統參數，對間隙的位置進行補償，做好脈沖抑制調控，消除電機抖動的問題，保證機床加工精度恢復。

4.4 機床位置環異常或控制邏輯

加工過程中機床位置環出現邏輯控制不妥，引發加工精度異常。

例如一輛鏜銑床的加工中心為全閉環控制。如果y軸出現精度異常，通過對PLC程序進行修改，當y軸松開后，將y軸進行加緊并將y軸去掉，有效解決機床

故障。

5 ?結束語

數控機床加工具有極高的精度和便捷性優勢，是其它加工設備無法取代的。在長時間運行后很容易出現溫度異常等問題，必須要及時進行處理。通過本文對數控機床加工精度故障診斷與維修進行詳細的討論，介紹了數控機床故障診斷的原則和主要的診斷方法，提出相應的維修策略，保證數控機床運行更加穩定，讓數控機床發揮更大的價值。

參考文獻：

[1]葉成.數控機床加工精度故障及維修處理研究[J].科學技術創新，2020（11）：182-183.

[2]陶霖.數控機床加工精度故障及維修處理研究[J].中國金屬通報，2020（01）：74-75.

[3]王國珍.數控機床加工精度故障的診斷與維修研究[J].內燃機與配件，2019（01）.

[4]劉霞，周麗麗.提高數控機床加工精度的方法略談[J].時代農機，2018（03）.

[5]李建.影響數控機床加工精度因素及改進關鍵問題探討[J].中國設備工程，2018（20）.