數控機床加工精度故障與維修分析

郭龍偉

（杭州蕭山技師學院，浙江 杭州 311201）

數控機床并不是一個獨立的設備，它是包括機床、計算機、電動機，包括相應的控制器檢測等這些技術一體的自動化設備，他可以用于一些機械部件的加工，提高精度的處理，使機械部件得到非常好的加工。整個機床基本組成包括相應的控制系統還有數控系統和服務系統、反饋裝置等。整個數控裝置的計算機運算方法和相應的驅動系統的控制極簡化，還有高精度機械傳動裝置是整個數控機床的高精度加工的后期保障，它可以保證機床的高精度加工方面的精度要求。但是在使用這種數控機床一段時間過后就會遇到相應的精度下降的問題出現，還會出現零件加工出來的尺寸不穩定，或者是沒有達到相應的標準，這都是因為數控機床的高精度加工系統出現了相應的故障，影響這種數控機床加工尺寸不穩定。精度不正確的因素還有很多，主要是在機械方面和電氣方面，還有包括輔助控制系統方面出現了一定的問題，這類故障的診斷和相應的分析都有一定的難度，包括后期的維修也需要找到專門的原因進行專項維修，文中對數控機床加工精度的主要影響因素、相應的故障及后期維修的相應方法進行分析。

一、數控機床加工精度的主要影響因素

（一）工藝方案的影響

通常情況下，數控機床程序需要按照所有控制加工機床零件的設計圖紙加工技術及產品質量標準要求，對機床工藝設計方案進行加工工藝方案設計。若是機床工藝設計方案不合理，則可能會對機械加工件的精度也會造成較大影響。這主要是因為在不同的機床工藝設計方案下，機械加工零件的尺寸會存在一定的誤差，所以機床加工時，必然地就會容易出現加工誤差數量累積的異常情況，由此便可能會對數控加工時累積件的精度也會造成較大影響。

（二）數控程序的影響

如果數控程序本身存在問題，則必然的就會直接導致加工誤差，從而嚴重影響零件加工時的精度。目前來看，通常會直接采用通過計算機自動進行編輯的程序來進行，使用這種數控程序對一些形狀比較簡單的機床零件可以進行自動加工，基本上就能夠完全保證加工精度。但如果一些待用的加工機床零件的形狀結構較為復雜，通過計算機自動進行編輯編制出來的各種數控程序就有可能會同時存在一些缺陷，從而導致無法完全達到加工精度上的要求，由此也就會容易產生加工精度上的偏差，會對機床零件的加工質量性能造成不良影響。

（三）機械性能的影響

機械性能的影響包括機床本體結構設計及材料的影響，零部件來料誤差，裝備工藝及誤差，長期運行溫升后各零部件熱膨脹系數不同的影響。

根據數據分析顯示，機床在運轉的過程中，很難始終保持機床加工精度。雖然很多數控機床的整體生產工藝包括設計方案和所用到的數控加工程序都完全沒有任何加工技術上的問題，但實際使用加工過程生產制造出來的數控機床加工零件卻仍然不能完全能夠達到機床加工有關精度的技術要求，這與數控機床本身的連續加工工作狀態不斷變化程度有關。所以有些數控機床在連續加工使用較長或者一段時間后，需要通過手動進行調整，使其加工功能能夠恢復最佳化的加工工作狀態，以有效地減輕對數控機床加工過程精度的影響。

二、數控機床故障類型特點

在整個數控機床的故障方面，他們也有其主要的特點。在特點上其分為兩大類型，第一種類型就是它的功能性故障，這一類故障的主要特點就是由于他們的硬件損壞，或者說在軟件上不能夠正常的進行工作，對于整個機床進行操作所導致的數控機床的某個功能不能夠正常的進行工作，從而導致的一系列故障出現。這種功能性故障只需要更換相應損壞的硬件或者是軟件就可以使整個數控機床重新開始運作不會影響其他的地方。還有一種類型就是在加工精度上面的超差故障，這種超差故障是非常難操作的，并且在維修方面也是不好維修的，這類故障的主要特點就是數控機床的每個功能都是正常的，并且可以正常生產相應的零件，但是在加工每個零件的精度的時候都會出現精度超差的現象，導致整個零件的報廢，整個故障的原因一方面是在機械方面，另一方面是在電氣方面，主要是兩方面的內部系統出現了問題，它的維修難度非常大，并且不好找到其維修的點，不能夠準確的進行維修。

三、數控機床加工精度的故障分析

（一）系統參數設定不當或伺服參數未優化

如果嚴重影響機床加工精度誤差參數，可能是因為反向進給控制系統沒有反向自動補償控制參數，螺距精度誤差自動補償控制參數功能出現一些問題，需要重新設置參數。因此當螺距精度誤差自動補償控制參數功能出現設定不正確時，可以通過考慮直接利用數控機床上的激光自動補償干涉儀，對其的螺距精度誤差控制參數功能進行補償。同時應該按數控機床電動機的實際機床使用條件對其進行伺服電機初始的優化自動補償設置，將針對數控伺服參數進行自動處理。目前用的數控機床大多數都需要直接采用基于現代數控計算機自動化的輔助補償控制系統技術，這樣可以使其能夠有效地實現電機自動化的控制優化，定期進行測試或者利用軟件設計工具對其進行機床加工螺距精度自動補償，調節后就可以有效地保證其在數控機床上的加工效果并且能夠長期達到最佳。

（二）在數控機床加工過程中的豎紋問題

加工出的零件出現豎型條紋的問題是整個數控機床的加工過程中非常主要的一個問題。當整個數控機床在進行單邊切削的時候，這時候加工出來的零件的表面光潔度會非常的好，表面不會出現豎形條紋的現象，無論是從什么測試上，我們都可以在途中發現測試的結果與整個加工效果都是非常好的。但是當我們的數控機床進行X 軸和Y 軸的兩軸插補的時候，這時候的斜面切削出現的加工斜面上就會出現不規則的屬性條紋，并且這些條紋的深淺都是不一樣的，且有不規則的間距出現，我們通過伺服電機頻率特性測試，TCMD 波形測試，對這些豎紋進行了相關的分析，并且得出了以下的圖形，如圖1 所示。根據我們的波形可以發現整個圖形的變化是異常的，根據圖形中我們可以看出X 軸的波形出現了復雜異常的情況，并且導致了整個波形的運行非常的不連續，并且不均勻紅色的為Y 軸的波形，它的波形起伏非常大，運行也很不穩定。由此我們可以判斷出，X 軸和Y 軸進行插補加工斜面的時候，在斜面上出現了豎紋，就是因為上述的異常復雜干擾所引起的。

圖1

（三）在數控機床加工過程中的超差問題及相關解決方法

因為整個數控機床是一個半閉環或者是全閉環的一個控制系統，他的整個控制系統是由電流環、速度環和、位置環這三種環所組成的，它的位置環控制機床的位置精度，包括相應的加工精度，超差就屬于位置環出現了相應的故障，當整個數控機床的加工精度超差之后就會出現所加工的零件與整體的標準相差過大的情況出現。整個驅動器把來自受控系統的電流脈沖經過相應的運算和放大處理來對電機產生相應的轉矩，從而使整個數控機床產生超差現象。其主要問題還是在電氣控制方面，當出現整個伺服電動機械轉子內部光柵編碼器接觸不良時，可能是因為內部電源電壓出現問題，超過或者出現低于額定值的工作電壓，最終很有可能就會導致自動放電反饋器的工作質量明顯下降，引發內部工件加工過程中的狀態不穩。如果工作電壓經常低于4.75v 時，可以通過它來檢查內部光柵編碼器的內部電源異常，來判斷是否故障。另外還有可能的就是因為整個伺服電動機內部的光柵編碼器和驅動器沒有完全進行封閉或者安裝良好，導致整個光柵外界的一些化學物質污染物直接通過進入光柵傳送到整個新的光柵內部，引發整個光柵內部信號源的直接丟失。只要及時拆開內部光柵編碼器，旋轉整個內部光柵就能夠快速對已經浸在整個光柵內的化學玻璃膜和鍍膜材料進行徹底的清洗，解決化學污染物的問題。

四、對于數控機床精度故障的維修分析

（一）對于系統參數設定不當或伺服參數未優化問題

首先就是對于加速或者減速方面的設置問題，如果想要讓參數達到精度的標準就要對相應的功能進行開啟和設置，具體的標準我們要按照下表1 的具體操作進行設置。

表1 與G00 相關加/減速參數

除了對于一些加速和減速的功能進行設置，我們還要對于第二插補的設置，通過對第二插補后加減速功能的設置，將使整個數控機床平臺的精度更加精準，運行更加平穩，在提高數控機床加工精度的同時，也利于進一步優化加工效率，我們在設定第二插補中的具體參數如下表2 所示。

表2 減振相關參數

根據不同的加工方式，如果想要是精度達到一定的標準的化也需要做出一定的設置工作就比如在高速高精度功能控制的時候，我們要做出的設置主要就是設定重視速度、重視精度的參數集，通過在加工時指定合適的加工條件的精度級，系統即可自動計算符合條件的參數值并設置至相應的參數號中，只有這樣才能保證在加工不同的機械零件的時候精度不會出現相應的問題，具體的內容和設置參數如下表3 所示。

表3

（二）對于在數控機床加工過程中的豎紋問題

我們首先對于帶有豎紋的機械零件做了圓弧測試，所謂的圓弧測試就是圓弧誤差的測試是我們伺服調試中判斷系統側加工精度誤差和實際加工誤差的常用方法之一。該方法在處理模具加工精度問題、工件表面條紋問題等方面也有著很大的應用。利用該誤差圖形的分析，并結合實際的球桿儀測試，可以非常方便地檢測出機床的加工精度和加工效果。下面我們將給出圓弧誤差測試后的結果，如下圖2所示。

圖2

從我們所做的圓弧誤差測試中，我們可以看出，在上述的測試條件之下，測試由系統生成的圓弧加工程序過后運行出來的圓弧誤差，圖形誤差是比較大的，因為它的整個波形波動的起伏是非常大的，即使他的整個的運行過程中都是非常平穩的，但是實際上，當兩個軸進行插補的過程中，實際加工下來的。面光潔度很好，但是也會表現出有豎紋的現象出現，所以說這種方法。不能夠非常好地發現豎紋出現的基本原因。

我們如果想要更好地測定整個豎紋出現的基本原因，還是要運用上面介紹問題時所用的波形圖，我們將絲桿螺母的松緊讓相關人員進行了相關的調整，并且我們再次優化參數后進行相關的波形測試，其結果如我們下圖3 所示。由圖中我們可以看出在調整機械的負載過后，相應條件下就會發現波形得到了明顯的改善，此時X 和Y 的斜面插補監測波形非常的均勻，非常的完美，在實際的加工過后也會發現斜面上的豎形條紋消失了，這就說明調節絲桿螺母的松緊還是非常重要的。

圖3

五、總結與分析

數控機床專業加工設備，與其他機床加工機器相比，具有極高的加工精度和操作便捷性等優勢。然而在其運行中，也會出現很多問題，例如進給機械轉動故障等，相關的操作管理人員一定要妥善找出其中存在的問題，并且進行故障診斷，進行針對性地解決，從而保證數控機床的穩定安全運行。