數(shù)控機床運動質(zhì)量特性故障分析

任楊鋒

（山西平陽重工機械有限公司，山西 侯馬 043002）

數(shù)控機床的故障大多是通過系統(tǒng)自診斷功能，以報警文本的形式指示出故障內(nèi)容及故障產(chǎn)生的可能原因，給維修人員提供了一些分析判斷故障部位和原因的線索。而運動質(zhì)量故障卻不同，大多數(shù)情況故障現(xiàn)象往往從表面上看不出來，機床既不會報警也不會停機，但加工出來的產(chǎn)品卻不合格。診斷這類故障必須結(jié)合不合格零件的特性或運動誤差大小的程度及誤差的特點，從運動傳動的原理及傳動鏈中傳動副的特點來分析原因，繼而有針對性地進(jìn)行檢查并找出故障原因。檢查這類故障時，必須配合使用有關(guān)的檢測儀器，而排除故障時一般是通過對機械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及伺服系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整來排除。

1.位置偏差過大

這一類故障是屬于機械運動質(zhì)量問題，實際就是進(jìn)給伺服系統(tǒng)位置環(huán)中的問題。位置偏差是通過位置環(huán)中位置偏差計數(shù)器輸出的，即由來自光電編碼器反饋的工作臺實際運行距離的脈沖（包括脈沖個數(shù)和頻率） 與來自數(shù)控系統(tǒng)向各傳動軸發(fā)出的指令脈沖（個數(shù)和頻率）比較得出的。這個偏差數(shù)的大小反映數(shù)控系統(tǒng)要求某軸運行的距離還有多少沒有走或走過了多少。為使位置偏差不至于超出機床各軸需要的形狀位置公差，所以數(shù)控機床對這個參數(shù)的大小進(jìn)行了限制。這要靠參數(shù)的設(shè)定來解決，而這個設(shè)定的參數(shù)值與加工零件的位置與形狀的精度有密切關(guān)系。這個參數(shù)值是可以修改的，這種情況往往是在參數(shù)設(shè)置不合理或參數(shù)丟失時才采用這種修改參數(shù)的辦法。出現(xiàn)位置偏差過大而報警的可能原因有以下幾點。

（1）進(jìn)給伺服電機轉(zhuǎn)速不夠。如果伺服系統(tǒng)的給定速度是不變的，而電機轉(zhuǎn)速不夠，那可能是電源電壓不夠，或伺服變壓器給出的電壓不夠。若電動機給定電壓小，這時應(yīng)考慮電源電壓是否缺相，是否電壓值已超出了10%～-15%的運行范圍，三相電源是否對稱等，這可以通過萬用表測量。

如不是上述問題，那應(yīng)考慮電動機是否有問題。如電動機電刷是否接觸良好、電動機換相器表面是否光滑、電動機是否有轉(zhuǎn)動不靈活的地方、軸承是否破碎、潤滑是否良好等。

（2）負(fù)載是否有問題。如切削量過大或機床本身機械摩擦力過大等都會造成電動機丟步。

（3）伺服板和觸發(fā)板故障。伺服板的速度調(diào)節(jié)器的輸出值是否有問題，能不能通過調(diào)節(jié)速度增益來解決。因為速度增益加大就是比例積分調(diào)節(jié)器的比例放大系數(shù)加大，這樣就可以在相同的給定值下使電動機轉(zhuǎn)速加大一些，但同時也要考慮整個調(diào)節(jié)器板是否有問題，可通過換板法來確定調(diào)節(jié)器是否有問題。

（4）光電編碼器的反饋電纜是否正常。這可以通過把編碼器的反饋脈沖送入示波器觀察而定。

（5） 檢查各接線端子、插頭是否松動。

2.零件的加工精度差

加工復(fù)雜曲線零件時發(fā)現(xiàn)加工精度差，這主要是各軸之間的進(jìn)給動態(tài)跟隨誤差沒有調(diào)好。機床使用一段時間后，機床各軸傳動鏈發(fā)生變化（如絲杠間隙、螺距誤差、軸向竄動等），這幾種原因可通過重新調(diào)試及改變間隙補償量等來解決。

如果各軸動態(tài)因誤差太大而報警，可從以下方面檢查：伺服電動機的轉(zhuǎn)速是否過高；相應(yīng)的模擬量輸出鎖存器是否正常；位置反饋電纜插接是否良好；該軸模擬量輸出增益電位器是否良好；脈沖編碼器是否良好；該軸伺服模塊是否正常等。

3.在兩軸聯(lián)動銑削圓周時圓度超差

圓度超差有兩種情況：一是圓的軸向變形，二是出現(xiàn)斜橢圓，即在45°方向上的橢圓。

（1）圓的軸向變形。其原因是機械未調(diào)整好而造成的軸向定位精度不良或是絲杠間隙補償不當(dāng)?shù)龋瑥亩鴮?dǎo)致每當(dāng)過象限時就產(chǎn)生橢圓。

（2）斜橢圓誤差。對這種故障要按下述方法診斷排除：各軸的位置偏差太大，可調(diào)整位置環(huán)增益來排除；旋轉(zhuǎn)變壓器或感應(yīng)同步器用的接口板沒有調(diào)整好；機械傳動副間隙太大或間隙補償不合適。

4.機床運動時超調(diào)引起位置精度和加工精度不良

可能的原因有：加減速時間太短。如果電機電流已飽和，可適當(dāng)延長速度變化時間，即適當(dāng)增加加減速時間常數(shù)；伺服電機與絲杠間的聯(lián)結(jié)松動或剛性太差，可適當(dāng)減小位置環(huán)增益。

5.故障實例分析

機床類型：數(shù)控車床

故障現(xiàn)象：數(shù)控車床在工作過程中，被加工零件的尺寸有規(guī)律地逐漸變化（由小到大或由大到小），每次的變化量基本是一個定值，但如果調(diào)整機床快速進(jìn)給速度后，這個變化量的值也會改變。

故障診斷：這種現(xiàn)象往往產(chǎn)生在伺服電動機與滾珠絲杠間用連軸器直接連接的機床上。由于伺服電動機與滾珠絲杠之間的彈性聯(lián)軸器沒有鎖緊，使絲杠軸頭與電機軸頭之間產(chǎn)生相對滑移扭轉(zhuǎn)，這樣就造成進(jìn)給尺寸或小于或大于程序的規(guī)定值，使零件尺寸逐漸變化。

解決方法：設(shè)法鎖緊聯(lián)軸器。目前大部分機床都采用彈性錐形套聯(lián)接，如果錐形套漲開后摩擦力不足，就會產(chǎn)生滑動扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象。此時數(shù)控系統(tǒng)并不產(chǎn)生報警。因為電動機轉(zhuǎn)動正常，編碼器反饋也正常。一旦機床出現(xiàn)這種情況，僅僅依靠擰緊螺釘?shù)姆椒ㄎ幢赜行Вㄗh將錐形套切開一條縫再裝入，這樣會立即見效。

[1]李誠人.現(xiàn)代機電控制系統(tǒng) [M].西北工業(yè)大學(xué)出版社.

[2]張魁林.數(shù)控機床故障診斷 [M].機械工業(yè)出版社.