淺談數控機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：文章針對精度異常故障的處理過程，重點論述數控機床加工精度異常故障的引發原因，以及引發精度異常的原因。并總結探討了故障類型有效的診斷以及處理方法，為數控機床生產加工提供有力的技術參照，避免隱患問題對加工生產造成不利影響。最后針對案例中的故障處理方案進行點評分析。

關鍵詞：數控機床；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，檢測參數異常是最常出現的，除此之外還包括臥車機床在使用中被私自改造，原有控制體系運行困難，機床各個部位各軸運轉出現誤差等。導致精度異常的原因有很多，因此在選擇故障診斷方法時也要具體表現。上述原因為硬件部分，軟件控制程序問題也會影響到最終的加工精度，如控制程序與實際需求不相符合，在沒有對程序優化前便開展加工任務，都會產生誤差，在結果精準度上也會受到影響。人物因素與系統因素共同促使也會使數控機床出現加工精度異常故障，因此掌握引發原因后有針對性的進行優化預防，是提升數控機床加工精度的有效措施。

2 數控機床故障診斷方法

2.1 直觀法

問-機床的故障現象、加工狀況等；看-CRT報警信息、報警指示燈、電容器等元件變形煙熏燒焦、保護器脫扣等；聽-異常聲響；聞-電氣元件焦糊味及其他異味；摸-發熱、振動、接觸不良等。

2.2 參數檢查法

參數通常是存放在RAM中，有時電池電壓不足、系統長期不通電或外部干擾都會使參數丟失或混亂，應根據故障特征，檢查和校對有關參數。

2.3 隔離法

在一些故障難以區分是數控部分，還是伺服系統或機械部分造成時，通常采用隔離法。

3 加工精度異常故障診斷和處理實例

3.1 機械故障導致加工精度異常

故障現象：一臺數控車床，采用i5系統。在加工一種軸類零件球頭過程中，忽然發現Z軸進給異常，造成很大的切削誤差量（零件不圓，Z方向過切）。

故障診斷：調查中了解到，故障是忽然發生的。機床在點動、手動輸入數據方式操作下各個軸運行正常，且回參考點正常，無任何報警提示，電氣控制部分硬故障的可能性排除。應主要對以下幾個方面逐一進行檢查。

檢查機床精度異常時正在運行的加工程序段，特別是刀具長度補償，加工坐標系（G54-G59）的校對和計算。

在點動方式下，反復運動Z軸，經過視、觸、聽，對其運動狀態進行診斷，發現Z向運動噪音異常，特別是快速點動時，噪音更加明顯。由此判斷，機械方面可能存在隱患。

檢查機床Z軸精度。用手搖脈沖發生器移動Z軸，（將其倍率定為1×100的擋位，即每變化一步，電機進給0.1mm），配合百分表觀察Z軸的運動情況。在單向運動保持正常后作為起始點的正向運動，脈沖器每變化一步，機床Z軸運動的實際距離d=d1=d2=d3=…=0.1mm，說明電機運行良好，定位精度也良好。而在返回機床實際運動位移的變化上，可以分為4個階段：（1）機床運動距離d1>d=0.1mm（斜率大于1）；（2）表現為d1=0.1mm> d2>d3（斜率小于1）；（3）機床機構實際沒移動，表現出最標準的反向間隙；（4）機床運動距離與脈沖器經定數值相等（斜率等于1），恢復到機床的正常運動。無論怎樣對反向間隙進行補償，其表現出的特征是：除了（3）階段補償外，其他各段變化依然存在，特別是（1）階段嚴重影響到機床的加工精度。補償中發現，間隙補償越大，（1）階段移動的距離也越大。

分析上述檢查內容，認為存在幾點可能原因：一是電機有異常，二是機械方面有故障，三是絲杠存在間隙。為了進一步診斷故障，將電機和絲杠完全脫開，分別對電機和機械部分進行檢查。檢查結果是電機運行正常；在對機械部分診斷中發現，用手盤動絲杠時，返回運動初始有很大的空缺感。而正常情況下，應該能感覺到軸承有序而平滑的移動。

故障處理：經過拆卸檢查發現該軸承確實受損，且有滾珠脫落。更換后機床恢復正常。

3.2 控制邏輯不妥導致加工精度異常

故障現象：一臺某機床廠家生產的數控車床，系統是廣州數控。加工過程中，發現該機床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，機床已經按照要求設置了G54工件坐標系。在手動輸入數據方式操作下，以G54坐標系運行一段程序即“GOOG90G54X60.OY70.OF150；M30；”，待機床運行結束后顯示器上顯示的機械坐標值為（X軸）“-1025.243”，記錄下該數值。然后在手動方式下，將機床點動到其他任意位置，再次在手動輸入數據方式操作下運行剛才的程序段，待機床停止后，發現此時機床坐標數值顯示為“-1024.891”，同上一次執行后的數值比較相差了0.352mm。按照同樣的方法，將X軸點動移動到不同的位置，反復執行該程序段，而顯示器上顯示的數值都有所不同（不穩定）。用百分表對X軸進行仔細檢查后，發現機械位置實際誤差同數字顯示出來的誤差基本一致，從而認為故障原因為X軸重復定位誤差過大。在對X軸的反向間隙及定位精度進行檢查后，重新補償其誤差值，結果起不到任何作用。因此懷疑X軸絲杠、電機及系統參數等有問題。但為什么產生如此大的誤差，卻又未出現相應的報警信息？進一步檢查后發現，此軸為45度方向的軸，當X軸松開時滑板向下掉，X軸電機不好用造成了誤差，更換電機現象消除。

4 結語

通過對數控機床加工精度異常故障診斷和處理方法進行探討，把生產中所遇到的實際問題及解決方法加以歸納，充實了教學內容并滲透到生產實踐中，不但讓學生掌握了解決問題的方法，更重要的是培養了學生實際操作能力、運用知識分析和解決問題的能力，達到技工學校教育教學的目標，使學生成為適應市場需求的實用型人才。

參考文獻

[1]姜云寬.基于在線最小二乘支持向量機的數控機床熱誤差建模與補償[J].閩西職業技術學院學報，2016，（4）：117-120.

（作者單位：沈陽機床股份有限公司中捷立加分公司）