何峰

摘要：數(shù)控機床作為自動化設備，集合了計算機技術(shù)、電動機、機床檢測技術(shù)，結(jié)構(gòu)復雜、功能多樣，極易引發(fā)各種故障。長時間使用后經(jīng)常出現(xiàn)精度下降、尺寸不穩(wěn)定的情況，導致數(shù)控機床加工效率受到影響，嚴重的還會引發(fā)巨大的經(jīng)濟損失，對數(shù)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(shù)控機床加工精度異常故障診斷的效果，保證數(shù)控機床的運行水平全面提升。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機床;加工精度故障;診斷方法;維修策略

0 ?引言

數(shù)控機床作為機電一體化設備，加工精度更高、質(zhì)量更可靠，可以顯著提高加工效率。由于數(shù)控機床集強弱電于一體，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)運行故障，必然會使整個機床停機，嚴重影響生產(chǎn)效率。數(shù)控機床加工精度故障產(chǎn)生的原因多種多樣，有機械故障、數(shù)控系統(tǒng)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(shù)控機床加工精度滿足要求，提高模具加工效率。

1 ?數(shù)控機床加工精度的主要故障

1.1 進給機械傳動

根據(jù)數(shù)控機床的進給系統(tǒng)構(gòu)成來看，如果出現(xiàn)加工精度異常，可能是由以下原因?qū)е拢核欧妱訖C軸與絲杠之間連接松動，造成絲杠與電動機無法同步，出現(xiàn)顯著的尺寸偏差。工作臺受到慣性作用的影響，導聯(lián)軸節(jié)兩端出現(xiàn)相對移動變化的情況。滾珠絲杠螺母如果間隙發(fā)生變化，或者經(jīng)過長時間使用后，絲杠螺母，受到嚴重磨損，造成滾珠出現(xiàn)異常情況。當滾珠絲杠固定軸出現(xiàn)嚴重磨損的情況時，很容易產(chǎn)生巨大的運動阻力，出現(xiàn)幾十微米尺寸范圍內(nèi)的無規(guī)則變化情況。只需更換磨損軸承，認真調(diào)節(jié)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(jīng)過長時間的磨損而引發(fā)運動阻力增加情況，對各種執(zhí)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(nèi)發(fā)生無規(guī)則變化。

1.2 系統(tǒng)參數(shù)設定不當或伺服參數(shù)未優(yōu)化

如果影響加工精度參數(shù)，可能是因為進給系統(tǒng)反向間隙補償參數(shù)，螺距誤差補償參數(shù)出現(xiàn)問題，只需要重新進行機床反向間隙測量快速彌補系統(tǒng)參數(shù)的誤差即可。當螺距誤差補償參數(shù)設定不正確時，可以利用數(shù)控激光干涉儀，對誤差進行補償。如果電動機相關(guān)控制參數(shù)沒有設定或設定不當，可能造成伺服電動機控制參數(shù)發(fā)生異常情況，應該按電動機的實際規(guī)格進行初始化設置，將伺服的優(yōu)化處理。數(shù)控機床大多采用計算機輔助技術(shù)，就能夠?qū)崿F(xiàn)自動優(yōu)化，定期利用軟件進行精度調(diào)節(jié)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(xiàn)偏差，超過或低于額定電壓，最終導致反饋質(zhì)量下降，引發(fā)加工狀態(tài)不穩(wěn)。如果低于4.75V時，可以檢查編碼器的電源線是否出現(xiàn)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(nèi)部編碼器沒有封裝良好，導致外界的污染物進入到光柵內(nèi)部，引發(fā)信號丟失。拆開編碼器，旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子出現(xiàn)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(xiàn)系統(tǒng)主板反應不良時，應該更換主板。需要檢查更換板的狀態(tài)、版本號與原版狀態(tài)一致，做好數(shù)據(jù)備份，避免出現(xiàn)信息丟失的情況[1]。

1.4 數(shù)控機床輔助控制裝置精度故障

對于數(shù)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(xiàn)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(fā)生偏差則應該及時調(diào)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(tǒng)進行檢查。

2 ?數(shù)控機床故障診斷的原則

數(shù)控機床故障診斷時，要遵循先外部后內(nèi)部、先機械后電氣、先靜后動、先簡單后復雜的原則。先外后內(nèi)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(shù)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(shù)控系統(tǒng)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(tài)下對機床的動態(tài)運轉(zhuǎn)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(shù)快速發(fā)展，電氣設備的性能參數(shù)通過對設備外觀進行全面判斷與觀察，結(jié)合檢修人員的工作經(jīng)驗及時發(fā)現(xiàn)電氣設備正常運行中出現(xiàn)的問題。數(shù)控機床主要采用的是儀表及故障指示器進行故障監(jiān)控，工作人員只需要特定時間段對儀器設備的數(shù)值進行查看，了解設備運轉(zhuǎn)的正常狀態(tài)，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(xiàn)螺絲松動脫落等情況，對控制燈狀態(tài)進行判斷，檢查數(shù)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(xiàn)短路故障，判斷熔斷器是否出現(xiàn)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(fā)生之前有什么樣的異常操作，或者出現(xiàn)什么故障現(xiàn)象，對故障發(fā)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(zhuǎn)的聲音進行判斷。數(shù)控機床實際運轉(zhuǎn)中正常的聲音與故障聲音會有顯著差異，聽機器運轉(zhuǎn)時故障聲音可以辨別故障類型。

例如，數(shù)控機床發(fā)生故障時會發(fā)出嗡嗡的聲音，檢修工作人員可以根據(jù)自己的工作經(jīng)驗和專業(yè)素養(yǎng)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(fā)出的氣味是否正常而判斷數(shù)控機床的運行狀態(tài)。由于數(shù)控機床采取不同絕緣材料，正常運轉(zhuǎn)時只要不超過額定溫度，設備的正常溫度都不足以產(chǎn)生強烈的氣味。只有當電氣設備出現(xiàn)過載或短路的情況下，導致溫度急劇上升，才會引發(fā)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(shù)控機床電氣故障診斷時，必須充分利用數(shù)控系統(tǒng)的自診斷功能，結(jié)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(shù)控機床PLC功能，快速找到問題的關(guān)鍵PLC作為機床生產(chǎn)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(nèi)部順序控制前提下，對相關(guān)的指令進行妥善處理，任何一個執(zhí)行元件不動作都可能導致機床出現(xiàn)故障，也會對系統(tǒng)執(zhí)行造成干擾。將可能出現(xiàn)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(xiàn)象是否消失，如果故障出現(xiàn)轉(zhuǎn)移則證明該部件出現(xiàn)了明顯的故障，在采用部件交換法之前，一定要保證數(shù)控系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定，負載不會出現(xiàn)短路。根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)伺服、驅(qū)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(qū)動器出現(xiàn)了故障。機床受外界電、磁場的影響也會造成參數(shù)變化，出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象，要先檢查參數(shù)，若有變化，要先恢復參數(shù)，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(shù)丟失或變化，檢查機床的參數(shù)情況，很容易找到故障所在。

4 ?數(shù)控機床加工精度故障維修方案

4.1 系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化或改動的故障處理

當系統(tǒng)參數(shù)出現(xiàn)故障時，很可能造成機床改進系統(tǒng)零點偏置或反向間隙。經(jīng)過修理之后，及時對機床系統(tǒng)參數(shù)進行準確調(diào)整。如果是因為機械磨損嚴重或者連接松動引起參數(shù)測值發(fā)生變化，應該對參數(shù)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(jīng)常出現(xiàn)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(jié)經(jīng)驗教訓，快速判斷故障的類別。如果故障突發(fā)，各軸之間依然能夠正常運轉(zhuǎn)，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(shù)未優(yōu)化

電氣參數(shù)沒有優(yōu)化，很容易造成電機運轉(zhuǎn)異常。加工過程中，可以充分考慮是否因為電機啟動不穩(wěn)，如果發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)劇烈抖動的情況，可以及時調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，對間隙的位置進行補償，做好脈沖抑制調(diào)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(huán)異常或控制邏輯

加工過程中機床位置環(huán)出現(xiàn)邏輯控制不妥，引發(fā)加工精度異常。

例如一輛鏜銑床的加工中心為全閉環(huán)控制。如果y軸出現(xiàn)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(jié)束語

數(shù)控機床加工具有極高的精度和便捷性優(yōu)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(xiàn)溫度異常等問題，必須要及時進行處理。通過本文對數(shù)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(shù)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(shù)控機床運行更加穩(wěn)定，讓數(shù)控機床發(fā)揮更大的價值。

參考文獻：

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