郭龍偉

（杭州蕭山技師學(xué)院，浙江 杭州 311201）

數(shù)控機床并不是一個獨立的設(shè)備，它是包括機床、計算機、電動機，包括相應(yīng)的控制器檢測等這些技術(shù)一體的自動化設(shè)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(yīng)的控制系統(tǒng)還有數(shù)控系統(tǒng)和服務(wù)系統(tǒng)、反饋裝置等。整個數(shù)控裝置的計算機運算方法和相應(yīng)的驅(qū)動系統(tǒng)的控制極簡化，還有高精度機械傳動裝置是整個數(shù)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(shù)控機床一段時間過后就會遇到相應(yīng)的精度下降的問題出現(xiàn)，還會出現(xiàn)零件加工出來的尺寸不穩(wěn)定，或者是沒有達到相應(yīng)的標準，這都是因為數(shù)控機床的高精度加工系統(tǒng)出現(xiàn)了相應(yīng)的故障，影響這種數(shù)控機床加工尺寸不穩(wěn)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(tǒng)方面出現(xiàn)了一定的問題，這類故障的診斷和相應(yīng)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(shù)控機床加工精度的主要影響因素、相應(yīng)的故障及后期維修的相應(yīng)方法進行分析。

一、數(shù)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(shù)控機床程序需要按照所有控制加工機床零件的設(shè)計圖紙加工技術(shù)及產(chǎn)品質(zhì)量標準要求，對機床工藝設(shè)計方案進行加工工藝方案設(shè)計。若是機床工藝設(shè)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(shè)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(xiàn)加工誤差數(shù)量累積的異常情況，由此便可能會對數(shù)控加工時累積件的精度也會造成較大影響。

（二）數(shù)控程序的影響

如果數(shù)控程序本身存在問題，則必然的就會直接導(dǎo)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(shù)控程序?qū)σ恍┬螤畋容^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(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，通過計算機自動進行編輯編制出來的各種數(shù)控程序就有可能會同時存在一些缺陷，從而導(dǎo)致無法完全達到加工精度上的要求，由此也就會容易產(chǎn)生加工精度上的偏差，會對機床零件的加工質(zhì)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(jié)構(gòu)設(shè)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(shù)不同的影響。

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

二、數(shù)控機床故障類型特點

在整個數(shù)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(dǎo)致的數(shù)控機床的某個功能不能夠正常的進行工作，從而導(dǎo)致的一系列故障出現(xiàn)。這種功能性故障只需要更換相應(yīng)損壞的硬件或者是軟件就可以使整個數(shù)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(shù)控機床的每個功能都是正常的，并且可以正常生產(chǎn)相應(yīng)的零件，但是在加工每個零件的精度的時候都會出現(xiàn)精度超差的現(xiàn)象，導(dǎo)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(nèi)部系統(tǒng)出現(xiàn)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(shù)控機床加工精度的故障分析

（一）系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定不當(dāng)或伺服參數(shù)未優(yōu)化

如果嚴重影響機床加工精度誤差參數(shù)，可能是因為反向進給控制系統(tǒng)沒有反向自動補償控制參數(shù)，螺距精度誤差自動補償控制參數(shù)功能出現(xiàn)一些問題，需要重新設(shè)置參數(shù)。因此當(dāng)螺距精度誤差自動補償控制參數(shù)功能出現(xiàn)設(shè)定不正確時，可以通過考慮直接利用數(shù)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(shù)功能進行補償。同時應(yīng)該按數(shù)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(yōu)化自動補償設(shè)置，將針對數(shù)控伺服參數(shù)進行自動處理。目前用的數(shù)控機床大多數(shù)都需要直接采用基于現(xiàn)代數(shù)控計算機自動化的輔助補償控制系統(tǒng)技術(shù)，這樣可以使其能夠有效地實現(xiàn)電機自動化的控制優(yōu)化，定期進行測試或者利用軟件設(shè)計工具對其進行機床加工螺距精度自動補償，調(diào)節(jié)后就可以有效地保證其在數(shù)控機床上的加工效果并且能夠長期達到最佳。

（二）在數(shù)控機床加工過程中的豎紋問題

加工出的零件出現(xiàn)豎型條紋的問題是整個數(shù)控機床的加工過程中非常主要的一個問題。當(dāng)整個數(shù)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(xiàn)豎形條紋的現(xiàn)象，無論是從什么測試上，我們都可以在途中發(fā)現(xiàn)測試的結(jié)果與整個加工效果都是非常好的。但是當(dāng)我們的數(shù)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(xiàn)的加工斜面上就會出現(xiàn)不規(guī)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(guī)則的間距出現(xiàn)，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(guān)的分析，并且得出了以下的圖形，如圖1 所示。根據(jù)我們的波形可以發(fā)現(xiàn)整個圖形的變化是異常的，根據(jù)圖形中我們可以看出X 軸的波形出現(xiàn)了復(fù)雜異常的情況，并且導(dǎo)致了整個波形的運行非常的不連續(xù)，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(wěn)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(xiàn)了豎紋，就是因為上述的異常復(fù)雜干擾所引起的。

圖1

（三）在數(shù)控機床加工過程中的超差問題及相關(guān)解決方法

因為整個數(shù)控機床是一個半閉環(huán)或者是全閉環(huán)的一個控制系統(tǒng)，他的整個控制系統(tǒng)是由電流環(huán)、速度環(huán)和、位置環(huán)這三種環(huán)所組成的，它的位置環(huán)控制機床的位置精度，包括相應(yīng)的加工精度，超差就屬于位置環(huán)出現(xiàn)了相應(yīng)的故障，當(dāng)整個數(shù)控機床的加工精度超差之后就會出現(xiàn)所加工的零件與整體的標準相差過大的情況出現(xiàn)。整個驅(qū)動器把來自受控系統(tǒng)的電流脈沖經(jīng)過相應(yīng)的運算和放大處理來對電機產(chǎn)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩，從而使整個數(shù)控機床產(chǎn)生超差現(xiàn)象。其主要問題還是在電氣控制方面，當(dāng)出現(xiàn)整個伺服電動機械轉(zhuǎn)子內(nèi)部光柵編碼器接觸不良時，可能是因為內(nèi)部電源電壓出現(xiàn)問題，超過或者出現(xiàn)低于額定值的工作電壓，最終很有可能就會導(dǎo)致自動放電反饋器的工作質(zhì)量明顯下降，引發(fā)內(nèi)部工件加工過程中的狀態(tài)不穩(wěn)。如果工作電壓經(jīng)常低于4.75v 時，可以通過它來檢查內(nèi)部光柵編碼器的內(nèi)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(nèi)部的光柵編碼器和驅(qū)動器沒有完全進行封閉或者安裝良好，導(dǎo)致整個光柵外界的一些化學(xué)物質(zhì)污染物直接通過進入光柵傳送到整個新的光柵內(nèi)部，引發(fā)整個光柵內(nèi)部信號源的直接丟失。只要及時拆開內(nèi)部光柵編碼器，旋轉(zhuǎn)整個內(nèi)部光柵就能夠快速對已經(jīng)浸在整個光柵內(nèi)的化學(xué)玻璃膜和鍍膜材料進行徹底的清洗，解決化學(xué)污染物的問題。

四、對于數(shù)控機床精度故障的維修分析

（一）對于系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定不當(dāng)或伺服參數(shù)未優(yōu)化問題

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

表1 與G00 相關(guān)加/減速參數(shù)

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

表2 減振相關(guān)參數(shù)

根據(jù)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(shè)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(shè)置主要就是設(shè)定重視速度、重視精度的參數(shù)集，通過在加工時指定合適的加工條件的精度級，系統(tǒng)即可自動計算符合條件的參數(shù)值并設(shè)置至相應(yīng)的參數(shù)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(xiàn)相應(yīng)的問題，具體的內(nèi)容和設(shè)置參數(shù)如下表3 所示。

表3

（二）對于在數(shù)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(diào)試中判斷系統(tǒng)側(cè)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(yīng)用。利用該誤差圖形的分析，并結(jié)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(jié)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(tǒng)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(wěn)的，但是實際上，當(dāng)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(xiàn)出有豎紋的現(xiàn)象出現(xiàn)，所以說這種方法。不能夠非常好地發(fā)現(xiàn)豎紋出現(xiàn)的基本原因。

我們?nèi)绻胍玫販y定整個豎紋出現(xiàn)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(guān)人員進行了相關(guān)的調(diào)整，并且我們再次優(yōu)化參數(shù)后進行相關(guān)的波形測試，其結(jié)果如我們下圖3 所示。由圖中我們可以看出在調(diào)整機械的負載過后，相應(yīng)條件下就會發(fā)現(xiàn)波形得到了明顯的改善，此時X 和Y 的斜面插補監(jiān)測波形非常的均勻，非常的完美，在實際的加工過后也會發(fā)現(xiàn)斜面上的豎形條紋消失了，這就說明調(diào)節(jié)絲桿螺母的松緊還是非常重要的。

圖3

五、總結(jié)與分析

數(shù)控機床專業(yè)加工設(shè)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(yōu)勢。然而在其運行中，也會出現(xiàn)很多問題，例如進給機械轉(zhuǎn)動故障等，相關(guān)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(shù)控機床的穩(wěn)定安全運行。