中國船舶重工第七二四研究所 (江蘇南京 210003) 陳 穎

數(shù)控機床是集機床、計算機、電動機及拖動控制、檢測等技術(shù)為一體的自動化設備，基本組成包括控制介質(zhì)、數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、反饋裝置及床身等。數(shù)控裝置的計算機插補運算、伺服驅(qū)動系統(tǒng)的閉環(huán)控制及簡化的高精度機械傳動裝置是數(shù)控機床實施高精度加工的保障。

數(shù)控機床在使用一定時間之后，經(jīng)常會遇到加工過程中出現(xiàn)加工精度下降、尺寸不穩(wěn)定的故障。影響數(shù)控機床加工尺寸不穩(wěn)定的因素很多，包括機械方面、電氣方面、系統(tǒng)參數(shù)及數(shù)控機床的輔助控制部分等。這類故障的診斷分析及維修有一定的難度。筆者結(jié)合日常維修經(jīng)驗，從進給機械傳動、系統(tǒng)參數(shù)設定、電氣控制及機床輔助控制裝置等幾個方面簡單對此類故障診斷與維修進行闡述。

1.進給機械傳動

從數(shù)控機床進給系統(tǒng)機械組成方面來看，影響加工精度的原因包括:

(1)伺服電動機軸與絲杠之間的聯(lián)接松動，致使絲杠與電動機不同步，出現(xiàn)尺寸誤差檢測時只需在伺服電動機與絲杠的聯(lián)軸節(jié)上做好標記，用較快倍率來回移動工作臺 (或刀架)，由于工作臺 (或轉(zhuǎn)塔)的慣性作用，將使聯(lián)軸節(jié)的兩端出現(xiàn)明顯相對移動。此類故障通常表現(xiàn)為加工尺寸只向一個方向變動，只需將聯(lián)軸節(jié)螺釘均勻緊固即可排除。

(2)滾珠絲杠螺母副的間隙大或絲杠螺母副磨損。通過調(diào)整進給絲杠螺母副的間隙或整套更換絲杠螺母副就可排除故障。

(3)滾珠絲杠固定軸承磨損或調(diào)整不當，造成運動阻力過大。該故障現(xiàn)象通常表現(xiàn)為尺寸在幾十微米范圍內(nèi)無規(guī)則變動，只需將磨損軸承更換并認真調(diào)整，故障即可排除。

(4)滾珠絲杠與螺母之間、滑塊與導軌潤滑不良。由于潤滑不良使工作臺 (或刀架)運動阻力增加，無法完全準確執(zhí)行移動指令，此類故障通常表現(xiàn)為零件尺寸在幾十微米范圍內(nèi)無規(guī)則變動只需將潤滑改善即可排除故障。

(5)機床進給傳動系統(tǒng)大修后 (如更換滾珠絲杠螺母副)引起的誤差主要是絲杠的安裝不到位引起的，要重新調(diào)整絲杠的等髙和等母線，即調(diào)整絲杠端部的固定軸承裝置的墊片。

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

影響加工精度的系統(tǒng)參數(shù)主要包括進給的反向間隙補償參數(shù)、進給絲杠的螺距誤差補償參數(shù)及電動機控制的功能參數(shù)。

(1)反向間隙參數(shù)補償不當引起。重新進行機床反向間隙的測量，修改系統(tǒng)參數(shù)。

(2)螺距誤差補償參數(shù)設定不當或未設定。用數(shù)控激光干涉儀進行機床螺距誤差的補償與調(diào)整。

(3)電動機相關(guān)控制參數(shù)設定不當。伺服電動機控制參數(shù)主要是伺服位置環(huán)的增益參數(shù)、速度環(huán)的機械負載慣性比參數(shù)及電動機規(guī)格及功能參數(shù)等。

維修處理方法:首先按電動機的具體規(guī)格進行伺服參數(shù)的設定并初始化，然后進行伺服的優(yōu)化處理。現(xiàn)在的數(shù)控機床都是采用計算機輔助軟件進行優(yōu)化，如 FANUC公司的伺服調(diào)整軟件 SERVO GUIDE，使機床達到最佳狀態(tài)。

3.電氣控制

(1)伺服電動機編碼器不良，具體可有以下3個原因:①編碼器的電源電壓 (標準為+5 V)過低或過髙都會造成輸出信號的失真，影響反饋質(zhì)量，造成加工不穩(wěn)定。如果低于4.75 V時，檢査編碼器的電源+5 V的電源線是否有斷線 (正常是兩根)，編碼器插頭針是否有開焊的，否則為系統(tǒng)提供的電源控制電路板有故障。②由于電動機內(nèi)裝編碼器未能進行良好密封，使油污或灰塵進入光柵副而造成信號失真或丟失，應拆開編碼器對旋轉(zhuǎn)光柵和指示光柵的玻璃板進行清洗。③編碼器內(nèi)部電路板不良。修理或更換編碼器。

(2)伺服電動機不良。伺服電動機轉(zhuǎn)子的軸承不良，需要更換電動機軸承或電動機。

(3)光柵尺位置檢測裝置不良。主要原因是光柵尺內(nèi)部有油污和灰塵，需清洗或更換光柵尺。

(4)伺服放大器不良。可以用相同規(guī)格的放大器更換來判別故障，如果是放大器不良，更換放大器或送廠家維修。

(5)系統(tǒng)軸板不良。更換相同軸板。在更換軸板前注意做好軸板版本號及數(shù)據(jù)的備份。在更換之前，應檢查更換板的狀態(tài)應與原板狀態(tài)完全一致。這包括檢查板上的選擇開關(guān)，短路棒的設定位置以及電位器的位置。

(6)系統(tǒng)受到干擾引起系統(tǒng)工作不穩(wěn)定。主要因素有系統(tǒng)及控制裝置接地不良或不合理、信號線布線不合理等。

4.數(shù)控機床輔助控制裝置不良

數(shù)控機床輔助控制裝置不良引起的加工精度不穩(wěn)定的因素包括:主軸組件 (主要是軸承的精度下降)車床自動換刀裝置的重復定位精度下降、機床導軌和滾珠絲杠螺母副潤滑不足等。

(1)主軸組件不良引起的加工精度下降。首先檢査主軸的的軸向和徑向的偏差，然后調(diào)整主軸軸承或更換損壞部件。

(2)車床自動換刀裝置重復定位精度下降。拆開自動換刀裝置進行清洗或修理磨損部件。

(3)機床潤滑不足引起的加工精度下降。檢査潤滑管道是否堵塞、打油時間過短、潤滑系統(tǒng)控制故障等。

綜上所述，引起數(shù)控機床加工尺寸不穩(wěn)定的原因是多方面的，實際中先對機床進給傳動系統(tǒng)進行定位精度和重復定位精度的檢測，如果測量值超差，則拆下進給伺服電動機 (設定為旋轉(zhuǎn)軸)，對伺服電動機定位精度和重復定位精度檢測，判別是否是電氣方面和系統(tǒng)參數(shù)因素引起的精度下降。電氣和系統(tǒng)參數(shù)方面正常后，檢修進給傳動機械方面故障。如果進給系統(tǒng)精度正常，則檢査機床輔助裝置控制方面因素。