何峰

摘要：數(shù)控機(jī)床作為自動(dòng)化設(shè)備，集合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、電動(dòng)機(jī)、機(jī)床檢測(cè)技術(shù)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能多樣，極易引發(fā)各種故障。長(zhǎng)時(shí)間使用后經(jīng)常出現(xiàn)精度下降、尺寸不穩(wěn)定的情況，導(dǎo)致數(shù)控機(jī)床加工效率受到影響，嚴(yán)重的還會(huì)引發(fā)巨大的經(jīng)濟(jì)損失，對(duì)數(shù)控機(jī)床加工精度故障進(jìn)行全面診斷，明確主要故障類(lèi)型，提出故障檢測(cè)方法，有效提高數(shù)控機(jī)床加工精度異常故障診斷的效果，保證數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行水平全面提升。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床;加工精度故障;診斷方法;維修策略

0 ?引言

數(shù)控機(jī)床作為機(jī)電一體化設(shè)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(jī)床集強(qiáng)弱電于一體，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)運(yùn)行故障，必然會(huì)使整個(gè)機(jī)床停機(jī)，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率。數(shù)控機(jī)床加工精度故障產(chǎn)生的原因多種多樣，有機(jī)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(shí)，詳細(xì)耐心細(xì)致的處理，數(shù)控機(jī)床加工精度滿(mǎn)足要求，提高模具加工效率。

1 ?數(shù)控機(jī)床加工精度的主要故障

1.1 進(jìn)給機(jī)械傳動(dòng)

根據(jù)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)構(gòu)成來(lái)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?dòng)機(jī)軸與絲杠之間連接松動(dòng)，造成絲杠與電動(dòng)機(jī)無(wú)法同步，出現(xiàn)顯著的尺寸偏差。工作臺(tái)受到慣性作用的影響，導(dǎo)聯(lián)軸節(jié)兩端出現(xiàn)相對(duì)移動(dòng)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(guò)長(zhǎng)時(shí)間使用后，絲杠螺母，受到嚴(yán)重磨損，造成滾珠出現(xiàn)異常情況。當(dāng)滾珠絲杠固定軸出現(xiàn)嚴(yán)重磨損的情況時(shí)，很容易產(chǎn)生巨大的運(yùn)動(dòng)阻力，出現(xiàn)幾十微米尺寸范圍內(nèi)的無(wú)規(guī)則變化情況。只需更換磨損軸承，認(rèn)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(dǎo)軌之間，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的磨損而引發(fā)運(yùn)動(dòng)阻力增加情況，對(duì)各種執(zhí)行移動(dòng)指令無(wú)法準(zhǔn)確判斷這種故障類(lèi)型，零件尺寸幾十微米范圍內(nèi)發(fā)生無(wú)規(guī)則變化。

1.2 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定不當(dāng)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?yàn)檫M(jìn)給系統(tǒng)反向間隙補(bǔ)償參數(shù)，螺距誤差補(bǔ)償參數(shù)出現(xiàn)問(wèn)題，只需要重新進(jìn)行機(jī)床反向間隙測(cè)量快速?gòu)浹a(bǔ)系統(tǒng)參數(shù)的誤差即可。當(dāng)螺距誤差補(bǔ)償參數(shù)設(shè)定不正確時(shí)，可以利用數(shù)控激光干涉儀，對(duì)誤差進(jìn)行補(bǔ)償。如果電動(dòng)機(jī)相關(guān)控制參數(shù)沒(méi)有設(shè)定或設(shè)定不當(dāng)，可能造成伺服電動(dòng)機(jī)控制參數(shù)發(fā)生異常情況，應(yīng)該按電動(dòng)機(jī)的實(shí)際規(guī)格進(jìn)行初始化設(shè)置，將伺服的優(yōu)化處理。數(shù)控機(jī)床大多采用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，就能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)優(yōu)化，定期利用軟件進(jìn)行精度調(diào)節(jié)能夠保證機(jī)床效果達(dá)到最佳。

1.3 電氣控制

當(dāng)伺服電動(dòng)機(jī)編碼器接觸不良時(shí)，可能是因?yàn)榫幋a器的電源電壓出現(xiàn)偏差，超過(guò)或低于額定電壓，最終導(dǎo)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(shí)，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(kāi)焊。還可能是因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)內(nèi)部編碼器沒(méi)有封裝良好，導(dǎo)致外界的污染物進(jìn)入到光柵內(nèi)部，引發(fā)信號(hào)丟失。拆開(kāi)編碼器，旋轉(zhuǎn)光柵就能夠快速對(duì)光柵玻璃進(jìn)行清洗，解決問(wèn)題。

如果上述操作依然無(wú)法恢復(fù)，則應(yīng)該及時(shí)更換編碼器。當(dāng)伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)軸承故障時(shí)，應(yīng)該立即更換電動(dòng)機(jī)的軸承或者電動(dòng)機(jī)同時(shí)要。送廠維修，如果出現(xiàn)系統(tǒng)主板反應(yīng)不良時(shí)，應(yīng)該更換主板。需要檢查更換板的狀態(tài)、版本號(hào)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(jī)床輔助控制裝置精度故障

對(duì)于數(shù)控機(jī)床輔助控制裝置不良很容易造成主軸組件的重復(fù)定位精度下降，或者機(jī)床導(dǎo)軌出現(xiàn)潤(rùn)滑不足等情況。當(dāng)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(yīng)該及時(shí)調(diào)整，當(dāng)車(chē)床自動(dòng)換刀裝置重復(fù)定位精度下降時(shí)，必須拆開(kāi)自動(dòng)換刀裝置，對(duì)磨損部件進(jìn)行修復(fù)，如果因?yàn)闄C(jī)床潤(rùn)滑不足導(dǎo)致加工精度下降，則可以對(duì)潤(rùn)滑管道系統(tǒng)進(jìn)行檢查。

2 ?數(shù)控機(jī)床故障診斷的原則

數(shù)控機(jī)床故障診斷時(shí)，要遵循先外部后內(nèi)部、先機(jī)械后電氣、先靜后動(dòng)、先簡(jiǎn)單后復(fù)雜的原則。先外后內(nèi)主要就是指維修人員從設(shè)備外觀進(jìn)行逐一排查，避免隨意啟封或者對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行拆卸，否則很容易導(dǎo)致故障擴(kuò)大，造成機(jī)床精度喪失，影響機(jī)床的整體性能。機(jī)床故障主要是受到機(jī)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(jī)械故障，這樣既可以有效縮短故障檢查時(shí)間，又可以提高故障檢修水平。先靜后動(dòng)就是將機(jī)床斷電，通過(guò)對(duì)機(jī)床進(jìn)行全面的觀察測(cè)試，明確故障的屬性才能夠給機(jī)床通電。運(yùn)行狀態(tài)下對(duì)機(jī)床的動(dòng)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行觀察與測(cè)試，尋找到故障點(diǎn)，對(duì)破壞性故障要及時(shí)排除危險(xiǎn)，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(shè)備的性能參數(shù)通過(guò)對(duì)設(shè)備外觀進(jìn)行全面判斷與觀察，結(jié)合檢修人員的工作經(jīng)驗(yàn)及時(shí)發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備正常運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題。數(shù)控機(jī)床主要采用的是儀表及故障指示器進(jìn)行故障監(jiān)控，工作人員只需要特定時(shí)間段對(duì)儀器設(shè)備的數(shù)值進(jìn)行查看，了解設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的正常狀態(tài)，通過(guò)對(duì)設(shè)備線路和外觀整體進(jìn)行觀察，這樣就能夠及時(shí)排除故障。認(rèn)真觀察外觀是否出現(xiàn)螺絲松動(dòng)脫落等情況，對(duì)控制燈狀態(tài)進(jìn)行判斷，檢查數(shù)控機(jī)床的絕緣阻值、端子頭、固定螺絲和導(dǎo)線是否正常連接，有無(wú)松動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。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(shè)備的具體位置。

3.2 傾聽(tīng)故障排除法

傾聽(tīng)故障排除就是要認(rèn)真聽(tīng)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(duì)故障發(fā)生的部位和影響范圍進(jìn)行斷定?；虿僮魅藛T用耳朵傾聽(tīng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的聲音進(jìn)行判斷。數(shù)控機(jī)床實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)中正常的聲音與故障聲音會(huì)有顯著差異，聽(tīng)機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)故障聲音可以辨別故障類(lèi)型。

例如，數(shù)控機(jī)床發(fā)生故障時(shí)會(huì)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(yàn)和專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確查找。

3.3 氣味故障排除法

靠近故障設(shè)備時(shí)，可以通過(guò)設(shè)備散發(fā)出的氣味是否正常而判斷數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行狀態(tài)。由于數(shù)控機(jī)床采取不同絕緣材料，正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)只要不超過(guò)額定溫度，設(shè)備的正常溫度都不足以產(chǎn)生強(qiáng)烈的氣味。只有當(dāng)電氣設(shè)備出現(xiàn)過(guò)載或短路的情況下，導(dǎo)致溫度急劇上升，才會(huì)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(jī)床電氣故障診斷時(shí)，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(bào)警信號(hào)，從而快速判斷故障部位。利用數(shù)控機(jī)床PLC功能，快速找到問(wèn)題的關(guān)鍵PLC作為機(jī)床生產(chǎn)廠家，機(jī)床功能的主要特點(diǎn)，在編制時(shí)必須保證動(dòng)作順序和報(bào)警文本相一致，在內(nèi)部順序控制前提下，對(duì)相關(guān)的指令進(jìn)行妥善處理，任何一個(gè)執(zhí)行元件不動(dòng)作都可能導(dǎo)致機(jī)床出現(xiàn)故障，也會(huì)對(duì)系統(tǒng)執(zhí)行造成干擾。將可能出現(xiàn)故障的目標(biāo)用備用件進(jìn)行替換，或者在機(jī)床上相同板進(jìn)行互換，快速啟動(dòng)機(jī)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(fù)載不會(huì)出現(xiàn)短路。根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)伺服、驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)的連接框圖，確定故障點(diǎn)，并用零件交換的方法確定x軸電機(jī)的線纜互換，如果x軸伺服能正常工作，則可折服，電機(jī)無(wú)動(dòng)作。X軸電機(jī)正常電纜恢復(fù)到原來(lái)位置后，如果x軸不動(dòng)，z軸正常，則可以判斷x軸驅(qū)動(dòng)器出現(xiàn)了故障。機(jī)床受外界電、磁場(chǎng)的影響也會(huì)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(fù)參數(shù)，再查找其它原因。長(zhǎng)期閑置的機(jī)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(jī)床的參數(shù)情況，很容易找到故障所在。

4 ?數(shù)控機(jī)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(dòng)的故障處理

當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)出現(xiàn)故障時(shí)，很可能造成機(jī)床改進(jìn)系統(tǒng)零點(diǎn)偏置或反向間隙。經(jīng)過(guò)修理之后，及時(shí)對(duì)機(jī)床系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確調(diào)整。如果是因?yàn)闄C(jī)械磨損嚴(yán)重或者連接松動(dòng)引起參數(shù)測(cè)值發(fā)生變化，應(yīng)該對(duì)參數(shù)進(jìn)行重置。

4.2 機(jī)械故障導(dǎo)致的加工精度異常

加工精度異常作為機(jī)械加工最經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題，需要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力進(jìn)行檢修。檢修人員要總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，快速判斷故障的類(lèi)別。如果故障突發(fā)，各軸之間依然能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，沒(méi)有任何電氣控制硬件故障的提示，可以初步判斷機(jī)械方面可能存故障[2]。

4.3 機(jī)床電氣參數(shù)未優(yōu)化

電氣參數(shù)沒(méi)有優(yōu)化，很容易造成電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)異常。加工過(guò)程中，可以充分考慮是否因?yàn)殡姍C(jī)啟動(dòng)不穩(wěn)，如果發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)劇烈抖動(dòng)的情況，可以及時(shí)調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，對(duì)間隙的位置進(jìn)行補(bǔ)償，做好脈沖抑制調(diào)控，消除電機(jī)抖動(dòng)的問(wèn)題，保證機(jī)床加工精度恢復(fù)。

4.4 機(jī)床位置環(huán)異?；蚩刂七壿?/p>

加工過(guò)程中機(jī)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(guò)對(duì)PLC程序進(jìn)行修改，當(dāng)y軸松開(kāi)后，將y軸進(jìn)行加緊并將y軸去掉，有效解決機(jī)床

故障。

5 ?結(jié)束語(yǔ)

數(shù)控機(jī)床加工具有極高的精度和便捷性?xún)?yōu)勢(shì)，是其它加工設(shè)備無(wú)法取代的。在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后很容易出現(xiàn)溫度異常等問(wèn)題，必須要及時(shí)進(jìn)行處理。通過(guò)本文對(duì)數(shù)控機(jī)床加工精度故障診斷與維修進(jìn)行詳細(xì)的討論，介紹了數(shù)控機(jī)床故障診斷的原則和主要的診斷方法，提出相應(yīng)的維修策略，保證數(shù)控機(jī)床運(yùn)行更加穩(wěn)定，讓數(shù)控機(jī)床發(fā)揮更大的價(jià)值。

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