數(shù)控機床加工精度超差故障維修案例分析
2021-1-14 來源： 商洛職業(yè)技術學院 作者：吳文韜
摘要：隨著現(xiàn)代技術的不斷發(fā)展，數(shù)控自動化制造技術水平得到迅猛提升，并在工業(yè)制造行業(yè)中得到廣泛應用。當前，借助數(shù)控機床加工技術，通過機械化、智能化的控制系統(tǒng)，保證工業(yè)生產制造各個環(huán)節(jié)能夠協(xié)調配合，提高生產效率，保證生產安全等，為我國工業(yè)生產與發(fā)展提供堅強的技術支持。但在實際的生產應用中，受到內外部因素的影響，數(shù)控機床設備往往容易出現(xiàn)各種加工故障現(xiàn)象，影響數(shù)控機床加工的精度。
關鍵詞：數(shù)控機床；精度超差故障；維修案例
數(shù)控機床加工技術主要是利用裝有計算機控制系統(tǒng)的自動化機床，邏輯性地處理控制編碼或是其他的符號程序，將處理好的數(shù)字代碼輸入到數(shù)控裝置中，由此控制機床按照設計要求，自動地進行零件加工。在加工中，如果數(shù)控機床的機械元件出現(xiàn)故障損耗，則容易帶來精度超差故障，繼而影響整個零部件的加工質量和效率。對此，需要提高對數(shù)控機床加工精度超差故障的診斷和維修技術，有效避免機床精度方面的功能性故障。
1、數(shù)控機床故障類型和特點分析
在機械制造行業(yè)中，數(shù)控機床憑借自身加工精度高、加工效率高、機械化智能化水平高等優(yōu)勢而逐漸取代普通機床得到廣泛應用，但與此同時，數(shù)控機床在應用中還存在故障難度系數(shù)高、故障原因錯綜復雜且關聯(lián)性高等挑戰(zhàn)，對數(shù)控機床加工應用企業(yè)提出更高的技術要求。基于對數(shù)控機床的性能和結構分析，常見的數(shù)控機床故障類型有以下兩類。
1.1功能性故障
功能性故障主要是由于機械化、智能化水平較高的數(shù)控加工機床的某一個硬件或是軟件出現(xiàn)故障。功能性故障具有直接性、維修管理簡易性等特點，只需要判斷出數(shù)控機床故障位置，通過更換、維修損壞的硬件或軟件故障即可恢復機床的正常運行。
1.2加工精度超差故障
加工精度超差故障具有隱蔽性、普遍性等特點，當出現(xiàn)加工精度超差故障時，數(shù)控機床的各項功能表現(xiàn)正常，但加工工件的精度超差嚴重會導致工件報廢。造成加工精度超差故障的原因多樣，有可能是數(shù)控機床刀具磨損等機械原因，也有可能是數(shù)控控制系統(tǒng)電氣化故障等，整體上呈現(xiàn)出維修難度大、影響深遠等特征。
2、數(shù)控機床加工精度超差故障診斷原則
數(shù)控機床加工精度超差故障呈現(xiàn)出復雜性的特點，要求在故障診斷中采用嚴格的診斷流程方式，只有如此才能夠提高加工精度超差故障診斷效率以及故障維修效率。
2.1先外部后內部原則
造成加工精度超差故障的原因可能是機械性的也可能是電氣性的，而一個數(shù)控機床設備可以分解為電氣部分、液壓部分和機械部分，因此在故障排查時，維修人員需要先檢查機床的外部設備，但需要盡可能避免拆卸零部件，減少設備拆卸對機械設備的損傷，保證數(shù)控機床具有較長的使用壽命。
2.2先機械后電氣原則
數(shù)控機床整體設備較大，逐一展開加工精度超差故障排查需要較長的時間，而且故障診斷的難度系數(shù)較大。因此，可以先對機械展開診斷，排除機械故障造成的加工精度超差故障問題之后，再進行電氣部分診斷，由此保證故障維修的質量和安全性。
2.3先靜態(tài)后動態(tài)原則
數(shù)控機床加工精度超差故障診斷過程中，需要保證數(shù)控機床處于斷電狀態(tài)，在靜止中查找可能存在的設備損壞現(xiàn)象。之后再通電進行動態(tài)運行中的數(shù)控機床故障檢查，對于運轉中的各個過程，各個機械元件進行觀察測試，確定故障存在的位置，以此做好故障維修作業(yè)。
2.4先簡單后復雜原則
造成數(shù)控機床加工精度超差故障的原因是多元化的因此在故障排查和診斷過程中，必須能夠采用先簡單后復雜的原則方式，從而排除所有的故障類型，避免有所疏忽，并且極大地提高故障維修的效率。
3、數(shù)控機床加工精度超差故障查找判斷方法
3.1數(shù)控機床加工精度超差故障查找方法
一般情況下，數(shù)控機床零部件加工都允許存在一定的精度差，一旦精度差超過可承受范圍，則被定義為精度超差，零件質量不合格。衡量機床加工精度的指標被稱為工序能力指數(shù)（CPK
），指數(shù)越大，則表示元件的尺寸波動范圍越小，超差概率越小。正常的機床工序能力指數(shù)為 1，理想工序能力指數(shù)為 1.33，當 CPK ＜ 1 時，則判斷數(shù)控機床存在加工精度超差故障。
3.2數(shù)控機床加工精度超差故障判斷方法
數(shù)控機床加工精度包括幾何精度、傳動精度和位置精度等。如果出現(xiàn)精度超差，就必須借助各種診斷方式判斷是屬于哪一種精度超差故障類型，然后針對引起這類精度超差故障的原因進行判斷。
第一，了解數(shù)控機床精度的控制方法。
一般的元件工中，數(shù)控機床對加工精度的控制是通過其加工元件原材料的位移和定位精度來實現(xiàn)的。數(shù)控控制系統(tǒng)中的伺服系統(tǒng)通過指令脈沖指令設置機元件加工中機床的給進位移量，
以及經過該指令后工作臺實際位移量之間的符合程度。設計要求以及實際位移量的誤差越小，伺服系統(tǒng)的位移精度越高。常用的伺服系統(tǒng)有閉環(huán)伺服系統(tǒng)和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)，這兩種系統(tǒng)對于位移精度的控制原理相同，都是利用插補運算得到控制系統(tǒng)的位置指令，借助位置檢測裝置反饋回來機床坐標軸實際位置的差值盡可能地消除差值，得到精確的位置位移值。兩個系統(tǒng)的不同之處在于閉環(huán)伺服系統(tǒng)誤差、傳動鏈誤差以及運動中的機械誤差所帶來的精度超差問題是可以通過提前設計補償?shù)摹６腴]環(huán)伺服系統(tǒng)，其后期產生的機械誤差、運動誤差等不能夠得到有效補償，
因此加工精度超差發(fā)生的可能性較高。
第二，掌握造成數(shù)控機床精度超差故障的常規(guī)原因。
在數(shù)控機床加工過程中，任何伺服系統(tǒng)在加工中都不可避免地會出現(xiàn)精度加工超差問題，如機床的機械故障導致運動精度下降。在數(shù)控機床運行中，機床的主軸、導軌、螺母等關鍵零部件的磨損不均會導致運動精度下降。機床的機電設備的參數(shù)設施不合理，如導致位置控制有關參數(shù)反向間隙、夾緊允差等設置不合理也會導致精度超差。出現(xiàn)超負荷長期的切削施工，超過規(guī)定的移動速度下數(shù)控機床的機電設備會出現(xiàn)丟步問題。
4、數(shù)控機床加工精度超差故障維修案例分析
4.1數(shù)控機床加工精度超差故障現(xiàn)狀
第一，具體加工案例。在機械制造工業(yè)中，半閉環(huán)型數(shù)控車床 CAK6150D，在元件加工中出現(xiàn) X 方向尺寸無規(guī)律，加工精度超差現(xiàn)象。根據(jù)分析可知，該數(shù)控機床加工的元件公差帶在 0.04 ～ 0.065mm，在該數(shù)控機床正常加工中，其精度誤差一般在 0.005 ～ 0.025mm，此時 CPK 值為1 ～ 1.13，屬于正常的加工精度范圍。而當下所加工的元件則出現(xiàn)精度超差故障問題，而且除了廢品之外，其余的合格元件的尺寸大小也呈現(xiàn)出較大的波動，因此通過精度故障的原因排除，可以歸納判定為出現(xiàn)數(shù)控機床隨機性加工精度超差故障。
第二，故障表現(xiàn)分析。在分析中發(fā)現(xiàn)，該半伺服數(shù)控機床的 X 軸同伺服點擊連接端口軸承缺少潤滑，因此在高速的切削加工中，機械內部的冷卻液會破壞機械設備的軸承滾珠，造成嚴重的設備磨損現(xiàn)象，而不規(guī)則的磨損則導致機床刀架橫向參數(shù)不同，定位精度出現(xiàn)參差不齊的情況。另外，還發(fā)現(xiàn)該機床的刀架定位銷或孔出現(xiàn)嚴重磨損，在實際的元件加工中，回轉刀架每次的定位位置都不同，因此引起每一個元件的加工尺寸波動較大。更有機床導軌潤滑不良所帶紙的鐵屑等雜物卷入到動靜導軌副之間，導致動靜導軌副之間的摩擦阻力變化不均勻，機床的運動特性變差。
4.2數(shù)控機床加工精度超差故障維修策略
針對于該型號的數(shù)控機床加工精度超差出現(xiàn)的故障類型可知，需要對其展開故障維修管理。針對于軸承故障問題，需要通過定時定期展開軸承潤滑處理，確保延長軸承的壽命，同時嚴禁超出負荷使用設備。針對于刀架定位磨損問題，要加強對設備的定期維修檢查，注意對刀架的潤滑，防止出現(xiàn)撞擊事件或是負荷切削事故問題。針對動靜導軌副故障，需要堅持對導軌加油，及時更換破損的刮屑板，加強日常維護保護。
5、結語
在數(shù)控機床加工活動中，需要嚴格預防和控制數(shù)控機床加工精度超差問題，在加工實際作業(yè)中，發(fā)現(xiàn)零件加工精度超差出現(xiàn)受到多種因素的影響，所呈現(xiàn)出來的故障位置、故障表現(xiàn)形式也不同。采用正確的精度故障查找和判斷方式，并且針對于故障類型制定維修方案，逐一進行故障維修管理，達到提高數(shù)控機床生產加工質量的目的。
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