數控機床加工精度超差故障維修案例分析
2021-1-14 來源： 商洛職業技術學院 作者：吳文韜
摘要：隨著現代技術的不斷發展，數控自動化制造技術水平得到迅猛提升，并在工業制造行業中得到廣泛應用。當前，借助數控機床加工技術，通過機械化、智能化的控制系統，保證工業生產制造各個環節能夠協調配合，提高生產效率，保證生產安全等，為我國工業生產與發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，數控機床設備往往容易出現各種加工故障現象，影響數控機床加工的精度。
關鍵詞：數控機床；精度超差故障；維修案例
數控機床加工技術主要是利用裝有計算機控制系統的自動化機床，邏輯性地處理控制編碼或是其他的符號程序，將處理好的數字代碼輸入到數控裝置中，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，如果數控機床的機械元件出現故障損耗，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、數控機床故障類型和特點分析
在機械制造行業中，數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勢而逐漸取代普通機床得到廣泛應用，但與此同時，數控機床在應用中還存在故障難度系數高、故障原因錯綜復雜且關聯性高等挑戰，對數控機床加工應用企業提出更高的技術要求。基于對數控機床的性能和結構分析，常見的數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控加工機床的某一個硬件或是軟件出現故障。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，當出現加工精度超差故障時，數控機床的各項功能表現正常，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，有可能是數控機床刀具磨損等機械原因，也有可能是數控控制系統電氣化故障等，整體上呈現出維修難度大、影響深遠等特征。
2、數控機床加工精度超差故障診斷原則
數控機床加工精度超差故障呈現出復雜性的特點，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，保證數控機床具有較長的使用壽命。
2.2先機械后電氣原則
數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先靜態后動態原則
數控機床加工精度超差故障診斷過程中，需要保證數控機床處于斷電狀態，在靜止中查找可能存在的設備損壞現象。之后再通電進行動態運行中的數控機床故障檢查，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。
2.4先簡單后復雜原則
造成數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、數控機床加工精度超差故障查找判斷方法
3.1數控機床加工精度超差故障查找方法
一般情況下，數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（CPK
），指數越大，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為 1，理想工序能力指數為 1.33，當 CPK ＜ 1 時，則判斷數控機床存在加工精度超差故障。
3.2數控機床加工精度超差故障判斷方法
數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，了解數控機床精度的控制方法。
一般的元件工中，數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的。數控控制系統中的伺服系統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，伺服系統的位移精度越高。常用的伺服系統有閉環伺服系統和半閉環伺服系統，這兩種系統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。兩個系統的不同之處在于閉環伺服系統誤差、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的。而半閉環伺服系統，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生的可能性較高。
第二，掌握造成數控機床精度超差故障的常規原因。
在數控機床加工過程中，任何伺服系統在加工中都不可避免地會出現精度加工超差問題，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設施不合理，如導致位置控制有關參數反向間隙、夾緊允差等設置不合理也會導致精度超差。出現超負荷長期的切削施工，超過規定的移動速度下數控機床的機電設備會出現丟步問題。
4、數控機床加工精度超差故障維修案例分析
4.1數控機床加工精度超差故障現狀
第一，具體加工案例。在機械制造工業中，半閉環型數控車床 CAK6150D，在元件加工中出現 X 方向尺寸無規律，加工精度超差現象。根據分析可知，該數控機床加工的元件公差帶在 0.04 ～ 0.065mm，在該數控機床正常加工中，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數控機床隨機性加工精度超差故障。
第二，故障表現分析。在分析中發現，該半伺服數控機床的 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象，而不規則的磨損則導致機床刀架橫向參數不同，定位精度出現參差不齊的情況。另外，還發現該機床的刀架定位銷或孔出現嚴重磨損，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數控機床加工精度超差故障維修策略
針對于該型號的數控機床加工精度超差出現的故障類型可知，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
在數控機床加工活動中，需要嚴格預防和控制數控機床加工精度超差問題，在加工實際作業中，發現零件加工精度超差出現受到多種因素的影響，所呈現出來的故障位置、故障表現形式也不同。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，達到提高數控機床生產加工質量的目的。
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