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數(shù)控機(jī)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(shù)學(xué)院作者：吳文韜

摘要：隨著現(xiàn)代技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控自動化制造技術(shù)水平得到迅猛提升，并在工業(yè)制造行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。當(dāng)前，借助數(shù)控機(jī)床加工技術(shù)，通過機(jī)械化、智能化的控制系統(tǒng)，保證工業(yè)生產(chǎn)制造各個(gè)環(huán)節(jié)能夠協(xié)調(diào)配合，提高生產(chǎn)效率，保證生產(chǎn)安全等，為我國工業(yè)生產(chǎn)與發(fā)展提供堅(jiān)強(qiáng)的技術(shù)支持。但在實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用中，受到內(nèi)外部因素的影響，數(shù)控機(jī)床設(shè)備往往容易出現(xiàn)各種加工故障現(xiàn)象，影響數(shù)控機(jī)床加工的精度。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；精度超差故障；維修案例

數(shù)控機(jī)床加工技術(shù)主要是利用裝有計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的自動化機(jī)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(jī)床按照設(shè)計(jì)要求，自動地進(jìn)行零件加工。在加工中，如果數(shù)控機(jī)床的機(jī)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(gè)零部件的加工質(zhì)量和效率。對此，需要提高對數(shù)控機(jī)床加工精度超差故障的診斷和維修技術(shù)，有效避免機(jī)床精度方面的功能性故障。

1、數(shù)控機(jī)床故障類型和特點(diǎn)分析

在機(jī)械制造行業(yè)中，數(shù)控機(jī)床憑借自身加工精度高、加工效率高、機(jī)械化智能化水平高等優(yōu)勢而逐漸取代普通機(jī)床得到廣泛應(yīng)用，但與此同時(shí)，數(shù)控機(jī)床在應(yīng)用中還存在故障難度系數(shù)高、故障原因錯(cuò)綜復(fù)雜且關(guān)聯(lián)性高等挑戰(zhàn)，對數(shù)控機(jī)床加工應(yīng)用企業(yè)提出更高的技術(shù)要求。基于對數(shù)控機(jī)床的性能和結(jié)構(gòu)分析，常見的數(shù)控機(jī)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(jī)械化、智能化水平較高的數(shù)控加工機(jī)床的某一個(gè)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(diǎn)，只需要判斷出數(shù)控機(jī)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(fù)機(jī)床的正常運(yùn)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(diǎn)，當(dāng)出現(xiàn)加工精度超差故障時(shí)，數(shù)控機(jī)床的各項(xiàng)功能表現(xiàn)正常，但加工工件的精度超差嚴(yán)重會導(dǎo)致工件報(bào)廢。造成加工精度超差故障的原因多樣，有可能是數(shù)控機(jī)床刀具磨損等機(jī)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(yuǎn)等特征。

2、數(shù)控機(jī)床加工精度超差故障診斷原則

數(shù)控機(jī)床加工精度超差故障呈現(xiàn)出復(fù)雜性的特點(diǎn)，要求在故障診斷中采用嚴(yán)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(nèi)部原則

造成加工精度超差故障的原因可能是機(jī)械性的也可能是電氣性的，而一個(gè)數(shù)控機(jī)床設(shè)備可以分解為電氣部分、液壓部分和機(jī)械部分，因此在故障排查時(shí)，維修人員需要先檢查機(jī)床的外部設(shè)備，但需要盡可能避免拆卸零部件，減少設(shè)備拆卸對機(jī)械設(shè)備的損傷，保證數(shù)控機(jī)床具有較長的使用壽命。

2.2先機(jī)械后電氣原則

數(shù)控機(jī)床整體設(shè)備較大，逐一展開加工精度超差故障排查需要較長的時(shí)間，而且故障診斷的難度系數(shù)較大。因此，可以先對機(jī)械展開診斷，排除機(jī)械故障造成的加工精度超差故障問題之后，再進(jìn)行電氣部分診斷，由此保證故障維修的質(zhì)量和安全性。

2.3先靜態(tài)后動態(tài)原則

數(shù)控機(jī)床加工精度超差故障診斷過程中，需要保證數(shù)控機(jī)床處于斷電狀態(tài)，在靜止中查找可能存在的設(shè)備損壞現(xiàn)象。之后再通電進(jìn)行動態(tài)運(yùn)行中的數(shù)控機(jī)床故障檢查，對于運(yùn)轉(zhuǎn)中的各個(gè)過程，各個(gè)機(jī)械元件進(jìn)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(fù)雜原則

造成數(shù)控機(jī)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(fù)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(jī)床加工精度超差故障查找判斷方法

3.1數(shù)控機(jī)床加工精度超差故障查找方法

一般情況下，數(shù)控機(jī)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(zhì)量不合格。衡量機(jī)床加工精度的指標(biāo)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(jī)床工序能力指數(shù)為 1，理想工序能力指數(shù)為 1.33，當(dāng) CPK ＜ 1 時(shí)，則判斷數(shù)控機(jī)床存在加工精度超差故障。

3.2數(shù)控機(jī)床加工精度超差故障判斷方法

數(shù)控機(jī)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(jìn)行判斷。

第一，了解數(shù)控機(jī)床精度的控制方法。

一般的元件工中，數(shù)控機(jī)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(shí)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(shè)置機(jī)元件加工中機(jī)床的給進(jìn)位移量，

以及經(jīng)過該指令后工作臺實(shí)際位移量之間的符合程度。設(shè)計(jì)要求以及實(shí)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(bǔ)運(yùn)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(jī)床坐標(biāo)軸實(shí)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(gè)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(yùn)動中的機(jī)械誤差所帶來的精度超差問題是可以通過提前設(shè)計(jì)補(bǔ)償?shù)摹６腴]環(huán)伺服系統(tǒng)，其后期產(chǎn)生的機(jī)械誤差、運(yùn)動誤差等不能夠得到有效補(bǔ)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(jī)床精度超差故障的常規(guī)原因。

在數(shù)控機(jī)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(jī)床的機(jī)械故障導(dǎo)致運(yùn)動精度下降。在數(shù)控機(jī)床運(yùn)行中，機(jī)床的主軸、導(dǎo)軌、螺母等關(guān)鍵零部件的磨損不均會導(dǎo)致運(yùn)動精度下降。機(jī)床的機(jī)電設(shè)備的參數(shù)設(shè)施不合理，如導(dǎo)致位置控制有關(guān)參數(shù)反向間隙、夾緊允差等設(shè)置不合理也會導(dǎo)致精度超差。出現(xiàn)超負(fù)荷長期的切削施工，超過規(guī)定的移動速度下數(shù)控機(jī)床的機(jī)電設(shè)備會出現(xiàn)丟步問題。

4、數(shù)控機(jī)床加工精度超差故障維修案例分析

4.1數(shù)控機(jī)床加工精度超差故障現(xiàn)狀

第一，具體加工案例。在機(jī)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(jī)床加工的元件公差帶在 0.04 ～ 0.065mm，在該數(shù)控機(jī)床正常加工中，其精度誤差一般在 0.005 ～ 0.025mm，此時(shí) CPK 值為1 ～ 1.13，屬于正常的加工精度范圍。而當(dāng)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(jī)床隨機(jī)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(jī)床的 X 軸同伺服點(diǎn)擊連接端口軸承缺少潤滑，因此在高速的切削加工中，機(jī)械內(nèi)部的冷卻液會破壞機(jī)械設(shè)備的軸承滾珠，造成嚴(yán)重的設(shè)備磨損現(xiàn)象，而不規(guī)則的磨損則導(dǎo)致機(jī)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(jī)床的刀架定位銷或孔出現(xiàn)嚴(yán)重磨損，在實(shí)際的元件加工中，回轉(zhuǎn)刀架每次的定位位置都不同，因此引起每一個(gè)元件的加工尺寸波動較大。更有機(jī)床導(dǎo)軌潤滑不良所帶紙的鐵屑等雜物卷入到動靜導(dǎo)軌副之間，導(dǎo)致動靜導(dǎo)軌副之間的摩擦阻力變化不均勻，機(jī)床的運(yùn)動特性變差。

4.2數(shù)控機(jī)床加工精度超差故障維修策略

針對于該型號的數(shù)控機(jī)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(shí)定期展開軸承潤滑處理，確保延長軸承的壽命，同時(shí)嚴(yán)禁超出負(fù)荷使用設(shè)備。針對于刀架定位磨損問題，要加強(qiáng)對設(shè)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(fù)荷切削事故問題。針對動靜導(dǎo)軌副故障，需要堅(jiān)持對導(dǎo)軌加油，及時(shí)更換破損的刮屑板，加強(qiáng)日常維護(hù)保護(hù)。

5、結(jié)語

在數(shù)控機(jī)床加工活動中，需要嚴(yán)格預(yù)防和控制數(shù)控機(jī)床加工精度超差問題，在加工實(shí)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(jìn)行故障維修管理，達(dá)到提高數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)加工質(zhì)量的目的。

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