数控机床加工精度超差故障维修案例分析
2021-1-14 来源： 商洛职业技术学院 作者：吴文韬
摘要：随着现代技术的不断发展，数控自动化制造技术水平得到迅猛提升，并在工业制造行业中得到广泛应用。当前，借助数控机床加工技术，通过机械化、智能化的控制系统，保证工业生产制造各个环节能够协调配合，提高生产效率，保证生产安全等，为我国工业生产与发展提供坚强的技术支持。但在实际的生产应用中，受到内外部因素的影响，数控机床设备往往容易出现各种加工故障现象，影响数控机床加工的精度。
关键词：数控机床；精度超差故障；维修案例
数控机床加工技术主要是利用装有计算机控制系统的自动化机床，逻辑性地处理控制编码或是其他的符号程序，将处理好的数字代码输入到数控装置中，由此控制机床按照设计要求，自动地进行零件加工。在加工中，如果数控机床的机械元件出现故障损耗，则容易带来精度超差故障，继而影响整个零部件的加工质量和效率。对此，需要提高对数控机床加工精度超差故障的诊断和维修技术，有效避免机床精度方面的功能性故障。
1、数控机床故障类型和特点分析
在机械制造行业中，数控机床凭借自身加工精度高、加工效率高、机械化智能化水平高等优势而逐渐取代普通机床得到广泛应用，但与此同时，数控机床在应用中还存在故障难度系数高、故障原因错综复杂且关联性高等挑战，对数控机床加工应用企业提出更高的技术要求。基于对数控机床的性能和结构分析，常见的数控机床故障类型有以下两类。
1.1功能性故障
功能性故障主要是由于机械化、智能化水平较高的数控加工机床的某一个硬件或是软件出现故障。功能性故障具有直接性、维修管理简易性等特点，只需要判断出数控机床故障位置，通过更换、维修损坏的硬件或软件故障即可恢复机床的正常运行。
1.2加工精度超差故障
加工精度超差故障具有隐蔽性、普遍性等特点，当出现加工精度超差故障时，数控机床的各项功能表现正常，但加工工件的精度超差严重会导致工件报废。造成加工精度超差故障的原因多样，有可能是数控机床刀具磨损等机械原因，也有可能是数控控制系统电气化故障等，整体上呈现出维修难度大、影响深远等特征。
2、数控机床加工精度超差故障诊断原则
数控机床加工精度超差故障呈现出复杂性的特点，要求在故障诊断中采用严格的诊断流程方式，只有如此才能够提高加工精度超差故障诊断效率以及故障维修效率。
2.1先外部后内部原则
造成加工精度超差故障的原因可能是机械性的也可能是电气性的，而一个数控机床设备可以分解为电气部分、液压部分和机械部分，因此在故障排查时，维修人员需要先检查机床的外部设备，但需要尽可能避免拆卸零部件，减少设备拆卸对机械设备的损伤，保证数控机床具有较长的使用寿命。
2.2先机械后电气原则
数控机床整体设备较大，逐一展开加工精度超差故障排查需要较长的时间，而且故障诊断的难度系数较大。因此，可以先对机械展开诊断，排除机械故障造成的加工精度超差故障问题之后，再进行电气部分诊断，由此保证故障维修的质量和安全性。
2.3先静态后动态原则
数控机床加工精度超差故障诊断过程中，需要保证数控机床处于断电状态，在静止中查找可能存在的设备损坏现象。之后再通电进行动态运行中的数控机床故障检查，对于运转中的各个过程，各个机械元件进行观察测试，确定故障存在的位置，以此做好故障维修作业。
2.4先简单后复杂原则
造成数控机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诊断过程中，必须能够采用先简单后复杂的原则方式，从而排除所有的故障类型，避免有所疏忽，并且极大地提高故障维修的效率。
3、数控机床加工精度超差故障查找判断方法
3.1数控机床加工精度超差故障查找方法
一般情况下，数控机床零部件加工都允许存在一定的精度差，一旦精度差超过可承受范围，则被定义为精度超差，零件质量不合格。衡量机床加工精度的指标被称为工序能力指数（CPK
），指数越大，则表示元件的尺寸波动范围越小，超差概率越小。正常的机床工序能力指数为 1，理想工序能力指数为 1.33，当 CPK ＜ 1 时，则判断数控机床存在加工精度超差故障。
3.2数控机床加工精度超差故障判断方法
数控机床加工精度包括几何精度、传动精度和位置精度等。如果出现精度超差，就必须借助各种诊断方式判断是属于哪一种精度超差故障类型，然后针对引起这类精度超差故障的原因进行判断。
第一，了解数控机床精度的控制方法。
一般的元件工中，数控机床对加工精度的控制是通过其加工元件原材料的位移和定位精度来实现的。数控控制系统中的伺服系统通过指令脉冲指令设置机元件加工中机床的给进位移量，
以及经过该指令后工作台实际位移量之间的符合程度。设计要求以及实际位移量的误差越小，伺服系统的位移精度越高。常用的伺服系统有闭环伺服系统和半闭环伺服系统，这两种系统对于位移精度的控制原理相同，都是利用插补运算得到控制系统的位置指令，借助位置检测装置反馈回来机床坐标轴实际位置的差值尽可能地消除差值，得到精确的位置位移值。两个系统的不同之处在于闭环伺服系统误差、传动链误差以及运动中的机械误差所带来的精度超差问题是可以通过提前设计补偿的。而半闭环伺服系统，其后期产生的机械误差、运动误差等不能够得到有效补偿，
因此加工精度超差发生的可能性较高。
第二，掌握造成数控机床精度超差故障的常规原因。
在数控机床加工过程中，任何伺服系统在加工中都不可避免地会出现精度加工超差问题，如机床的机械故障导致运动精度下降。在数控机床运行中，机床的主轴、导轨、螺母等关键零部件的磨损不均会导致运动精度下降。机床的机电设备的参数设施不合理，如导致位置控制有关参数反向间隙、夹紧允差等设置不合理也会导致精度超差。出现超负荷长期的切削施工，超过规定的移动速度下数控机床的机电设备会出现丢步问题。
4、数控机床加工精度超差故障维修案例分析
4.1数控机床加工精度超差故障现状
第一，具体加工案例。在机械制造工业中，半闭环型数控车床 CAK6150D，在元件加工中出现 X 方向尺寸无规律，加工精度超差现象。根据分析可知，该数控机床加工的元件公差带在 0.04 ～ 0.065mm，在该数控机床正常加工中，其精度误差一般在 0.005 ～ 0.025mm，此时 CPK 值为1 ～ 1.13，属于正常的加工精度范围。而当下所加工的元件则出现精度超差故障问题，而且除了废品之外，其余的合格元件的尺寸大小也呈现出较大的波动，因此通过精度故障的原因排除，可以归纳判定为出现数控机床随机性加工精度超差故障。
第二，故障表现分析。在分析中发现，该半伺服数控机床的 X 轴同伺服点击连接端口轴承缺少润滑，因此在高速的切削加工中，机械内部的冷却液会破坏机械设备的轴承滚珠，造成严重的设备磨损现象，而不规则的磨损则导致机床刀架横向参数不同，定位精度出现参差不齐的情况。另外，还发现该机床的刀架定位销或孔出现严重磨损，在实际的元件加工中，回转刀架每次的定位位置都不同，因此引起每一个元件的加工尺寸波动较大。更有机床导轨润滑不良所带纸的铁屑等杂物卷入到动静导轨副之间，导致动静导轨副之间的摩擦阻力变化不均匀，机床的运动特性变差。
4.2数控机床加工精度超差故障维修策略
针对于该型号的数控机床加工精度超差出现的故障类型可知，需要对其展开故障维修管理。针对于轴承故障问题，需要通过定时定期展开轴承润滑处理，确保延长轴承的寿命，同时严禁超出负荷使用设备。针对于刀架定位磨损问题，要加强对设备的定期维修检查，注意对刀架的润滑，防止出现撞击事件或是负荷切削事故问题。针对动静导轨副故障，需要坚持对导轨加油，及时更换破损的刮屑板，加强日常维护保护。
5、结语
在数控机床加工活动中，需要严格预防和控制数控机床加工精度超差问题，在加工实际作业中，发现零件加工精度超差出现受到多种因素的影响，所呈现出来的故障位置、故障表现形式也不同。采用正确的精度故障查找和判断方式，并且针对于故障类型制定维修方案，逐一进行故障维修管理，达到提高数控机床生产加工质量的目的。
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