数控机床加工精度故障诊断与维修探讨

何峰

摘要：数控机床作为自动化设备，集合了计算机技术、电动机、机床检测技术，结构复杂、功能多样，极易引发各种故障。長时间使用后经常出现精度下降、尺寸不稳定的情况，导致数控机床加工效率受到影响，严重的还会引发巨大的经济损失，对数控机床加工精度故障进行全面诊断，明确主要故障类型，提出故障检测方法，有效提高数控机床加工精度异常故障诊断的效果，保证数控机床的运行水平全面提升。

关键词：数控机床;加工精度故障;诊断方法;维修策略

0  引言

数控机床作为机电一体化设备，加工精度更高、质量更可靠，可以显著提高加工效率。由于数控机床集强弱电于一体，一旦系统出现运行故障，必然会使整个机床停机，严重影响生产效率。数控机床加工精度故障产生的原因多种多样，有机械故障、数控系统故障、传感元器件故障、线路连接故障等，加工精度异常故障诊断时，详细耐心细致的处理，数控机床加工精度满足要求，提高模具加工效率。

1  数控机床加工精度的主要故障

1.1 进给机械传动

根据数控机床的进给系统构成来看，如果出现加工精度异常，可能是由以下原因导致：伺服电动机轴与丝杠之间连接松动，造成丝杠与电动机无法同步，出现显著的尺寸偏差。工作台受到惯性作用的影响，导联轴节两端出现相对移动变化的情况。滚珠丝杠螺母如果间隙发生变化，或者经过长时间使用后，丝杠螺母，受到严重磨损，造成滚珠出现异常情况。当滚珠丝杠固定轴出现严重磨损的情况时，很容易产生巨大的运动阻力，出现几十微米尺寸范围内的无规则变化情况。只需更换磨损轴承，认真调节丝杠即可排除故障。滚珠丝杠与螺母之间或滑块与导轨之间，经过长时间的磨损而引发运动阻力增加情况，对各种执行移动指令无法准确判断这种故障类型，零件尺寸几十微米范围内发生无规则变化。

1.2 系统参数设定不当或伺服参数未优化

如果影响加工精度参数，可能是因为进给系统反向间隙补偿参数，螺距误差补偿参数出现问题，只需要重新进行机床反向间隙测量快速弥补系统参数的误差即可。当螺距误差补偿参数设定不正确时，可以利用数控激光干涉仪，对误差进行补偿。如果电动机相关控制参数没有设定或设定不当，可能造成伺服电动机控制参数发生异常情况，应该按电动机的实际规格进行初始化设置，将伺服的优化处理。数控机床大多采用计算机辅助技术，就能够实现自动优化，定期利用软件进行精度调节能够保证机床效果达到最佳。

1.3 电气控制

当伺服电动机编码器接触不良时，可能是因为编码器的电源电压出现偏差，超过或低于额定电压，最终导致反馈质量下降，引发加工状态不稳。如果低于4.75V时，可以检查编码器的电源线是否出现断线的情况或者是编码器的插头针是否开焊。还可能是因为电动机内部编码器没有封装良好，导致外界的污染物进入到光栅内部，引发信号丢失。拆开编码器，旋转光栅就能够快速对光栅玻璃进行清洗，解决问题。

如果上述操作依然无法恢复，则应该及时更换编码器。当伺服电动机转子出现轴承故障时，应该立即更换电动机的轴承或者电动机同时要。送厂维修，如果出现系统主板反应不良时，应该更换主板。需要检查更换板的状态、版本号与原版状态一致，做好数据备份，避免出现信息丢失的情况[1]。

1.4 数控机床辅助控制装置精度故障

对于数控机床辅助控制装置不良很容易造成主轴组件的重复定位精度下降，或者机床导轨出现润滑不足等情况。当主轴组件不良，可以先检查主轴的轴向和径向是否存在偏差，如果发生偏差则应该及时调整，当车床自动换刀装置重复定位精度下降时，必须拆开自动换刀装置，对磨损部件进行修复，如果因为机床润滑不足导致加工精度下降，则可以对润滑管道系统进行检查。

2  数控机床故障诊断的原则

数控机床故障诊断时，要遵循先外部后内部、先机械后电气、先静后动、先简单后复杂的原则。先外后内主要就是指维修人员从设备外观进行逐一排查，避免随意启封或者对数控机床进行拆卸，否则很容易导致故障扩大，造成机床精度丧失，影响机床的整体性能。机床故障主要是受到机械故障影响，数控系统故障诊断难度比较大。故障检修之前一定要排除机械故障，这样既可以有效缩短故障检查时间，又可以提高故障检修水平。先静后动就是将机床断电，通过对机床进行全面的观察测试，明确故障的属性才能够给机床通电。运行状态下对机床的动态运转情况进行观察与测试，寻找到故障点，对破坏性故障要及时排除危险，才能够通电。

3  故障诊断主要方法

3.1 观察故障排除法

由于电气技术快速发展，电气设备的性能参数通过对设备外观进行全面判断与观察，结合检修人员的工作经验及时发现电气设备正常运行中出现的问题。数控机床主要采用的是仪表及故障指示器进行故障监控，工作人员只需要特定时间段对仪器设备的数值进行查看，了解设备运转的正常状态，通过对设备线路和外观整体进行观察，这样就能够及时排除故障。认真观察外观是否出现螺丝松动脱落等情况，对控制灯状态进行判断，检查数控机床的绝缘阻值、端子头、固定螺丝和导线是否正常连接，有无松动风险。如果出现短路故障，判断熔断器是否出现烧断的情况，分辨故障设备的具体位置。

3.2 倾听故障排除法

倾听故障排除就是要认真听操作人员叙述，故障发生之前有什么样的异常操作，或者出现什么故障现象，对故障发生的部位和影响范围进行断定。或操作人员用耳朵倾听设备运转的声音进行判断。数控机床实际运转中正常的声音与故障声音会有显著差异，听机器运转时故障声音可以辨别故障类型。

例如，数控机床发生故障时会发出嗡嗡的声音，检修工作人员可以根据自己的工作经验和专业素养对故障点进行准确查找。

3.3 气味故障排除法

靠近故障设备时，可以通过设备散发出的气味是否正常而判断数控机床的运行状态。由于数控机床采取不同绝缘材料，正常运转时只要不超过额定温度，设备的正常温度都不足以产生强烈的气味。只有当电气设备出现过载或短路的情况下，导致温度急剧上升，才会引发各种浓烈刺鼻的气味也各不相同。

3.4 电器方面故障诊断方法

在数控机床电气故障診断时，必须充分利用数控系统的自诊断功能，结合显示器上显示的报警信号，从而快速判断故障部位。利用数控机床PLC功能，快速找到问题的关键PLC作为机床生产厂家，机床功能的主要特点，在编制时必须保证动作顺序和报警文本相一致，在内部顺序控制前提下，对相关的指令进行妥善处理，任何一个执行元件不动作都可能导致机床出现故障，也会对系统执行造成干扰。将可能出现故障的目标用备用件进行替换，或者在机床上相同板进行互换，快速启动机床观察故障现象是否消失，如果故障出现转移则证明该部件出现了明显的故障，在采用部件交换法之前，一定要保证数控系统的电压稳定，负载不会出现短路。根据数控系统伺服、驱动器和电机的连接框图，确定故障点，并用零件交换的方法确定x轴电机的线缆互换，如果x轴伺服能正常工作，则可折服，电机无动作。X轴电机正常电缆恢复到原来位置后，如果x轴不动，z轴正常，则可以判断x轴驱动器出现了故障。机床受外界电、磁场的影响也会造成参数变化，出现这样的现象，要先检查参数，若有变化，要先恢复参数，再查找其它原因。长期闲置的机床，由于电池电量不足和电子元器件的性能变化，很容易造成参数丢失或变化，检查机床的参数情况，很容易找到故障所在。

4  数控机床加工精度故障维修方案

4.1 系统参数发生变化或改动的故障处理

当系统参数出现故障时，很可能造成机床改进系统零点偏置或反向间隙。经过修理之后，及时对机床系统参数进行准确调整。如果是因为机械磨损严重或者连接松动引起参数测值发生变化，应该对参数进行重置。

4.2 机械故障导致的加工精度异常

加工精度异常作为机械加工最经常出现的问题，需要花费大量的时间和精力进行检修。检修人员要总结经验教训，快速判断故障的类别。如果故障突发，各轴之间依然能够正常运转，没有任何电气控制硬件故障的提示，可以初步判断机械方面可能存故障[2]。

4.3 机床电气参数未优化

电气参数没有优化，很容易造成电机运转异常。加工过程中，可以充分考虑是否因为电机启动不稳，如果发现出现剧烈抖动的情况，可以及时调整系统参数，对间隙的位置进行补偿，做好脉冲抑制调控，消除电机抖动的问题，保证机床加工精度恢复。

4.4 机床位置环异常或控制逻辑

加工过程中机床位置环出现逻辑控制不妥，引发加工精度异常。

例如一辆镗铣床的加工中心为全闭环控制。如果y轴出现精度异常，通过对PLC程序进行修改，当y轴松开后，将y轴进行加紧并将y轴去掉，有效解决机床

故障。

5  结束语

数控机床加工具有极高的精度和便捷性优势，是其它加工设备无法取代的。在长时间运行后很容易出现温度异常等问题，必须要及时进行处理。通过本文对数控机床加工精度故障诊断与维修进行详细的讨论，介绍了数控机床故障诊断的原则和主要的诊断方法，提出相应的维修策略，保证数控机床运行更加稳定，让数控机床发挥更大的价值。

参考文献：

[1]叶成.数控机床加工精度故障及维修处理研究[J].科学技术创新，2020（11）：182-183.

[2]陶霖.数控机床加工精度故障及维修处理研究[J].中国金属通报，2020（01）：74-75.

[3]王国珍.数控机床加工精度故障的诊断与维修研究[J].内燃机与配件，2019（01）.

[4]刘霞，周丽丽.提高数控机床加工精度的方法略谈[J].时代农机，2018（03）.

[5]李建.影响数控机床加工精度因素及改进关键问题探讨[J].中国设备工程，2018（20）.