数控机床加工精度故障与维修分析

郭龙伟

（杭州萧山技师学院，浙江 杭州 311201）

数控机床并不是一个独立的设备，它是包括机床、计算机、电动机，包括相应的控制器检测等这些技术一体的自动化设备，他可以用于一些机械部件的加工，提高精度的处理，使机械部件得到非常好的加工。整个机床基本组成包括相应的控制系统还有数控系统和服务系统、反馈装置等。整个数控装置的计算机运算方法和相应的驱动系统的控制极简化，还有高精度机械传动装置是整个数控机床的高精度加工的后期保障，它可以保证机床的高精度加工方面的精度要求。但是在使用这种数控机床一段时间过后就会遇到相应的精度下降的问题出现，还会出现零件加工出来的尺寸不稳定，或者是没有达到相应的标准，这都是因为数控机床的高精度加工系统出现了相应的故障，影响这种数控机床加工尺寸不稳定。精度不正确的因素还有很多，主要是在机械方面和电气方面，还有包括辅助控制系统方面出现了一定的问题，这类故障的诊断和相应的分析都有一定的难度，包括后期的维修也需要找到专门的原因进行专项维修，文中对数控机床加工精度的主要影响因素、相应的故障及后期维修的相应方法进行分析。

一、数控机床加工精度的主要影响因素

（一）工艺方案的影响

通常情况下，数控机床程序需要按照所有控制加工机床零件的设计图纸加工技术及产品质量标准要求，对机床工艺设计方案进行加工工艺方案设计。若是机床工艺设计方案不合理，则可能会对机械加工件的精度也会造成较大影响。这主要是因为在不同的机床工艺设计方案下，机械加工零件的尺寸会存在一定的误差，所以机床加工时，必然地就会容易出现加工误差数量累积的异常情况，由此便可能会对数控加工时累积件的精度也会造成较大影响。

（二）数控程序的影响

如果数控程序本身存在问题，则必然的就会直接导致加工误差，从而严重影响零件加工时的精度。目前来看，通常会直接采用通过计算机自动进行编辑的程序来进行，使用这种数控程序对一些形状比较简单的机床零件可以进行自动加工，基本上就能够完全保证加工精度。但如果一些待用的加工机床零件的形状结构较为复杂，通过计算机自动进行编辑编制出来的各种数控程序就有可能会同时存在一些缺陷，从而导致无法完全达到加工精度上的要求，由此也就会容易产生加工精度上的偏差，会对机床零件的加工质量性能造成不良影响。

（三）机械性能的影响

机械性能的影响包括机床本体结构设计及材料的影响，零部件来料误差，装备工艺及误差，长期运行温升后各零部件热膨胀系数不同的影响。

根据数据分析显示，机床在运转的过程中，很难始终保持机床加工精度。虽然很多数控机床的整体生产工艺包括设计方案和所用到的数控加工程序都完全没有任何加工技术上的问题，但实际使用加工过程生产制造出来的数控机床加工零件却仍然不能完全能够达到机床加工有关精度的技术要求，这与数控机床本身的连续加工工作状态不断变化程度有关。所以有些数控机床在连续加工使用较长或者一段时间后，需要通过手动进行调整，使其加工功能能够恢复最佳化的加工工作状态，以有效地减轻对数控机床加工过程精度的影响。

二、数控机床故障类型特点

在整个数控机床的故障方面，他们也有其主要的特点。在特点上其分为两大类型，第一种类型就是它的功能性故障，这一类故障的主要特点就是由于他们的硬件损坏，或者说在软件上不能够正常的进行工作，对于整个机床进行操作所导致的数控机床的某个功能不能够正常的进行工作，从而导致的一系列故障出现。这种功能性故障只需要更换相应损坏的硬件或者是软件就可以使整个数控机床重新开始运作不会影响其他的地方。还有一种类型就是在加工精度上面的超差故障，这种超差故障是非常难操作的，并且在维修方面也是不好维修的，这类故障的主要特点就是数控机床的每个功能都是正常的，并且可以正常生产相应的零件，但是在加工每个零件的精度的时候都会出现精度超差的现象，导致整个零件的报废，整个故障的原因一方面是在机械方面，另一方面是在电气方面，主要是两方面的内部系统出现了问题，它的维修难度非常大，并且不好找到其维修的点，不能够准确的进行维修。

三、数控机床加工精度的故障分析

（一）系统参数设定不当或伺服参数未优化

如果严重影响机床加工精度误差参数，可能是因为反向进给控制系统没有反向自动补偿控制参数，螺距精度误差自动补偿控制参数功能出现一些问题，需要重新设置参数。因此当螺距精度误差自动补偿控制参数功能出现设定不正确时，可以通过考虑直接利用数控机床上的激光自动补偿干涉仪，对其的螺距精度误差控制参数功能进行补偿。同时应该按数控机床电动机的实际机床使用条件对其进行伺服电机初始的优化自动补偿设置，将针对数控伺服参数进行自动处理。目前用的数控机床大多数都需要直接采用基于现代数控计算机自动化的辅助补偿控制系统技术，这样可以使其能够有效地实现电机自动化的控制优化，定期进行测试或者利用软件设计工具对其进行机床加工螺距精度自动补偿，调节后就可以有效地保证其在数控机床上的加工效果并且能够长期达到最佳。

（二）在数控机床加工过程中的竖纹问题

加工出的零件出现竖型条纹的问题是整个数控机床的加工过程中非常主要的一个问题。当整个数控机床在进行单边切削的时候，这时候加工出来的零件的表面光洁度会非常的好，表面不会出现竖形条纹的现象，无论是从什么测试上，我们都可以在途中发现测试的结果与整个加工效果都是非常好的。但是当我们的数控机床进行X 轴和Y 轴的两轴插补的时候，这时候的斜面切削出现的加工斜面上就会出现不规则的属性条纹，并且这些条纹的深浅都是不一样的，且有不规则的间距出现，我们通过伺服电机频率特性测试，TCMD 波形测试，对这些竖纹进行了相关的分析，并且得出了以下的图形，如图1 所示。根据我们的波形可以发现整个图形的变化是异常的，根据图形中我们可以看出X 轴的波形出现了复杂异常的情况，并且导致了整个波形的运行非常的不连续，并且不均匀红色的为Y 轴的波形，它的波形起伏非常大，运行也很不稳定。由此我们可以判断出，X 轴和Y 轴进行插补加工斜面的时候，在斜面上出现了竖纹，就是因为上述的异常复杂干扰所引起的。

图1

（三）在数控机床加工过程中的超差问题及相关解决方法

因为整个数控机床是一个半闭环或者是全闭环的一个控制系统，他的整个控制系统是由电流环、速度环和、位置环这三种环所组成的，它的位置环控制机床的位置精度，包括相应的加工精度，超差就属于位置环出现了相应的故障，当整个数控机床的加工精度超差之后就会出现所加工的零件与整体的标准相差过大的情况出现。整个驱动器把来自受控系统的电流脉冲经过相应的运算和放大处理来对电机产生相应的转矩，从而使整个数控机床产生超差现象。其主要问题还是在电气控制方面，当出现整个伺服电动机械转子内部光栅编码器接触不良时，可能是因为内部电源电压出现问题，超过或者出现低于额定值的工作电压，最终很有可能就会导致自动放电反馈器的工作质量明显下降，引发内部工件加工过程中的状态不稳。如果工作电压经常低于4.75v 时，可以通过它来检查内部光栅编码器的内部电源异常，来判断是否故障。另外还有可能的就是因为整个伺服电动机内部的光栅编码器和驱动器没有完全进行封闭或者安装良好，导致整个光栅外界的一些化学物质污染物直接通过进入光栅传送到整个新的光栅内部，引发整个光栅内部信号源的直接丢失。只要及时拆开内部光栅编码器，旋转整个内部光栅就能够快速对已经浸在整个光栅内的化学玻璃膜和镀膜材料进行彻底的清洗，解决化学污染物的问题。

四、对于数控机床精度故障的维修分析

（一）对于系统参数设定不当或伺服参数未优化问题

首先就是对于加速或者减速方面的设置问题，如果想要让参数达到精度的标准就要对相应的功能进行开启和设置，具体的标准我们要按照下表1 的具体操作进行设置。

表1 与G00 相关加/减速参数

除了对于一些加速和减速的功能进行设置，我们还要对于第二插补的设置，通过对第二插补后加减速功能的设置，将使整个数控机床平台的精度更加精准，运行更加平稳，在提高数控机床加工精度的同时，也利于进一步优化加工效率，我们在设定第二插补中的具体参数如下表2 所示。

表2 减振相关参数

根据不同的加工方式，如果想要是精度达到一定的标准的化也需要做出一定的设置工作就比如在高速高精度功能控制的时候，我们要做出的设置主要就是设定重视速度、重视精度的参数集，通过在加工时指定合适的加工条件的精度级，系统即可自动计算符合条件的参数值并设置至相应的参数号中，只有这样才能保证在加工不同的机械零件的时候精度不会出现相应的问题，具体的内容和设置参数如下表3 所示。

表3

（二）对于在数控机床加工过程中的竖纹问题

我们首先对于带有竖纹的机械零件做了圆弧测试，所谓的圆弧测试就是圆弧误差的测试是我们伺服调试中判断系统侧加工精度误差和实际加工误差的常用方法之一。该方法在处理模具加工精度问题、工件表面条纹问题等方面也有着很大的应用。利用该误差图形的分析，并结合实际的球杆仪测试，可以非常方便地检测出机床的加工精度和加工效果。下面我们将给出圆弧误差测试后的结果，如下图2所示。

图2

从我们所做的圆弧误差测试中，我们可以看出，在上述的测试条件之下，测试由系统生成的圆弧加工程序过后运行出来的圆弧误差，图形误差是比较大的，因为它的整个波形波动的起伏是非常大的，即使他的整个的运行过程中都是非常平稳的，但是实际上，当两个轴进行插补的过程中，实际加工下来的。面光洁度很好，但是也会表现出有竖纹的现象出现，所以说这种方法。不能够非常好地发现竖纹出现的基本原因。

我们如果想要更好地测定整个竖纹出现的基本原因，还是要运用上面介绍问题时所用的波形图，我们将丝杆螺母的松紧让相关人员进行了相关的调整，并且我们再次优化参数后进行相关的波形测试，其结果如我们下图3 所示。由图中我们可以看出在调整机械的负载过后，相应条件下就会发现波形得到了明显的改善，此时X 和Y 的斜面插补监测波形非常的均匀，非常的完美，在实际的加工过后也会发现斜面上的竖形条纹消失了，这就说明调节丝杆螺母的松紧还是非常重要的。

图3

五、总结与分析

数控机床专业加工设备，与其他机床加工机器相比，具有极高的加工精度和操作便捷性等优势。然而在其运行中，也会出现很多问题，例如进给机械转动故障等，相关的操作管理人员一定要妥善找出其中存在的问题，并且进行故障诊断，进行针对性地解决，从而保证数控机床的稳定安全运行。