當(dāng)前,，數(shù)控機(jī)床在生產(chǎn)制造行業(yè)得以普遍應(yīng)用,。以航空制造業(yè)為例,，生產(chǎn)活動(dòng)離不開(kāi)數(shù)控機(jī)床。在實(shí)際應(yīng)用中,，機(jī)床可能發(fā)生多種多樣的故障,，其中加工精度異常是為常見(jiàn)的問(wèn)題。在生產(chǎn)活動(dòng)中,，常有操作人員反映加工精度異常，不滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求,，直接影響車間正常的生產(chǎn)計(jì)劃,。本文結(jié)合實(shí)際案例，探討加工精度異常的形成原因,，提出相應(yīng)的診斷處理和預(yù)防方法,。
1　數(shù)控機(jī)床加工精度異常的常見(jiàn)原因
1.1　機(jī)械傳動(dòng)部件故障
THM6350臥式加工中心，由寧江機(jī)床廠生產(chǎn),，數(shù)控系統(tǒng)采用FAGOR8055,。機(jī)床在銑削殼體時(shí)，Z軸進(jìn)給異常造成過(guò)切,，切削誤差量為1mm?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，故障具有突發(fā)性,，進(jìn)給軸處于點(diǎn)動(dòng)模式,、MDI模式，能夠正常進(jìn)給,，而且能正?；氐絽⒖键c(diǎn),，不存在報(bào)警信息，因此電氣硬件故障可以排除,。故障檢查包括以下幾點(diǎn)：
（1）機(jī)床精度異常時(shí)的加工程序段,，以刀具的長(zhǎng)度補(bǔ)償為重點(diǎn)，對(duì)加工時(shí)設(shè)定的坐標(biāo)系進(jìn)行再次計(jì)算,，以檢驗(yàn)準(zhǔn)確性,。
（2）處于點(diǎn)動(dòng)模式下，對(duì)Z軸進(jìn)行多次運(yùn)動(dòng),，此時(shí)聽(tīng)見(jiàn)Z軸出現(xiàn)異常聲響,，快速點(diǎn)動(dòng)狀態(tài)下，這個(gè)噪聲更大,，可以確定是機(jī)械系統(tǒng)出現(xiàn)故障,。
（3）檢查Z軸的運(yùn)動(dòng)精度，輔助應(yīng)用手搖脈沖發(fā)生器,，對(duì)Z軸進(jìn)行移動(dòng),，將手脈倍率定位為1×100擋，輔助利用百分表,，分析Z軸的運(yùn)動(dòng)是否正常,。首先確定運(yùn)動(dòng)精度滿足要求，然后朝著正向進(jìn)行運(yùn)動(dòng),，在手脈變化的同時(shí),，Z軸運(yùn)動(dòng)距離始終為0.1mm，可見(jiàn)電機(jī)正常運(yùn)動(dòng),，定位滿足精度要求,。
反映到機(jī)床的運(yùn)動(dòng)位移量上，包括以下四個(gè)階段：階段,，機(jī)床運(yùn)動(dòng)距離d1＞d=0.1mm,；第二階段，電機(jī)進(jìn)給量d-0.1mm＞d2＞d3,；第三階段,，機(jī)床機(jī)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生實(shí)質(zhì)性的移動(dòng)，表現(xiàn)為反向間隙,；第四階段,，機(jī)床的運(yùn)動(dòng)距離與手脈的給定值數(shù)值相等。說(shuō)明機(jī)床運(yùn)動(dòng)正常,，此時(shí)補(bǔ)償反向間隙,，表現(xiàn)出以下特征：第三階段能補(bǔ)償，、二,、四階段依然存在問(wèn)題,。其中，階段為嚴(yán)重,，加工精度偏差明顯增大,。分析補(bǔ)償過(guò)程可見(jiàn)，隨著間隙補(bǔ)償?shù)脑龃?，d1的移動(dòng)距離也隨之增大,，兩者具有正相關(guān)性。
檢查分析后,，認(rèn)為故障原因包括：電機(jī)運(yùn)行故障,，機(jī)械系統(tǒng)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)內(nèi)部的部件有間隙,。
為了確定故障部位和原因,，打開(kāi)電機(jī)、脫離絲杠,，針對(duì)各個(gè)部件進(jìn)行檢查,。當(dāng)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，手盤絲杠的返回運(yùn)動(dòng)明顯空缺,，能感到軸承有序,、平滑移動(dòng)。拆開(kāi)后發(fā)現(xiàn),，軸承發(fā)生損壞,，其中一顆滾珠脫落。對(duì)此,，重新更換軸承后,，機(jī)床恢復(fù)正常運(yùn)行，加工精度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,。
1.2　機(jī)床熱變形
MH800C機(jī)床,，由德國(guó)DMG公司生產(chǎn),，批量加工時(shí)零件尺寸不穩(wěn)定,，影響正常的生產(chǎn)活動(dòng)。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查認(rèn)為故障原因可能如下：
（1）機(jī)械部件磨損導(dǎo)致連接松動(dòng),。檢查各軸反向間隙發(fā)現(xiàn)間隙過(guò)大,，傳動(dòng)皮帶的連接緊密。將反向間隙補(bǔ)償?shù)阶鴺?biāo)軸,，機(jī)床重新運(yùn)行發(fā)現(xiàn)故障依然存在,，可以排除這一原因。
（2）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)受外部干擾。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)接地良好,，屏蔽裝置有效,，可以排除這一原因。
（3）加工過(guò)程中機(jī)床發(fā)生變形,。檢查顯示各個(gè)地腳牢固,，沒(méi)有出現(xiàn)問(wèn)題。
對(duì)此,，終懷疑是熱變形引起的,。為了進(jìn)一步明確故障原因，輔助利用百分表,，在機(jī)床試運(yùn)行的同時(shí)進(jìn)行檢測(cè),，結(jié)果發(fā)現(xiàn)檢測(cè)時(shí)的位置坐標(biāo)一致，但實(shí)際位置發(fā)生明顯變化,；而且隨著主軸溫度的升高,，其變化值也在加大；當(dāng)主軸冷卻以后,，檢測(cè)值慢慢恢復(fù)正常,。由此可見(jiàn)，故障原因是溫度變化引起的坐標(biāo)點(diǎn)漂移,，處理方法是將漂移值補(bǔ)償?shù)匠绦蛑?。如此，機(jī)床運(yùn)行時(shí),，加工精度得以保證,，工件尺寸滿足加工要求。
1.3　機(jī)床地基和水平不符合要求
DMU70VL立式加工中心,，由德國(guó)DMG公司生產(chǎn),。為了滿足工藝需要，機(jī)床更換了廠房,，但運(yùn)行期間X軸方向出現(xiàn)超差?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查后認(rèn)為故障原因可能如下：
（1）X軸的傳動(dòng)部件松動(dòng)。例如,，絲杠間隙增大,，或者絲杠出現(xiàn)軸向竄動(dòng)。檢查分析后,，發(fā)現(xiàn)間隙滿足標(biāo)準(zhǔn),，絲杠兩端也沒(méi)有松動(dòng)現(xiàn)象，重新擰緊后,，故障沒(méi)有解除,。
（2）熱變形問(wèn)題,。觀察溫度表顯示溫度均勻變化，主軸溫度處于38℃左右,；結(jié)合以往實(shí)踐,，由熱變形引起的故障不會(huì)只有一個(gè)坐標(biāo)軸出現(xiàn)問(wèn)題，因此可以排除,。
（3）X軸自身變形,。考慮到X軸長(zhǎng)度約為3m,，因此水平要求高,，首先檢查地腳螺釘，調(diào)整機(jī)床的水平位置,，結(jié)果顯示精度差異明顯減小,，但一段時(shí)間后問(wèn)題再次出現(xiàn)。為了進(jìn)一步明確故障原因,，輔助利用千分表檢測(cè)X軸絲杠,，結(jié)果發(fā)現(xiàn)發(fā)生彎曲，終確定是機(jī)床地基問(wèn)題,。移開(kāi)機(jī)床發(fā)現(xiàn)地面塌陷,，將機(jī)床移回原來(lái)的廠房，結(jié)果運(yùn)行恢復(fù)正常,。
1.4　機(jī)床電氣參數(shù)更改
V600V數(shù)控立式加工中心,，由大河機(jī)床上生產(chǎn)，控制系統(tǒng)采用FANUC0-M,。加工運(yùn)行期間,，X軸間隙增大，電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)穩(wěn)定性不足,。操作人員觸摸電機(jī)時(shí),，發(fā)現(xiàn)電機(jī)出現(xiàn)抖動(dòng)，處于IOB模式下的抖動(dòng)更加劇烈,。調(diào)查分析后,，認(rèn)為故障原因如下：反向間隙過(guò)大；X軸電機(jī)出現(xiàn)問(wèn)題,。具體檢查時(shí),，首先，補(bǔ)償反向間隙,，結(jié)果故障沒(méi)有解除,，因此可以排除這一故障,；然后,，借助于FANUC系統(tǒng)的參數(shù)功能,，調(diào)試電機(jī)的伺服增益參數(shù)、脈沖功能參數(shù),，結(jié)果電機(jī)抖動(dòng)現(xiàn)象消除,，加工精度滿足生產(chǎn)要求。
1.5　系統(tǒng)參數(shù)變化或改動(dòng)
在數(shù)控機(jī)床中,，系統(tǒng)參數(shù)主要包括進(jìn)給單位,、反向間隙、零點(diǎn)偏置等,。SIEMENS系統(tǒng)或FANUC系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床常用的控制系統(tǒng),，在進(jìn)給單位上分為公制、英制兩種類型,。我公司內(nèi)的CS-GT儀表車床由美國(guó)哈挺公司生產(chǎn),，操作人員加工英制螺紋時(shí)，首先將進(jìn)給單位調(diào)整為英制,，在加工作業(yè)完成后,，沒(méi)有將其改回公制單位；而且和下一班組操作人員溝通不暢,，結(jié)果導(dǎo)致后期加工的元件不滿足精度要求,，甚至出現(xiàn)廢品。此外,，機(jī)床在修理過(guò)程中,，因?yàn)榱泓c(diǎn)偏置、反向間隙,、單位修改等,，改變了零件的尺寸，修理完成后卻沒(méi)有及時(shí)調(diào)整相應(yīng)的參數(shù),。機(jī)床隨著應(yīng)用時(shí)間的延長(zhǎng),，部件之間磨損加大，連接部位也會(huì)發(fā)生松動(dòng),，這也會(huì)導(dǎo)致參數(shù)測(cè)量值變化,，應(yīng)該進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，以滿足加工精度要求,。
1.6　保養(yǎng)管理不善
公司內(nèi)的多臺(tái)JICK6116經(jīng)濟(jì)性數(shù)控車床在工作運(yùn)行過(guò)程中,，橫向尺寸或徑向尺寸出現(xiàn)超差。調(diào)查分析后,，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題在于加工產(chǎn)品的公差帶較寬,，多在0.03～0.08mm之間，正常范圍則在0.005～0.025mm之間,。對(duì)比可見(jiàn),，這些車床在加工中,，存在精度異常故障。采用跟蹤檢查的形式,，結(jié)果發(fā)現(xiàn)除了超差廢品以外,，合格產(chǎn)品的尺寸波動(dòng)范圍滿足要求。對(duì)此,，分析認(rèn)為故障原因可能如下：
（1）X軸,、伺服電機(jī)連接端承的潤(rùn)滑不到位，尤其是人工潤(rùn)滑不到位,，或者直接使用冷卻液,，對(duì)潤(rùn)滑膜造成損害，導(dǎo)致軸承滾珠發(fā)生變形,、磨損等現(xiàn)象,。在絲杠的傳遞作用下，切削力到達(dá)軸承后,，導(dǎo)致刀架的橫向竄動(dòng)量大小不一,，因此精度超差。對(duì)此,，更換新的軸承后,，故障解除，滿足精度要求,。
（2）滾珠絲杠副磨損不均勻,，在切削作用下，刀架定位的精度降低,，此時(shí)單純預(yù)緊絲杠螺母或者進(jìn)行間隙補(bǔ)償,，是無(wú)法有效解決問(wèn)題的，必須更換絲杠螺母,。
（3）X軸托板的導(dǎo)軌面不均勻,，或者斜鐵磨損不均勻，此時(shí)機(jī)床運(yùn)行特性變差,，由于各個(gè)部位的摩阻力不一致,，在切削作用下，刀架的移動(dòng)松緊也不一致,，就會(huì)降低定位精度,。對(duì)于這種問(wèn)題，單純調(diào)整尺寸無(wú)法解決,，應(yīng)該恢復(fù)導(dǎo)軌精度,。
（4）刀架的定位銷孔發(fā)生嚴(yán)重磨損，由于回轉(zhuǎn)刀架的定位不,，加工時(shí)的工件尺寸波動(dòng),，繼而造成精度超差,。對(duì)此，更換發(fā)生磨損的部件即可,。
（5）機(jī)床導(dǎo)軌潤(rùn)滑不足，或者運(yùn)行中鐵銷進(jìn)入導(dǎo)軌副之間,，此時(shí)摩擦阻力明顯加大,，影響機(jī)床的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性。
實(shí)踐證實(shí),，因保養(yǎng)管理不善造成的精度異常故障往往具有較強(qiáng)的隱蔽性,，由于診斷難度大，要求檢查時(shí)必須細(xì)致,。從診斷處理經(jīng)驗(yàn)來(lái)看,，針對(duì)此類問(wèn)題，首先由操作人員進(jìn)行查詢,，了解設(shè)備加工出廢品之前的運(yùn)行情況,，掌握各項(xiàng)產(chǎn)品檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，以及關(guān)鍵工序,、產(chǎn)品質(zhì)控圖等資料,。輔助利用工具設(shè)備，分析加工尺寸的變化趨勢(shì),，看波動(dòng)范圍是否正常,。如果波動(dòng)范圍正常但尺寸超限，此時(shí)可以先不處理,，時(shí)刻監(jiān)測(cè)尺寸的變化趨勢(shì),；如果波動(dòng)范圍異常且尺寸超差，此時(shí)應(yīng)該及時(shí)尋找故障原因,，并進(jìn)行針對(duì)性處理,。
2　數(shù)控機(jī)床故障的診斷原則和方法
2.1　診斷原則
針對(duì)數(shù)控機(jī)床故障，診斷原則如下：
（1）先外后內(nèi),。數(shù)控機(jī)床的外部包括機(jī)械,、電氣、液壓等,，故障發(fā)生后會(huì)體現(xiàn)在外部,，因此維修人員應(yīng)該從外向內(nèi)排查，不要隨意拆卸或啟封,，否則會(huì)擴(kuò)大故障范圍,、降低設(shè)備性能。
（2）先靜后動(dòng),。數(shù)控機(jī)床“帶病”運(yùn)行時(shí),，會(huì)對(duì)其余部件造成損害,，因此故障發(fā)生后要及時(shí)停止運(yùn)行，進(jìn)行觀察和檢驗(yàn),，明確故障部位和原因,。如果是破壞性故障，在保障安全的前提下進(jìn)行通電檢查,。
（3）先機(jī)械后電氣,。機(jī)械和電氣密切相關(guān)，其中電氣系統(tǒng)控制機(jī)械系統(tǒng),，因此發(fā)生故障后應(yīng)該先檢查機(jī)械系統(tǒng),，然后檢查電氣系統(tǒng)，以提高維修效率,。
2.2　診斷方法
數(shù)控機(jī)床故障診斷的常用方法如下：
（1）直觀法,。采用望聞問(wèn)切四個(gè)步驟，觀察機(jī)床故障現(xiàn)象,，看報(bào)警指示燈,、電容器等原件是否變形燒焦，看保護(hù)器脫扣情況,；詢問(wèn)操作人員機(jī)床運(yùn)行情況,；聽(tīng)運(yùn)行噪聲和異常聲響；聞?dòng)袥](méi)有元件燒焦的味道,；觸摸機(jī)床了解發(fā)熱,、振動(dòng)等情況。
（2）隔離法,。針對(duì)可能發(fā)生故障的部位進(jìn)行隔離,，逐漸縮小故障范圍。
（3）功能測(cè)試法,。采用專業(yè)軟件和程序,，判斷元件的運(yùn)行性能。
（4）參數(shù)檢查法,。RAM系統(tǒng)中記錄了設(shè)備的運(yùn)行參數(shù),，故障發(fā)生后會(huì)對(duì)參數(shù)造成影響，出現(xiàn)參數(shù)變動(dòng)或混亂應(yīng)檢查這些參數(shù),，以判斷故障類型和原因,。
（5）同類對(duì)調(diào)法。使用相同功能的元件代替故障元件,，從而明確故障原因,。
3　加工精度異常的預(yù)防措施
3.1　加強(qiáng)采購(gòu)管理，提高機(jī)床質(zhì)量
從數(shù)控機(jī)床本身來(lái)看，如果生產(chǎn)質(zhì)量有缺陷（例如結(jié)構(gòu)剛度低,、裝配質(zhì)量差）,，運(yùn)行時(shí)就會(huì)帶來(lái)加工精度異常。對(duì)此,，設(shè)備安裝要嚴(yán)格按照說(shuō)明書,，提高地基強(qiáng)度，以滿足承重和抗震要求,；科學(xué)接地,，電氣柜中的動(dòng)力線、信號(hào)線要分開(kāi)布設(shè),，增強(qiáng)機(jī)床的抗干擾能力,。
3.2　定期開(kāi)展維修保養(yǎng)工作
分析以往機(jī)床加工精度異常的原因,，維修保養(yǎng)不到位是一個(gè)重要原因,，會(huì)導(dǎo)致機(jī)床導(dǎo)軌、回轉(zhuǎn)刀架,、主軸,、分度工作臺(tái)等部位的潤(rùn)滑性差，機(jī)床運(yùn)行期間會(huì)增大摩擦和損耗,，久而久之造成精度降低,。此外，機(jī)床操作不合理,，存在超負(fù)荷運(yùn)行的情況,，也會(huì)造成精度異常。
3.3　提高操作人員的技能素質(zhì)
一方面,，要樹(shù)立高度責(zé)任心,，熟練掌握機(jī)床的操作流程和技巧，生產(chǎn)過(guò)程中觀察機(jī)床的運(yùn)行情況,，看有無(wú)發(fā)生異?，F(xiàn)象，提高加工精度,；另一方面,，要不斷提升技能水平，企業(yè)應(yīng)該定期開(kāi)展培訓(xùn)活動(dòng),，學(xué)習(xí)先進(jìn)的工藝技術(shù),，掌握維修技巧和方法，一旦發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理,，避免出現(xiàn)嚴(yán)重故障,，將經(jīng)濟(jì)損失降至低。
4　結(jié)語(yǔ)
綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,，數(shù)控機(jī)床得以在制造行業(yè)普遍應(yīng)用,，且獲得行業(yè)青睞。本文結(jié)合實(shí)際案例,，從機(jī)械傳動(dòng)部件故障,、熱變形、地基和水平不符合要求,、電氣參數(shù)更改,、系統(tǒng)參數(shù)變化或改動(dòng)、保養(yǎng)管理不善等方面,，介紹了加工精度異常的原因和處理方法,。在企業(yè)生產(chǎn)中，只有加強(qiáng)采購(gòu)管理,，定期開(kāi)展維修保養(yǎng)工作,，提高操作人員的技能素質(zhì)，才能提高加工精度,，促進(jìn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展,。