论文部分内容阅读
摘 要：文章针对精度异常故障的处理过程，重点论述数控机床加工精度异常故障的引发原因，以及引发精度异常的原因。并总结探讨了故障类型有效的诊断以及处理方法，为数控机床生产加工提供有力的技术参照，避免隐患问题对加工生产造成不利影响。最后针对案例中的故障处理方案进行点评分析。
关键词：数控机床；加工精度；异常故障；故障诊断
1 影响加工精度的因素
影响加工精度的因素中，检测参数异常是最常出现的，除此之外还包括卧车机床在使用中被私自改造，原有控制体系运行困难，机床各个部位各轴运转出现误差等。导致精度异常的原因有很多，因此在选择故障诊断方法时也要具体表现。上述原因为硬件部分，软件控制程序问题也会影响到最终的加工精度，如控制程序与实际需求不相符合，在没有对程序优化前便开展加工任务，都会产生误差，在结果精准度上也会受到影响。人物因素与系统因素共同促使也会使数控机床出现加工精度异常故障，因此掌握引发原因后有针对性的进行优化预防，是提升数控机床加工精度的有效措施。
2 数控机床故障诊断方法
2.1 直观法
问-机床的故障现象、加工状况等；看-CRT报警信息、报警指示灯、电容器等元件变形烟熏烧焦、保护器脱扣等；听-异常声响；闻-电气元件焦糊味及其他异味；摸-发热、振动、接触不良等。
2.2 参数检查法
参数通常是存放在RAM中，有时电池电压不足、系统长期不通电或外部干扰都会使参数丢失或混乱，应根据故障特征，检查和校对有关参数。
2.3 隔离法
在一些故障难以区分是数控部分，还是伺服系统或机械部分造成时，通常采用隔离法。
3 加工精度异常故障诊断和处理实例
3.1 机械故障导致加工精度异常
故障现象：一台数控车床，采用i5系统。在加工一种轴类零件球头过程中，忽然发现Z轴进给异常，造成很大的切削误差量（零件不圆，Z方向过切）。
故障诊断：调查中了解到，故障是忽然发生的。机床在点动、手动输入數据方式操作下各个轴运行正常，且回参考点正常，无任何报警提示，电气控制部分硬故障的可能性排除。应主要对以下几个方面逐一进行检查。
检查机床精度异常时正在运行的加工程序段，特别是刀具长度补偿，加工坐标系（G54-G59）的校对和计算。
在点动方式下，反复运动Z轴，经过视、触、听，对其运动状态进行诊断，发现Z向运动噪音异常，特别是快速点动时，噪音更加明显。由此判断，机械方面可能存在隐患。
检查机床Z轴精度。用手摇脉冲发生器移动Z轴，（将其倍率定为1×100的挡位，即每变化一步，电机进给0.1mm），配合百分表观察Z轴的运动情况。在单向运动保持正常后作为起始点的正向运动，脉冲器每变化一步，机床Z轴运动的实际距离d=d1=d2=d3=…=0.1mm，说明电机运行良好，定位精度也良好。而在返回机床实际运动位移的变化上，可以分为4个阶段：（1）机床运动距离d1>d=0.1mm（斜率大于1）；（2）表现为d1=0.1mm> d2>d3（斜率小于1）；（3）机床机构实际没移动，表现出最标准的反向间隙；（4）机床运动距离与脉冲器经定数值相等（斜率等于1），恢复到机床的正常运动。无论怎样对反向间隙进行补偿，其表现出的特征是：除了（3）阶段补偿外，其他各段变化依然存在，特别是（1）阶段严重影响到机床的加工精度。补偿中发现，间隙补偿越大，（1）阶段移动的距离也越大。
分析上述检查内容，认为存在几点可能原因：一是电机有异常，二是机械方面有故障，三是丝杠存在间隙。为了进一步诊断故障，将电机和丝杠完全脱开，分别对电机和机械部分进行检查。检查结果是电机运行正常；在对机械部分诊断中发现，用手盘动丝杠时，返回运动初始有很大的空缺感。而正常情况下，应该能感觉到轴承有序而平滑的移动。
故障处理：经过拆卸检查发现该轴承确实受损，且有滚珠脱落。更换后机床恢复正常。
3.2 控制逻辑不妥导致加工精度异常
故障现象：一台某机床厂家生产的数控车床，系统是广州数控。加工过程中，发现该机床X轴精度异常，精度误差最小为0.008mm，最大为1.2mm。
故障诊断：检查中，机床已经按照要求设置了G54工件坐标系。在手动输入数据方式操作下，以G54坐标系运行一段程序即“GOOG90G54X60.OY70.OF150；M30；”，待机床运行结束后显示器上显示的机械坐标值为（X轴）“-1025.243”，记录下该数值。然后在手动方式下，将机床点动到其他任意位置，再次在手动输入数据方式操作下运行刚才的程序段，待机床停止后，发现此时机床坐标数值显示为“-1024.891”，同上一次执行后的数值比较相差了0.352mm。按照同样的方法，将X轴点动移动到不同的位置，反复执行该程序段，而显示器上显示的数值都有所不同（不稳定）。用百分表对X轴进行仔细检查后，发现机械位置实际误差同数字显示出来的误差基本一致，从而认为故障原因为X轴重复定位误差过大。在对X轴的反向间隙及定位精度进行检查后，重新补偿其误差值，结果起不到任何作用。因此怀疑X轴丝杠、电机及系统参数等有问题。但为什么产生如此大的误差，却又未出现相应的报警信息？进一步检查后发现，此轴为45度方向的轴，当X轴松开时滑板向下掉，X轴电机不好用造成了误差，更换电机现象消除。
4 结语
通过对数控机床加工精度异常故障诊断和处理方法进行探讨，把生产中所遇到的实际问题及解决方法加以归纳，充实了教学内容并渗透到生产实践中，不但让学生掌握了解决问题的方法，更重要的是培养了学生实际操作能力、运用知识分析和解决问题的能力，达到技工学校教育教学的目标，使学生成为适应市场需求的实用型人才。
参考文献
[1]姜云宽.基于在线最小二乘支持向量机的数控机床热误差建模与补偿[J].闽西职业技术学院学报，2016，（4）：117-120.
（作者单位：沈阳机床股份有限公司中捷立加分公司）
关键词：数控机床；加工精度；异常故障；故障诊断
1 影响加工精度的因素
影响加工精度的因素中，检测参数异常是最常出现的，除此之外还包括卧车机床在使用中被私自改造，原有控制体系运行困难，机床各个部位各轴运转出现误差等。导致精度异常的原因有很多，因此在选择故障诊断方法时也要具体表现。上述原因为硬件部分，软件控制程序问题也会影响到最终的加工精度，如控制程序与实际需求不相符合，在没有对程序优化前便开展加工任务，都会产生误差，在结果精准度上也会受到影响。人物因素与系统因素共同促使也会使数控机床出现加工精度异常故障，因此掌握引发原因后有针对性的进行优化预防，是提升数控机床加工精度的有效措施。
2 数控机床故障诊断方法
2.1 直观法
问-机床的故障现象、加工状况等；看-CRT报警信息、报警指示灯、电容器等元件变形烟熏烧焦、保护器脱扣等；听-异常声响；闻-电气元件焦糊味及其他异味；摸-发热、振动、接触不良等。
2.2 参数检查法
参数通常是存放在RAM中，有时电池电压不足、系统长期不通电或外部干扰都会使参数丢失或混乱，应根据故障特征，检查和校对有关参数。
2.3 隔离法
在一些故障难以区分是数控部分，还是伺服系统或机械部分造成时，通常采用隔离法。
3 加工精度异常故障诊断和处理实例
3.1 机械故障导致加工精度异常
故障现象：一台数控车床，采用i5系统。在加工一种轴类零件球头过程中，忽然发现Z轴进给异常，造成很大的切削误差量（零件不圆，Z方向过切）。
故障诊断：调查中了解到，故障是忽然发生的。机床在点动、手动输入數据方式操作下各个轴运行正常，且回参考点正常，无任何报警提示，电气控制部分硬故障的可能性排除。应主要对以下几个方面逐一进行检查。
检查机床精度异常时正在运行的加工程序段，特别是刀具长度补偿，加工坐标系（G54-G59）的校对和计算。
在点动方式下，反复运动Z轴，经过视、触、听，对其运动状态进行诊断，发现Z向运动噪音异常，特别是快速点动时，噪音更加明显。由此判断，机械方面可能存在隐患。
检查机床Z轴精度。用手摇脉冲发生器移动Z轴，（将其倍率定为1×100的挡位，即每变化一步，电机进给0.1mm），配合百分表观察Z轴的运动情况。在单向运动保持正常后作为起始点的正向运动，脉冲器每变化一步，机床Z轴运动的实际距离d=d1=d2=d3=…=0.1mm，说明电机运行良好，定位精度也良好。而在返回机床实际运动位移的变化上，可以分为4个阶段：（1）机床运动距离d1>d=0.1mm（斜率大于1）；（2）表现为d1=0.1mm> d2>d3（斜率小于1）；（3）机床机构实际没移动，表现出最标准的反向间隙；（4）机床运动距离与脉冲器经定数值相等（斜率等于1），恢复到机床的正常运动。无论怎样对反向间隙进行补偿，其表现出的特征是：除了（3）阶段补偿外，其他各段变化依然存在，特别是（1）阶段严重影响到机床的加工精度。补偿中发现，间隙补偿越大，（1）阶段移动的距离也越大。
分析上述检查内容，认为存在几点可能原因：一是电机有异常，二是机械方面有故障，三是丝杠存在间隙。为了进一步诊断故障，将电机和丝杠完全脱开，分别对电机和机械部分进行检查。检查结果是电机运行正常；在对机械部分诊断中发现，用手盘动丝杠时，返回运动初始有很大的空缺感。而正常情况下，应该能感觉到轴承有序而平滑的移动。
故障处理：经过拆卸检查发现该轴承确实受损，且有滚珠脱落。更换后机床恢复正常。
3.2 控制逻辑不妥导致加工精度异常
故障现象：一台某机床厂家生产的数控车床，系统是广州数控。加工过程中，发现该机床X轴精度异常，精度误差最小为0.008mm，最大为1.2mm。
故障诊断：检查中，机床已经按照要求设置了G54工件坐标系。在手动输入数据方式操作下，以G54坐标系运行一段程序即“GOOG90G54X60.OY70.OF150；M30；”，待机床运行结束后显示器上显示的机械坐标值为（X轴）“-1025.243”，记录下该数值。然后在手动方式下，将机床点动到其他任意位置，再次在手动输入数据方式操作下运行刚才的程序段，待机床停止后，发现此时机床坐标数值显示为“-1024.891”，同上一次执行后的数值比较相差了0.352mm。按照同样的方法，将X轴点动移动到不同的位置，反复执行该程序段，而显示器上显示的数值都有所不同（不稳定）。用百分表对X轴进行仔细检查后，发现机械位置实际误差同数字显示出来的误差基本一致，从而认为故障原因为X轴重复定位误差过大。在对X轴的反向间隙及定位精度进行检查后，重新补偿其误差值，结果起不到任何作用。因此怀疑X轴丝杠、电机及系统参数等有问题。但为什么产生如此大的误差，却又未出现相应的报警信息？进一步检查后发现，此轴为45度方向的轴，当X轴松开时滑板向下掉，X轴电机不好用造成了误差，更换电机现象消除。
4 结语
通过对数控机床加工精度异常故障诊断和处理方法进行探讨，把生产中所遇到的实际问题及解决方法加以归纳，充实了教学内容并渗透到生产实践中，不但让学生掌握了解决问题的方法，更重要的是培养了学生实际操作能力、运用知识分析和解决问题的能力，达到技工学校教育教学的目标，使学生成为适应市场需求的实用型人才。
参考文献
[1]姜云宽.基于在线最小二乘支持向量机的数控机床热误差建模与补偿[J].闽西职业技术学院学报，2016，（4）：117-120.
（作者单位：沈阳机床股份有限公司中捷立加分公司）