數控機床加工精度異常診斷的處理與預防研討

陳 靜

（鹽城機電高等職業技術學校，鹽城 224000）

數控機床加工精度異常的診斷處理與預防在零件生產過程中不可忽視。通過加工精度異常的處理與預防，可確保加工出來的零件尺寸、形狀和位置的精準度，提升產品的質量穩定性和一致性；及時發現和修復加工精度異常，減少廢品的產生，降低生產成本，提高資源利用率；減少產品返工次數，提高生產效率，改善設備運行狀態，降低設備損耗，營造良好的生產作業環境，從而促進企業的可持續發展。因此，具體論述數控機床加工精度的異常原因、診斷與處理方法，落實預防措施的意義重大。

1 機械傳動部件發生故障導致精度異常

1.1 故障現象

搭配FAGOR8055 數控系統的THM6350 臥式加工中心在銑削殼體作業時存在精度誤差，表現為Z軸進給異常，導致產生至少1 mm 的過切誤差。

1.2 異常原因

通過了解生產作業情況發現，這一問題為突發性。在正常工作模式下，該機床的給進值均在正常偏差范圍內。調整至參考點位置后，未出現異常報警情況，說明故障原因不在電氣控制系統方面。因此，從3 個方面逐一診斷。

第一，加工程序段檢查。對發生異常的加工程序段進行檢查，主要觀察刀具長度的補償情況以及G54～G59 加工坐標系的計算。如果刀具長度補償有誤或者加工坐標系計算錯誤，可能會導致加工過程中出現異常。第二，視覺、聽覺等方面診斷。在點動模式下，通過反復運動Z軸，觀察運動狀態特征。特別是在快速點動時，如果存在異常的運動噪聲，則機械部件可能存在故障隱患。第三，機床Z軸精度檢查。使用手搖脈沖發生器對機床Z軸精度進行檢查。通過觀察手脈的變化，可以觀察機床Z軸的實際運動情況，并總結不同階段的運動特征。例如，在Z軸正向運動時，每變化一步手脈，機床Z軸實際移動的距離為0.1 mm，說明電機運動和定位精度良好，機床實際運動距離與手脈給定值相等。整個運動過程可以分為4 個階段。第一階段，機床運動距離大于0.1 mm。在此階段，機床Z軸的運動距離超過手脈給定的0.1 mm，此時的斜率為1[1]。第二階段，電機進給量大于機床運動距離。在此階段，機床Z軸的運動距離小于手脈給定的0.1 mm。第三階段，機床機構實際未移動，表現為反向間隙。第四階段，機床恢復到正常運行。無論如何對反向間隙進行補償，除了第三階段能夠進行補償外，其他各階段的變化仍然存在，特別是第一階段的變化嚴重影響機床的加工精度。在補償過程中發現，間隙補償越大，機床Z軸的移動距離也越大。

1.3 處理方法

電機運轉異常、機械系統出現故障、絲杠存在間隙等均可導致加工系統出現異常。為進一步明確故障，檢查電機部分，確認電機運行正常，可以排除電機本身存在異常的可能性。診斷機械部分，軸承是機械部件中承受和傳遞力量的重要組成部分。由于使用時間長或外部沖擊，軸承可能會受損。檢查中發現軸承存在空缺感和滾珠脫落問題，表明其已經發生了一定程度的磨損和失效[2]。因此，更換受損的軸承并重新安裝，試運行后恢復加工精度。

2 機床出現熱變形導致精度異常

2.1 故障現象

MH800C 型數控機床設備，在生產加工時，零部件尺寸的不穩定性存在階段性特點，除此之外，無其他故障影響到正常施工工序。

2.2 異常原因

第一，對機械部分進行檢查，發現存在反向間隙，但經過補償后并沒有解決問題，說明這個故障與反向間隙關系不大。同時，傳動部位的連接被確認為良好，排除了機械部分磨損和連接件松動的可能性。第二，對驅動系統進行檢查，各控制部分均具有良好的接地處理，且屏蔽裝置無異常情況，說明這一故障原因并非電氣控制系統的問題。第三，通過排除前兩個故障原因并結合既往經驗，分析可能加工時存在不同程度機床變形?，F場檢查機床地腳的穩固性，發現無晃動和接地不良問題。然而，機床變形是一種較隱蔽的問題，需要更專業的檢測手段才能準確判斷和解決。因此，將百分表置于工作臺試運行過程中，發現百分表測量的坐標位置雖然顯示為不變，但是實際位置卻發生了較大的變化[3]。在觀察中發現，主軸溫度升高后，變化值增加明顯，而冷卻后又逐漸恢復。這種現象可能是溫度變化導致機床部件的熱脹冷縮。隨著主軸溫度的升高，機床部件會因為熱脹而發生微小的變形或伸縮，從而導致坐標點發生漂移。當主軸冷卻時，機床部件回到原始狀態，坐標點的漂移也會相應恢復。

2.3 處理方法

在機床執行加工程序之前，根據預先建立的溫度-坐標漂移關系模型，計算出相應的補償值，并將補償值輸入機床的控制系統，機床在執行加工程序時會自動根據坐標值隨溫度變化的規律進行補償，實現對坐標點的準確控制。再次運行加工程序，加工精度良好。

3 機房地基水平度不符合要求導致精度異常

3.1 故障現象

在移動DMU70VL 型立式加工中心到另一個廠房后，出現X軸方向超差問題。

3.2 異常原因

第一，X軸的傳動連接部件松動。長時間的使用可能會導致傳動連接部件的磨損或變形，導致松動。再次檢查所有鎖緊螺栓，并確保被適當緊固，但是故障仍然存在，說明這一故障并非主要原因。第二，存在熱變形情況。檢查時發現，溫度變化具有良好的均勻性，主軸溫度始終在38 ℃左右。同時，因為熱變形所導致的形變不會僅發生在單一坐標上，所以排除這一原因[4]。第三，機床X軸本身存在形變。該設備的X軸長將近3 m，在生產作業時對水平度要求較高。通過緊固機床的地腳螺栓后，問題有所緩解，但后續問題仍然出現且傾斜方向為相同方向。利用千分表檢測設備X軸絲杠后發現，彎曲問題明顯存在，通過多次檢查，推測原因在于地基基礎不平，挪開機床后發現地面存在坑洼缺陷，說明是地基不平導致精度異常。

3.3 處理方法

對地基進行修復，填充和加固塌陷的地面，確保地基的穩定性和平整度。在地基修復完成后，將機床移回原來的廠房，并重新調整。通過緊固所有地腳螺釘，并使用水平儀進行水平調整，確保機床處于穩定的水平狀態。機床重新安裝調整后，對機床各部分進行細致的質量檢驗，尤其是X軸絲杠，確保其沒有彎曲或其他質量問題。定期進行檢測和維護[5]，制訂相應的維護計劃，包括檢查地基的穩定性、緊固螺栓的情況、機床水平狀態等，并根據需要進行必要的調整，確保數控機床加工精度良好。

4 機床電氣參數發生更改導致精度異常

4.1 故障現象

搭配FANUCO-M 數控系統的V600C 數控立式加工中心，零部件加工作業時存在X軸精度誤差。通過檢查發現，X軸有間隙存在，設備啟動后穩定性差，電機異常抖動，在啟停時抖動有所衰減，調整為JOG模式后抖動再次明顯。

4.2 異常原因

診斷精度異常原因主要包括2 點：第一，機械反向間隙較大；第二，X軸電機自身工作異常。

4.3 處理方法

針對機械反向間隙較大的問題，確定具體出現故障的機械零件，如傳動軸、滑塊等，并檢查其連接螺栓是否緊固良好。檢查機械傳動裝置是否存在松動、磨損等情況，及時進行維修和更換。經補償處理后發現故障仍然存在，說明精度異常的形成與反向間隙關聯不大。針對X軸電機自身工作異常問題，檢查X軸電機的電源供應情況，確保電源穩定并符合要求。在調試電機時，利用FANUC 系統，分別調整伺服增益參數和脈沖功能參數。根據機床的具體型號和使用手冊，參考相應的調試流程和參數設置建議調整X軸電機的控制參數。調整后對設備進行試運行，抖動消除且加工精度恢復正常。

5 保養不當導致精度偏差導致精度異常

5.1 故障現象

J1CK6146 型數控車床，在生產加工時存在X軸、Z軸尺寸無規律，偶爾存在精度超差現象。對運行情況予以調查發現，該機床在正常加工作業時存在0.005～0.025 mm 的尺寸波動，并且很少會出現超差問題。然而，在對該機床進行跟蹤檢查時，發現其他產品的波動范圍較正常時大，分析可能為機床本身的問題、刀具磨損、外界干擾等因素影響。

5.2 異常原因

第一，連接X軸和伺服電機的軸承潤滑不良，導致軸承在運轉過程中出現滾珠變形和嚴重磨損，進而影響刀架的定位精度。第二，在滾珠絲杠副中，絲杠螺紋帶有螺紋槽，滾珠通過滾動在螺紋槽中傳遞力。第三，X軸托板導軌面或斜鐵存在不均勻磨損現象，導致工作臺在運動過程中產生較大的摩擦阻力差異，進而影響刀架的移動平穩性和定位精度。調整后未完全解決問題，因為調整只是在局部進行補償，并無法改善整個導軌系統的運動特性和精度。第四，刀架定位銷或孔的嚴重磨損導致回轉刀架無法在每次定位時停留在正確的位置，影響加工精度。第五，機床導軌缺少潤滑脂或者在加工時靜導軌副中有雜物進入，導致摩擦阻力過大且不均勻，進而影響機床的運動特性，造成加工精度下降。

5.3 處理方法

第一，定期檢查潤滑油的情況，及時添加和更換潤滑油。在使用冷卻液時，盡量將其與軸承分開，避免直接接觸，以減少對潤滑油膜的破壞。發現軸承問題及時更換，以保證刀架的定位精度。通過更換軸承一切正常，刀架橫向竄動量得到減小，定位精度提高。第二，由于長時間使用或者使用條件不當，滾珠絲杠副中的螺紋槽和滾珠可能出現磨損或變形，導致定位精度下降?？筛鼡Q新的螺紋槽和滾珠，恢復正常的裝配間隙，從而改善滾珠絲杠副的運行狀態，提升刀架的定位精度。第三，對導軌進行檢查，確定磨損的程度和位置。對磨損較嚴重的部分進行修復或更換。采取適當的方法進行磨削或修復，確保導軌的表面平整度和精度。在修復完成后，對導軌進行重新校準，以確保導軌的幾何形狀和運動特性符合要求。第四，仔細檢查刀架定位銷和孔的磨損情況，判斷是否需要更換磨損的部件。若刀架定位銷或孔嚴重磨損，更換新的部件。新的刀架定位銷應與原件尺寸相匹配，以確保定位的準確性和穩定性。更換磨損件后，調整夾緊刀架的力度、調整定位銷的尺寸和形狀等，確保刀架能夠準確地停留在預定的位置。第五，仔細檢查機床導軌的潤滑系統，確保潤滑油或潤滑脂的供給充足，潤滑系統正常工作，及時清洗、更換潤滑油（脂）和維修相應部件。同時，清理導軌表面的鐵屑，以確保導軌的運動狀態良好。若刮削板失效導致鐵屑進入靜導軌副之間，及時更換刮削板，恢復機床的正常運行。

6 結語

加工精度是數控機床加工作業的重要指標，加工精度不足將嚴重影響生產質量、生產效率，增加生產成本。分析機械傳動部件故障、機床熱變形、機房地基水平不足、機床電氣參數改變以及保養不當等導致加工精度異常的原因，并提出相應診斷方法和處理措施，以保證數控機床高精度穩定運行，為制造業的發展做出更大的貢獻。