一、預防性維護的重要性

數控機床在運行一定時間后，某些電器元件或機械部件難免會出現一些損壞或故障，對于這種高精度、高效益且又昂貴的設備，如何延長電器元件的使用壽命和零部件的磨損周期，預防各種故障，特別是將惡性事故消滅在萌芽狀態，從而提高機床的無故障工作時間和使用壽命，一個重要的方面就是要做好預防性維護工作。數控機床通常都是企業較為關鍵的設備，運行中出現一些不正常現象，但也不一定影響運行，生產任務較忙時往往讓機床帶病工作，沒有及時做預防維護工作，這樣長時間使用之后，必然造成機床產生較大故障。在現在設備管理理念中，應做到事前維護而不是事后搶修。最大力度地發揮機床效率，同時也節約維修費用。

二、預防性維護的主要部位及方法

1．嚴格遵守操作規程

數控機床的編程、操作和維修人員，必須經過專門的技術培訓，熟悉所用機床的機械、數控系統、強電設備、液壓、氣動部分的有關知識以及機床的使用環境、加工條件等。能按機床和數控系統使用說明書的要求正確、合理地使用，應盡量避免因操作不當引起的故障。通常，數控機床的故障相當一部分是由于操作、編程人員對機床的掌握程度太低而造成的，同時設備管理人員應編制出完善合理的操作規程，要求操作人員嚴格按照操作規程的要求進行正常維護工作，作好交接班記錄，填寫好點檢卡。

2．防止數控系統和驅動單元過熱

由于數控機床結構復雜、精度高，因此對溫度控制較嚴，一般數控機床都要求環境溫度為20℃左右，同時機床本身也有較好的散熱通風系統，在保證環境溫度的同時，也應保證機床散熱系統的正常工作。要定期檢查電氣柜各冷卻風扇的工作狀態，應根據車間環境狀況每半年或一季度檢查清掃一次。數控及驅動裝置過熱往往會引起許多故障，如控制系統失常，工作不穩定，嚴重的還能造成模塊燒壞。

3．監視數控系統的電網電壓

通常數控系統允許的電網電壓波動范圍在85%～110%，如果超出此范圍，輕則數控系統工作不穩定，重則造成重要的電子元器件損壞。因此要經常注意電網電壓的波動，對于電網質量比較惡劣的地區，應及時配置合適的穩壓電源，可降低故障。

4．機床要求有良好的接地

現在有很多企業仍在使用三相四線制，機床零地共接。這樣往往會給機床帶來諸多隱患。有些數控系統對地線要求很嚴格。如德國DMU公司生產的五軸聯動加工中心，由于沒有使用單獨接地線，多次造成機床誤動作甚至燒毀了一套驅動系統。因此，為了增強數控系統的抗干擾能力最好使用單獨的接地線。

5．機床潤滑部位的定期檢查

為了保證機械部件的正常傳動，潤滑工作就顯得非常重要。要按照機床使用說明書上規定的內容對各潤滑部位定期檢查，定期潤滑。

6．定期清洗液壓系統中的過濾器

過濾器如果堵塞，往往會引起故障。如液壓系統中的壓力傳感器、流量傳感器信號不正常，導致機床報警。有些油缸帶動的執行機構動作緩慢，導致超時報警或執行機構動作不到位等情況。

7．定期檢查氣源情況

數控設備基本上都要使用壓縮空氣，用來清潔光柵尺、吹掃主軸及刀具，油霧潤滑以及用氣缸帶動一些機械部件傳動等。要求氣源達到一定的壓力并且要經過干燥和過濾。如果氣源濕度較大或氣管中有雜質，會對光柵尺造成極大的影響甚至會損壞光柵尺。同時油霧潤滑中的氣源中如含有水和雜質會直接影響潤滑，尤其是高精度高轉速的主軸。

8．液壓油和冷卻液要定期更換

由于液壓系統是封閉網路，液壓油使用一定時間后，油質會有所改變，影響液壓系統的正常工作。因此必須按規定定期更換。

9．定期檢查機床精度

機床使用一段時間后，其精度肯定有所下降，甚至有可能出廢品。通過對機床幾何精度的檢測，有可能發現機床的某些隱患，如某些部件松動等。用激光干涉儀對位置精度定期檢測，如發現精度有所下降，可通過數控系統的補償功能對位置精度進行補償，恢復機床精度，提高效率。

10．定期檢查和更換直流電動機電刷

一些老數控機床上使用的大部分是直流電動機，其電刷的過度磨損會影響其性能。必須定期檢查電刷。數控車床、數控銑床、加工中心等應每年檢查一次，頻繁加速機床（如沖床等）應每兩個月檢查一次。

11．要注意電控柜的防塵和密封

車間內空氣中飄浮著灰塵和金屬粉末，電控柜如果防塵措施不好，金屬粉末很容易積聚在電路板上，使電器元件間絕緣電阻下降，從而出現故障甚至使元件損壞。這一點對于電火花加工設備和火焰切割設備尤為重要。另外有些車間衛生較差，老鼠較多，如果電控柜密封不好，會經常出現老鼠鉆進電控柜內咬斷控制線，甚至將車間內肥皂、水果皮等帶到線路板上，這樣不僅會造成元器件損壞，嚴重的會使數控系統完全不能工作，這一點在日常維修中己多次遇到，應引起足夠重視。

12．存儲器用電池要定期檢查和更換

通常數控系統中部分CMOS存儲器中的存儲內容在斷電時靠電池供電保持，一般采用鏗電池或可充電鎳福電池。當電池電壓下降到一定值就會造成參數丟失，因此要定期檢查電池，及時更換。更換電池時一般要在數控系統通電狀態下進行，以免造成參數丟失。

13．注意機床數據的備份和技術資料的收集

數控機床尤其是較為復雜的加工中心僅機床參數就有幾千個，還有PLC程序以及宏程序等。而數控機床有時會發生主板或硬盤故障或者由于外界干擾等原因造成數據丟失。如果沒有備份數據的話，將是一件非常麻煩的事，有可能造成系統癱瘓。同時對數控設備的維修，技術資料顯得非常重要，有些機床生產廠家提供的資料不全，給維修工作帶來很多不便。因此平時的維修工作中一定要注意相關技術資料的收集。

14．定期檢查機床制冷單元運行情況

很多機床尤其是加工中心都配有制冷單元，制冷單元運行的好壞，直接影響機床精度和使用壽命。如瑞士DIXI公司生產的五軸聯動加工中心使用GEFANUC181系統，機床CRT屏幕上可以隨時調出機床關鍵部位以及空調的溫度變化情況。如果制冷單元效果不好，主軸在高速旋轉時溫度曲線表中主軸溫升就非常快。此時操作人員如果不及時采取措施，輕則影響產品精度，重則損壞主軸。因此要經常清洗制冷單元進出風口的過濾網，注意空調高低壓保護情況，防止制冷劑的泄漏等。

15．數控設備在長期不用時的維護

當數控設備長期閑置不用時，也應定期進行保養。首先應經常給系統通電，在機床鎖住不動的情況下讓其空運行，利用電器元件本身的發封嗎區走數控柜內潮氣，以保證電子元器件的性能穩定可靠。實踐證明，經常閑置不用的機床，尤其是在梅雨季節后，開機時往往容易發生各種故障。如果閑置時間較長，應將直流電機電刷取出來，以免由于化學腐蝕損壞換向器。

篇2:對數控機床隨機性精度超差故障處理措施

一、前言

零件加工精度取決于數控機床及數控系統的控制精度,而控制精度又受機械運動精度和數控系統性能、電氣控制精度影響。通常在正確選擇數控機床和機床正常的前提下,機床加工過程中產生廢品的機率是很低的。當機床存在精度方面的功能性故障時,廢品率就會上升。

一般精度超差有兩種,一種是有規律的,如刀具磨損、對刀不準、零點偏置值異常、尺寸單位被轉換、刀補值輸入錯誤、坐標點計算錯誤、程序編制錯誤以及刀具選擇錯誤等引起的超差,這類故障解決比較容易。另一種沒有規律,如尺寸和形位誤差變化毫無規律,這類故障原因隱蔽性強,解決難度大,在原因不清或判斷錯誤情況下動手,弄不好會使機床故障擴大或廢品率更高。當數控機床成為生產線上的關鍵瓶頸設備或處于通用機床無法替代的工序上時,如停機就意味著停產。所以,研究數控機床隨機性精度超差故障成因并提出預防措施,指導企業在設備出現隨機性精度超差故障時,如何快速查找原因并迅速排除是當前服務企業的主要任務。

二、精度故障的查找與判斷方法

精度故障的查找,一定要根據連續出現超差前加工產品狀況來判斷。一般衡量機床加工精度的指標為工序能力指數Cpk,指數值大表示尺寸波動范圍小,超差概率越小。正常時的廢品率一般與所加工的產品公差帶寬度、機床精度特性、工藝系統穩定性有關。正常時機床工序能力Cpk>1,理想工序能力Cpk>1.33。

當設備存在某種影響精度的機械或電氣故障時,反映到產品尺寸上,波動范圍就大,廢品率就會偏離正常值。對某臺機床而言,這個正常值就是正常加工情況下,經過長時間運行由統計方法所得的廢品率值。一旦偏離統計廢品率值,就說明機床存在故障。對解決機床產生精度故障的效果,也只能用發生故障的頻次趨勢來判斷。

三、對隨機性精度故障的處理方法

當出現隨機性精度超差,先不急于動手。應向操作者或質檢員了解該設備出現廢品前的加工情況,并收集設備加工產品檢驗數據。有的關鍵工序設備還有產品質控圖,認真分析加工尺寸趨勢變化,看波動范圍是否正常。這里有兩種情況:一是波動范圍正常,僅尺寸超差的為異常。一般先不要理會,但要注意尺寸走向趨勢。另一種是波動范圍就不正常。尺寸超差是波動范圍不正常的必然發展結果,這就要找出原因并給予排除。

四、隨機性精度超差故障產生原因

為弄清精度故障產生的原因,首先要了解數控機床精度的控制方法。數控機床對加工精度的控制是通過保證其位移精度和定位精度來實現的。進給伺服系統的位移精度是指:指令脈沖要求機床進給的位移量和該指令脈沖經過伺服系統轉化為工作臺實際位移量之間的符合程度。兩者誤差愈小,伺服系統的位移精度愈高。進給伺服系統的定位精度是指:輸出量能復現輸入量的精確程度。數控機床為保證其高的位移精度和定位精度,多采用閉環伺服系統和半閉環伺服系統。它們都是用插補運算得到的位置指令與位置檢測裝置反饋回來的機床坐標軸實際位置的差值進行控制,直到差值消除為止。所不同的是閉環伺服系統,位置檢測裝置裝在執行部件末端,其環內各組件的誤差、傳動鏈誤差以及運動中造成的誤差可以提前得到補償,因此可得到較高的位移精度和定位精度。閉環伺服系統精度只取決于測量裝置的制造精度和安裝精度。而半閉環伺服系統,位置檢測裝置裝在伺服電機軸上或絲杠端部,它將機械構件封閉在反饋控制環外,由此產生的傳動鏈誤差以及運動中造成的誤差不能得到補償,因此其控制精度低于閉環伺服系統,但系統穩定性好。半閉環系統和開環系統出現精度超差故障概率相對較大。

數控機床加工過程中出現的隨機性精度超差故障,歸納原因有以下幾方面:

1.機床的主軸、導軌、滾珠絲杠螺母、工作臺、刀架等關鍵零部件磨損不均導致運動精度下降;

2.機床絲杠螺母、軸承的預緊、導軌間隙調整不當等;

3.從進給電機到與刀架或工作臺連接的螺母之間任何一個傳動元件間有間隙或松動都可能引起隨機性精度超差,如電機與絲杠連接銷釘及防止絲杠軸向竄動的螺母松動等;

4.導軌潤滑不良、導軌移動部位未及時清掃鐵屑、刮屑板壞,鐵屑進入導軌運動副之間,導軌嚴重磨損;

5.機床參數設置不合理,如與位置控制有關的參數反向間隙、夾緊允差等設置不合理會引起精度超差;

6.機床地基和水平不符合要求;

7.機床接地要求不符合規范,無屏蔽措施,抗干擾能力差;

8.超負荷切削,超過規定速度快速移動而引起步進電機丟步;

9.機床修理調整不當。

五、案例

1.江鈴底盤公司有多臺半閉環型數控車床CAK6150D,在加工過程中都出現過徑向(*方向)尺寸無規律,偶然有超差現象。

通過調查了解到,這些數控車床所加工的產品公差帶比較寬,在0.035~0.06mm之間。正常加工時,尺寸波動范圍一般在0.005~0.025mm之間,所以極少有超差現象。現出現超差,就說明機床可能存在精度功能性故障,通過對產品全程跟蹤檢驗,發現除超差的廢品外,其余合格品尺寸波動范圍也比正常時大。通過對這些精度故障的排除效果追蹤,歸納起來有如下原因會引起機床隨機性故障超差。

(1)*軸與伺服電機連接端軸承ZRKN2052T由于存在自動潤滑不到位缺陷,人工潤滑時有時無,使用冷卻液又容易破壞潤滑油膜導致軸承滾珠變形,保持架或滾道破壞,嚴重磨損。故障機理:當滾珠變形,保持架或滾道破壞嚴重磨損時,當切削力通過絲杠螺母副傳到軸承時,由于磨損或變形不規則,導致刀架橫向竄動量不一,定位精度過大。排除方法:更換軸承。預防對策:通過改善軸承潤滑條件,提高軸承壽命,嚴禁超出負荷使用設備。

(2)滾珠絲杠螺母副磨損不均勻。滾珠絲杠螺母副磨損不均勻,在切削力作用下會使刀架定位精度差。對絲杠螺母副預緊或采用間隙補償,是不能解決由此引起的超差故障的,必須更換絲杠螺母副。加強設備日常維護保養,定期檢查并消除絲杠螺母間隙。

*軸與電機相連處螺母松動。*軸與電機相連處螺母松動,造成絲杠軸向竄動,由于松動造成絲杠軸向竄動量在不斷變化,結果造成加工尺寸不穩定。擰緊螺母或加防松裝置后緊固。定期檢查和調整。

(3)*軸拖板導軌面或鑲條磨損不均勻。*軸拖板導軌面和鑲條磨損不均勻,機床運動特性變差,各處摩擦阻力不等,在切削力作用下致使刀架移動松緊不一,定位精度變差。由這類引發的尺寸超差通過調整是無法消除的,只有恢復導軌精度,才能徹底解決。排除方法是項修,鏟刮*軸拖板導軌面和鑲條。加強設備日常維護保養,定期檢查刮屑板,及時更換失效件。

(4)刀架定位銷或孔嚴重磨損。由于刀架定位銷或孔磨損、回轉刀架每次定位位置就不唯一,通過夾緊刀架就保持在定位位置上,由此引發加工尺寸波動。更換磨損件。平時注意刀架的潤滑,防止出現撞擊事件和過負荷切削。

(5)機床導軌潤滑不良或運動過程中鐵屑進入動靜導軌副之間。機床導軌潤滑不良或由于刮屑板失效,鐵屑進入動靜導軌副之間,導致摩擦阻力大而不均勻,機床運動特性變差。堅持對導軌加油,更換破損刮屑板。加強設備日常維護保養。

2.在一臺H1-K001三軸單元上精鏜11A主減殼直徑l00mm、90mm等孔,該機由兩個加工中心單元組成,其中NC1單元精撞直徑l00mm孔,NC2單元精撞直徑90mm孔,加工時NC1單元精鏜直徑100mm孔從未出現過超差,而NC2單元精撞直徑90mm孔則不時出現尺寸超差現象,廢品概率少時約1‰,高時達2%左右(此數中不含刀具磨損、對刀錯誤等異常情況造成的廢品)。

眾所周知,撞刀一經調好,就成定值刀具,如對刀錯誤,產生的精度超差也為系統誤差。現加工過程中有時出現鏜孔尺寸超差,不作任何調整又恢復正常尺寸這種隨機性精度故障。為此,專門成立一個攻關小組,列出工件材料、刀具夾緊力、冷卻液、吹屑系統、主軸和刀具7:24錐面、拉釘與抓爪、套筒、蝶形彈簧等配合移動情況等7項可能會引起精度故障原因,并逐一檢查分析。在不正常時對機床跟蹤監控,發現以下4種情況:

(1)不同廠家毛坯出現的廢品概率不同;

(2)檢查發現主軸與刀柄7:24錐面接觸面積達不到要求;

(3)主軸刀具夾緊裝置內出現兩片碟形彈簧破碎,使廢品寫提高;

(4)NC2單元在刀具交換時,NC1單元精撞直徑100mm孔仍在進行,鐵屑飛濺落在NC2單元主軸內超差。

從故障處理效果看,引起偶發尺寸超差主要原因是,主軸刀柄夾緊力不足和主軸內錐與刀柄接觸剛度差所致。當材料較硬時,由于刀桿較長,主軸與刀柄接觸剛度又差,切削力較大時,刀片位置就會發生變化,所以鏗出孔偏大。

3.江鈴底盤公司2004年購進一批CKA6150數控車床中,有一臺投產三個月后開始偶爾出現*軸方向尺寸超差(加工件公差帶0.035mm),廢品基本上出現在返回參考點后加工第一件,但并非每次回參考點加工第一件都是廢品,只是偶爾出現。經檢查加工件超差有幾個毫米,只要重回一下參考點,又正常。

在排除操作者誤操作可能性后,判斷這故障與回參考點有關,檢查減速擋塊及電氣開關,無松動現象,于是通知機床生產廠“三包”人員,在同廠家人員一起對廢品檢查中,發現超差約為一個絲杠螺距,可是檢查減速擋塊到參考點距離也正常。后偶爾一次檢查發現,由于減速開關處很多灰塵堆積,導致開關靈敏度變差,更換減速開關,故障排除。

六、快速處理隨機性精度故障方法

由于處理隨機精度故障,查找與判斷需要一段時間的觀察并積累原始數據,如果前期一直注意資料的積累,在查找的過程中就便于分析趨勢并作出正確的處理。

為快速處理隨機性精度故障,在設備管理方面,應養成建立設備維修檔案的習慣。每臺設備一個檔案本,記錄著每次設備故障現象、原因分析、處理過程、備件更換、修后效果跟蹤、修理人等記錄,同時要作好設備保養記錄,確保記錄真實性,這對分析查找故障有益。

在質量管理方面,應按質量管理標準要求,堅持做質量控制圖,常見的有*—R圖,便于找出隨機性誤差。

七、隨機性精度故障的預防

1.把好設備采購和安裝質量關

采購設備應選名牌定型產品,機床本身存在先天性缺陷如結構剛性差、制造裝配質量差引起的精度故障很難排除。設備安裝應嚴格按使用說明書要求進行,地基必須結實、防振,承重符合要求,合理布置調整墊塊位置,水平調調整應符合要求,機床接地應規范,電柜內動力線和信號線要分開走線,間距符合要求,以提高機床抗干擾能力。

2.認真執行設備的維護保養制度

引起精度故障主要原因是:機床維護保養不到位,機床導軌、滾珠絲杠螺母副、分度工作臺、回轉刀架、主軸傳動等關鍵部件潤滑不良、磨損、松動等造成運動精度下降。另外不正確合理使用機床、經常超負荷切削、超規定速度移動部件,也是引起精度故障原因之一。

3.提高操作者熟練程度

操作者不熟練,如出現刀具撞擊機床損壞主軸或刀架、破壞工作臺或導軌,這都會使隨機性精度故障率提高。原因即使知道也難于排除。

4.正確合理使用數控機床

數控機床使用不當是引發隨機性精度超差原因之一,使用步進電機驅動的開環數控車床如超負荷切削或使用過大的快移速度會導致電機丟步。

5.提高修理工的修理技能

實際工作過程中常發現由于維修工調整、修理不當而引起設備精度故障擴大或修理質量不高現象。因此,提高修理工的修理技能很重要。