主頁 > 新聞動態 > 數（shù）控機床加工基本組成工作原理及故障診斷原則和方法 2021-12-16

數控機床加工基本組成工作原理及故障診斷原則和方法

數控機床是數字控製機床（Computer numerical control machine tools）的簡稱（chēng），是一種裝有程（chéng）序控製係統的自動化機床。該控製係統（tǒng）能夠邏輯地處理具有控製編碼或其他符號指令規定的程序，並將其譯碼，用代碼化的數字表示，通過（guò）信（xìn）息載體輸（shū）入數控裝（zhuāng）置。經運（yùn）算處理由數控裝（zhuāng）置發出各種控（kòng）製（zhì）信號，控製機床的動作（zuò），按圖紙要求的形（xíng）狀和尺寸，自動地將零件加工出來。
數控機床較好（hǎo）地解決了複雜、精（jīng）密、小批量、多品種的零件加工問題，是一（yī）種柔性的、高效能的自動化機床，代表了現代機床控製（zhì）技術的發展方向，是一種典型的機電一體化產品。
當（dāng）前，數控機（jī）床在生產（chǎn）製造行業得以普遍應用。以航空製造業為例，生產活動離不開（kāi）數控機床（chuáng）。在實際應（yīng）用中，機床可能發生多種多樣（yàng）的故障，其中加工精度異常是最為常見的（de）問題。在生產活動（dòng）中，常有操作人員反映加工精度異常，不滿足設計標準（zhǔn）要求，直接影響車間正常的（de）生產計劃。本文結（jié）合實際案（àn）例，探討加工精度異常的形成原因，提出（chū）相應的診斷處理和（hé）預防方法。
一、數控機（jī）床加工的主要特點：
1.對加工對象的適（shì）應性強，適應模具等產品單件生產的特點，為模具的製造提（tí）供了合適的加工方法；
2.加工精度高，具有穩定的加工質（zhì）量；
3.可進行多坐標的聯動，能加工形狀複（fù）雜的零（líng）件；
4.加工零件改（gǎi）變時，一般隻（zhī）需要更改數控程序，可節（jiē）省生產準備（bèi）時間；
5.機床本（běn）身的精度高、剛性大，可選擇有利的加工用量，生產率高（一般為普通機床（chuáng）的3~5倍）；
6.機床自動化（huà）程度高（gāo），可以減輕勞動強度；
7.有利於生產管理的現代化。數（shù）控機床（chuáng）使用數字信息與標準代碼處理、傳遞信息，使用了計算機控製方法，為計算機輔助設計、製造及管理一體（tǐ）化奠定了基礎；
8.對操作人員（yuán）的素質要求較高，對維修人員的技術要求更高；
9.可靠性高。
二、數控（kòng）機床加工的基本組成及工作原理

數控機（jī）床的基本組成包括加工程序載體、數控裝置、伺服驅動裝置（zhì）、機床（chuáng）主體和其他輔助裝置。各組成部分的基本工作原理如下：

1.加工程序載體:數控機（jī）床工作（zuò）時，不需要工人直接去（qù）操作機床，要對數控機床進行控製，必須編製加工程序。零件加工程序中，包括機床（chuáng）上刀具和工件的相對運動軌跡、工藝參數（進給量主（zhǔ）軸轉（zhuǎn）速（sù）等）和輔助運動等。將（jiāng）零件加工程序用一（yī）定的格式和代（dài）碼，存儲在一種程序載體上，如穿孔紙帶、盒式磁帶、軟磁盤（pán）等，通過數控機床的輸入裝置，將程序信息輸（shū）入到CNC單元。
2.數控裝置:數控裝置是數控機床的（de）核心。現代數控裝置（zhì）均采用CNC（Computer Numerical Control）形式，這種CNC裝置一般使用多個微處理器，以程序化的軟件形式實現數控功能，因此又稱（chēng）軟（ruǎn）件數控（Software NC）。CNC係統是一種位置控製係統（tǒng），它是根據輸入數據插補出理（lǐ）想的運動軌跡，然（rán）後輸出到執行（háng）部件加工出所（suǒ）需要的零件。因此，數控裝置主（zhǔ）要由輸入、處理和輸出三個基本部分構成。而所有這些工作都（dōu）由（yóu）計（jì）算（suàn）機的（de）係統程序進行合理地組（zǔ）織，使整個係統（tǒng）協調地進行工作。
3.伺服與測（cè）量反饋係統:伺服係（xì）統是數控機床的重（chóng）要組成部分，用於實現數控機床的進給伺服控製和主軸伺服控（kòng）製。伺服係統的（de）作用是把接受來自數控裝置的指令信息，經功率放大、整形處（chù）理後，轉（zhuǎn）換成機床執行部件的直（zhí）線位移或角位移運動。由（yóu）於伺服係統是（shì）數控機床的最（zuì）後環節，其性（xìng）能將直接影響數控機床的精度和速度等（děng）技術指標，因此，對數（shù）控（kòng）機床（chuáng）的伺服驅動裝置，要（yào）求具有良好的快速反應性能，準確而靈敏地跟（gēn）蹤數控裝置發出的（de）數字指令信號，並能忠實地執行來自（zì）數控裝置的指令（lìng），提高（gāo）係統的動態跟隨特性和靜態跟蹤精度。
4.機床（chuáng）主體:機床主機是（shì）數控機床的主體。它包括床身、底座、立柱、橫梁、滑座（zuò）、工作台、主軸（zhóu）箱、進給機構、刀架及自動換刀裝置等（děng）機械部件。它是在數控機床上自動地完成各種切削加工的機械部分。
5.數控機床輔（fǔ）助裝置:輔助裝（zhuāng）置（zhì）是保證充分發（fā）揮數控機床功能所必需的配套裝置，常用的輔助裝置包括：氣動、液壓裝置，排（pái）屑裝置，冷卻、潤滑裝置（zhì），回轉工作台和（hé）數（shù）控分度（dù）頭，防護，照（zhào）明等（děng）各種（zhǒng）輔助裝置
三、數（shù）控機床加工精度異常的常見原因
1.係統參數發生變化或改動

係統參數主（zhǔ）要（yào）包括機床進給單位、零點偏置、反向間隙等等。例如（rú）SIEMENS、FANUC數控係統，其進給單位有公製和英製兩種。選擇品質機床附件認準鈦浩機械，機床修理過程中某些處理（lǐ），常（cháng）常影響到（dào）零點偏置和間隙（xì）的變（biàn）化，故障處理完畢應作適時（shí）地調（diào）整和修改；另一方麵，由於機械磨損嚴（yán）重或鬆動也可（kě）能造成參數實測值的變化，需對參數做相應的修改才能滿足（zú）機床加工精度的要求。
2.機械故障導（dǎo）致的加（jiā）工精度異常

臥式加工中心，采用FANUC0i-MA數控係統。一次在銑削汽輪（lún）機葉片的過程中（zhōng），突然發現Z軸進給異（yì）常，造成至少1mm的切削誤差量（Z向過切）。調查中了解到：故障是突然發生的。機床在點動、MDI操作方式下各軸運（yùn）行正常（cháng），且回參考點正常；無任何報（bào）警提示，電氣控製部分硬故障的（de）可能（néng）性排除。分析認為，主要應對以下幾方麵逐一進行檢（jiǎn）查。
1）檢查機床精度異常時正運行的加工程序段，特別是刀具長度補償、加工坐標係（G54～G59）的校對及計算（suàn）。
2）在點動方式下，反複運動Z軸，經過視、觸、聽對其運動狀（zhuàng）態診（zhěn）斷（duàn），發現Z向運動聲音異常，特別是快（kuài）速點動，噪聲更加明顯。由此判斷（duàn），機械方麵可能存在隱患。
3）檢查機床Z軸精度。用手脈發生器移動Z軸，（將手脈（mò）倍率定為1×100的擋位，即每變化一步，電機進給0.1mm），配合百分表（biǎo）觀察Z軸的運動（dòng）情況。在單向運動精度保持正常後作為起始點的正向運動，手脈每變化一步，機（jī）床Z軸運（yùn）動（dòng）的實際距離d=d1=d2=d3…=0.1mm，說明電機運行良好，定位（wèi）精度良好。
而返回機床實際運動位移的變化上，可以分為四個階段：
①機床運動距離d1>d=0.1mm（斜率大（dà）於1）；
②表（biǎo）現出為d=0.1mm>；d2>d3（斜（xié）率小於1）；
③機床機構實際未移動，表現出（chū）最標準的反向間隙；
④機床運動距離與手脈給定值（zhí）相等（斜率等於1），恢複到機床的正常運動（dòng）。
3.機床電氣參數未優化電機運行異常

一台數控立式銑床，配置FANUC0-MJ數控（kòng）係（xì）統。在加工過程中，發現X軸精度異常。檢查發現X軸存在一定間隙，且電機啟動時存在不穩定現（xiàn）象。用（yòng）手觸摸X軸電機（jī）時感覺（jiào）電機抖動比較嚴重，啟停時不太明顯，JOG方式下較明顯。
分析（xī）認為，故障原因有（yǒu）兩點（diǎn），一是機械反向間隙較大（dà）；二是X軸電機工作異常。利用FANUC係統的參數功（gōng）能（néng），對電機進行調試。首先對（duì）存（cún）在的間隙進行了補償；調整伺服增益參數及N脈衝抑製功能（néng）參（cān）數，X軸（zhóu）電（diàn）機的抖（dǒu）動消（xiāo）除，機床加工精度恢複正常。
4、機床位置環異常或控製邏輯不妥
鏜（táng）銑床加工中心，數控係統為FANUC18i，全閉環控製方式。加工過程中，發現該機床Y軸精度異常，精度誤差最小在0.006mm左右，最大誤差可達到1.400mm.檢查中（zhōng），機床已經按照要求設置了G54工件坐標係（xì）。在MDI方式下，以G54坐標係運行一段程序即“G90G54Y80F100；M30；”，待（dài）機床（chuáng）運行結束後顯示器上顯（xiǎn）示的機（jī）械（xiè）坐標值為“-1046.605”，記錄下該值。然後（hòu）在手（shǒu）動方式下，將（jiāng）機床Y軸點動到其他任意位置，再次在MDI方式（shì）下執行上（shàng）麵的語句，待機床停止（zhǐ）後，發現此時機床機械坐標數顯值（zhí）為“-1046.992”，同第一次執行後的（de）數顯示值相比相（xiàng）差了0.387mm。按照同樣的方法，將（jiāng）Y軸點動到（dào）不同的位置，反複執行該語句，數顯的示值不定。用百分表（biǎo）對Y軸進行檢測，發現（xiàn）機械位置實際誤差同數顯顯示（shì）出（chū）的誤差基本一（yī）致，從而認為故障原因為Y軸重複定（dìng）位誤差過大。對Y軸的反向間（jiān）隙及定位精度進行仔細檢查，重新作補償，均無效（xiào）果。因此懷疑光柵尺及係統參數（shù）等有問（wèn）題，但為什麽（me）產生如此大的誤差，卻未出（chū）現相應的報警信（xìn）息呢？進一步檢查（chá）發現，該軸為垂直方向的軸，當Y軸鬆開（kāi）時（shí），主軸箱向下掉，造成了超差。
四、數控機床故障（zhàng）的診斷原則和方法（fǎ）
1.按數控機床發生的故障性質分類
1）確定性故障：指隻要條（tiáo）件符合就會發生故障；比如電壓（yā）負荷（hé）過高，會報警。
2）隨機故障：指在相同的條件下，會隨機地發出一兩次的報警信號；這種（zhǒng）故障是最難（nán）分析排查的；這類故障一般與機械結構零件（jiàn）、數控係統零件（jiàn）相關聯。
2.按故障類型分類
1）機械故障：指主要發生在機（jī）床（chuáng）主機部分，常見的故障主要有：因機械部（bù）件的安（ān）裝、調試、操作使用不規範（fàn）等原因引起的機械傳動故障；因導軌、主軸（zhóu）等運動（dòng）部件的幹涉、摩（mó）擦過大等原因引起（qǐ）的故（gù）障；因（yīn）機械零件的損壞、；聯結不良等原因（yīn）引起的故障等等。
2）電（diàn）氣故障：指電氣控製係統出現的故障。常見的故障主要（yào）有：因控製係統的元件器件、所引起的故障；因控製係統的主回路或高壓、大功率回路中的、、開關、熔斷器、電源電壓器等電氣（qì）元件（jiàn）器件及其所組成的控製電路所引起（qǐ）的強電故障。
3.數控（kòng）機床機械故障診斷方法
1）追蹤法：指在故障診斷和維（wéi）修前，維修人員要先對故障發生的時間、機（jī）床的運行狀況和故（gù）障（zhàng）類型進行詳細的了解，然後尋找故（gù）障發生的各種痕跡。
2）自診斷功能：指cnc係統每次從通電開始，係統內部診斷（duàn）程序就自動執行診斷。通過隨時監控係統各部分的工作情況，及時分析故障並立刻在crt上顯示（shì）報警信息。有時當硬件發生故障時就要使（shǐ）用來指出故障的原因。如果啟功診斷不能（néng）結束，係（xì）統就無法投入生產。
3）在線診斷：指在係統處於正常運（yùn）行狀態時通過（guò）cnc係統的內裝程序，對cnc係統本身以及cnc裝置相連的各個單元、以及外部設備等進行自動診（zhěn）斷、檢查。隻要係統（tǒng）不斷電，在線診（zhěn）斷就會一直（zhí）進行下去。
4）離線診斷：指數控係統出現故障後，數控係統生產商以及專家、或專業維修中心利用專用（yòng）的診斷軟件和（hé）測試裝置進行停（tíng）機或脫機檢查。
4.數控機床機械故障診斷的一般過（guò）程
1）觀（guān）察數控機（jī）床（chuáng）情況：通過“望聞（wén）問切”的（de）方法來進（jìn）行故障的觀察。
2）故障情況的分析：通過觀察故障的情況來（lái）進行情況分析，從而縮小故障範圍，確定故障的查找方（fāng）式。
3）故障（zhàng）查找：運用（yòng）查找手段對數控機床進行從外（wài）到裏的，從易到難的檢測，查閱（yuè）相關資料來確定（dìng）故障點。
五、結語
隨著科學技術的發展，數控（kòng）機（jī）床得以在（zài）製造行業普遍應用，且獲得行業青睞。本文結合實際案例，從機械傳動部（bù）件故障（zhàng）、熱變形、地基和水平不符合要求、電氣（qì）參數更改、係統參數變（biàn）化或改動、保養管理不善等方麵，介紹了加工精度異常的原因和處理方法。在企業生產中，隻有加強采購管理，定期開（kāi）展維修保養工（gōng）作，提高操作人員的技能素質，才能提高加工精度，促進企業可持續發展。

數控機床加工基本組成工作原理及故障診斷原則和方法

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