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摘  要  就数控机床易出现的随机性精度故障,从数控机床精度控制方法着手,结合实例分析其故障机理和产生原因,对随机性精度故障给出查找、判断与处理方法。
    关键词  数控机床  随机精度超差  故障处理
    中图分类号  TC502.7  文献标识码  B

    一、前言

    零件加工精度取决于数控机床及数控系统的控制精度,而控制精度又受机械运动精度和数控系统性能、电气控制精度影响。通常在正确选择数控机床和机床正常的前提下,机床加工过程中产生废品的机率是很低的。当机床存在精度方面的功能性故障时,废品率就会上升。
    一般精度超差有两种,一种是有规律的,如刀具磨损、对刀不准、零点偏置值异常、尺寸单位被转换、刀补值输入错误、坐标点计算错误、程序编制错误以及刀具选择错误等引起的超差,这类故障解决比较容易。另一种没有规律,如尺寸和形位误差变化毫无规律,这类故障原因隐蔽性强,解决难度大,在原因不清或判断错误情况下动手,弄不好会使机床故障扩大或废品率更高。当数控机床成为生产线上的关键瓶颈设备或处于通用机床无法替代的工序上时,如停机就意味着停产。所以,研究数控机床随机性精度超差故障成因并提出预防措施,指导企业在设备出现随机性精度超差故障时,如何快速查找原因并迅速排除是当前服务企业的主要任务。

    二、精度故障的查找与判断方法

    精度故障的查找,一定要根据连续出现超差前加工产品状况来判断。一般衡量机床加工精度的指标为工序能力指数Cpk,指数值大表示尺寸波动范围小,超差概率越小。正常时的废品率一般与所加工的产品公差带宽度、机床精度特性、工艺系统稳定性有关。正常时机床工序能力Cpk>1,理想工序能力Cpk>1.33。
    当设备存在某种影响精度的机械或电气故障时,反映到产品尺寸上,波动范围就大,废品率就会偏离正常值。对某台机床而言,这个正常值就是正常加工情况下,经过长时间运行由统计方法所得的废品率值。一旦偏离统计废品率值,就说明机床存在故障。对解决机床产生精度故障的效果,也只能用发生故障的频次趋势来判断。

    三、对随机性精度故障的处理方法

    当出现随机性精度超差,先不急于动手。应向操作者或质检员了解该设备出现废品前的加工情况,并收集设备加工产品检验数据。有的关键工序设备还有产品质控图,认真分析加工尺寸趋势变化,看波动范围是否正常。这里有两种情况:一是波动范围正常,仅尺寸超差的为异常。一般先不要理会,但要注意尺寸走向趋势。另一种是波动范围就不正常。尺寸超差是波动范围不正常的必然发展结果,这就要找出原因并给予排除。

    四、随机性精度超差故障产生原因

    为弄清精度故障产生的原因,首先要了解数控机床精度的控制方法。数控机床对加工精度的控制是通过保证其位移精度和定位精度来实现的。进给伺服系统的位移精度是指:指令脉冲要求机床进给的位移量和该指令脉冲经过伺服系统转化为工作台实际位移量之间的符合程度。两者误差愈小,伺服系统的位移精度愈高。进给伺服系统的定位精度是指:输出量能复现输入量的精确程度。数控机床为保证其高的位移精度和定位精度,多采用闭环伺服系统和半闭环伺服系统。它们都是用插补运算得到的位置指令与位置检测装置反馈回来的机床坐标轴实际位置的差值进行控制,直到差值消除为止。所不同的是闭环伺服系统,位置检测装置装在执行部件末端,其环内各组件的误差、传动链误差以及运动中造成的误差可以提前得到补偿,因此可得到较高的位移精度和定位精度。闭环伺服系统精度只取决于测量装置的制造精度和安装精度。而半闭环伺服系统,位置检测装置装在伺服电机轴上或丝杠端部,它将机械构件封闭在反馈控制环外,由此产生的传动链误差以及运动中造成的误差不能得到补偿,因此其控制精度低于闭环伺服系统,但系统稳定性好。半闭环系统和开环系统出现精度超差故障概率相对较大。
    数控机床加工过程中出现的随机性精度超差故障,归纳原因有以下几方面:
    1.机床的主轴、导轨、滚珠丝杠螺母、工作台、刀架等关键零部件磨损不均导致运动精度下降;
    2.机床丝杠螺母、轴承的预紧、导轨间隙调整不当等;
    3.从进给电机到与刀架或工作台连接的螺母之间任何一个传动元件间有间隙或松动都可能引起随机性精度超差,如电机与丝杠连接销钉及防止丝杠轴向窜动的螺母松动等;
    4.导轨润滑不良、导轨移动部位未及时清扫铁屑、刮屑板坏,铁屑进入导轨运动副之间,导轨严重磨损;
    5.机床参数设置不合理,如与位置控制有关的参数反向间隙、夹紧允差等设置不合理会引起精度超差;
    6.机床地基和水平不符合要求;
    7.机床接地要求不符合规范,无屏蔽措施,抗干扰能力差;
    8.超负荷切削,超过规定速度快速移动而引起步进电机丢步;
    9.机床修理调整不当。

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