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淺談（tán）數控機床加工工作原理與排故
2025-12-01 09:29數控機床（chuáng）是數字控製機床（Computer numerical control machine tools）的簡（jiǎn）稱（chēng），是一種裝有（yǒu）程序控製（zhì）係統（tǒng）的自（zì）動化機床。該控製係統能夠邏輯地處理具有控製編碼或其他符（fú）號指令規定的程序，並將其譯碼，用代碼化（huà）的數字表示，通過信息載（zǎi）體輸（shū）入（rù）數控裝置。經運算處理由（yóu）數控裝置發出各種控製信號，控製機床的動作，按圖紙要求的形狀和尺寸，自動地將零（líng）件加工（gōng）出來。
數控（kòng）機床較好地解（jiě）決了複雜、精密、小批量、多品種（zhǒng）的零（líng）件加工問題，是一種柔性的、高效能的自動化機床（chuáng），代表了現代機床控製技術的發展方向，是一種典型的機電一體化產品。
當前，數（shù）控機床在生產製造行業得以普遍應（yīng）用。以航空製（zhì）造業為例，生產活動離不開數控機床（chuáng）。在實際應用（yòng）中，機床可能發生多種多樣的故障，其中加工（gōng）精度異常是最為常見的問題。在生產活動中，常有操作人員反映加（jiā）工精度異常，不滿足設計標準要求，直接影響車間正常的（de）生產計劃。本文結合實際案例，探討加工精度（dù）異常的（de）形（xíng）成原因，提出相應的診斷處（chù）理和（hé）預防（fáng）方法。
一（yī）、數控機床加工的主（zhǔ）要特（tè）點：
1.對加工對象的適應性強，適應模具等產品單件生產的特點，為模（mó）具的製造（zào）提供了合適的加工方法（fǎ）；
2.加工精度高，具有穩定的（de）加工質量；
3.可進行多（duō）坐標的聯動（dòng），能加工形狀複雜的零件；
4.加工零件改變（biàn）時，一般隻需要更改（gǎi）數控程序，可節省生產準備時間；
5.機床本身的精度高、剛性大，可選擇有利（lì）的加（jiā）工用量，生產率高（一（yī）般為普通機（jī）床的3~5倍（bèi））；
6.機床自動化程度高，可以（yǐ）減輕勞動強度；
7.有利於生（shēng）產管理（lǐ）的現代（dài）化。數（shù）控機床使（shǐ）用數字信息與（yǔ）標準（zhǔn）代碼處理、傳遞信息，使（shǐ）用了（le）計算機控製方法，為計算機輔助設計（jì）、製造及管理一體化奠定了（le）基礎；
8.對操作人員的素質要求較高，對維修人員的技術要求更高（gāo）；
9.可靠性高。
二、數控機床加工的基本組成及工作原理
2.數控裝（zhuāng）置:數控裝（zhuāng）置是數控機床的核心。現代數控裝置均采用CNC（Computer Numerical Control）形（xíng）式，這種CNC裝置一（yī）般使用（yòng）多個微處理器，以程序（xù）化的軟件形式實現數控功能，因此又（yòu）稱軟件數控（Software NC）。CNC係統是（shì）一（yī）種位置（zhì）控製（zhì）係統，它是根據輸入數據插補（bǔ）出理想的運動軌跡，然（rán）後輸出到執行（háng）部（bù）件加工出所需要的（de）零件。因此，數控裝置主要由輸入、處理和輸出三個（gè）基（jī）本部分構成。而所有（yǒu）這些工作都由計算機的係統程（chéng）序進行合理地（dì）組織，使（shǐ）整個係統協調地（dì）進行（háng）工作。
3.伺服與測（cè）量反饋係統:伺服係統是數控機床的重要（yào）組成部分（fèn），用於實現數（shù）控機床的進給伺服控製和主軸伺服控製。伺服（fú）係統的作用是把接受來自（zì）數控裝置的指令信息，經功率放大（dà）、整形處理後，轉換成機床（chuáng）執行部件的直線位移或角位移運（yùn）動。由於伺服係統是數控機床的（de）最（zuì）後環節，其性能將（jiāng）直接（jiē）影響數控機床的精度和速度等技術指標，因此，對數控機床的伺服驅動裝置，要求具有良好的快速反應性能，準確而靈敏（mǐn）地跟蹤數控裝置發出的數字指令信號，並能忠實（shí）地執行來自數控裝置的指令，提高係統的動態跟隨特性和靜態跟蹤精度。
4.機床主體:機（jī）床主機是數控機床（chuáng）的主體。它包（bāo）括床身、底座、立（lì）柱、橫（héng）梁、滑座、工作台、主軸箱、進給機構、刀架及自動換刀裝置等機械部件。它是在（zài）數（shù）控機床（chuáng）上自動（dòng）地完成各種切削加工的機械部分。
5.數控機床輔助裝置:輔助裝置是保證充分發揮數控機床功能（néng）所必需（xū）的配套裝置，常用的輔助裝置包括：氣動、液壓裝置，排屑裝置，冷（lěng）卻、潤滑裝置，回轉工作台和數控分度頭，防（fáng）護，照明等各（gè）種輔助（zhù）裝置
三、數控機床加工精度異常（cháng）的（de）常見原因
1.係統參數發生變化或改動
2.機械故障導致的加工精度異常
1）檢查機（jī）床精（jīng）度異常時（shí）正運行的加工程序段，特別是刀具長度補（bǔ）償、加工坐標係（xì）（G54～G59）的校對及（jí）計算。
2）在點（diǎn）動方（fāng）式下，反複（fù）運動Z軸，經過（guò）視、觸、聽對其運動（dòng）狀態診斷，發（fā）現Z向運動聲音異常，特別是（shì）快速點動，噪（zào）聲更加（jiā）明顯（xiǎn）。由此判斷，機械方麵可能存在隱患。
3）檢查機（jī）床Z軸精度。用手（shǒu）脈發生器移動Z軸，（將手脈倍率定（dìng）為1×100的擋位，即每變化一步，電機進（jìn）給0.1mm），配合（hé）百分表觀察Z軸的（de）運動情況。在單向運動精度保持正常（cháng）後作為起（qǐ）始點的（de）正向運（yùn）動，手脈每變化一步，機床Z軸運動的實際距離d=d1=d2=d3…=0.1mm，說明（míng）電機（jī）運行（háng）良好，定位（wèi）精度良好。
而返回機床實（shí）際運動（dòng）位移的變化上，可（kě）以分為四個階段：
①機床運動（dòng）距離d1>d=0.1mm（斜率大於1）；
②表現出為d=0.1mm>；d2>d3（斜率小（xiǎo）於1）；
③機床機構實際未移動（dòng），表現出最標準的反向間隙；
④機（jī）床運動距（jù）離與手脈給定值相等（斜率等於1），恢複到機床的正常（cháng）運動。
3.機床電氣參數未優（yōu）化電機運（yùn）行異常
分析認為，故障原（yuán）因有兩點，一是機械反向間隙較大；二是（shì）X軸電機工作異常。利用FANUC係統的參數功能，對電（diàn）機進行調試。首先對存在的間隙進行了補償；調整伺服增（zēng）益參數及N脈衝抑製功能參數，X軸電機的抖動消除，機（jī）床加（jiā）工精度恢複正常。
4、機床位置環異常或（huò）控製邏輯不妥
鏜銑床加（jiā）工中心（xīn），數控係統為FANUC18i，全閉環控製方式。加工過（guò）程中（zhōng），發現該（gāi）機床Y軸精度異常，精度誤差（chà）最小在0.006mm左（zuǒ）右，最大（dà）誤差（chà）可達到1.400mm.檢查中，機床已經按照要求設置了G54工件坐（zuò）標係。在MDI方式下，以G54坐標係（xì）運行一段程（chéng）序（xù）即“G90G54Y80F100；M30；”，待機床運行結束後顯示器上顯示的機械坐標值為“-1046.605”，記錄（lù）下該值。然後在手動方式下，將機床Y軸點動到其他任意位置（zhì），再次在MDI方式下執（zhí）行（háng）上麵的語句，待（dài）機床停止後，發現此時機床機械坐標數顯值為“-1046.992”，同第一次執行後的數顯示值相比（bǐ）相差了0.387mm。按照（zhào）同樣的方（fāng）法，將Y軸點動到不同的位置，反複執行該語句，數顯的示值不定。用百分表對Y軸進行檢測，發現機械位置（zhì）實際誤差同數（shù）顯顯示出的誤差基本一致（zhì），從而認為故障原因為Y軸重複定位誤差過大。對Y軸的反向（xiàng）間隙及定位精度進（jìn）行仔細檢查，重新作補償，均無效果。因此懷（huái）疑光柵尺及係統參數等有（yǒu）問題（tí），但為什麽產生（shēng）如此大的誤差，卻（què）未出現相應的報警信息呢？進一步檢查發（fā）現，該軸為（wéi）垂直方向的軸，當Y軸鬆開時，主軸箱向下掉，造成了超差。
四、數控機（jī）床故障的診斷原則和方法
1.按數控機床發生的故障（zhàng）性質分類
1）確定性故障：指隻要條件符合就會發生故障；比如（rú）電壓負荷過高，會報警。
2）隨機故障：指在相同的條（tiáo）件下，會隨機地發出一兩次（cì）的報警信號；這種故障是最（zuì）難分析排查的；這類（lèi）故障一（yī）般與機械結（jié）構零件、數（shù）控係統零件相關聯（lián）。
2.按故障類（lèi）型分類
1）機械故障：指主要發生在機床主機部分，常見的故障主要有：因機械部件（jiàn）的安裝（zhuāng）、調試、操作使用不規範等原（yuán）因引起的（de）機械傳動故（gù）障（zhàng）；因導軌、主（zhǔ）軸等運動部件的幹涉、摩擦過大等原（yuán）因引起的（de）故障（zhàng）；因機械零（líng）件的損（sǔn）壞、；聯結不（bú）良等原因引起的故障等等。
2）電氣故障：指電氣控製係統出現的故障（zhàng）。常見的故障主要有：因控製係統的元件器件、所引起的故障；因控製係統的主回（huí）路或高壓、大功率回（huí）路中的、、開關、熔斷器、電源電壓器等電氣元件器件及其所組成的控（kòng）製電（diàn）路所引起的強電故（gù）障。
3.數控機床機械故障診斷方法
1）追蹤法：指在故障診（zhěn）斷和（hé）維（wéi）修前，維（wéi）修人員要先對故障發生的時間、機床的運行狀況和故（gù）障類型（xíng）進行詳細的了解，然後尋找故障發生的各種痕跡。
2）自診斷功能：指cnc係統每（měi）次從通電開始，係統（tǒng）內部診斷程序就自動執行診（zhěn）斷。通過（guò）隨時監控係（xì）統各部分的工作情況，及時分析故障並立刻在crt上（shàng）顯示報警信息。有時當硬件發生故障時就要使用來指（zhǐ）出故障的原因。如果啟功診（zhěn）斷不能結束，係（xì）統就（jiù）無法投入生產。
3）在線診斷：指在係（xì）統處於正常運行狀態（tài）時（shí）通過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斷、檢查。隻要係統不斷電，在線（xiàn）診斷就會一直進行下去。
4）離線（xiàn）診斷：指數控係統出現故障後，數控係（xì）統生（shēng）產商以及專家（jiā）、或專業（yè）維修中心利用專用的診斷軟件和測試裝置進行停機（jī）或脫機檢查。
4.數控機床機械故障診斷的（de）一般過程
1）觀察數（shù）控機床情況：通過“望聞問切”的方法來進行故（gù）障的觀察。
2）故障（zhàng）情況的分析：通過觀察故（gù）障的情況來進行情況分析，從而縮（suō）小（xiǎo）故（gù）障範圍，確定故障的查找（zhǎo）方式。
3）故障查找：運用查找手段對數控機（jī）床進行從外到裏的，從易（yì）到難的檢測，查閱相關資料來確定故障點。
五（wǔ）、結語
隨著科學（xué）技術的發展，數控機床（chuáng）得以在製造行業普遍應用，且（qiě）獲得行業青睞。本文結合（hé）實際案例，從機械傳動部件（jiàn）故障、熱（rè）變形、地基和水平不符合要求、電氣參數更改、係統參數變化或改動、保養管理（lǐ）不善等方（fāng）麵，介紹了加工精度（dù）異常的原因和處理方法。在企業生（shēng）產中，隻有（yǒu）加強采購管理，定（dìng）期開展維修保養工作，提高操作（zuò）人員（yuán）的技能素（sù）質，才能（néng）提高加工精度，促進企業可持續發展。
