一、前言
零件加工精度取決于數(shù)控機(jī)床及數(shù)控系統(tǒng)的控制精度，而控制精度又受機(jī)械運(yùn)動(dòng)精度和數(shù)控系統(tǒng)性能、電氣控制精度影響。通常在正確選擇數(shù)控機(jī)床和機(jī)床正常的前提下，機(jī)床加工過(guò)程中產(chǎn)生廢品的機(jī)率是很低的。當(dāng)機(jī)床存在精度方面的功能性故障時(shí)，廢品率就會(huì)上升。
一般精度超差有兩種，一種是有規(guī)律的，如刀具磨損、對(duì)刀不準(zhǔn)、零點(diǎn)偏置值異常、尺寸單位被轉(zhuǎn)換、刀補(bǔ)值輸入錯(cuò)誤、坐標(biāo)點(diǎn)計(jì)算錯(cuò)誤、程序編制錯(cuò)誤以及刀具選擇錯(cuò)誤等引起的超差，這類故障解決比較容易。另一種沒(méi)有規(guī)律，如尺寸和形位誤差變化毫無(wú)規(guī)律，這類故障原因隱蔽性強(qiáng)，解決難度大，在原因不清或判斷錯(cuò)誤情況下動(dòng)手，弄不好會(huì)使機(jī)床故障擴(kuò)大或廢品率更高。當(dāng)數(shù)控機(jī)床成為生產(chǎn)線上的關(guān)鍵瓶頸設(shè)備或處于通用機(jī)床無(wú)法替代的工序上時(shí)，如停機(jī)就意味著停產(chǎn)。所以，研究數(shù)控機(jī)床隨機(jī)性精度超差故障成因并提出預(yù)防措施，指導(dǎo)企業(yè)在設(shè)備出現(xiàn)隨機(jī)性精度超差故障時(shí)，如何快速查找原因并迅速排除是當(dāng)前服務(wù)企業(yè)的主要任務(wù)。
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(jù)連續(xù)出現(xiàn)超差前加工產(chǎn)品狀況來(lái)判斷。一般衡量機(jī)床加工精度的指標(biāo)為工序能力指數(shù)cpk，指數(shù)值大表示尺寸波動(dòng)范圍小，超差概率越小。正常時(shí)的廢品率一般與所加工的產(chǎn)品公差帶寬度、機(jī)床精度特性、工藝系統(tǒng)穩(wěn)定性有關(guān)。正常時(shí)機(jī)床工序能力cpk>1，理想工序能力cpk>1.33。
當(dāng)設(shè)備存在某種影響精度的機(jī)械或電氣故障時(shí)，反映到產(chǎn)品尺寸上，波動(dòng)范圍就大，廢品率就會(huì)偏離正常值。對(duì)某臺(tái)機(jī)床而言，這個(gè)正常值就是正常加工情況下，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行由統(tǒng)計(jì)方法所得的廢品率值。一旦偏離統(tǒng)計(jì)廢品率值，就說(shuō)明機(jī)床存在故障。對(duì)解決機(jī)床產(chǎn)生精度故障的效果，也只能用發(fā)生故障的頻次趨勢(shì)來(lái)判斷。
三、對(duì)隨機(jī)性精度故障的處理方法
當(dāng)出現(xiàn)隨機(jī)性精度超差，先不急于動(dòng)手。應(yīng)向操作者或質(zhì)檢員了解該設(shè)備出現(xiàn)廢品前的加工情況，并收集設(shè)備加工產(chǎn)品檢驗(yàn)數(shù)據(jù)。有的關(guān)鍵工序設(shè)備還有產(chǎn)品質(zhì)控圖，認(rèn)真分析加工尺寸趨勢(shì)變化，看波動(dòng)范圍是否正常。這里有兩種情況：一是波動(dòng)范圍正常，僅尺寸超差的為異常。一般先不要理會(huì)，但要注意尺寸走向趨勢(shì)。另一種是波動(dòng)范圍就不正常。尺寸超差是波動(dòng)范圍不正常的必然發(fā)展結(jié)果，這就要找出原因并給予排除。
四、隨機(jī)性精度超差故障產(chǎn)生原因
為弄清精度故障產(chǎn)生的原因，首先要了解數(shù)控機(jī)床精度的控制方法。數(shù)控機(jī)床對(duì)加工精度的控制是通過(guò)保證其位移精度和定位精度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。進(jìn)給伺服系統(tǒng)的位移精度是指：指令脈沖要求機(jī)床進(jìn)給的位移量和該指令脈沖經(jīng)過(guò)伺服系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為工作臺(tái)實(shí)際位移量之間的符合程度。兩者誤差愈小，伺服系統(tǒng)的位移精度愈高。進(jìn)給伺服系統(tǒng)的定位精度是指：輸出量能復(fù)現(xiàn)輸入量的精確程度。數(shù)控機(jī)床為保證其高的位移精度和定位精度，多采用閉環(huán)伺服系統(tǒng)和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。它們都是用插補(bǔ)運(yùn)算得到的位置指令與位置檢測(cè)裝置反饋回來(lái)的機(jī)床坐標(biāo)軸實(shí)際位置的差值進(jìn)行控制，直到差值消除為止。所不同的是閉環(huán)伺服系統(tǒng)，位置檢測(cè)裝置裝在執(zhí)行部件末端，其環(huán)內(nèi)各組件的誤差、傳動(dòng)鏈誤差以及運(yùn)動(dòng)中造成的誤差可以提前得到補(bǔ)償，因此可得到較高的位移精度和定位精度。閉環(huán)伺服系統(tǒng)精度只取決于測(cè)量裝置的制造精度和安裝精度。而半閉環(huán)伺服系統(tǒng)，位置檢測(cè)裝置裝在伺服電機(jī)軸上或絲杠端部，它將機(jī)械構(gòu)件封閉在反饋控制環(huán)外，由此產(chǎn)生的傳動(dòng)鏈誤差以及運(yùn)動(dòng)中造成的誤差不能得到補(bǔ)償，因此其控制精度低于閉環(huán)伺服系統(tǒng)，但系統(tǒng)穩(wěn)定性好。半閉環(huán)系統(tǒng)和開(kāi)環(huán)系統(tǒng)出現(xiàn)精度超差故障概率相對(duì)較大。
數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程中出現(xiàn)的隨機(jī)性精度超差故障，歸納原因有以下幾方面：
1.機(jī)床的主軸、導(dǎo)軌、滾珠絲杠螺母、工作臺(tái)、刀架等關(guān)鍵零部件磨損不均導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)精度下降；
2.機(jī)床絲杠螺母、軸承的預(yù)緊、導(dǎo)軌間隙調(diào)整不當(dāng)?shù)龋?br>3.從進(jìn)給電機(jī)到與刀架或工作臺(tái)連接的螺母之間任何一個(gè)傳動(dòng)元件間有間隙或松動(dòng)都可能引起隨機(jī)性精度超差，如電機(jī)與絲杠連接銷釘及防止絲杠軸向竄動(dòng)的螺母松動(dòng)等；
4.導(dǎo)軌潤(rùn)滑不良、導(dǎo)軌移動(dòng)部位未及時(shí)清掃鐵屑、刮屑板壞，鐵屑進(jìn)入導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)副之間，導(dǎo)軌嚴(yán)重磨損；
5.機(jī)床參數(shù)設(shè)置不合理，如與位置控制有關(guān)的參數(shù)反向間隙、夾緊允差等設(shè)置不合理會(huì)引起精度超差；
6.機(jī)床地基和水平不符合要求；
7.機(jī)床接地要求不符合規(guī)范，無(wú)屏蔽措施，抗干擾能力差；
8.超負(fù)荷切削，超過(guò)規(guī)定速度快速移動(dòng)而引起步進(jìn)電機(jī)丟步；
9.機(jī)床修理調(diào)整不當(dāng)。
五、案例
1．江鈴底盤(pán)公司有多臺(tái)半閉環(huán)型數(shù)控車床cak6150d，在加工過(guò)程中都出現(xiàn)過(guò)徑向（x方向）尺寸無(wú)規(guī)律，偶然有超差現(xiàn)象。
通過(guò)調(diào)查了解到，這些數(shù)控車床所加工的產(chǎn)品公差帶比較寬，在0.035～0.06mm之間。正常加工時(shí)，尺寸波動(dòng)范圍一般在0.005～0.025mm之間，所以極少有超差現(xiàn)象?，F(xiàn)出現(xiàn)超差，就說(shuō)明機(jī)床可能存在精度功能性故障，通過(guò)對(duì)產(chǎn)品全程跟蹤檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)除超差的廢品外，其余合格品尺寸波動(dòng)范圍也比正常時(shí)大。通過(guò)對(duì)這些精度故障的排除效果追蹤，歸納起來(lái)有如下原因會(huì)引起機(jī)床隨機(jī)性故障超差。
(1)x軸與伺服電機(jī)連接端軸承zrkn2052t由于存在自動(dòng)潤(rùn)滑不到位缺陷，人工潤(rùn)滑時(shí)有時(shí)無(wú)，使用冷卻液又容易破壞潤(rùn)滑油膜導(dǎo)致軸承滾珠變形，保持架或滾道破壞，嚴(yán)重磨損。故障機(jī)理：當(dāng)滾珠變形，保持架或滾道破壞嚴(yán)重磨損時(shí)，當(dāng)切削力通過(guò)絲杠螺母副傳到軸承時(shí)，由于磨損或變形不規(guī)則，導(dǎo)致刀架橫向竄動(dòng)量不一，定位精度過(guò)大。排除方法：更換軸承。預(yù)防對(duì)策：通過(guò)改善軸承潤(rùn)滑條件，提高軸承壽命，嚴(yán)禁超出負(fù)荷使用設(shè)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(huì)使刀架定位精度差。對(duì)絲杠螺母副預(yù)緊或采用間隙補(bǔ)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(qiáng)設(shè)備日常維護(hù)保養(yǎng)，定期檢查并消除絲杠螺母間隙。
x軸與電機(jī)相連處螺母松動(dòng)。x軸與電機(jī)相連處螺母松動(dòng)，造成絲杠軸向竄動(dòng)，由于松動(dòng)造成絲杠軸向竄動(dòng)量在不斷變化，結(jié)果造成加工尺寸不穩(wěn)定。擰緊螺母或加防松裝置后緊固。定期檢查和調(diào)整。
(3)x軸拖板導(dǎo)軌面或鑲條磨損不均勻。x軸拖板導(dǎo)軌面和鑲條磨損不均勻，機(jī)床運(yùn)動(dòng)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(dòng)松緊不一，定位精度變差。由這類引發(fā)的尺寸超差通過(guò)調(diào)整是無(wú)法消除的，只有恢復(fù)導(dǎo)軌精度，才能徹底解決。排除方法是項(xiàng)修，鏟刮x軸拖板導(dǎo)軌面和鑲條。加強(qiáng)設(shè)備日常維護(hù)保養(yǎng)，定期檢查刮屑板，及時(shí)更換失效件。
(4)刀架定位銷或孔嚴(yán)重磨損。由于刀架定位銷或孔磨損、回轉(zhuǎn)刀架每次定位位置就不唯一，通過(guò)夾緊刀架就保持在定位位置上，由此引發(fā)加工尺寸波動(dòng)。更換磨損件。平時(shí)注意刀架的潤(rùn)滑，防止出現(xiàn)撞擊事件和過(guò)負(fù)荷切削。
(5)機(jī)床導(dǎo)軌潤(rùn)滑不良或運(yùn)動(dòng)過(guò)程中鐵屑進(jìn)入動(dòng)靜導(dǎo)軌副之間。機(jī)床導(dǎo)軌潤(rùn)滑不良或由于刮屑板失效，鐵屑進(jìn)入動(dòng)靜導(dǎo)軌副之間，導(dǎo)致摩擦阻力大而不均勻，機(jī)床運(yùn)動(dòng)特性變差。堅(jiān)持對(duì)導(dǎo)軌加油，更換破損刮屑板。加強(qiáng)設(shè)備日常維護(hù)保養(yǎng)。
2．在一臺(tái)h1-k001三軸單元上精鏜11a主減殼直徑l00mm、90mm等孔，該機(jī)由兩個(gè)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(shí)nc1單元精鏜直徑100mm孔從未出現(xiàn)過(guò)超差，而nc2單元精撞直徑90mm孔則不時(shí)出現(xiàn)尺寸超差現(xiàn)象，廢品概率少時(shí)約1‰，高時(shí)達(dá)2％左右（此數(shù)中不含刀具磨損、對(duì)刀錯(cuò)誤等異常情況造成的廢品）。
眾所周知，撞刀一經(jīng)調(diào)好，就成定值刀具，如對(duì)刀錯(cuò)誤，產(chǎn)生的精度超差也為系統(tǒng)誤差?，F(xiàn)加工過(guò)程中有時(shí)出現(xiàn)鏜孔尺寸超差，不作任何調(diào)整又恢復(fù)正常尺寸這種隨機(jī)性精度故障。為此，專門(mén)成立一個(gè)攻關(guān)小組，列出工件材料、刀具夾緊力、冷卻液、吹屑系統(tǒng)、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(dòng)情況等7項(xiàng)可能會(huì)引起精度故障原因，并逐一檢查分析。在不正常時(shí)對(duì)機(jī)床跟蹤監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)以下4種情況：
(1)不同廠家毛坯出現(xiàn)的廢品概率不同；
(2)檢查發(fā)現(xiàn)主軸與刀柄7:24錐面接觸面積達(dá)不到要求；
(3)主軸刀具夾緊裝置內(nèi)出現(xiàn)兩片碟形彈簧破碎，使廢品寫(xiě)提高；
(4)nc2單元在刀具交換時(shí)，nc1單元精撞直徑100mm孔仍在進(jìn)行，鐵屑飛濺落在nc2單元主軸內(nèi)超差。
從故障處理效果看，引起偶發(fā)尺寸超差主要原因是，主軸刀柄夾緊力不足和主軸內(nèi)錐與刀柄接觸剛度差所致。當(dāng)材料較硬時(shí)，由于刀桿較長(zhǎng)，主軸與刀柄接觸剛度又差，切削力較大時(shí)，刀片位置就會(huì)發(fā)生變化，所以鏗出孔偏大。
3．江鈴底盤(pán)公司2004年購(gòu)進(jìn)一批cka6150數(shù)控車床中，有一臺(tái)投產(chǎn)三個(gè)月后開(kāi)始偶爾出現(xiàn)x軸方向尺寸超差（加工件公差帶0.035mm），廢品基本上出現(xiàn)在返回參考點(diǎn)后加工第一件，但并非每次回參考點(diǎn)加工第一件都是廢品，只是偶爾出現(xiàn)。經(jīng)檢查加工件超差有幾個(gè)毫米，只要重回一下參考點(diǎn)，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(diǎn)有關(guān)，檢查減速擋塊及電氣開(kāi)關(guān)，無(wú)松動(dòng)現(xiàn)象，于是通知機(jī)床生產(chǎn)廠“三包”人員，在同廠家人員一起對(duì)廢品檢查中，發(fā)現(xiàn)超差約為一個(gè)絲杠螺距，可是檢查減速擋塊到參考點(diǎn)距離也正常。后偶爾一次檢查發(fā)現(xiàn)，由于減速開(kāi)關(guān)處很多灰塵堆積，導(dǎo)致開(kāi)關(guān)靈敏度變差，更換減速開(kāi)關(guān)，故障排除。
六、快速處理隨機(jī)性精度故障方法
由于處理隨機(jī)精度故障，查找與判斷需要一段時(shí)間的觀察并積累原始數(shù)據(jù)，如果前期一直注意資料的積累，在查找的過(guò)程中就便于分析趨勢(shì)并作出正確的處理。
為快速處理隨機(jī)性精度故障，在設(shè)備管理方面，應(yīng)養(yǎng)成建立設(shè)備維修檔案的習(xí)慣。每臺(tái)設(shè)備一個(gè)檔案本，記錄著每次設(shè)備故障現(xiàn)象、原因分析、處理過(guò)程、備件更換、修后效果跟蹤、修理人等記錄，同時(shí)要作好設(shè)備保養(yǎng)記錄，確保記錄真實(shí)性，這對(duì)分析查找故障有益。
在質(zhì)量管理方面，應(yīng)按質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)要求，堅(jiān)持做質(zhì)量控制圖，常見(jiàn)的有x—r圖，便于找出隨機(jī)性誤差。
七、隨機(jī)性精度故障的預(yù)防
1.把好設(shè)備采購(gòu)和安裝質(zhì)量關(guān)
采購(gòu)設(shè)備應(yīng)選名牌定型產(chǎn)品，機(jī)床本身存在先天性缺陷如結(jié)構(gòu)剛性差、制造裝配質(zhì)量差引起的精度故障很難排除。設(shè)備安裝應(yīng)嚴(yán)格按使用說(shuō)明書(shū)要求進(jìn)行，地基必須結(jié)實(shí)、防振，承重符合要求，合理布置調(diào)整墊塊位置，水平調(diào)調(diào)整應(yīng)符合要求，機(jī)床接地應(yīng)規(guī)范，電柜內(nèi)動(dòng)力線和信號(hào)線要分開(kāi)走線，間距符合要求，以提高機(jī)床抗干擾能力。
2.認(rèn)真執(zhí)行設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)制度
引起精度故障主要原因是：機(jī)床維護(hù)保養(yǎng)不到位，機(jī)床導(dǎo)軌、滾珠絲杠螺母副、分度工作臺(tái)、回轉(zhuǎn)刀架、主軸傳動(dòng)等關(guān)鍵部件潤(rùn)滑不良、磨損、松動(dòng)等造成運(yùn)動(dòng)精度下降。另外不正確合理使用機(jī)床、經(jīng)常超負(fù)荷切削、超規(guī)定速度移動(dòng)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(xiàn)刀具撞擊機(jī)床損壞主軸或刀架、破壞工作臺(tái)或?qū)к?，這都會(huì)使隨機(jī)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(shù)控機(jī)床
數(shù)控機(jī)床使用不當(dāng)是引發(fā)隨機(jī)性精度超差原因之一，使用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開(kāi)環(huán)數(shù)控車床如超負(fù)荷切削或使用過(guò)大的快移速度會(huì)導(dǎo)致電機(jī)丟步。
5．提高修理工的修理技能
實(shí)際工作過(guò)程中常發(fā)現(xiàn)由于維修工調(diào)整、修理不當(dāng)而引起設(shè)備精度故障擴(kuò)大或修理質(zhì)量不高現(xiàn)象。因此，提高修理工的修理技能很重要。