數控機床故障維修實例分析

一、加工中心軸抖動故障三例

1．德國維爾納公司制造的TC-800臥式加工中心  其控制系統是西門子850M。機床使用一年后發現在停止狀態下刀鏈(W軸)來回小范圍抖動。該軸的驅動與其他各軸一樣采用交流伺服系統，其位置檢測為角度脈沖發生器。開始時抖動不很嚴重，后來越來越厲害并報警停機。在抖動發生時，通過測量伺服驅動的指令值，發現該輸入電壓值“+"“-"不斷交化，與抖動周期—致。從屏幕發現W軸的實際位置也不斷地增減變化，這說明位置反饋是好的。

那么NC(數控)部分、伺服驅動、電機這幾個環節哪一個有故障呢?首先考慮到的是零點漂移，但經調整無效。由于是閉環的數控系統，各環節互相控制、互相制約，分析起來比較復雜。而西門子850系統可分硬件和軟件兩大部分，軟件部分有許多用戶可以干預的參數，關于伺服軸的參數也不少。因此決定先從修改參數入手。經幾次調整參數，最后將NC機床參數2604(W軸多項增益)從25500改至15000后，抖動立即停止。為使系統有比較高的快速性和較寬的穩定裕量，經幾次試驗將該參數定為20000。以后刀鏈一直正常運行至今。

分析：軸抖動原因是元件老化，系統參數發生變化，而且伺服系統回路的增益太大。理論上在閉環系統里開環增益過大，系統的穩定裕量就小。由于系統某些原因引起參數發生變化或干擾造成系統振蕩或不穩定。在全由硬件組成的系統里可以調整某一環節增益得以校正；而在現代計算機控制的加工中心往往可以通過修改某一相關參數而收到事半功倍的效果。

2.TC-1000臥式加工中心  其控制系統和機械結構同上例一樣。工作臺的移動為X軸，由于該機工況比較惡劣，開始機床偶爾發生l130報警(X軸夾緊報警)，以后報警越來越頻繁．并段X軸在移動中發生顫抖現象(即速度不穩)。

該機各軸指令值，跟隨誤差、瞬時速度等均可通過屏幕觀察。經仔細觀察，發生報警時的工況總是在振動最為惡劣的程序段．而X軸移動中的顫抖則發生在該軸的任何位置。但只要在移動時加一反向推力，顫抖將顯著減小。經分析認為電氣控制系統存在故障的可能性較小，重點檢查X軸的機械傳動部件，檢查發現滾珠絲杠螺母副存在較大的軸向間隙。將間隙消除并調整適當的預緊力，故障排除。

分析：這一故障主要是由機械軸向振動的長期作用和滾珠絲杠螺母副預緊力太小，使得滾珠絲杠螺母副軸向產生間隙，反過來由于存在軸向間隙使得工況惡劣時振動加劇，工作臺釉向竄動大而引起報警，同時由于滾珠絲杠螺母副存在間隙或預緊力太小，移動中必然產生顫動。

3.TC-1000臥式加工中心  由于Z軸(立柱移動方向)位置環發生故障，機床在移動Z軸時立柱突然以很快的速度向反方向沖去。位置險測回路修復后Z軸只能以很慢的速度移動(倍率開關置20％以下)，稍加快點Z軸就抖動。移動越快抖動越嚴重。嚴重時整個立柱幾乎跳起來。

更換伺服驅動裝置和速度環等器件均無效，由于驅動電機有許多保護環節，所以暫不考慮其有故障，而懷疑機械傳動有問題。通過檢查潤滑、軸承、導軌、導向塊等各項均良好，且用手轉動滾珠絲征，立柱移動也輕松的R，滾珠絲杠螺母與立柱連接良好，滾珠絲杠螺母副也無軸向間隙，預緊力適度，進而懷疑滾珠絲杠有問題，換上備件，故障排除。經檢測原該珠絲杠彎曲超過0.15mm/m。

分析：內于撞車時速度很快。滾珠絲杯承受的軸向力很大，結果引起滾珠絲杠彎曲。低速時由于扭矩和軸向力都不大，所以影響不大，而高速時扭矩和鈾網力都較大，加劇了滾珠絲杠的彎曲，使阻力大增，以致使Z軸不穩定，引起抖動。

二、加工中心主軸不能定向

加工中心有—套刀庫系統，機床在加工工件時能自動進行換刀，而主軸在從刀庫取刀或將刀具裝入刀庫時必須進行定向。如XH755加工中心(配FANUC-CME-83系統)，其它定向是靠一個個磁性感應開關與裝在和主軸帶輪上的感應元件接通來實現的(圖10—8)。當計算機發出主鈾定問信號后．主軸減速，感應元件向磁性感應開關靠近，到達正確位量時，磁性感應開關接通，并向計算機發出一信號，計算機接到此倍號后，即發出一制動信號使主軸伺服電機停止，至此主軸定向完成。這臺加工中心在加工工件時由于刀具損壞，致使主軸堵轉，Z鈾超載，控制系統發出報警信號，機床停止。將損壞的刀具處理好后，重新啟動機床，主軸箱內發出異響，并且有時不能定向。

數控機床

經查是由于主軸堵轉時，傳動帶不能帶動主軸帶輪旋轉，皮帶不運動，但電機帶輪仍在旋轉，由此造成旋轉的電機帶輪與靜止的皮帶高速摩擦，并不斷產生熱量，最后將皮帶燒出了一個凹坑，噪聲即由此發出。如果定向時凹坑剛好在帶輪位置，就會產生一個向下的拉力，使主軸離開定向位置，如此反復超過設定的定向時間就會產生報警。換上新皮帶后，噪聲消除，定間也即正常。

但使用不久又發生了主軸不能定向的故障，再次檢查皮帶，屬正常，后經反復觀察發現安裝伺服電機的板發生變形，致使安裝在電機上的帶輪與主軸上的帶輪不在同一平面內，皮帶被扭曲產生了一個不穩定的拉力致使主軸在定向位置，馬達制動后仍有一個力向下拉主軸帶輪，使主軸又離開定向位置，如此反復使主軸不能定向，加墊片校正后即恢復正常。

三、加工中心Y向尺寸超差

XH755加工中心使用一段時間后，發現工件的Y向尺寸超差，這是由于加工時冷卻油將切屑帶人可轉動的工作臺底部，將工作臺墊高造成。此時須將工作臺拆下，清除里面的切屑方可消除這一現象。

四、油路進氣，拉刀桿頂不出

如圖10—9所示，加工中心主軸上刀具的安裝是將錐柄刀桿插入主軸錐孔中，錐柄刀桿尾部有一拉釘。裝刀時主軸箱后部的油缸動作，將主軸錐孔內的拉刀桿頂出，刀桿頭部有一可脹開的孔，此時錐柄刀桿尾部的拉釘插入拉刀桿頭部可脹開的孔中，油缸退回，拉刀桿在彈簧力的作用下退回到后部較小的孔中，刀柄由拉刀桿頭部孔中的鋼球卡緊，至此完成了裝刀過程。

數控機床

卸刀時主軸箱后部的油缸動作，將拉刀桿頂出，其頭部可脹開部分進入大孔處，此時即可將刀取出。由于在卸刀時油缸必須將拉刀桿頂到一定位置才能將刀取出，也只有這樣才能觸動行程開關發出信號進行下一步的動作；在加工中，發現刀桿沒有頂出，不能進行下一步的動作。經查，故障是由于油路進氣，致使油缸推力不夠而不能將拉刀桿頂到預定位置，拉塊未觸動行程開關而造成的，排除油路中的氣泡，故障消失。

五、換刀機械手不能正常工作

立式加工中心具有一套機械手換刀裝置，其換刀過程為：刀庫動作，找出所需更換的刀具，刀套下；手臂轉動75°，兩個手爪同時抓住主軸和刀套上的刀具；手臂降，取出主軸和刀套上的刀具；手臂轉動180°，交換主軸和刀套上的刀具；手臂上，將交換后的刀具分別插入刀套和主袖錐扎內：手臂返回75°；180°油缸空回程；刀套上，進入刀庫中，至此完成一個換刀過程。這套系統中共有4個油缸，它們是：

1．手臂升降油缸，

2．刀套上下油缸，

3．75°往返油缸，

4．180°往返油缸。

每個油缸的進退都由行程開關發出反饋信號，計算機只有接到反饋信號后才能進行下一步的動作。當發現換刀過程在某一步停止動作，可檢查行程開關是否動作，如行程開關未動作，就要調整撞塊位置或檢查手臂、刀套與氣缸的連接處是否松動，如是，將其調整好再予以鎖緊，故障即可消除。

六、一臺CAK-6150數控車床在加工中零件軸向尺寸經常偏大，而且后面加工的零件總比前面的零件還長出0.7mm-0.8mm

顯然這種誤差不可能是絲杠間隙產生的。因絲杠間隙誤差一般不會這么大。當機床空轉時，車刀回原點后卻幾乎*產生，說明脈沖生成正常，光耦沒有問題。當加工時，降低走刀速度，零件軸向誤差也隨之減小。而且用手摸絲杠，有時能感覺到輕微振動，且能發現車刀有微小停頓。這樣斷定是步進電機阻尼盤松了。拆開機床，打開電機后端蓋，果然發現阻尼盤有松動跡象，重籃彈簧壓板，加工零件尺寸恢復正常。

七、某廠一臺XK5040A數控銑床(配日本FANUC-3M系統)，加工的工件尺寸超差

經分析除了刀具因素外，如果編制的程序無錯誤，則主要是機床工作臺行程的尺寸與程序中設定的尺寸不一樣所造成，這是由齒輪間隙和絲杠螺母間隙引起的。一般來說。數控機床在控制系統中均設有齒輪補償。此時可用干分表測定間隙、如數值較小，可在系統中設定參數值直接進行補償，如FANUC—3M系統是53、54、55號參數．分別對應X、Y及Z抽．其最大值為255μm。如果問隙超過此值，就要調整齒輪或絲杠螺母的間隙。

1.齒輪間隙調整  在XK5040A數控銑床上，其伺服電機與該珠絲杠間的傳動齒輪帶有消隙裝置，與滾珠絲杠連接的齒輪是由兩片齒輪組成的，松開4個螺釘，將兩片齒輪錯開一個微小的角度，再擰緊螺釘即可消除齒輪間隙。

2．滾珠絲杠間隙的調整  該珠絲杠螺母的結構如圖10-10所示，其螺母是由左右兩個螺母裝在一基座內組成的，螺母與基座間有墊片，增加或減少該墊片的厚度，即可消防間隙。