一、前言

    零件加工精度取決于數(shù)控機床及數(shù)控系統(tǒng)的控制精度，而控制精度又受機械運動精度和數(shù)控系統(tǒng)性能、電氣控制精度影響。通常在正確選擇數(shù)控機床和機床正常的前提下，機床加工過程中產生廢品的機率是很低的。當機床存在精度方面的功能性故障時，廢品率就會上升。
    一般精度超差有兩種，一種是有規(guī)律的，如刀具磨損、對刀不準、零點偏置值異常、尺寸單位被轉換、刀補值輸入錯誤、坐標點計算錯誤、程序編制錯誤以及刀具選擇錯誤等引起的超差，這類故障解決比較容易。另一種沒有規(guī)律，如尺寸和形位誤差變化毫無規(guī)律，這類故障原因隱蔽性強，解決難度大，在原因不清或判斷錯誤情況下動手，弄不好會使機床故障擴大或廢品率更高。當數(shù)控機床成為生產線上的關鍵瓶頸設備或處于通用機床無法替代的工序上時，如停機就意味著停產。所以，研究數(shù)控機床隨機性精度超差故障成因并提出預防措施，指導企業(yè)在設備出現(xiàn)隨機性精度超差故障時，如何快速查找原因并迅速排除是當前服務企業(yè)的主要任務。

    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)超差前加工產品狀況來判斷。一般衡量機床加工精度的指標為工序能力指數(shù)C_pk，指數(shù)值大表示尺寸波動范圍小，超差概率越小。正常時的廢品率一般與所加工的產品公差帶寬度、機床精度特性、工藝系統(tǒng)穩(wěn)定性有關。正常時機床工序能力C_pk>1，理想工序能力C_pk>1.33。
    當設備存在某種影響精度的機械或電氣故障時，反映到產品尺寸上，波動范圍就大，廢品率就會偏離正常值。對某臺機床而言，這個正常值就是正常加工情況下，經過長時間運行由統(tǒng)計方法所得的廢品率值。一旦偏離統(tǒng)計廢品率值，就說明機床存在故障。對解決機床產生精度故障的效果，也只能用發(fā)生故障的頻次趨勢來判斷。

    三、對隨機性精度故障的處理方法

    當出現(xiàn)隨機性精度超差，先不急于動手。應向操作者或質檢員了解該設備出現(xiàn)廢品前的加工情況，并收集設備加工產品檢驗數(shù)據(jù)。有的關鍵工序設備還有產品質控圖，認真分析加工尺寸趨勢變化，看波動范圍是否正常。這里有兩種情況：一是波動范圍正常，僅尺寸超差的為異常。一般先不要理會，但要注意尺寸走向趨勢。另一種是波動范圍就不正常。尺寸超差是波動范圍不正常的必然發(fā)展結果，這就要找出原因并給予排除。

    四、隨機性精度超差故障產生原因

    為弄清精度故障產生的原因，首先要了解數(shù)控機床精度的控制方法。數(shù)控機床對加工精度的控制是通過保證其位移精度和定位精度來實現(xiàn)的。進給伺服系統(tǒng)的位移精度是指：指令脈沖要求機床進給的位移量和該指令脈沖經過伺服系統(tǒng)轉化為工作臺實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。進給伺服系統(tǒng)的定位精度是指：輸出量能復現(xiàn)輸入量的精確程度。數(shù)控機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)。它們都是用插補運算得到的位置指令與位置檢測裝置反饋回來的機床坐標軸實際位置的差值進行控制，直到差值消除為止。所不同的是閉環(huán)伺服系統(tǒng)，位置檢測裝置裝在執(zhí)行部件末端，其環(huán)內各組件的誤差、傳動鏈誤差以及運動中造成的誤差可以提前得到補償，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)，位置檢測裝置裝在伺服電機軸上或絲杠端部，它將機械構件封閉在反饋控制環(huán)外，由此產生的傳動鏈誤差以及運動中造成的誤差不能得到補償，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)和開環(huán)系統(tǒng)出現(xiàn)精度超差故障概率相對較大。
    數(shù)控機床加工過程中出現(xiàn)的隨機性精度超差故障，歸納原因有以下幾方面：
    1.機床的主軸、導軌、滾珠絲杠螺母、工作臺、刀架等關鍵零部件磨損不均導致運動精度下降；
    2.機床絲杠螺母、軸承的預緊、導軌間隙調整不當?shù)龋?BR>    3.從進給電機到與刀架或工作臺連接的螺母之間任何一個傳動元件間有間隙或松動都可能引起隨機性精度超差，如電機與絲杠連接銷釘及防止絲杠軸向竄動的螺母松動等；
    4.導軌潤滑不良、導軌移動部位未及時清掃鐵屑、刮屑板壞，鐵屑進入導軌運動副之間，導軌嚴重磨損；
    5.機床參數(shù)設置不合理，如與位置控制有關的參數(shù)反向間隙、夾緊允差等設置不合理會引起精度超差；
    6.機床地基和水平不符合要求；
    7.機床接地要求不符合規(guī)范，無屏蔽措施，抗干擾能力差；
    8.超負荷切削，超過規(guī)定速度快速移動而引起步進電機丟步；
    9.機床修理調整不當。

    五、案例

    1．江鈴底盤公司有多臺半閉環(huán)型數(shù)控車床CAK6150D，在加工過程中都出現(xiàn)過徑向（X方向）尺寸無規(guī)律，偶然有超差現(xiàn)象。
    通過調查了解到，這些數(shù)控車床所加工的產品公差帶比較寬，在0.035～0.06mm之間。正常加工時，尺寸波動范圍一般在0.005～0.025mm之間，所以極少有超差現(xiàn)象?，F(xiàn)出現(xiàn)超差，就說明機床可能存在精度功能性故障，通過對產品全程跟蹤檢驗，發(fā)現(xiàn)除超差的廢品外，其余合格品尺寸波動范圍也比正常時大。通過對這些精度故障的排除效果追蹤，歸納起來有如下原因會引起機床隨機性故障超差。
    (1)X軸與伺服電機連接端軸承ZRKN2052T由于存在自動潤滑不到位缺陷，人工潤滑時有時無，使用冷卻液又容易破壞潤滑油膜導致軸承滾珠變形，保持架或滾道破壞，嚴重磨損。故障機理：當滾珠變形，保持架或滾道破壞嚴重磨損時，當切削力通過絲杠螺母副傳到軸承時，由于磨損或變形不規(guī)則，導致刀架橫向竄動量不一，定位精度過大。排除方法：更換軸承。預防對策：通過改善軸承潤滑條件，提高軸承壽命，嚴禁超出負荷使用設備。
    (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，在切削力作用下會使刀架定位精度差。對絲杠螺母副預緊或采用間隙補償，是不能解決由此引起的超差故障的，必須更換絲杠螺母副。加強設備日常維護保養(yǎng)，定期檢查并消除絲杠螺母間隙。
    X軸與電機相連處螺母松動。X軸與電機相連處螺母松動，造成絲杠軸向竄動，由于松動造成絲杠軸向竄動量在不斷變化，結果造成加工尺寸不穩(wěn)定。擰緊螺母或加防松裝置后緊固。定期檢查和調整。
    (3)X軸拖板導軌面或鑲條磨損不均勻。X軸拖板導軌面和鑲條磨損不均勻，機床運動特性變差，各處摩擦阻力不等，在切削力作用下致使刀架移動松緊不一，定位精度變差。由這類引發(fā)的尺寸超差通過調整是無法消除的，只有恢復導軌精度，才能徹底解決。排除方法是項修，鏟刮X軸拖板導軌面和鑲條。加強設備日常維護保養(yǎng)，定期檢查刮屑板，及時更換失效件。
    (4)刀架定位銷或孔嚴重磨損。由于刀架定位銷或孔磨損、回轉刀架每次定位位置就不唯一，通過夾緊刀架就保持在定位位置上，由此引發(fā)加工尺寸波動。更換磨損件。平時注意刀架的潤滑，防止出現(xiàn)撞擊事件和過負荷切削。
    (5)機床導軌潤滑不良或運動過程中鐵屑進入動靜導軌副之間。機床導軌潤滑不良或由于刮屑板失效，鐵屑進入動靜導軌副之間，導致摩擦阻力大而不均勻，機床運動特性變差。堅持對導軌加油，更換破損刮屑板。加強設備日常維護保養(yǎng)。
    2．在一臺H1-K001三軸單元上精鏜11A主減殼直徑l00mm、90mm等孔，該機由兩個加工中心單元組成，其中NC1單元精撞直徑l00mm孔，NC2單元精撞直徑90mm孔，加工時NC1單元精鏜直徑100mm孔從未出現(xiàn)過超差，而NC2單元精撞直徑90mm孔則不時出現(xiàn)尺寸超差現(xiàn)象，廢品概率少時約1‰，高時達2％左右（此數(shù)中不含刀具磨損、對刀錯誤等異常情況造成的廢品）。
    眾所周知，撞刀一經調好，就成定值刀具，如對刀錯誤，產生的精度超差也為系統(tǒng)誤差。現(xiàn)加工過程中有時出現(xiàn)鏜孔尺寸超差，不作任何調整又恢復正常尺寸這種隨機性精度故障。為此，專門成立一個攻關小組，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情況等7項可能會引起精度故障原因，并逐一檢查分析。在不正常時對機床跟蹤監(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錐面接觸面積達不到要求；
    (3)主軸刀具夾緊裝置內出現(xiàn)兩片碟形彈簧破碎，使廢品寫提高；
    (4)NC2單元在刀具交換時，NC1單元精撞直徑100mm孔仍在進行，鐵屑飛濺落在NC2單元主軸內超差。
    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錐與刀柄接觸剛度差所致。當材料較硬時，由于刀桿較長，主軸與刀柄接觸剛度又差，切削力較大時，刀片位置就會發(fā)生變化，所以鏗出孔偏大。
    3．江鈴底盤公司2004年購進一批CKA6150數(shù)控車床中，有一臺投產三個月后開始偶爾出現(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)在返回參考點后加工第一件，但并非每次回參考點加工第一件都是廢品，只是偶爾出現(xiàn)。經檢查加工件超差有幾個毫米，只要重回一下參考點，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有關，檢查減速擋塊及電氣開關，無松動現(xiàn)象，于是通知機床生產廠“三包”人員，在同廠家人員一起對廢品檢查中，發(fā)現(xiàn)超差約為一個絲杠螺距，可是檢查減速擋塊到參考點距離也正常。后偶爾一次檢查發(fā)現(xiàn)，由于減速開關處很多灰塵堆積，導致開關靈敏度變差，更換減速開關，故障排除。

    六、快速處理隨機性精度故障方法

    由于處理隨機精度故障，查找與判斷需要一段時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，在查找的過程中就便于分析趨勢并作出正確的處理。
    為快速處理隨機性精度故障，在設備管理方面，應養(yǎng)成建立設備維修檔案的習慣。每臺設備一個檔案本，記錄著每次設備故障現(xiàn)象、原因分析、處理過程、備件更換、修后效果跟蹤、修理人等記錄，同時要作好設備保養(yǎng)記錄，確保記錄真實性，這對分析查找故障有益。
    在質量管理方面，應按質量管理標準要求，堅持做質量控制圖，常見的有X—R圖，便于找出隨機性誤差。

    七、隨機性精度故障的預防

    1.把好設備采購和安裝質量關
    采購設備應選名牌定型產品，機床本身存在先天性缺陷如結構剛性差、制造裝配質量差引起的精度故障很難排除。設備安裝應嚴格按使用說明書要求進行，地基必須結實、防振，承重符合要求，合理布置調整墊塊位置，水平調調整應符合要求，機床接地應規(guī)范，電柜內動力線和信號線要分開走線，間距符合要求，以提高機床抗干擾能力。
    2.認真執(zhí)行設備的維護保養(yǎng)制度
    引起精度故障主要原因是：機床維護保養(yǎng)不到位，機床導軌、滾珠絲杠螺母副、分度工作臺、回轉刀架、主軸傳動等關鍵部件潤滑不良、磨損、松動等造成運動精度下降。另外不正確合理使用機床、經常超負荷切削、超規(guī)定速度移動部件，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)刀具撞擊機床損壞主軸或刀架、破壞工作臺或導軌，這都會使隨機性精度故障率提高。原因即使知道也難于排除。
    4.正確合理使用數(shù)控機床
    數(shù)控機床使用不當是引發(fā)隨機性精度超差原因之一，使用步進電機驅動的開環(huán)數(shù)控車床如超負荷切削或使用過大的快移速度會導致電機丟步。
    5．提高修理工的修理技能
    實際工作過程中常發(fā)現(xiàn)由于維修工調整、修理不當而引起設備精度故障擴大或修理質量不高現(xiàn)象。因此，提高修理工的修理技能很重要。