數控車床螺紋加工常見故障與排除
2017-7-17 來源：江西機電職業技術學院 作者：盧 卓
摘 要：為提高螺紋加工質量，分析了數控車床螺紋加工故障的原因，并針對故障產生的原因提出了相應的解決措施。實踐表明，維修人員掌握數控車床加工螺紋常見故障原因及排除方法，將能有效解決螺紋車削質量問題。
關鍵詞：數控車床；螺紋加工；機床維修
隨著機械制造工藝的發展，零件上帶有螺紋的情況比較常見，利用數控車床進行螺紋的切削加工是一種常見的方式[1]。然而在實際加工過程中，由于多種因素的影響，特別是數控車床本身的影響，造成螺紋零件的加工質量問題，主要表現為螺紋“亂牙”、螺牙不完整、節距不準等現象。若機床維修人員能掌握數控車床加工螺紋常見故障及排除方法，將能有效加以解決。本文結合維修實踐，分析了螺紋加工質量問題的原因并針對性地提出排除方法，為準確有效解決數控車床螺紋加工問題提供了理論指導。
1 、數控車床螺紋加工故障維修實例
1.1 螺紋加工“亂牙”的故障維修
一臺安裝 FANUC 0i 系統的數控車床，在用 G92命令車削軸類零件上的螺紋時，在螺紋的起始段出現“亂牙”現象。理論分析認為，數控車床在加工螺紋時，利用主軸的旋轉運動和 Z 軸的直線進給運動配合進行，關鍵點是要保證主軸旋轉與 Z 軸進給的同步[2]。由于大部分數控車床采用變頻器作為主軸調速裝置，對于不同的負載，主軸的啟動時間、啟動速度、轉速等都不同，且不穩定，從而導致主軸與進給軸在螺紋切削的起始段很難實現同步，起螺紋“亂牙”。針對此故障，可以從編程或工藝兩個方面加以排除。編程方面可以采用在主軸正轉 M03 指令后，螺紋加工指令 G92 前增加暫停指令G04，目的是等待主軸轉速穩定后，再進行螺紋加工；而工藝方面的方法則是更改螺紋加工的起始點，大約設置 3 mm ~ 5 mm的前導距離，同樣也能保證刀具在與工件接觸時，主軸轉速已經穩定。采用上述兩種方法都可以保證螺紋車削不發生“亂牙”問題。
1.2 數控車床不執行螺紋車削指令的故障維修
一臺配備華中世紀星數控系統的數控車床在自動加工時不執行螺紋車削程序，程序無誤。理論分析認為，數控車床在加工螺紋時，是利用主軸的旋轉運
動和 Z 軸的直線進給運動配合進行的，主軸的旋轉運動通過主軸編碼器進行測量。在這臺機床上，主軸能正常旋轉與變速，但是機床的顯示屏不能正常顯示主軸轉速，檢查線路連接發現主軸編碼器與主軸驅動器之間連接不良，經過重新連接后，機床能正常執行螺紋加工程序。
2、 數控車床螺紋加工故障原因及解決措施
2.1 主軸編碼器故障及排除
這類故障原因主要包括主軸編碼器自身損壞，編碼器與系統連接錯誤、斷開、接觸不良，編碼器信號線受干擾等。排除此類故障主要圍繞編碼器信號最終是否反饋回數控系統來進行。例如采用更換新編碼器、重新牢固連接、焊緊接觸不良處、用萬用表測量編碼器信號線是否斷開、排除干擾源或使用帶屏蔽的信號線等方法。
2.2 參數故障及排除
數控機床的正常工作必須依賴正確合適的參數設置。不合理的參數設置往往很難實現機床預定功能。為保證螺紋車削加工不出現故障，對參數的檢查應包括檢查快速移動速度設置、線性加/減速時間常數、螺紋指數加/減速時間常數、電子齒輪比、步距角、傳動比等參數設置的正確性與匹配性 。例如在
FANUC 0i TD 數控系統中，與螺紋車削有關的參數PRM24#2，該參數可設置“0”或者“1”，當該值設為“0”時，Z 軸進給時不檢測“主軸速度到達”信號；若設置為“1”則 Z 軸進給時檢測“主軸速度到達”信號[3]。為保證螺紋切削時不“亂牙”則應將該值設置為“1”.
2.3 系統或驅動器故障及排除
系統或驅動器故障主要原因是系統或驅動器失步造成的。排除故障的方法則可通過打百分表判斷或者利用系統或驅動器上顯示的脈沖數進行判斷；使程序空運行，查看刀架返回到加工起始點后百分百有無變動，如果沒有變動，再檢查參數。
2.4 傳動鏈機械故障及排除
傳動鏈機械故障包含的因素很多，如電動機、絲桿、軸承、刀架等的制造安裝誤差、定位精度等[4]。造成螺紋加工誤差的傳動鏈機械故障原因往往有一定的隱蔽性，比較難檢測和發現。解決此類故障引起螺紋加工問題，主要應檢測定位精度是否合格；絲桿間隙及參數補償值有沒有將間隙消除；電動機軸承、阻尼盤是否有問題、絲桿軸承、滾珠有無問題；刀架定位精度、加載后有沒有松動；主軸及刀具、夾具安裝是不是正確、刀具對刀及刀補值設定是否正確等。
2.5 編程操作故障及排除
編程與操作原因也經常會造成螺紋加工誤差。例如程序不正確和車刀安裝不正確故障。程序不正確主要是螺紋加工指令中各參數值給定不正確，例如螺紋加工指令中 F 的值必須設置為螺紋的導程，否則出錯；車刀安裝不正確即車刀兩切削刃的對稱中心線與工件軸線不垂直[5]。刀具安裝不正確會造成
加工出來的螺紋牙型角傾斜，安裝時必須采取措施保證對稱中心線與工件軸線垂直，并使刀尖與工件中心高度一致。排除這類故障的措施主要是加強編程操作人員的技能培訓，提高人員的工藝、編程和操作水平。嚴格按照操作規程及編程操作說明書進行編程和操作機床等。
2.6 其他故障及排除
除上述故障外，還必須注意檢查數控系統內部螺紋指令接收信號電路是否有故障，如果有故障，則一般需要返廠維修或者更換系統主板；檢查主軸轉速是否穩定，如果不穩定則要考慮有無外部干擾，并進行排除；檢查螺紋切削時機床性能是否超負荷，應確保機床各項性能指標都在合理的范圍內，因為每一種配置的機床的主軸轉速和螺距的乘積都有一個上限，如果超過這一上限就可能出現螺紋加工的異常情況。
3 、結束語
數控車床加工螺紋是機械制造中廣泛采用的加工工藝，其加工效率高、經濟性好。在加工過程中，出現螺紋加工質量也比較常見。為快速有效診斷和排除故障，維修人員應該按照數控機床故障診斷和維修的思路和原則，先機械后電氣[6]，檢查編程操作、系統連接、機械傳動鏈、主軸編碼器、驅動器、參數設置等因素，先易后難，逐項解決。
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