河南省安阳市安阳钢铁股份有限公司 河南省安阳市 455000
摘要：随着科学技术的发展，金属材料制样设备正朝着智能化、精细化、高速化、连续化的方向发展，并且功能更加齐全，机械内部结构更加复杂，设备出现故障后维修成为一个重要问题。所以，对金属材料制样设备运行进行故障分析十分必要，如此才能将金属材料制样设备的连续、高效的运转能力发挥出来，同时又能有效避免金属材料制样设备出现突发故障影响生产，使金属材料制样设备在制作合格样品、满足质检需求、服务好生产中发挥出精细高效的作用。
关键词：冶金机械设备；运行系统；常见故障；分析；排除
引言
某企业具有一数控铣床，该铣床的加工中心主要控制模块为SIMENS 850D系统。在加工模具阶段，该数控铣床的加工中心Z轴突然向下部倾斜，倾斜距离在310mm左右。而根据数控铣床运行数据，可得出手动数据输入方式、机床点动、Auto操作等因素，均可引起数控铣床故障。因此加强对该数控铣床故障产生原因及维修进行分析研究，具有重要的意义。
一、金属材料制样设备启动机常见故障
数控铣床加工精细零件过程是刀具、工件、机床、操作系统等软硬件的综合运用于协作配合的过程，难免由于某个环节操作不当引起铣床加工精度故障，增加零件加工的误差，诸如几何误差、热误差、控制误差等等。数控铣床运行误差将直接导致加工工件精度波动，影响产品加工质量。根据实际生产与加工经验初步总结了引起数控铣床精度故障的几种原因：（1）刀具引起的误差。数控铣床加工精度受到刀具因素干扰，如使用不当、制造不合格、安装不达标导致道具与工具产生非正常作用，刀具在受损情况下导致加工过程波动较大，形成加工误差。（2）工装和夹具误差。未通过质量检验标准的工装和夹具会导致加工误差，这是生产环节误差致因；工装和夹具安装过程中可能存在安装程度不贴合、不到位等问题，也容易引起数控铣床的加工误差。（3）热变形误差。数控铣床工作主轴传动、机床运动摩擦、电气系统运行产生的热量为内部热变形因素，生产环境中温度升高为外部热变形因素，内外因皆可引致加工误差。（4）数控系统误差。数控铣床的自动化与智能化源于数控系统的应用，但是数控系统中伺服进给模块、CNC控制模块、位置检测模块在长期运行状态下容易发生老化失灵，直接引起零件加工误差增加问题。
二、针对金属材料制样设备在运行中出现故障的诊断办法
1.PLC程度故障分析及维修策略
1）利用现代数控系统故障自诊断功能，数控铣床故障维修人员可首先直接在数控系统CRT上对故障报警信息进行观察，并利用报警信号，对故障进行诊断。
2）数控铣床PLC程序可根据控制对象工作原理进行相关模块的合理调配。据此，数控铣床故障维修人员可结合数控铣床Z轴滑枕运行原理，对PLCI/Q状态进行分析。如第一次操作时调节Z轴开关，促使Z轴滑枕呈相对运动。随后第二次调节Z轴滑枕开关，松开Z轴滑枕。并将Z轴滑枕开关接入PMC输入X2.3，按下DGNOSPARAM键，进入PMC状态显示页面。可发现点击Z轴滑枕开关后，输入X2.3始终为“0”，无明显变化。依据上述情况可判定Z轴滑枕开关控制程度存在问题。经检查发现Z轴滑枕开关确实损坏，据此，可更换Z轴滑枕运动开关。
3）在实际数控铣床运行过程中，数控铣床上刀具、托盘、Z轴滑枕自动交换动作大多依据一定程度进行。据此，数控铣床维修人员可以通过对数控铣床机械装置运动过程进行观测，对比Z轴正常运动、故障时不同情况，可确定故障发生原因。如数控铣床Z轴滑枕动作起始状态为主轴维持运动，滑枕在固定位置—Z轴滑枕左移并下降—Z轴滑枕右移并上升—Z轴滑枕右移—主轴液压缸下降—Z轴滑枕位置旋转180°—Z轴滑枕上升—主轴液压缸上升—Z轴滑枕左移—Z轴滑枕回到固定位置。依据上述步骤，数控铣床维修人员可逐步检查，直至发现相关问题。除以上方法之外，数控铣床维修人员还可根据PLC的梯形图进行故障诊断。即依据数控铣床工作原理、各模块联锁关系、动作顺序。利用PLCCNC自诊断功能，或者利用PLC外部编程器，对Z轴滑枕控制模块输入/输出状态、标志位信息进行观察。在这个基础上，利用PLC实时动态观察功能，对输入/输出、标志位信息进行动态跟踪，可以确定相关故障信息。
2.热误差补偿方法
数控铣床的误差补偿控制原理如下：首先要测量数控铣床运行当中产生的热误差，然后根据热误差温度变化趋势数据构建热误差补偿模型，最后利用此模型进行数控铣床的热误差补偿控制。以上过程中，需要设计一个补偿控制单元来存储热误差补偿模型，然后将此单元集成在数控铣床控制模块，即可实现热误差的实时补偿控制。对数控铣床进行热误差补偿控制的单元结构如图1所示，具体包括控制器模块、无线通信模块、串口模块、接口等主要部分。
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图1热误差补偿控制单元布局
由图可知，热误差补偿控制单元的核心部分是控制器模块，误差数据传输、模型计算均以此模块为连接实现；补偿控制单元发送的操作指令由通信模块接收并及时反馈；补偿控制单元同数控铣床及其电源的连接通过接口电路实现；串口电路则将补偿控制单元的关键参数传输给计算机控制端，实现误差补偿控制参数的初始设置与调整；补偿控制单元的电能支持由供电模块提供，完成数控铣床24 V电压向3.3 V电压的转换，便于单元中的各个模块适应供电。
3.光栅尺测量故障分析及维修策略
1）针对数控铣床Z轴滑枕失灵情况，数控铣床维修人员可首先关闭电源开关，拔出光栅传感器、头插座插头。同时记录拧尺定位落实拧转圈数，以便后期尺张尺度调整。
2）在拆下拧尺后，将拧尺头部拆除，观察其上部是否存在污渍。若拧尺头部玻璃存在污渍，则可采用脱脂棉蘸取无水酒精，对拧尺头部进行清洁。需要注意的是，在拧尺头部清洁时，应沿相同的方向，避免拧尺头部出现划痕对光栅尺测量精确度造成不利影响。
3）进行拧尺安装。并依据拧尺安装要求，控制读数头表面、尺定尺表面距离一定。重新连接后，启动电源开关，对Z轴运行情况进行观察。若故障消除，则为光栅尺测量故障。
4.基于几何误差的精度补偿方法
超高精度测量、自动高效校准是激光干涉仪的主要测量优势，由于数控铣床加工精度标准较高，需要选用测量精度超高的仪器监测加工误差，激光干涉仪成为不二之选。激光干涉仪采用氦氖镭射完成误差测量，在长时间的实践与应用中，激光干涉仪检测误差不超过0.05 ppm，为数控铣床几何误差测量创造了有利条件。
激光干涉仪与数控铣床安装连接完毕后开始工作，此时激光干涉仪发射光束经处理后分为两路，分别作为参考光与测量光。前者光束在预先设置的反射镜处理下转变为参考光，后者光束经数控铣床主轴反射镜的处理转变为测量光。干涉光获得则需要两种光束再次以分光镜为介质进行汇总形成一束干涉光。在分光束相位差异作用下产生明亮有所差别的条纹，数控铣床主轴位移的微距则通过这些条纹明暗进行辨识，从而得到主轴加工的误差情况。
结束语：金属材料制样设备运行故障表现和产生原因是多方面的，在对其进行诊断排除的过程中，应综合考虑整个运行系统各部件之间的关联性，同时对各部件进行有步骤有方法的正确故障分析排除，这样不仅能够最大程度的减少机械损伤，还能够提高设备系统的工作质量与效率。
参考文献：
[1] 鲍树国. 数控机床加工精度异常故障与处理[J]. 内燃机与配件，2019（23）：91-92.
[2] 曾凡柏，王建军. 数控铣床故障分析及维修对策[J]. 南方农机，2019，50（7）：92
[3]郭莉莉.冶金机械设备安装运行故障诊断方法[J/O L].世界有色金属,2019(12):70+72.
[4]赵立民.冶金机械设备运行系统常见故障分析与排除[J].中国金属通报,2019(09):87+89.