数控车床螺纹加工常见故障与排除
2017-7-17 来源：江西机电职业技术学院 作者：卢 卓
摘 要：为提高螺纹加工质量，分析了数控车床螺纹加工故障的原因，并针对故障产生的原因提出了相应的解决措施。实践表明，维修人员掌握数控车床加工螺纹常见故障原因及排除方法，将能有效解决螺纹车削质量问题。
关键词：数控车床；螺纹加工；机床维修
随着机械制造工艺的发展，零件上带有螺纹的情况比较常见，利用数控车床进行螺纹的切削加工是一种常见的方式[1]。然而在实际加工过程中，由于多种因素的影响，特别是数控车床本身的影响，造成螺纹零件的加工质量问题，主要表现为螺纹“乱牙”、螺牙不完整、节距不准等现象。若机床维修人员能掌握数控车床加工螺纹常见故障及排除方法，将能有效加以解决。本文结合维修实践，分析了螺纹加工质量问题的原因并针对性地提出排除方法，为准确有效解决数控车床螺纹加工问题提供了理论指导。
1 、数控车床螺纹加工故障维修实例
1.1 螺纹加工“乱牙”的故障维修
一台安装 FANUC 0i 系统的数控车床，在用 G92命令车削轴类零件上的螺纹时，在螺纹的起始段出现“乱牙”现象。理论分析认为，数控车床在加工螺纹时，利用主轴的旋转运动和 Z 轴的直线进给运动配合进行，关键点是要保证主轴旋转与 Z 轴进给的同步[2]。由于大部分数控车床采用变频器作为主轴调速装置，对于不同的负载，主轴的启动时间、启动速度、转速等都不同，且不稳定，从而导致主轴与进给轴在螺纹切削的起始段很难实现同步，起螺纹“乱牙”。针对此故障，可以从编程或工艺两个方面加以排除。编程方面可以采用在主轴正转 M03 指令后，螺纹加工指令 G92 前增加暂停指令G04，目的是等待主轴转速稳定后，再进行螺纹加工；而工艺方面的方法则是更改螺纹加工的起始点，大约设置 3 mm ~ 5 mm的前导距离，同样也能保证刀具在与工件接触时，主轴转速已经稳定。采用上述两种方法都可以保证螺纹车削不发生“乱牙”问题。
1.2 数控车床不执行螺纹车削指令的故障维修
一台配备华中世纪星数控系统的数控车床在自动加工时不执行螺纹车削程序，程序无误。理论分析认为，数控车床在加工螺纹时，是利用主轴的旋转运
动和 Z 轴的直线进给运动配合进行的，主轴的旋转运动通过主轴编码器进行测量。在这台机床上，主轴能正常旋转与变速，但是机床的显示屏不能正常显示主轴转速，检查线路连接发现主轴编码器与主轴驱动器之间连接不良，经过重新连接后，机床能正常执行螺纹加工程序。
2、 数控车床螺纹加工故障原因及解决措施
2.1 主轴编码器故障及排除
这类故障原因主要包括主轴编码器自身损坏，编码器与系统连接错误、断开、接触不良，编码器信号线受干扰等。排除此类故障主要围绕编码器信号最终是否反馈回数控系统来进行。例如采用更换新编码器、重新牢固连接、焊紧接触不良处、用万用表测量编码器信号线是否断开、排除干扰源或使用带屏蔽的信号线等方法。
2.2 参数故障及排除
数控机床的正常工作必须依赖正确合适的参数设置。不合理的参数设置往往很难实现机床预定功能。为保证螺纹车削加工不出现故障，对参数的检查应包括检查快速移动速度设置、线性加/减速时间常数、螺纹指数加/减速时间常数、电子齿轮比、步距角、传动比等参数设置的正确性与匹配性 。例如在
FANUC 0i TD 数控系统中，与螺纹车削有关的参数PRM24#2，该参数可设置“0”或者“1”，当该值设为“0”时，Z 轴进给时不检测“主轴速度到达”信号；若设置为“1”则 Z 轴进给时检测“主轴速度到达”信号[3]。为保证螺纹切削时不“乱牙”则应将该值设置为“1”.
2.3 系统或驱动器故障及排除
系统或驱动器故障主要原因是系统或驱动器失步造成的。排除故障的方法则可通过打百分表判断或者利用系统或驱动器上显示的脉冲数进行判断；使程序空运行，查看刀架返回到加工起始点后百分百有无变动，如果没有变动，再检查参数。
2.4 传动链机械故障及排除
传动链机械故障包含的因素很多，如电动机、丝杆、轴承、刀架等的制造安装误差、定位精度等[4]。造成螺纹加工误差的传动链机械故障原因往往有一定的隐蔽性，比较难检测和发现。解决此类故障引起螺纹加工问题，主要应检测定位精度是否合格；丝杆间隙及参数补偿值有没有将间隙消除；电动机轴承、阻尼盘是否有问题、丝杆轴承、滚珠有无问题；刀架定位精度、加载后有没有松动；主轴及刀具、夹具安装是不是正确、刀具对刀及刀补值设定是否正确等。
2.5 编程操作故障及排除
编程与操作原因也经常会造成螺纹加工误差。例如程序不正确和车刀安装不正确故障。程序不正确主要是螺纹加工指令中各参数值给定不正确，例如螺纹加工指令中 F 的值必须设置为螺纹的导程，否则出错；车刀安装不正确即车刀两切削刃的对称中心线与工件轴线不垂直[5]。刀具安装不正确会造成
加工出来的螺纹牙型角倾斜，安装时必须采取措施保证对称中心线与工件轴线垂直，并使刀尖与工件中心高度一致。排除这类故障的措施主要是加强编程操作人员的技能培训，提高人员的工艺、编程和操作水平。严格按照操作规程及编程操作说明书进行编程和操作机床等。
2.6 其他故障及排除
除上述故障外，还必须注意检查数控系统内部螺纹指令接收信号电路是否有故障，如果有故障，则一般需要返厂维修或者更换系统主板；检查主轴转速是否稳定，如果不稳定则要考虑有无外部干扰，并进行排除；检查螺纹切削时机床性能是否超负荷，应确保机床各项性能指标都在合理的范围内，因为每一种配置的机床的主轴转速和螺距的乘积都有一个上限，如果超过这一上限就可能出现螺纹加工的异常情况。
3 、结束语
数控车床加工螺纹是机械制造中广泛采用的加工工艺，其加工效率高、经济性好。在加工过程中，出现螺纹加工质量也比较常见。为快速有效诊断和排除故障，维修人员应该按照数控机床故障诊断和维修的思路和原则，先机械后电气[6]，检查编程操作、系统连接、机械传动链、主轴编码器、驱动器、参数设置等因素，先易后难，逐项解决。
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