| 淺析數控機床加工精度降低的原因 |
造成加(jia)工精度(du)異常故障的原因(yin)隱蔽性強，診斷難(nan)度(du)比較大，歸納(na)出五個主要原因(yin)：機床進(jin)給單位被改動或變化；機(ji)(ji)床各個軸的零點偏置異常(chang)(chang)(chang)；軸向的反向間隙異常(chang)(chang)(chang)；電(dian)機(ji)(ji)運(yun)行狀態(tai)異常(chang)(chang)(chang)，即電(dian)氣及控(kong)制部分(fen)異常(chang)(chang)(chang)；機(ji)(ji)械故障，如(ru)絲杠，軸承，軸(zhou)聯器等部件(jian)。另外加工程(cheng)序(xu)的編制，刀具的選(xuan)擇及人為因素，也可(ke)能導致加工精度(du)異常。
一、造成加工精度異常故障的原因
造成加工精(jing)度(du)(du)異(yi)(yi)常故障的(de)(de)(de)(de)原因(yin)(yin)隱(yin)蔽性強(qiang)，診斷難度(du)(du)比較大，歸納出五個主要原因(yin)(yin)：機床進給(gei)單(dan)位被改動(dong)或(huo)變(bian)化；機床各個軸的(de)(de)(de)(de)零(ling)點偏置異(yi)(yi)常；軸向(xiang)的(de)(de)(de)(de)反向(xiang)間(jian)隙異(yi)(yi)常；電機運行狀態異(yi)(yi)常，即電氣及(ji)(ji)控制(zhi)部(bu)分(fen)異(yi)(yi)常；機械故障，如絲(si)杠(gang)，軸承，軸聯器等部(bu)件(jian)。另(ling)外加工程序的(de)(de)(de)(de)編制(zhi)，刀具的(de)(de)(de)(de)選擇及(ji)(ji)人為因(yin)(yin)素(su)，也可能(neng)導致加工精(jing)度(du)(du)異(yi)(yi)常。
二、數控機床故障診斷原則
1.先外部(bu)后內(nei)部(bu)數控機床是集(ji)機械，液壓，電氣為(wei)一體(ti)的(de)機床，故(gu)其故(gu)障的(de)發生(sheng)也會由(you)這三者綜合反(fan)映出來。維修人員應先由(you)外向內(nei)逐一進行排查，盡量(liang)避免(mian)隨意地啟封，拆(chai)卸，否則會擴大故(gu)障，使機床喪失精(jing)度，降低性能。
2.先機械(xie)后電氣(qi)一(yi)般來說，機械(xie)故障較易發(fa)覺，而數控系統故障(zhang)的(de)診斷(duan)則難度(du)較大(da)些。在故障(zhang)檢修之前(qian)，首先注意排除機(ji)械性的(de)故障(zhang)，往往可達到(dao)事(shi)半功倍(bei)的(de)效果。
3.先靜(jing)后(hou)動先在(zai)(zai)機(ji)(ji)床斷電(dian)(dian)的靜(jing)止狀(zhuang)態(tai)下，通過(guo)了解，觀察，測試，分析(xi)，確認(ren)為非破壞性故障(zhang)(zhang)后(hou)，方(fang)可給機(ji)(ji)床通電(dian)(dian)；在(zai)(zai)運行(xing)工(gong)況下，進行(xing)動態(tai)的觀察，檢驗和測試，查(cha)找故障(zhang)(zhang)。而對破壞性故障(zhang)(zhang)，必須先排除危險后(hou)，方(fang)可通電(dian)(dian)。
4.先簡單(dan)后復雜當出現多種故障互相交織掩蓋，一時無從下手時，應先解決(jue)(jue)容易的問(wen)題，后解決(jue)(jue)難度較(jiao)大的問(wen)題。往往簡單(dan)問(wen)題解決(jue)(jue)后，難度大的問(wen)題也可能(neng)變得容易。
三、數控機床故障診斷方法
1.直觀法：（望聞(wen)問切）問-機床的故障現象，加工狀況等；看-CRT報警(jing)信息，報警(jing)指(zhi)示燈，電容器等元(yuan)件變形煙熏燒焦，保護器脫扣(kou)等；聽-異(yi)常聲響(xiang)；聞(wen)-電氣元(yuan)件焦糊味及其它異味(wei)；摸-發熱，振動(dong)，接觸不(bu)良(liang)等。
2.參數(shu)檢查法(fa)：參數(shu)通常是存放在RAM中，有時電池電壓不足，系統長期(qi)不通電或外部(bu)干擾都會使參數(shu)丟(diu)失(shi)或混亂，應(ying)根據(ju)故障特征，檢查和校對有關(guan)參數(shu)。
3.隔離法(fa)：一些故(gu)障，難以區分(fen)(fen)是數控部分(fen)(fen)，還是伺服系統或機械部分造成的，常采用隔(ge)離(li)法。
4.同類(lei)對調(diao)法(fa)用同功能的備用板替換被(bei)懷(huai)疑(yi)有故障的模板，或(huo)將(jiang)功能相同的模板或(huo)單元相互(hu)交換。
5.功(gong)能程序(xu)測試(shi)法將G，M，S，T，功(gong)能的全部指(zhi)令編(bian)寫一些小(xiao)程序(xu)，在診斷故障時運行這些程序(xu)，即可判斷功(gong)能的缺失。
四、加工精度異常故障診斷和處理實例
1.機(ji)械故障導致加工精度異常
故障現象：一臺SV-1000立式加工中心，采用Frank系統。在加工(gong)連桿模具過程(cheng)中，忽然(ran)發現Z軸(zhou)進給異常(chang)，造成至少1mm的切削誤差量（Z方(fang)向(xiang)過切）。
故(gu)障(zhang)(zhang)診斷(duan)：調查中了解(jie)到，故(gu)障(zhang)(zhang)是忽然發生(sheng)的。機(ji)床在(zai)(zai)點動(dong)，在(zai)(zai)手動(dong)輸入數據方(fang)(fang)式操作下各個(ge)軸運行正(zheng)常，且回參考點正(zheng)常，無任何報警提示(shi)，電(dian)氣(qi)控制部分(fen)硬(ying)故(gu)障(zhang)(zhang)的可能性排除。應主(zhu)要對以(yi)下幾個(ge)方(fang)(fang)面逐一進行檢(jian)查。
檢查機(ji)床精度異常時正在(zai)運行的(de)加(jia)工(gong)程序段，特別是刀具長度補償，加(jia)工(gong)坐(zuo)標系（G54-G59）的(de)校對(dui)和計算(suan)。
在(zai)點動(dong)方(fang)式下，反(fan)復運(yun)動(dong)Z軸，經(jing)過視，觸，聽，對(dui)其運(yun)動(dong)狀態診斷(duan)，發現(xian)Z向運(yun)動(dong)噪(zao)音異常，特(te)別是快速點動(dong)，噪(zao)音更加明顯(xian)。由(you)此判斷(duan)，機(ji)械方(fang)面可能(neng)存在(zai)隱患。
檢查機床Z軸(zhou)精度。用手搖脈(mo)沖發生器(qi)移動Z軸(zhou)，（將其倍率定為1×100的擋位，即每變(bian)化一(yi)步，電機進給0.1mm），配合百分表觀察(cha)Z軸的(de)(de)運(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)情況。在單向運(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)保持正(zheng)常后(hou)作為(wei)起始點的(de)(de)正(zheng)向運(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)，脈(mo)沖器每變化(hua)(hua)一步，機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)Z軸運(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)的(de)(de)實(shi)際距(ju)離(li)d=d1=d2=d3=…=0.1mm，說(shuo)明(ming)電(dian)機(ji)運(yun)行良(liang)(liang)好，定位精(jing)度也良(liang)(liang)好。而返回機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)實(shi)際運(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)位移(yi)的(de)(de)變化(hua)(hua)上，可(ke)以分為(wei)四個階(jie)(jie)(jie)段(duan)：（1）機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)運(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)距(ju)離(li)d1>d=0.1mm（斜率(lv)(lv)(lv)大(da)于(yu)1）；（2）表(biao)現(xian)出(chu)為(wei)d1=0.1mm>d2>d3（斜率(lv)(lv)(lv)小于(yu)1）；（3）機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)機(ji)構實(shi)際沒(mei)移(yi)動(dong)(dong)(dong)(dong)，表(biao)現(xian)出(chu)最標準的(de)(de)反(fan)向間(jian)隙(xi)；（4）機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)運(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)距(ju)離(li)與脈(mo)沖器經定數值相等（斜率(lv)(lv)(lv)等于(yu)1），恢復到機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)的(de)(de)正(zheng)常運(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)。無(wu)論怎樣對反(fan)向間(jian)隙(xi)進行補償，其(qi)表(biao)現(xian)出(chu)的(de)(de)特(te)征是(shi)：除了（3）階(jie)(jie)(jie)段(duan)補償外，其(qi)他各段(duan)變化(hua)(hua)依然存(cun)在，特(te)別是(shi)（1）階(jie)(jie)(jie)段(duan)嚴重影響(xiang)到機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)的(de)(de)加工精(jing)度。補償中發現(xian)，間(jian)隙(xi)補償越大(da)，（1）階(jie)(jie)(jie)段(duan)移(yi)動(dong)(dong)(dong)(dong)的(de)(de)距(ju)離(li)也越大(da)。
分(fen)析上述檢(jian)(jian)查(cha)認為存(cun)在幾(ji)點可能原因：一是(shi)電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)有(you)(you)異常，二是(shi)機(ji)(ji)(ji)械方面有(you)(you)故(gu)障(zhang)，三是(shi)絲杠存(cun)在間隙(xi)。為了進(jin)一步診斷故(gu)障(zhang)，將電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)和絲杠完全(quan)脫開，分(fen)別對電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)和機(ji)(ji)(ji)械部分(fen)進(jin)行檢(jian)(jian)查(cha)。檢(jian)(jian)查(cha)結果是(shi)電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)運行正常；在對機(ji)(ji)(ji)械部分(fen)診斷中(zhong)發現，用手盤動絲杠時，返回運動初(chu)始有(you)(you)很大的空(kong)缺感。而正常情況(kuang)下，應(ying)該能感覺到軸承有(you)(you)序(xu)而平滑的移動。
故障處(chu)理：經過拆卸檢查發(fa)現(xian)該軸(zhou)承確實(shi)受損，且有滾珠脫(tuo)落。更(geng)換后機(ji)床恢復(fu)正常。
2.控制邏輯(ji)不妥導(dao)致加工精度異常
故障現象：一臺上海(hai)機床廠家(jia)生(sheng)產(chan)的(de)加工中心，系(xi)(xi)統是Frank.加(jia)工(gong)過(guo)程中(zhong)，發現(xian)(xian)該機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)X軸(zhou)精度異常，精度誤(wu)差(cha)(cha)最小為(wei)0.008mm，最大(da)為(wei)1.2mm.故障診斷：檢(jian)查中(zhong)，機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)已經按照要求設置(zhi)了G54工(gong)件坐標系(xi)(xi)。在手(shou)動(dong)輸(shu)入(ru)(ru)數(shu)(shu)據方(fang)(fang)式操(cao)作下(xia)，以(yi)G54坐標系(xi)(xi)運(yun)(yun)(yun)行(xing)一段(duan)程序(xu)即“GOOG90G54X60.OY70.OF150；M30；”，待(dai)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)運(yun)(yun)(yun)行(xing)結束后(hou)顯(xian)示器上(shang)(shang)顯(xian)示的(de)機(ji)(ji)械坐標值(zhi)為(wei)（X軸(zhou)）“-1025.243”，記(ji)錄下(xia)該數(shu)(shu)值(zhi)。然后(hou)在手(shou)動(dong)方(fang)(fang)式下(xia)，將機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)點(dian)動(dong)到其他(ta)任(ren)意位(wei)置(zhi)，再次(ci)在手(shou)動(dong)輸(shu)入(ru)(ru)數(shu)(shu)據方(fang)(fang)式操(cao)作下(xia)運(yun)(yun)(yun)行(xing)剛才的(de)程序(xu)段(duan)，待(dai)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)停止后(hou)，發現(xian)(xian)此(ci)(ci)時機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)坐標數(shu)(shu)值(zhi)顯(xian)示為(wei)“-1024.891”，同(tong)上(shang)(shang)一次(ci)執行(xing)后(hou)的(de)數(shu)(shu)值(zhi)比較相差(cha)(cha)了0.352mm.按照同(tong)樣的(de)方(fang)(fang)法，將X軸(zhou)點(dian)動(dong)移動(dong)到不同(tong)的(de)位(wei)置(zhi)，反復(fu)執行(xing)該程序(xu)段(duan)，而(er)顯(xian)示器上(shang)(shang)顯(xian)示的(de)數(shu)(shu)值(zhi)都(dou)有所不同(tong)（不穩(wen)定）。用百分表對(dui)X軸(zhou)進行(xing)仔細檢(jian)查，發現(xian)(xian)機(ji)(ji)械位(wei)置(zhi)實(shi)際誤(wu)差(cha)(cha)同(tong)數(shu)(shu)字顯(xian)示出(chu)來的(de)誤(wu)差(cha)(cha)基本一致，從而(er)認為(wei)故障原(yuan)因為(wei)X軸(zhou)重(zhong)復(fu)定位(wei)誤(wu)差(cha)(cha)過(guo)大(da)。對(dui)X軸(zhou)的(de)反向間隙及定位(wei)精度進行(xing)檢(jian)查，重(zhong)新補償其誤(wu)差(cha)(cha)值(zhi)，結果(guo)起不到任(ren)何作用。因此(ci)(ci)懷疑光柵尺及系(xi)(xi)統參數(shu)(shu)等有問題。但(dan)為(wei)什么產(chan)生如(ru)此(ci)(ci)大(da)的(de)誤(wu)差(cha)(cha)，卻(que)又(you)未出(chu)現(xian)(xian)相應(ying)的(de)報警信(xin)息進一步檢(jian)查發現(xian)(xian)，此(ci)(ci)軸(zhou)為(wei)垂直(zhi)方(fang)(fang)向的(de)軸(zhou)，當X軸(zhou)松開(kai)時主軸箱(xiang)向下掉，造成了(le)誤差。
故障(zhang)處理：對機床(chuang)的PLC邏輯控制程序(xu)做了修改，即在X軸(zhou)松開時(shi)，先(xian)把(ba)(ba)X軸(zhou)使(shi)能加載，再把(ba)(ba)X軸(zhou)松開；而在X軸(zhou)夾(jia)緊時(shi)，先(xian)把(ba)(ba)X軸(zhou)夾(jia)緊后，再把(ba)(ba)使(shi)能去掉(diao)。調整后機床故障得以解決。
3.機床位(wei)置(zhi)問(wen)題導致(zhi)加工(gong)精(jing)度異常
故障現(xian)象：一臺杭州產的(de)立式數控銑床，配備北京KND-10M系統。在(zai)點動或加工過程中，發現Z軸異(yi)常。
故(gu)障診(zhen)(zhen)斷：檢查發(fa)(fa)現，Z軸上(shang)下移(yi)動(dong)不(bu)(bu)(bu)均勻且有(you)(you)噪(zao)聲，且存在(zai)一(yi)定(ding)間隙。電機(ji)啟動(dong)時(shi)，在(zai)點動(dong)方(fang)式下Z軸向(xiang)上(shang)運(yun)動(dong)存在(zai)不(bu)(bu)(bu)穩定(ding)的(de)噪(zao)聲及受力不(bu)(bu)(bu)均勻，且感覺(jue)電機(ji)抖動(dong)比較(jiao)厲害；而向(xiang)下運(yun)動(dong)時(shi)，就沒有(you)(you)抖動(dong)得這(zhe)么明顯(xian)；停(ting)止時(shi)不(bu)(bu)(bu)抖動(dong)，在(zai)加工過程中表現得比較(jiao)明顯(xian)。分析(xi)認為，故(gu)障原因有(you)(you)三(san)點：一(yi)是絲杠反(fan)向(xiang)間隙很大；二是Z軸電機(ji)工作(zuo)異常(chang)；三(san)是皮帶(dai)(dai)輪(lun)受損至受力不(bu)(bu)(bu)均。但(dan)有(you)(you)一(yi)個(ge)問(wen)(wen)題要注(zhu)意的(de)是，停(ting)止時(shi)不(bu)(bu)(bu)抖動(dong)，上(shang)下運(yun)動(dong)不(bu)(bu)(bu)均勻，所以電機(ji)工作(zuo)異常(chang)這(zhe)個(ge)問(wen)(wen)題可以排除。因此先(xian)對機(ji)械部分診(zhen)(zhen)斷，在(zai)診(zhen)(zhen)斷測(ce)(ce)(ce)試過程中沒有(you)(you)發(fa)(fa)現異常(chang)，在(zai)公(gong)差之內。利用(yong)排除法則(ze)，余下的(de)只有(you)(you)皮帶(dai)(dai)問(wen)(wen)題了，在(zai)檢測(ce)(ce)(ce)皮帶(dai)(dai)時(shi)，發(fa)(fa)覺(jue)這(zhe)條皮帶(dai)(dai)剛(gang)換不(bu)(bu)(bu)久，但(dan)在(zai)細心檢測(ce)(ce)(ce)皮帶(dai)(dai)時(shi)，發(fa)(fa)現皮帶(dai)(dai)內側出(chu)現不(bu)(bu)(bu)同程度的(de)受損，很明顯(xian)是受力不(bu)(bu)(bu)均所至，是什么原因造成(cheng)的(de)呢在(zai)診(zhen)(zhen)斷中發(fa)(fa)現電機(ji)放置有(you)(you)問(wen)(wen)題，即裝夾的(de)角(jiao)度位置不(bu)(bu)(bu)對稱造成(cheng)受力不(bu)(bu)(bu)均。
故障處理(li)：只要(yao)(yao)將電機重(zhong)裝，對準角度(du)，測(ce)量好距離（電機與Z軸(zhou)的軸(zhou)承(cheng)），皮(pi)帶兩邊（長度(du)）要(yao)(yao)均勻。這(zhe)樣，Z軸(zhou)上下(xia)移動(dong)(dong)不均勻且有噪(zao)聲(sheng)及(ji)抖動(dong)(dong)現象就(jiu)消除了，Z軸(zhou)加(jia)工恢復正常。
4.系(xi)統參數(shu)未優(you)化，電(dian)機運行異常
導致(zhi)加工精(jing)度(du)異常系統參數(shu)主要包(bao)括(kuo)機床(chuang)(chuang)進給單位(wei)，零點(dian)偏(pian)置(zhi)，反向間(jian)隙等。例如Frank數(shu)控系統，其(qi)進給單位(wei)有公制和(he)英(ying)制兩(liang)種。在機床(chuang)(chuang)修(xiu)理(li)過程中對于局部處理(li)，常常影響到零點(dian)偏(pian)置(zhi)和(he)間(jian)隙的變化，故障(zhang)處理(li)完畢(bi)后(hou)應(ying)作適時的調整和(he)修(xiu)改；另(ling)一方面(mian)，由于機械磨損(sun)嚴重或連接(jie)位(wei)松動(dong)也可能造成參數(shu)實測值的變化，需要對參數(shu)做相應(ying)的修(xiu)改才能滿足(zu)機床(chuang)(chuang)加工精(jing)度(du)的要求(qiu)。
故障現象：一臺杭州(zhou)產(chan)的(de)立(li)式數(shu)控(kong)銑床，配(pei)備北(bei)京KND-10M系統(tong)。在加工過程中，發現X軸精度異常。
故障診(zhen)斷：檢查發現X軸存在(zai)一(yi)定間隙，且電機(ji)(ji)(ji)啟動(dong)時存在(zai)不穩定的現象。用手(shou)觸摸X軸電機(ji)(ji)(ji)時感覺電機(ji)(ji)(ji)拉(la)動(dong)比(bi)較厲害，停止時拉(la)動(dong)不明顯，尤其是點(dian)動(dong)方式下比(bi)較明顯。分析(xi)認為，故障原因(yin)有兩點(dian)：一(yi)是絲杠反(fan)間隙很大；二是X軸電機(ji)(ji)(ji)工作異常(chang)。
故障處理：利用KND-10M系(xi)統(tong)的(de)參(can)數(shu)功(gong)(gong)能，對(dui)電機進行調試。首先對(dui)存在的(de)間(jian)隙進行補償，再調整伺(si)服(fu)系(xi)統(tong)參(can)數(shu)及脈沖抑制功(gong)(gong)能參(can)數(shu)，X軸電機的(de)抖(dou)動(dong)消除，機床加工精度恢復正常(chang)。 |
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