| 淺析數控機床加工精度降低的原因 |
造成加工精度異常故障(zhang)的原因(yin)隱蔽(bi)性強，診斷難度比較大，歸納出五個主要原因(yin)：機床進給(gei)單位被(bei)改動或變化(hua)；機(ji)床各個軸(zhou)的零點偏置(zhi)異(yi)常(chang)(chang)；軸(zhou)向(xiang)(xiang)的反向(xiang)(xiang)間隙異(yi)常(chang)(chang)；電機(ji)運行(xing)狀態異(yi)常(chang)(chang)，即電氣及(ji)控(kong)制部分異(yi)常(chang)(chang)；機(ji)械故障，如絲杠，軸承，軸(zhou)聯器(qi)等部件。另(ling)外加工程序的編(bian)制(zhi)，刀具的選擇(ze)及人為(wei)因素，也可能導致加工精度異常。
一、造成加工精度異常故障的原因
造(zao)成加工精度異常(chang)故障的(de)(de)原因隱蔽性強，診斷(duan)難(nan)度比較大，歸納出五個主(zhu)要(yao)原因：機床(chuang)(chuang)進給單位被(bei)改(gai)動或變化；機床(chuang)(chuang)各個軸(zhou)(zhou)(zhou)的(de)(de)零點偏置異常(chang)；軸(zhou)(zhou)(zhou)向的(de)(de)反向間隙異常(chang)；電(dian)機運行狀態異常(chang)，即(ji)電(dian)氣(qi)及(ji)控(kong)制(zhi)部分異常(chang)；機械故障，如絲杠，軸(zhou)(zhou)(zhou)承，軸(zhou)(zhou)(zhou)聯器等部件(jian)。另(ling)外加工程(cheng)序的(de)(de)編制(zhi)，刀具(ju)的(de)(de)選擇(ze)及(ji)人為因素，也可(ke)能導致加工精度異常(chang)。
二、數控機床故障診斷原則
1.先外部后內部數(shu)控(kong)機(ji)(ji)床(chuang)是集機(ji)(ji)械，液(ye)壓(ya)，電氣為(wei)一體(ti)的(de)機(ji)(ji)床(chuang)，故(gu)其故(gu)障的(de)發生也會由這三(san)者綜(zong)合反映出來。維修人(ren)員(yuan)應先由外向內逐一進行排查，盡量(liang)避免(mian)隨意地啟(qi)封，拆(chai)卸，否則會擴大故(gu)障，使機(ji)(ji)床(chuang)喪失精度(du)，降低性能(neng)。
2.先機械(xie)后(hou)電氣(qi)一般來(lai)說(shuo)，機械(xie)故障較(jiao)易發覺，而數控系統故障(zhang)的診斷則難(nan)度較(jiao)大些。在故障(zhang)檢修之(zhi)前，首先注意排除機械性的故障(zhang)，往往可達到(dao)事半功倍的效果(guo)。
3.先(xian)(xian)靜(jing)后動先(xian)(xian)在(zai)機床(chuang)斷電(dian)的(de)靜(jing)止狀態(tai)下(xia)，通(tong)過了解，觀察，測(ce)試，分(fen)析，確(que)認為非破壞性故障后，方可給機床(chuang)通(tong)電(dian)；在(zai)運行(xing)工況下(xia)，進(jin)行(xing)動態(tai)的(de)觀察，檢(jian)驗和測(ce)試，查找故障。而對(dui)破壞性故障，必須先(xian)(xian)排除危險后，方可通(tong)電(dian)。
4.先簡單后(hou)(hou)復雜當出現多種故障互(hu)相交織(zhi)掩蓋，一時無從下手時，應先解(jie)決(jue)容易的(de)問題(ti)，后(hou)(hou)解(jie)決(jue)難度(du)較大的(de)問題(ti)。往往簡單問題(ti)解(jie)決(jue)后(hou)(hou)，難度(du)大的(de)問題(ti)也可能變得容易。
三、數控機床故障診斷方法
1.直觀(guan)法：（望聞(wen)(wen)問(wen)切）問(wen)-機床(chuang)的(de)故(gu)障現(xian)象，加(jia)工(gong)狀況等(deng)；看-CRT報警信(xin)息，報警指示燈，電(dian)容器等(deng)元件(jian)變(bian)形煙(yan)熏(xun)燒焦，保護器脫扣(kou)等(deng)；聽-異常聲響；聞(wen)(wen)-電(dian)氣元件(jian)焦糊味(wei)及其它異味；摸-發熱，振動，接觸不良等。
2.參(can)數檢(jian)查(cha)法：參(can)數通(tong)(tong)常(chang)是存放在RAM中，有(you)時電池(chi)電壓不(bu)足，系統長期(qi)不(bu)通(tong)(tong)電或外部干擾都會使參(can)數丟(diu)失或混亂，應根據故障(zhang)特征，檢(jian)查(cha)和校對有(you)關參(can)數。
3.隔離法：一些故障，難(nan)以區分(fen)(fen)是數控部分(fen)(fen)，還是伺服系統或機械部分(fen)造成的，常(chang)采用隔(ge)離(li)法(fa)。
4.同類對(dui)調法用同功能(neng)的備用板替(ti)換被(bei)懷疑(yi)有(you)故障的模(mo)板，或(huo)將功能(neng)相同的模(mo)板或(huo)單元相互(hu)交換。
5.功能程(cheng)序測試(shi)法將G，M，S，T，功能的全(quan)部(bu)指(zhi)令編寫一些小程(cheng)序，在診斷故(gu)障時運行這些程(cheng)序，即可判斷功能的缺失。
四、加工精度異常故障診斷和處理實例
1.機械故(gu)障導致加(jia)工精度(du)異常
故(gu)障現象：一臺SV-1000立式加工中心，采用Frank系統。在(zai)加工連桿模具過程中(zhong)，忽然發現Z軸進給(gei)異常，造成(cheng)至少1mm的切削(xue)誤(wu)差量（Z方向過切）。
故障診斷：調查中了解到，故障是忽然發生(sheng)的。機床在(zai)點動(dong)，在(zai)手動(dong)輸入(ru)數據方式操作下(xia)各個(ge)軸(zhou)運行正常(chang)，且回參考點正常(chang)，無任(ren)何報警提示(shi)，電氣控制(zhi)部分硬故障的可能性(xing)排除。應(ying)主要對以下(xia)幾個(ge)方面逐一進行檢查。
檢查機床精度異常時(shi)正在運行的加工(gong)程序段(duan)，特(te)別(bie)是刀(dao)具長(chang)度補償，加工(gong)坐標系（G54-G59）的校(xiao)對和(he)計(ji)算。
在點(dian)動(dong)(dong)方(fang)式下，反復運動(dong)(dong)Z軸，經過視(shi)，觸，聽，對其(qi)運動(dong)(dong)狀態診斷，發(fa)現Z向(xiang)運動(dong)(dong)噪音異常(chang)，特別是(shi)快速點(dian)動(dong)(dong)，噪音更加明顯。由此判斷，機(ji)械(xie)方(fang)面可能存在隱患(huan)。
檢查機床Z軸(zhou)精度。用(yong)手搖(yao)脈沖發生器移(yi)動Z軸(zhou)，（將(jiang)其倍率定為1×100的(de)擋位，即(ji)每變化一步，電機進給0.1mm），配合(he)百分表觀察Z軸的(de)(de)運動(dong)(dong)情況。在(zai)單向(xiang)(xiang)(xiang)運動(dong)(dong)保持正(zheng)常后作為起始點的(de)(de)正(zheng)向(xiang)(xiang)(xiang)運動(dong)(dong)，脈沖器每變化一步，機(ji)(ji)床(chuang)Z軸運動(dong)(dong)的(de)(de)實(shi)際(ji)距離d=d1=d2=d3=…=0.1mm，說明電(dian)機(ji)(ji)運行良好(hao)，定位(wei)精度(du)也良好(hao)。而返回機(ji)(ji)床(chuang)實(shi)際(ji)運動(dong)(dong)位(wei)移的(de)(de)變化上，可以分為四個階(jie)段：（1）機(ji)(ji)床(chuang)運動(dong)(dong)距離d1>d=0.1mm（斜率(lv)(lv)大于1）；（2）表現(xian)出(chu)為d1=0.1mm>d2>d3（斜率(lv)(lv)小于1）；（3）機(ji)(ji)床(chuang)機(ji)(ji)構實(shi)際(ji)沒移動(dong)(dong)，表現(xian)出(chu)最標準的(de)(de)反(fan)向(xiang)(xiang)(xiang)間(jian)(jian)隙；（4）機(ji)(ji)床(chuang)運動(dong)(dong)距離與脈沖器經定數值相等（斜率(lv)(lv)等于1），恢(hui)復到機(ji)(ji)床(chuang)的(de)(de)正(zheng)常運動(dong)(dong)。無論怎樣(yang)對反(fan)向(xiang)(xiang)(xiang)間(jian)(jian)隙進行補(bu)償(chang)，其表現(xian)出(chu)的(de)(de)特(te)征是(shi)：除了（3）階(jie)段補(bu)償(chang)外，其他各段變化依然(ran)存在(zai)，特(te)別是(shi)（1）階(jie)段嚴重影響到機(ji)(ji)床(chuang)的(de)(de)加工精度(du)。補(bu)償(chang)中發現(xian)，間(jian)(jian)隙補(bu)償(chang)越大，（1）階(jie)段移動(dong)(dong)的(de)(de)距離也越大。
分(fen)(fen)析上述檢(jian)查認為(wei)存在(zai)幾點可(ke)能原(yuan)因(yin)：一是(shi)電(dian)機(ji)(ji)有(you)(you)異常，二(er)是(shi)機(ji)(ji)械(xie)方(fang)面有(you)(you)故障，三是(shi)絲杠存在(zai)間隙。為(wei)了進(jin)一步(bu)診斷(duan)故障，將電(dian)機(ji)(ji)和絲杠完全脫(tuo)開，分(fen)(fen)別對(dui)電(dian)機(ji)(ji)和機(ji)(ji)械(xie)部分(fen)(fen)進(jin)行檢(jian)查。檢(jian)查結果是(shi)電(dian)機(ji)(ji)運行正(zheng)常；在(zai)對(dui)機(ji)(ji)械(xie)部分(fen)(fen)診斷(duan)中發現，用手盤(pan)動絲杠時，返回運動初(chu)始(shi)有(you)(you)很大的空缺感。而正(zheng)常情況下(xia)，應該能感覺到軸(zhou)承有(you)(you)序而平滑的移動。
故障處理(li)：經過拆卸檢查發現該軸(zhou)承(cheng)確實受損，且有(you)滾珠脫落。更(geng)換后(hou)機床(chuang)恢復正常。
2.控制邏輯不妥導致(zhi)加工精度異(yi)常
故障現象：一(yi)臺上海機床廠家生產(chan)的加工中心，系統是Frank.加工過(guo)程(cheng)(cheng)中，發(fa)(fa)(fa)現該(gai)機(ji)(ji)(ji)床(chuang)X軸(zhou)(zhou)(zhou)精(jing)度異常，精(jing)度誤(wu)(wu)差最(zui)小為(wei)0.008mm，最(zui)大為(wei)1.2mm.故障(zhang)診斷：檢(jian)查中，機(ji)(ji)(ji)床(chuang)已經按(an)照要求設置(zhi)了G54工件坐(zuo)標系。在手動(dong)輸入數(shu)(shu)據方式(shi)操作下(xia)，以G54坐(zuo)標系運行一(yi)段(duan)(duan)程(cheng)(cheng)序(xu)即“GOOG90G54X60.OY70.OF150；M30；”，待(dai)(dai)機(ji)(ji)(ji)床(chuang)運行結束后顯(xian)(xian)(xian)示(shi)器(qi)上(shang)顯(xian)(xian)(xian)示(shi)的(de)機(ji)(ji)(ji)械坐(zuo)標值(zhi)(zhi)為(wei)（X軸(zhou)(zhou)(zhou)）“-1025.243”，記錄下(xia)該(gai)數(shu)(shu)值(zhi)(zhi)。然后在手動(dong)方式(shi)下(xia)，將機(ji)(ji)(ji)床(chuang)點動(dong)到其他任意位(wei)置(zhi)，再次(ci)在手動(dong)輸入數(shu)(shu)據方式(shi)操作下(xia)運行剛才的(de)程(cheng)(cheng)序(xu)段(duan)(duan)，待(dai)(dai)機(ji)(ji)(ji)床(chuang)停止后，發(fa)(fa)(fa)現此(ci)時(shi)機(ji)(ji)(ji)床(chuang)坐(zuo)標數(shu)(shu)值(zhi)(zhi)顯(xian)(xian)(xian)示(shi)為(wei)“-1024.891”，同(tong)上(shang)一(yi)次(ci)執行后的(de)數(shu)(shu)值(zhi)(zhi)比較相差了0.352mm.按(an)照同(tong)樣的(de)方法，將X軸(zhou)(zhou)(zhou)點動(dong)移動(dong)到不(bu)同(tong)的(de)位(wei)置(zhi)，反復(fu)執行該(gai)程(cheng)(cheng)序(xu)段(duan)(duan)，而顯(xian)(xian)(xian)示(shi)器(qi)上(shang)顯(xian)(xian)(xian)示(shi)的(de)數(shu)(shu)值(zhi)(zhi)都(dou)有(you)所不(bu)同(tong)（不(bu)穩定）。用百分(fen)表對X軸(zhou)(zhou)(zhou)進行仔細檢(jian)查，發(fa)(fa)(fa)現機(ji)(ji)(ji)械位(wei)置(zhi)實際誤(wu)(wu)差同(tong)數(shu)(shu)字顯(xian)(xian)(xian)示(shi)出(chu)來的(de)誤(wu)(wu)差基本(ben)一(yi)致，從(cong)而認為(wei)故障(zhang)原因為(wei)X軸(zhou)(zhou)(zhou)重復(fu)定位(wei)誤(wu)(wu)差過(guo)大。對X軸(zhou)(zhou)(zhou)的(de)反向(xiang)間隙(xi)及(ji)定位(wei)精(jing)度進行檢(jian)查，重新補償其誤(wu)(wu)差值(zhi)(zhi)，結果(guo)起(qi)不(bu)到任何(he)作用。因此(ci)懷(huai)疑光柵尺及(ji)系統參(can)數(shu)(shu)等(deng)有(you)問(wen)題。但為(wei)什么產(chan)生如此(ci)大的(de)誤(wu)(wu)差，卻(que)又(you)未出(chu)現相應(ying)的(de)報警信息進一(yi)步檢(jian)查發(fa)(fa)(fa)現，此(ci)軸(zhou)(zhou)(zhou)為(wei)垂(chui)直方向(xiang)的(de)軸(zhou)(zhou)(zhou)，當X軸(zhou)(zhou)(zhou)松開時(shi)主軸箱向下(xia)掉，造成(cheng)了誤(wu)差(cha)。
故障處理：對機床的PLC邏(luo)輯控制(zhi)程序(xu)做了修改，即在X軸松開時，先(xian)把X軸使能加載，再把X軸松開；而在X軸夾(jia)緊時，先(xian)把X軸夾(jia)緊后(hou)，再把使能去掉。調整后(hou)機床故障得(de)以解決。
3.機床位置問題(ti)導致加工精度異常(chang)
故障現象：一(yi)臺杭州產的立式(shi)數控銑床，配(pei)備(bei)北(bei)京(jing)KND-10M系統。在點動或加(jia)工過程(cheng)中，發(fa)現Z軸異(yi)常。
故(gu)障診斷(duan)：檢查發(fa)現，Z軸(zhou)上下(xia)(xia)移動(dong)(dong)不(bu)均(jun)勻(yun)且有(you)噪(zao)聲，且存(cun)在一(yi)定間隙。電(dian)機(ji)(ji)(ji)啟動(dong)(dong)時(shi)(shi)(shi)，在點動(dong)(dong)方式(shi)下(xia)(xia)Z軸(zhou)向(xiang)上運(yun)動(dong)(dong)存(cun)在不(bu)穩定的(de)噪(zao)聲及受(shou)力(li)(li)不(bu)均(jun)勻(yun)，且感(gan)覺電(dian)機(ji)(ji)(ji)抖動(dong)(dong)比(bi)較(jiao)厲害；而向(xiang)下(xia)(xia)運(yun)動(dong)(dong)時(shi)(shi)(shi)，就沒(mei)有(you)抖動(dong)(dong)得這么(me)(me)明顯；停(ting)止時(shi)(shi)(shi)不(bu)抖動(dong)(dong)，在加工(gong)(gong)過程(cheng)中(zhong)表現得比(bi)較(jiao)明顯。分析(xi)認為，故(gu)障原因(yin)有(you)三(san)點：一(yi)是(shi)絲杠(gang)反(fan)向(xiang)間隙很大；二(er)是(shi)Z軸(zhou)電(dian)機(ji)(ji)(ji)工(gong)(gong)作異常；三(san)是(shi)皮(pi)帶(dai)(dai)輪受(shou)損至受(shou)力(li)(li)不(bu)均(jun)。但有(you)一(yi)個(ge)問題要注意的(de)是(shi)，停(ting)止時(shi)(shi)(shi)不(bu)抖動(dong)(dong)，上下(xia)(xia)運(yun)動(dong)(dong)不(bu)均(jun)勻(yun)，所以電(dian)機(ji)(ji)(ji)工(gong)(gong)作異常這個(ge)問題可以排(pai)除。因(yin)此先對(dui)(dui)機(ji)(ji)(ji)械部分診斷(duan)，在診斷(duan)測試過程(cheng)中(zhong)沒(mei)有(you)發(fa)現異常，在公差之內(nei)。利用排(pai)除法則，余下(xia)(xia)的(de)只(zhi)有(you)皮(pi)帶(dai)(dai)問題了(le)，在檢測皮(pi)帶(dai)(dai)時(shi)(shi)(shi)，發(fa)覺這條皮(pi)帶(dai)(dai)剛換不(bu)久，但在細心(xin)檢測皮(pi)帶(dai)(dai)時(shi)(shi)(shi)，發(fa)現皮(pi)帶(dai)(dai)內(nei)側出現不(bu)同程(cheng)度(du)的(de)受(shou)損，很明顯是(shi)受(shou)力(li)(li)不(bu)均(jun)所至，是(shi)什么(me)(me)原因(yin)造(zao)成的(de)呢在診斷(duan)中(zhong)發(fa)現電(dian)機(ji)(ji)(ji)放置有(you)問題，即裝(zhuang)夾的(de)角度(du)位置不(bu)對(dui)(dui)稱造(zao)成受(shou)力(li)(li)不(bu)均(jun)。
故(gu)障處理：只要將電(dian)機重(zhong)裝，對準角度，測量(liang)好距離（電(dian)機與Z軸(zhou)(zhou)的(de)軸(zhou)(zhou)承），皮帶兩邊（長度）要均(jun)勻。這樣，Z軸(zhou)(zhou)上下移動(dong)不(bu)均(jun)勻且有(you)噪聲(sheng)及(ji)抖動(dong)現象就消除了，Z軸(zhou)(zhou)加(jia)工恢復正常。
4.系(xi)統參數未優化，電機運行異常
導致加(jia)工精(jing)度(du)異常系(xi)統參(can)數主(zhu)要包(bao)括機(ji)床進給(gei)單位(wei)，零(ling)點偏置，反向間隙(xi)(xi)等(deng)。例如Frank數控(kong)系(xi)統，其進給(gei)單位(wei)有公制和英制兩種。在(zai)機(ji)床修(xiu)理(li)過程中(zhong)對于(yu)局(ju)部處(chu)理(li)，常常影響(xiang)到(dao)零(ling)點偏置和間隙(xi)(xi)的(de)變化(hua)，故障處(chu)理(li)完(wan)畢(bi)后應(ying)作適時的(de)調整和修(xiu)改；另(ling)一方(fang)面，由于(yu)機(ji)械磨損嚴重或連接位(wei)松動也可能造成(cheng)參(can)數實測值的(de)變化(hua)，需要對參(can)數做相應(ying)的(de)修(xiu)改才(cai)能滿(man)足機(ji)床加(jia)工精(jing)度(du)的(de)要求。
故障現(xian)象(xiang)：一臺(tai)杭州產的立式數控銑(xian)床，配(pei)備北京KND-10M系統。在加工過程中，發現(xian)X軸(zhou)精度(du)異常。
故障診斷(duan)：檢(jian)查(cha)發現X軸存在一(yi)定間(jian)隙，且電(dian)機(ji)啟動(dong)時存在不(bu)穩定的現象。用手觸摸X軸電(dian)機(ji)時感覺(jue)電(dian)機(ji)拉(la)動(dong)比(bi)(bi)較厲害，停止時拉(la)動(dong)不(bu)明(ming)顯，尤(you)其是點(dian)(dian)動(dong)方式下比(bi)(bi)較明(ming)顯。分析(xi)認為，故障原因有兩點(dian)(dian)：一(yi)是絲杠(gang)反間(jian)隙很大；二是X軸電(dian)機(ji)工作異常。
故障處理：利(li)用KND-10M系統(tong)的參(can)數功(gong)能，對電(dian)機進行調試。首先對存(cun)在的間隙(xi)進行補(bu)償，再調整伺服系統(tong)參(can)數及脈(mo)沖抑制功(gong)能參(can)數，X軸(zhou)電(dian)機的抖動(dong)消除(chu)，機床加工精(jing)度恢復(fu)正常。 |
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