| 淺析數控機床加工精度降低的原因 |
造成加工精度異(yi)常故障的原(yuan)因隱(yin)蔽性強，診斷(duan)難度比較大，歸納出五個主(zhu)要原(yuan)因：機床進(jin)給單位被改動(dong)或變化(hua)；機床各個軸(zhou)的零點偏置異(yi)常；軸(zhou)向的反(fan)向間隙(xi)異(yi)常；電機運行狀態(tai)異(yi)常，即電氣及控制部(bu)分異(yi)常；機械故(gu)障，如絲(si)杠，軸承，軸(zhou)聯(lian)器(qi)等部件。另外加工程序的編制(zhi)，刀具的選擇及(ji)人為因素，也可能(neng)導(dao)致加(jia)工精度(du)異常。
一、造成加工精度異常故障的原因
造成加工(gong)(gong)精(jing)(jing)度異常(chang)(chang)故障(zhang)的原因隱蔽(bi)性強，診斷(duan)難度比(bi)較大，歸納出(chu)五個主要原因：機(ji)床(chuang)進(jin)給單位被改動或變化；機(ji)床(chuang)各個軸(zhou)的零點(dian)偏置異常(chang)(chang)；軸(zhou)向(xiang)的反向(xiang)間隙異常(chang)(chang)；電(dian)機(ji)運行(xing)狀態異常(chang)(chang)，即電(dian)氣(qi)及(ji)控制(zhi)部分(fen)異常(chang)(chang)；機(ji)械故障(zhang)，如(ru)絲杠，軸(zhou)承，軸(zhou)聯器等部件。另外加工(gong)(gong)程序的編制(zhi)，刀具的選(xuan)擇(ze)及(ji)人為因素，也可(ke)能導致(zhi)加工(gong)(gong)精(jing)(jing)度異常(chang)(chang)。
二、數控機床故障診斷原則
1.先(xian)外(wai)(wai)部(bu)后內部(bu)數控機床(chuang)是集機械(xie)，液壓，電(dian)氣為一(yi)(yi)體的(de)機床(chuang)，故(gu)其(qi)故(gu)障(zhang)的(de)發生也會由這三(san)者綜合反映出來。維修(xiu)人(ren)員應先(xian)由外(wai)(wai)向內逐一(yi)(yi)進行排查，盡量(liang)避免隨意地啟封，拆卸，否則會擴大故(gu)障(zhang)，使機床(chuang)喪失(shi)精度，降(jiang)低性能。
2.先機械后電(dian)氣一般來說，機械故(gu)障較易發(fa)覺，而數控系統故(gu)障的診斷則難度較(jiao)大些。在(zai)故(gu)障檢修之前，首先注意排除(chu)機械(xie)性的故(gu)障，往往可達(da)到事半功(gong)倍的效(xiao)果。
3.先(xian)靜后(hou)(hou)(hou)動(dong)先(xian)在機(ji)床(chuang)斷電的靜止狀態(tai)下，通過了解，觀察，測(ce)試，分(fen)析(xi)，確認(ren)為非破(po)壞性故障后(hou)(hou)(hou)，方可給機(ji)床(chuang)通電；在運行工況下，進行動(dong)態(tai)的觀察，檢(jian)驗(yan)和測(ce)試，查找故障。而對破(po)壞性故障，必(bi)須先(xian)排除危(wei)險后(hou)(hou)(hou)，方可通電。
4.先(xian)簡(jian)單后復雜當出現多種故障互相(xiang)交織掩蓋，一時無從下手時，應先(xian)解決容易的(de)問題，后解決難(nan)度(du)較(jiao)大的(de)問題。往(wang)往(wang)簡(jian)單問題解決后，難(nan)度(du)大的(de)問題也可能變得容易。
三、數控機床故障診斷方法
1.直觀(guan)法：（望聞問切(qie)）問-機床的故障現象，加(jia)工狀況等；看-CRT報警信息，報警指示燈，電(dian)容(rong)器等元件變形(xing)煙熏燒焦(jiao)，保護(hu)器脫扣等；聽-異常聲響(xiang)；聞-電(dian)氣元件焦(jiao)糊(hu)味(wei)及其它異(yi)味；摸(mo)-發熱，振(zhen)動，接觸不良等。
2.參(can)數檢(jian)查法：參(can)數通常(chang)是存放(fang)在RAM中，有時(shi)電(dian)(dian)池(chi)電(dian)(dian)壓不足，系統長期不通電(dian)(dian)或外部(bu)干擾都會使參(can)數丟失或混亂，應根據故(gu)障特征，檢(jian)查和校對(dui)有關參(can)數。
3.隔離(li)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(ji)械部(bu)分造成的，常采用隔離法。
4.同(tong)類對(dui)調法用同(tong)功(gong)能的(de)備用板替換(huan)被懷(huai)疑(yi)有故(gu)障(zhang)的(de)模板，或(huo)將功(gong)能相(xiang)同(tong)的(de)模板或(huo)單元(yuan)相(xiang)互交換(huan)。
5.功能(neng)程序測試法(fa)將G，M，S，T，功能(neng)的(de)(de)全部指令編寫一些小程序，在診斷(duan)故障(zhang)時運行(xing)這些程序，即可(ke)判(pan)斷(duan)功能(neng)的(de)(de)缺失(shi)。
四、加工精度異常故障診斷和處理實例
1.機械故障導致加工精度異(yi)常
故障現象：一臺SV-1000立式加工中心，采用(yong)Frank系統。在(zai)加工連桿模具過程中，忽然發(fa)現(xian)Z軸(zhou)進給異常，造(zao)成至(zhi)少1mm的切削誤(wu)差量（Z方向過切）。
故障診(zhen)斷：調(diao)查(cha)中了解(jie)到，故障是忽然(ran)發(fa)生的(de)。機床(chuang)在(zai)點(dian)動(dong)，在(zai)手動(dong)輸入數據(ju)方式操作(zuo)下各個(ge)軸運行正常，且回(hui)參考(kao)點(dian)正常，無任何報(bao)警提示，電氣控制部分硬故障的(de)可能性排(pai)除。應主要對以下幾個(ge)方面(mian)逐一進行檢查(cha)。
檢查(cha)機床(chuang)精度異常時正在運行的加(jia)工程(cheng)序段，特別是刀(dao)具長度補償，加(jia)工坐標(biao)系(xi)（G54-G59）的校對和計算。
在點動方(fang)式下，反復(fu)運(yun)(yun)動Z軸(zhou)，經(jing)過(guo)視(shi)，觸，聽，對其運(yun)(yun)動狀態診斷，發現Z向運(yun)(yun)動噪音異常，特別是快速(su)點動，噪音更加(jia)明顯。由此(ci)判(pan)斷，機械方(fang)面可能存在隱患。
檢查機床(chuang)Z軸精度(du)。用手搖脈沖發生器移(yi)動Z軸，（將其倍率定(ding)為1×100的(de)擋位(wei)，即每變化一步，電機進給0.1mm），配合百分表觀察Z軸的(de)(de)運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)情(qing)況。在單向(xiang)(xiang)運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)保持正常后(hou)作為(wei)起始點(dian)的(de)(de)正向(xiang)(xiang)運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)，脈(mo)沖(chong)器每變(bian)化(hua)一步，機(ji)床Z軸運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)的(de)(de)實(shi)(shi)際(ji)距離(li)d=d1=d2=d3=…=0.1mm，說明電機(ji)運(yun)(yun)行良好，定(ding)位(wei)精度也(ye)良好。而(er)返(fan)回機(ji)床實(shi)(shi)際(ji)運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)位(wei)移的(de)(de)變(bian)化(hua)上(shang)，可以分為(wei)四個階(jie)段(duan)(duan)：（1）機(ji)床運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)距離(li)d1>d=0.1mm（斜(xie)率(lv)大于1）；（2）表現(xian)出(chu)為(wei)d1=0.1mm>d2>d3（斜(xie)率(lv)小(xiao)于1）；（3）機(ji)床機(ji)構實(shi)(shi)際(ji)沒移動(dong)(dong)(dong)，表現(xian)出(chu)最(zui)標準的(de)(de)反向(xiang)(xiang)間隙；（4）機(ji)床運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)距離(li)與(yu)脈(mo)沖(chong)器經定(ding)數值相(xiang)等（斜(xie)率(lv)等于1），恢復到(dao)機(ji)床的(de)(de)正常運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)。無論怎(zen)樣對(dui)反向(xiang)(xiang)間隙進行補(bu)償(chang)，其表現(xian)出(chu)的(de)(de)特(te)征是：除了(le)（3）階(jie)段(duan)(duan)補(bu)償(chang)外，其他各段(duan)(duan)變(bian)化(hua)依然存在，特(te)別是（1）階(jie)段(duan)(duan)嚴(yan)重影響到(dao)機(ji)床的(de)(de)加工(gong)精度。補(bu)償(chang)中(zhong)發(fa)現(xian)，間隙補(bu)償(chang)越(yue)大，（1）階(jie)段(duan)(duan)移動(dong)(dong)(dong)的(de)(de)距離(li)也(ye)越(yue)大。
分(fen)析上述檢查(cha)認為存在(zai)幾(ji)點可能原因(yin)：一是電(dian)機(ji)有(you)異常(chang)，二是機(ji)械(xie)方面有(you)故障，三是絲(si)(si)杠(gang)(gang)存在(zai)間隙。為了進一步診(zhen)斷故障，將(jiang)電(dian)機(ji)和(he)絲(si)(si)杠(gang)(gang)完全(quan)脫(tuo)開(kai)，分(fen)別對電(dian)機(ji)和(he)機(ji)械(xie)部分(fen)進行檢查(cha)。檢查(cha)結果是電(dian)機(ji)運行正(zheng)常(chang)；在(zai)對機(ji)械(xie)部分(fen)診(zhen)斷中發現，用手盤動(dong)絲(si)(si)杠(gang)(gang)時(shi)，返(fan)回(hui)運動(dong)初始有(you)很大(da)的(de)空缺感。而正(zheng)常(chang)情況下，應該能感覺到(dao)軸承有(you)序而平(ping)滑的(de)移動(dong)。
故障(zhang)處理(li)：經(jing)過拆卸檢查發現該軸承(cheng)確實受損，且有滾珠脫落。更換后機床(chuang)恢復正常。
2.控制邏輯不(bu)妥導(dao)致加工精度異常
故障現象：一臺上海機床廠家生產(chan)的加工中心，系(xi)統(tong)是Frank.加工過(guo)程(cheng)中，發(fa)現(xian)(xian)該機(ji)床(chuang)X軸(zhou)精度(du)(du)異常，精度(du)(du)誤差(cha)(cha)(cha)最小為(wei)(wei)0.008mm，最大為(wei)(wei)1.2mm.故障診斷：檢(jian)查(cha)中，機(ji)床(chuang)已(yi)經按照要求設(she)置了(le)G54工件坐標系(xi)。在手(shou)動(dong)輸入數(shu)(shu)據方(fang)式(shi)操作下(xia)，以G54坐標系(xi)運(yun)行(xing)(xing)一段(duan)(duan)程(cheng)序即“GOOG90G54X60.OY70.OF150；M30；”，待(dai)機(ji)床(chuang)運(yun)行(xing)(xing)結束后(hou)顯(xian)示(shi)(shi)器上顯(xian)示(shi)(shi)的(de)(de)(de)機(ji)械(xie)坐標值(zhi)為(wei)(wei)（X軸(zhou)）“-1025.243”，記錄(lu)下(xia)該數(shu)(shu)值(zhi)。然后(hou)在手(shou)動(dong)方(fang)式(shi)下(xia)，將機(ji)床(chuang)點動(dong)到其(qi)他任(ren)(ren)意位(wei)置，再(zai)次在手(shou)動(dong)輸入數(shu)(shu)據方(fang)式(shi)操作下(xia)運(yun)行(xing)(xing)剛才(cai)的(de)(de)(de)程(cheng)序段(duan)(duan)，待(dai)機(ji)床(chuang)停止后(hou)，發(fa)現(xian)(xian)此時機(ji)床(chuang)坐標數(shu)(shu)值(zhi)顯(xian)示(shi)(shi)為(wei)(wei)“-1024.891”，同(tong)(tong)(tong)上一次執行(xing)(xing)后(hou)的(de)(de)(de)數(shu)(shu)值(zhi)比(bi)較相(xiang)差(cha)(cha)(cha)了(le)0.352mm.按照同(tong)(tong)(tong)樣的(de)(de)(de)方(fang)法，將X軸(zhou)點動(dong)移動(dong)到不(bu)(bu)同(tong)(tong)(tong)的(de)(de)(de)位(wei)置，反復(fu)執行(xing)(xing)該程(cheng)序段(duan)(duan)，而顯(xian)示(shi)(shi)器上顯(xian)示(shi)(shi)的(de)(de)(de)數(shu)(shu)值(zhi)都(dou)有(you)所不(bu)(bu)同(tong)(tong)(tong)（不(bu)(bu)穩定(ding)）。用百分表對X軸(zhou)進行(xing)(xing)仔細檢(jian)查(cha)，發(fa)現(xian)(xian)機(ji)械(xie)位(wei)置實(shi)際誤差(cha)(cha)(cha)同(tong)(tong)(tong)數(shu)(shu)字顯(xian)示(shi)(shi)出(chu)(chu)來的(de)(de)(de)誤差(cha)(cha)(cha)基本一致(zhi)，從而認為(wei)(wei)故障原(yuan)因為(wei)(wei)X軸(zhou)重復(fu)定(ding)位(wei)誤差(cha)(cha)(cha)過(guo)大。對X軸(zhou)的(de)(de)(de)反向(xiang)間(jian)隙及(ji)定(ding)位(wei)精度(du)(du)進行(xing)(xing)檢(jian)查(cha)，重新補償(chang)其(qi)誤差(cha)(cha)(cha)值(zhi)，結果起不(bu)(bu)到任(ren)(ren)何作用。因此懷疑(yi)光柵尺及(ji)系(xi)統(tong)參數(shu)(shu)等有(you)問題。但(dan)為(wei)(wei)什(shen)么產(chan)生如此大的(de)(de)(de)誤差(cha)(cha)(cha)，卻又未出(chu)(chu)現(xian)(xian)相(xiang)應的(de)(de)(de)報(bao)警信息進一步檢(jian)查(cha)發(fa)現(xian)(xian)，此軸(zhou)為(wei)(wei)垂直(zhi)方(fang)向(xiang)的(de)(de)(de)軸(zhou)，當X軸(zhou)松開時主軸箱向下掉，造(zao)成了(le)誤差。
故障處(chu)理：對(dui)機床的PLC邏輯(ji)控制程序做(zuo)了(le)修改，即在X軸(zhou)松開時，先把(ba)X軸(zhou)使能加載，再把(ba)X軸(zhou)松開；而在X軸(zhou)夾(jia)緊時，先把(ba)X軸(zhou)夾(jia)緊后，再把(ba)使能去掉。調整(zheng)后機床故障(zhang)得以解(jie)決。
3.機床位置問題導致加工精度(du)異(yi)常
故障(zhang)現象：一(yi)臺杭州產的(de)立式數控銑床，配備北(bei)京KND-10M系統。在點動或加工過程(cheng)中，發(fa)現Z軸(zhou)異常。
故障診(zhen)斷：檢(jian)查(cha)發(fa)現(xian)，Z軸上下(xia)(xia)移動(dong)(dong)不(bu)(bu)(bu)均(jun)(jun)勻(yun)且有(you)噪聲，且存在(zai)一定間隙。電(dian)機啟動(dong)(dong)時(shi)，在(zai)點(dian)(dian)動(dong)(dong)方(fang)式(shi)下(xia)(xia)Z軸向上運(yun)動(dong)(dong)存在(zai)不(bu)(bu)(bu)穩(wen)定的噪聲及受(shou)力(li)不(bu)(bu)(bu)均(jun)(jun)勻(yun)，且感覺電(dian)機抖(dou)(dou)動(dong)(dong)比(bi)(bi)較厲害；而(er)向下(xia)(xia)運(yun)動(dong)(dong)時(shi)，就沒有(you)抖(dou)(dou)動(dong)(dong)得(de)這么(me)明顯；停止時(shi)不(bu)(bu)(bu)抖(dou)(dou)動(dong)(dong)，在(zai)加工過(guo)程中(zhong)表現(xian)得(de)比(bi)(bi)較明顯。分析認為，故障原因有(you)三點(dian)(dian)：一是(shi)(shi)絲杠反向間隙很大；二(er)是(shi)(shi)Z軸電(dian)機工作異(yi)常；三是(shi)(shi)皮帶輪受(shou)損(sun)至受(shou)力(li)不(bu)(bu)(bu)均(jun)(jun)。但有(you)一個(ge)問題(ti)要注意的是(shi)(shi)，停止時(shi)不(bu)(bu)(bu)抖(dou)(dou)動(dong)(dong)，上下(xia)(xia)運(yun)動(dong)(dong)不(bu)(bu)(bu)均(jun)(jun)勻(yun)，所(suo)以電(dian)機工作異(yi)常這個(ge)問題(ti)可以排除。因此(ci)先對(dui)機械部分診(zhen)斷，在(zai)診(zhen)斷測(ce)(ce)試過(guo)程中(zhong)沒有(you)發(fa)現(xian)異(yi)常，在(zai)公差之內。利用排除法則，余(yu)下(xia)(xia)的只(zhi)有(you)皮帶問題(ti)了，在(zai)檢(jian)測(ce)(ce)皮帶時(shi)，發(fa)覺這條皮帶剛換不(bu)(bu)(bu)久，但在(zai)細(xi)心檢(jian)測(ce)(ce)皮帶時(shi)，發(fa)現(xian)皮帶內側出現(xian)不(bu)(bu)(bu)同(tong)程度的受(shou)損(sun)，很明顯是(shi)(shi)受(shou)力(li)不(bu)(bu)(bu)均(jun)(jun)所(suo)至，是(shi)(shi)什么(me)原因造成的呢在(zai)診(zhen)斷中(zhong)發(fa)現(xian)電(dian)機放置(zhi)有(you)問題(ti)，即裝夾的角度位置(zhi)不(bu)(bu)(bu)對(dui)稱造成受(shou)力(li)不(bu)(bu)(bu)均(jun)(jun)。
故障處(chu)理：只要將電機重裝，對(dui)準(zhun)角(jiao)度(du)，測量好距離（電機與Z軸(zhou)的軸(zhou)承），皮(pi)帶兩邊（長度(du)）要均勻。這樣，Z軸(zhou)上下移動不均勻且有(you)噪聲及抖動現象就消除了，Z軸(zhou)加工恢復正常。
4.系統參數未優化(hua)，電機運行異常
導(dao)致加工精度異常系統參數(shu)主要包括機(ji)床進給單(dan)位(wei)，零點(dian)(dian)偏(pian)置，反向間隙等。例如Frank數(shu)控系統，其進給單(dan)位(wei)有公制和(he)(he)英制兩種。在機(ji)床修(xiu)(xiu)(xiu)理過程中對于局部(bu)處理，常常影響到零點(dian)(dian)偏(pian)置和(he)(he)間隙的(de)變化，故障處理完畢后應(ying)作適時(shi)的(de)調整和(he)(he)修(xiu)(xiu)(xiu)改(gai)；另一方面，由于機(ji)械磨損(sun)嚴(yan)重或連接(jie)位(wei)松動也可能(neng)造(zao)成參數(shu)實測(ce)值的(de)變化，需要對參數(shu)做相應(ying)的(de)修(xiu)(xiu)(xiu)改(gai)才能(neng)滿足(zu)機(ji)床加工精度的(de)要求。
故障(zhang)現象：一臺杭州產的立式數控銑床，配(pei)備北京KND-10M系統。在加工過程中，發現X軸(zhou)精度異常。
故障(zhang)(zhang)診斷：檢查發(fa)現(xian)X軸(zhou)存在一定(ding)(ding)間隙，且電(dian)機(ji)啟動時存在不(bu)穩定(ding)(ding)的現(xian)象。用手觸摸(mo)X軸(zhou)電(dian)機(ji)時感覺電(dian)機(ji)拉動比較厲害(hai)，停止時拉動不(bu)明顯，尤(you)其(qi)是點動方(fang)式(shi)下比較明顯。分析認(ren)為，故障(zhang)(zhang)原因有兩點：一是絲(si)杠(gang)反間隙很大；二是X軸(zhou)電(dian)機(ji)工作異常。
故(gu)障處(chu)理：利用KND-10M系統的參(can)數(shu)功能，對電機(ji)進行調(diao)試。首先對存在的間(jian)隙進行補償，再調(diao)整伺服系統參(can)數(shu)及(ji)脈沖抑制功能參(can)數(shu)，X軸電機(ji)的抖動消除，機(ji)床加(jia)工(gong)精(jing)度恢復正常。 |
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