| 淺析數控機床加工精度降低的原因 |
造成加工(gong)精度(du)(du)異常故(gu)障的原因(yin)隱(yin)蔽性強(qiang)，診斷難度(du)(du)比較大，歸納(na)出五個主要原因(yin)：機床進給單位被改(gai)動(dong)或變(bian)化；機床(chuang)各個軸的零點偏(pian)置異常；軸向的反向間隙異常；電機運行狀態異常，即電氣及控制部分(fen)異常；機械(xie)故障，如絲杠，軸承，軸聯器等部件。另(ling)外加工程(cheng)序(xu)的編(bian)制，刀具的(de)選擇及(ji)人為因素，也可能導致加(jia)工精度(du)異(yi)常。
一、造成加工精度異常故障的原因
造成加(jia)工(gong)(gong)精度異(yi)常故障(zhang)的(de)(de)(de)原(yuan)因(yin)隱蔽性強(qiang)，診斷難(nan)度比較大(da)，歸納出五個主要原(yuan)因(yin)：機(ji)床(chuang)進給單位被改動或(huo)變化(hua)；機(ji)床(chuang)各個軸的(de)(de)(de)零點偏置異(yi)常；軸向(xiang)的(de)(de)(de)反向(xiang)間隙異(yi)常；電(dian)機(ji)運行狀態異(yi)常，即電(dian)氣及控制(zhi)部分異(yi)常；機(ji)械故障(zhang)，如絲杠(gang)，軸承，軸聯器等(deng)部件。另外加(jia)工(gong)(gong)程序的(de)(de)(de)編制(zhi)，刀具的(de)(de)(de)選擇(ze)及人為因(yin)素，也可能(neng)導(dao)致加(jia)工(gong)(gong)精度異(yi)常。
二、數控機床故障診斷原則
1.先(xian)外部(bu)(bu)后(hou)內(nei)部(bu)(bu)數控機床(chuang)(chuang)是(shi)集機械，液壓(ya)，電氣(qi)為(wei)一(yi)體(ti)的機床(chuang)(chuang)，故其故障的發生也會由這三者(zhe)綜合反映出來(lai)。維修人員應先(xian)由外向(xiang)內(nei)逐一(yi)進行排查，盡量避免隨意地啟(qi)封，拆(chai)卸(xie)，否則會擴大故障，使機床(chuang)(chuang)喪失精度，降低性能。
2.先機(ji)械(xie)(xie)后電氣一般來說，機(ji)械(xie)(xie)故障(zhang)較易(yi)發覺，而數控系統故障(zhang)的(de)診斷(duan)則難度較大(da)些。在(zai)故障(zhang)檢修之前，首先注意排除機械性的(de)故障(zhang)，往(wang)往(wang)可達(da)到事半功倍的(de)效(xiao)果。
3.先靜(jing)后動先在(zai)機床(chuang)斷電(dian)(dian)的靜(jing)止(zhi)狀(zhuang)態下，通(tong)過了解，觀(guan)察，測試(shi)，分(fen)析，確認為非破壞(huai)性(xing)故障(zhang)后，方(fang)可給機床(chuang)通(tong)電(dian)(dian)；在(zai)運行(xing)工況下，進行(xing)動態的觀(guan)察，檢驗和測試(shi)，查找(zhao)故障(zhang)。而對(dui)破壞(huai)性(xing)故障(zhang)，必須先排除危險后，方(fang)可通(tong)電(dian)(dian)。
4.先簡(jian)單(dan)后復(fu)雜當出現(xian)多種(zhong)故(gu)障互相交織(zhi)掩蓋，一時(shi)無從下手時(shi)，應先解(jie)決(jue)容易的問(wen)題(ti)(ti)，后解(jie)決(jue)難度較大的問(wen)題(ti)(ti)。往往簡(jian)單(dan)問(wen)題(ti)(ti)解(jie)決(jue)后，難度大的問(wen)題(ti)(ti)也可能變(bian)得(de)容易。
三、數控機床故障診斷方法
1.直觀法(fa)：（望聞問(wen)切(qie)）問(wen)-機(ji)床的故障現象，加工狀況等；看-CRT報(bao)(bao)警(jing)(jing)信(xin)息，報(bao)(bao)警(jing)(jing)指示燈，電(dian)容(rong)器(qi)(qi)等元件變形煙熏燒焦，保(bao)護器(qi)(qi)脫扣等；聽-異常聲響；聞-電(dian)氣元件焦糊味及其它異味；摸(mo)-發(fa)熱，振(zhen)動，接觸(chu)不良(liang)等。
2.參(can)數(shu)(shu)檢(jian)查法：參(can)數(shu)(shu)通(tong)常是(shi)存放在(zai)RAM中，有時電(dian)池電(dian)壓不足，系統長期不通(tong)電(dian)或外(wai)部干擾(rao)都會使參(can)數(shu)(shu)丟失或混亂，應(ying)根據故障特征，檢(jian)查和校對有關參(can)數(shu)(shu)。
3.隔離(li)法：一(yi)些(xie)故障(zhang)，難(nan)以區分(fen)是(shi)數(shu)控部分(fen)，還是(shi)伺服系統或(huo)機械部分造成的，常采用(yong)隔離(li)法(fa)。
4.同(tong)類對調法(fa)用同(tong)功能的備用板替換被懷疑有故障的模板，或將功能相同(tong)的模板或單元(yuan)相互交換。
5.功(gong)能程序(xu)測試法將G，M，S，T，功(gong)能的(de)全部指(zhi)令編(bian)寫一些小程序(xu)，在診斷故障時(shi)運行這(zhe)些程序(xu)，即可(ke)判斷功(gong)能的(de)缺失。
四、加工精度異常故障診斷和處理實例
1.機(ji)械(xie)故障導(dao)致加工精(jing)度異常(chang)
故障現象：一臺SV-1000立式加工中心，采用(yong)Frank系統。在加工連桿模(mo)具過(guo)程中，忽然發(fa)現Z軸進(jin)給異常，造成至少1mm的(de)切(qie)削誤差量（Z方(fang)向過(guo)切(qie)）。
故障診斷(duan)：調查(cha)(cha)中(zhong)了解到(dao)，故障是(shi)忽(hu)然(ran)發生(sheng)的(de)。機床在點動(dong)，在手(shou)動(dong)輸(shu)入數據方式操(cao)作下各個(ge)軸運(yun)行正(zheng)常，且回參考點正(zheng)常，無任(ren)何報警提示(shi)，電氣控制部(bu)分硬故障的(de)可能性排除(chu)。應主要對(dui)以下幾個(ge)方面逐一進行檢查(cha)(cha)。
檢查機床精度異常時(shi)正在運行的加工(gong)程序段，特別是(shi)刀具長(chang)度補償，加工(gong)坐(zuo)標系（G54-G59）的校對和計算。
在點(dian)動(dong)方式下，反復運動(dong)Z軸(zhou)，經過視，觸，聽(ting)，對其(qi)運動(dong)狀(zhuang)態診斷(duan)(duan)，發現Z向(xiang)運動(dong)噪音異(yi)常，特別是快(kuai)速點(dian)動(dong)，噪音更加(jia)明顯(xian)。由此判斷(duan)(duan)，機械方面可能存在隱患。
檢查(cha)機床Z軸(zhou)精度(du)。用手搖脈沖發生器移動Z軸(zhou)，（將其(qi)倍率定(ding)為1×100的擋位，即(ji)每(mei)變化一(yi)步，電機進給0.1mm），配合(he)百分表觀察(cha)Z軸的(de)運(yun)(yun)(yun)動(dong)(dong)情況。在(zai)(zai)單向(xiang)(xiang)運(yun)(yun)(yun)動(dong)(dong)保持正(zheng)常(chang)后作(zuo)為起(qi)始點的(de)正(zheng)向(xiang)(xiang)運(yun)(yun)(yun)動(dong)(dong)，脈沖(chong)器每變化(hua)一步，機(ji)床(chuang)(chuang)Z軸運(yun)(yun)(yun)動(dong)(dong)的(de)實(shi)際距(ju)(ju)離(li)d=d1=d2=d3=…=0.1mm，說(shuo)明(ming)電機(ji)運(yun)(yun)(yun)行良(liang)好(hao)，定(ding)位(wei)精度也良(liang)好(hao)。而返回機(ji)床(chuang)(chuang)實(shi)際運(yun)(yun)(yun)動(dong)(dong)位(wei)移(yi)的(de)變化(hua)上，可以分為四個(ge)階段(duan)：（1）機(ji)床(chuang)(chuang)運(yun)(yun)(yun)動(dong)(dong)距(ju)(ju)離(li)d1>d=0.1mm（斜(xie)率大于1）；（2）表現(xian)出(chu)(chu)為d1=0.1mm>d2>d3（斜(xie)率小(xiao)于1）；（3）機(ji)床(chuang)(chuang)機(ji)構實(shi)際沒(mei)移(yi)動(dong)(dong)，表現(xian)出(chu)(chu)最標(biao)準的(de)反向(xiang)(xiang)間(jian)(jian)隙；（4）機(ji)床(chuang)(chuang)運(yun)(yun)(yun)動(dong)(dong)距(ju)(ju)離(li)與脈沖(chong)器經定(ding)數(shu)值相等(deng)（斜(xie)率等(deng)于1），恢復到(dao)機(ji)床(chuang)(chuang)的(de)正(zheng)常(chang)運(yun)(yun)(yun)動(dong)(dong)。無(wu)論怎(zen)樣對反向(xiang)(xiang)間(jian)(jian)隙進(jin)行補償，其表現(xian)出(chu)(chu)的(de)特(te)征是：除了（3）階段(duan)補償外，其他各段(duan)變化(hua)依然存在(zai)(zai)，特(te)別是（1）階段(duan)嚴(yan)重(zhong)影(ying)響到(dao)機(ji)床(chuang)(chuang)的(de)加工精度。補償中發現(xian)，間(jian)(jian)隙補償越大，（1）階段(duan)移(yi)動(dong)(dong)的(de)距(ju)(ju)離(li)也越大。
分(fen)析上述(shu)檢(jian)查認為存(cun)在(zai)幾(ji)點可能(neng)原因：一是電機有(you)異常(chang)(chang)，二是機械(xie)(xie)方面有(you)故障，三是絲杠(gang)存(cun)在(zai)間隙。為了(le)進(jin)一步診(zhen)斷故障，將電機和絲杠(gang)完全(quan)脫開，分(fen)別對(dui)電機和機械(xie)(xie)部分(fen)進(jin)行檢(jian)查。檢(jian)查結果是電機運(yun)行正(zheng)(zheng)常(chang)(chang)；在(zai)對(dui)機械(xie)(xie)部分(fen)診(zhen)斷中發現(xian)，用手盤(pan)動(dong)絲杠(gang)時，返回(hui)運(yun)動(dong)初始有(you)很(hen)大的空缺感。而正(zheng)(zheng)常(chang)(chang)情況下，應該能(neng)感覺到軸承有(you)序而平滑的移動(dong)。
故障處理：經過拆卸(xie)檢(jian)查發現該(gai)軸(zhou)承確實受損，且(qie)有滾(gun)珠脫落。更換后機床恢(hui)復正常。
2.控制邏(luo)輯不妥導致加工精度異常
故(gu)障現象：一(yi)臺上海機床廠(chang)家生產的加工中心，系統(tong)是Frank.加工過程(cheng)中，發(fa)現該(gai)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)X軸(zhou)精度(du)異(yi)常，精度(du)誤差(cha)最小為(wei)0.008mm，最大(da)(da)為(wei)1.2mm.故障(zhang)診斷(duan)：檢(jian)查(cha)中，機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)已經按照要求設置(zhi)了G54工件坐(zuo)(zuo)標(biao)系。在(zai)手動(dong)輸入(ru)數據方(fang)(fang)(fang)式操作(zuo)下，以G54坐(zuo)(zuo)標(biao)系運行(xing)一段程(cheng)序即(ji)“GOOG90G54X60.OY70.OF150；M30；”，待機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)運行(xing)結束后顯示(shi)器上顯示(shi)的(de)(de)機(ji)(ji)械坐(zuo)(zuo)標(biao)值(zhi)(zhi)為(wei)（X軸(zhou)）“-1025.243”，記錄下該(gai)數值(zhi)(zhi)。然后在(zai)手動(dong)方(fang)(fang)(fang)式下，將機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)點動(dong)到(dao)其他(ta)任意位(wei)(wei)置(zhi)，再次在(zai)手動(dong)輸入(ru)數據方(fang)(fang)(fang)式操作(zuo)下運行(xing)剛才的(de)(de)程(cheng)序段，待機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)停止(zhi)后，發(fa)現此(ci)(ci)時(shi)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)坐(zuo)(zuo)標(biao)數值(zhi)(zhi)顯示(shi)為(wei)“-1024.891”，同(tong)上一次執(zhi)行(xing)后的(de)(de)數值(zhi)(zhi)比較相(xiang)(xiang)差(cha)了0.352mm.按照同(tong)樣的(de)(de)方(fang)(fang)(fang)法，將X軸(zhou)點動(dong)移動(dong)到(dao)不同(tong)的(de)(de)位(wei)(wei)置(zhi)，反復執(zhi)行(xing)該(gai)程(cheng)序段，而顯示(shi)器上顯示(shi)的(de)(de)數值(zhi)(zhi)都(dou)有所不同(tong)（不穩(wen)定(ding)）。用百分表(biao)對(dui)X軸(zhou)進(jin)行(xing)仔(zi)細檢(jian)查(cha)，發(fa)現機(ji)(ji)械位(wei)(wei)置(zhi)實際誤差(cha)同(tong)數字顯示(shi)出(chu)來的(de)(de)誤差(cha)基本一致(zhi)，從而認為(wei)故障(zhang)原因(yin)(yin)為(wei)X軸(zhou)重(zhong)復定(ding)位(wei)(wei)誤差(cha)過大(da)(da)。對(dui)X軸(zhou)的(de)(de)反向間隙及(ji)定(ding)位(wei)(wei)精度(du)進(jin)行(xing)檢(jian)查(cha)，重(zhong)新補償其誤差(cha)值(zhi)(zhi)，結果起不到(dao)任何作(zuo)用。因(yin)(yin)此(ci)(ci)懷疑光柵尺及(ji)系統(tong)參數等有問題。但為(wei)什(shen)么產生如(ru)此(ci)(ci)大(da)(da)的(de)(de)誤差(cha)，卻又未出(chu)現相(xiang)(xiang)應的(de)(de)報警信息進(jin)一步檢(jian)查(cha)發(fa)現，此(ci)(ci)軸(zhou)為(wei)垂直(zhi)方(fang)(fang)(fang)向的(de)(de)軸(zhou)，當X軸(zhou)松開時(shi)主軸箱向下掉，造成(cheng)了誤差。
故障處理：對機床的PLC邏輯控制(zhi)程序做了修改，即(ji)在(zai)X軸(zhou)松開(kai)時(shi)，先把X軸(zhou)使(shi)(shi)能(neng)加載，再(zai)把X軸(zhou)松開(kai)；而在(zai)X軸(zhou)夾緊(jin)時(shi)，先把X軸(zhou)夾緊(jin)后，再(zai)把使(shi)(shi)能(neng)去掉。調整后機床故(gu)障(zhang)得以解決。
3.機床位置(zhi)問題(ti)導致加工精度異常(chang)
故障現象：一臺杭州產的立式數控銑床，配備北京(jing)KND-10M系(xi)統。在(zai)點動或加工過程中，發現Z軸異常。
故障診(zhen)(zhen)斷(duan)：檢(jian)查發(fa)現，Z軸(zhou)上下移動(dong)(dong)(dong)(dong)不均(jun)(jun)勻(yun)(yun)且有(you)噪聲，且存在一(yi)定(ding)間隙(xi)。電機啟(qi)動(dong)(dong)(dong)(dong)時(shi)(shi)，在點動(dong)(dong)(dong)(dong)方式下Z軸(zhou)向上運(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)存在不穩定(ding)的(de)(de)噪聲及受力不均(jun)(jun)勻(yun)(yun)，且感覺電機抖(dou)動(dong)(dong)(dong)(dong)比較厲害；而向下運(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)時(shi)(shi)，就沒有(you)抖(dou)動(dong)(dong)(dong)(dong)得這(zhe)么明顯；停(ting)止(zhi)時(shi)(shi)不抖(dou)動(dong)(dong)(dong)(dong)，在加工過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)表現得比較明顯。分(fen)析(xi)認(ren)為，故障原(yuan)因(yin)有(you)三點：一(yi)是(shi)(shi)絲(si)杠反向間隙(xi)很大；二是(shi)(shi)Z軸(zhou)電機工作異常；三是(shi)(shi)皮(pi)(pi)帶(dai)輪受損至受力不均(jun)(jun)。但(dan)有(you)一(yi)個問題(ti)要注(zhu)意的(de)(de)是(shi)(shi)，停(ting)止(zhi)時(shi)(shi)不抖(dou)動(dong)(dong)(dong)(dong)，上下運(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)不均(jun)(jun)勻(yun)(yun)，所(suo)以電機工作異常這(zhe)個問題(ti)可(ke)以排(pai)除。因(yin)此先(xian)對(dui)機械部分(fen)診(zhen)(zhen)斷(duan)，在診(zhen)(zhen)斷(duan)測試過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)沒有(you)發(fa)現異常，在公差之內(nei)(nei)。利用排(pai)除法則，余下的(de)(de)只有(you)皮(pi)(pi)帶(dai)問題(ti)了(le)，在檢(jian)測皮(pi)(pi)帶(dai)時(shi)(shi)，發(fa)覺這(zhe)條皮(pi)(pi)帶(dai)剛(gang)換不久，但(dan)在細(xi)心檢(jian)測皮(pi)(pi)帶(dai)時(shi)(shi)，發(fa)現皮(pi)(pi)帶(dai)內(nei)(nei)側出(chu)現不同程(cheng)(cheng)度的(de)(de)受損，很明顯是(shi)(shi)受力不均(jun)(jun)所(suo)至，是(shi)(shi)什么原(yuan)因(yin)造(zao)成的(de)(de)呢在診(zhen)(zhen)斷(duan)中(zhong)發(fa)現電機放置有(you)問題(ti)，即裝夾的(de)(de)角度位置不對(dui)稱(cheng)造(zao)成受力不均(jun)(jun)。
故障處(chu)理：只要(yao)將電機重裝，對準角度(du)，測量好距離(li)（電機與Z軸的軸承），皮帶(dai)兩邊（長(chang)度(du)）要(yao)均勻(yun)。這樣，Z軸上下移(yi)動(dong)不均勻(yun)且有噪聲及抖動(dong)現象就消除了，Z軸加工恢復正常。
4.系統(tong)參數未(wei)優化(hua)，電(dian)機運行異常
導(dao)致加工(gong)精(jing)度(du)異常系統參(can)數(shu)主要(yao)包括機(ji)床進給(gei)單位(wei)，零點偏置(zhi)，反(fan)向間隙(xi)等。例如Frank數(shu)控系統，其進給(gei)單位(wei)有公制(zhi)和(he)(he)英制(zhi)兩(liang)種。在(zai)機(ji)床修(xiu)(xiu)理過程中對于(yu)局部處(chu)理，常常影響到零點偏置(zhi)和(he)(he)間隙(xi)的變(bian)化，故障處(chu)理完(wan)畢后應作(zuo)適(shi)時的調整和(he)(he)修(xiu)(xiu)改(gai)；另一方(fang)面(mian)，由于(yu)機(ji)械磨損嚴(yan)重或連接位(wei)松動也(ye)可能造成參(can)數(shu)實測(ce)值(zhi)的變(bian)化，需(xu)要(yao)對參(can)數(shu)做相應的修(xiu)(xiu)改(gai)才能滿足(zu)機(ji)床加工(gong)精(jing)度(du)的要(yao)求。
故障現象(xiang)：一臺杭州產(chan)的(de)立(li)式數控銑床，配備北京KND-10M系統。在加工過程中，發現X軸精度異常。
故障診斷：檢查發現X軸(zhou)存在一(yi)定間(jian)隙，且電(dian)機(ji)啟動(dong)(dong)(dong)時(shi)存在不穩定的現象。用(yong)手觸摸X軸(zhou)電(dian)機(ji)時(shi)感覺電(dian)機(ji)拉動(dong)(dong)(dong)比(bi)(bi)較厲害，停止時(shi)拉動(dong)(dong)(dong)不明顯(xian)，尤其(qi)是點(dian)動(dong)(dong)(dong)方式下比(bi)(bi)較明顯(xian)。分析認為，故障原(yuan)因有兩點(dian)：一(yi)是絲杠反間(jian)隙很大；二(er)是X軸(zhou)電(dian)機(ji)工作異常。
故(gu)障處理(li)：利用KND-10M系(xi)統(tong)的參數(shu)功能(neng)，對(dui)電機進行調試。首先對(dui)存在的間(jian)隙進行補(bu)償(chang)，再調整伺服系(xi)統(tong)參數(shu)及脈(mo)沖抑制功能(neng)參數(shu)，X軸電機的抖動消除，機床加工精度恢復正(zheng)常。 |
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