| 淺析數控機床加工精度降低的原因 |
造成加工(gong)精度(du)異常故障的原(yuan)(yuan)因(yin)隱蔽性強，診斷難(nan)度(du)比較大，歸納出五個主要原(yuan)(yuan)因(yin)：機床進(jin)給單位被(bei)改動(dong)或變化；機(ji)床各個軸(zhou)(zhou)的(de)零點偏(pian)置異(yi)(yi)常(chang)(chang)；軸(zhou)(zhou)向(xiang)的(de)反向(xiang)間隙異(yi)(yi)常(chang)(chang)；電(dian)機(ji)運(yun)行(xing)狀態異(yi)(yi)常(chang)(chang)，即(ji)電(dian)氣及控制部分(fen)異(yi)(yi)常(chang)(chang)；機(ji)械故障，如(ru)絲杠(gang)，軸承，軸聯器等部件(jian)。另外加工(gong)程序的編制，刀具的(de)選擇及人為因素，也可能(neng)導(dao)致加工(gong)精度異常。
一、造成加工精度異常故障的原因
造成加(jia)工(gong)精(jing)度異(yi)常故障(zhang)的(de)原(yuan)因(yin)(yin)隱蔽性(xing)強，診(zhen)斷(duan)難度比較大，歸(gui)納(na)出五(wu)個(ge)主要原(yuan)因(yin)(yin)：機(ji)床進給單位被改動(dong)或變(bian)化；機(ji)床各個(ge)軸的(de)零(ling)點偏(pian)置異(yi)常；軸向(xiang)的(de)反向(xiang)間隙(xi)異(yi)常；電機(ji)運行狀態(tai)異(yi)常，即電氣(qi)及控制(zhi)部分(fen)異(yi)常；機(ji)械(xie)故障(zhang)，如絲杠(gang)，軸承，軸聯器等(deng)部件。另外加(jia)工(gong)程序的(de)編制(zhi)，刀具的(de)選擇及人為因(yin)(yin)素(su)，也可能導致加(jia)工(gong)精(jing)度異(yi)常。
二、數控機床故障診斷原則
1.先外部后內部數(shu)控機(ji)床(chuang)(chuang)是集機(ji)械(xie)，液壓(ya)，電氣為一體的(de)機(ji)床(chuang)(chuang)，故(gu)(gu)其故(gu)(gu)障(zhang)的(de)發生也會由這三者綜(zong)合反(fan)映出來。維修(xiu)人員應先由外向內逐(zhu)一進行排查，盡量避免隨意地啟(qi)封，拆(chai)卸，否則會擴大故(gu)(gu)障(zhang)，使機(ji)床(chuang)(chuang)喪失精度(du)，降低性能。
2.先機械后(hou)電氣一(yi)般來說(shuo)，機械故障較易發覺，而數控系統故障的診(zhen)斷則難度較大些。在故障檢(jian)修之前，首先注意排除機械性的故障，往往可達到事半功倍(bei)的效(xiao)果。
3.先(xian)靜后動先(xian)在(zai)機(ji)床斷電的靜止狀態(tai)下，通(tong)過了解，觀(guan)察(cha)，測試，分(fen)析，確認為非(fei)破壞性(xing)故障(zhang)(zhang)后，方可(ke)給機(ji)床通(tong)電；在(zai)運(yun)行工況下，進(jin)行動態(tai)的觀(guan)察(cha)，檢(jian)驗和測試，查(cha)找故障(zhang)(zhang)。而對破壞性(xing)故障(zhang)(zhang)，必須先(xian)排除(chu)危險后，方可(ke)通(tong)電。
4.先簡單后復雜當出現(xian)多種故障互相交織掩蓋，一時(shi)無(wu)從下(xia)手時(shi)，應先解(jie)決容(rong)易的(de)問(wen)題，后解(jie)決難(nan)(nan)度較大的(de)問(wen)題。往往簡單問(wen)題解(jie)決后，難(nan)(nan)度大的(de)問(wen)題也可(ke)能變(bian)得容(rong)易。
三、數控機床故障診斷方法
1.直觀法：（望聞問切）問-機床的故障現象，加工狀況等(deng)；看-CRT報(bao)警(jing)信息，報(bao)警(jing)指(zhi)示燈(deng)，電(dian)容器(qi)等(deng)元件變形(xing)煙熏燒焦，保護器(qi)脫扣等(deng)；聽-異(yi)常聲響；聞-電(dian)氣元件焦糊味(wei)及其它異味；摸-發(fa)熱(re)，振動，接觸(chu)不良等。
2.參(can)(can)數(shu)檢查(cha)法：參(can)(can)數(shu)通(tong)(tong)常是存放(fang)在RAM中(zhong)，有時電(dian)池電(dian)壓不(bu)足，系統(tong)長期不(bu)通(tong)(tong)電(dian)或外部(bu)干(gan)擾都會使(shi)參(can)(can)數(shu)丟失或混亂，應根據故(gu)障(zhang)特征，檢查(cha)和校對有關參(can)(can)數(shu)。
3.隔離法(fa)：一些故障，難以(yi)區分是(shi)(shi)數控部分，還是(shi)(shi)伺服系統或機械部(bu)分造成的，常采用隔離(li)法(fa)。
4.同(tong)(tong)類對調法用(yong)同(tong)(tong)功(gong)(gong)能的備用(yong)板(ban)替換(huan)(huan)被懷疑有故障的模(mo)板(ban)，或(huo)將(jiang)功(gong)(gong)能相(xiang)同(tong)(tong)的模(mo)板(ban)或(huo)單元相(xiang)互(hu)交換(huan)(huan)。
5.功(gong)能(neng)(neng)程(cheng)序(xu)測試(shi)法將G，M，S，T，功(gong)能(neng)(neng)的全部(bu)指令(ling)編寫一些小程(cheng)序(xu)，在診斷(duan)故障時運行這些程(cheng)序(xu)，即可(ke)判(pan)斷(duan)功(gong)能(neng)(neng)的缺失。
四、加工精度異常故障診斷和處理實例
1.機械故障(zhang)導(dao)致加工精度異常
故障現(xian)象(xiang)：一臺SV-1000立式加工中心，采用Frank系(xi)統。在加工連桿(gan)模(mo)具過(guo)程中(zhong)，忽(hu)然(ran)發現Z軸進(jin)給異常，造成至(zhi)少1mm的切(qie)削誤差量(liang)（Z方(fang)向過(guo)切(qie)）。
故障(zhang)診斷：調查中了解(jie)到，故障(zhang)是忽(hu)然發生(sheng)的。機床在點動(dong)，在手動(dong)輸入數(shu)據方式操作下(xia)各個(ge)軸運行正常，且(qie)回(hui)參考(kao)點正常，無任何報警提示(shi)，電氣控制部(bu)分硬故障(zhang)的可能性排除。應主要對以下(xia)幾個(ge)方面逐一進行檢查。
檢查機床精度(du)異常時正在運(yun)行的(de)加工(gong)程序段，特別是(shi)刀具長度(du)補償，加工(gong)坐標系（G54-G59）的(de)校對和計(ji)算(suan)。
在點動方式下，反復運(yun)動Z軸(zhou)，經過視，觸，聽，對其(qi)運(yun)動狀(zhuang)態診(zhen)斷(duan)，發現Z向運(yun)動噪(zao)音(yin)異常，特別是(shi)快(kuai)速點動，噪(zao)音(yin)更(geng)加明顯。由(you)此(ci)判(pan)斷(duan)，機械方面可能存在隱患。
檢(jian)查機床Z軸精度。用手搖(yao)脈沖(chong)發生器移動Z軸，（將其倍率定為1×100的擋(dang)位，即每變化一步(bu)，電機進(jin)給0.1mm），配合百分表觀察Z軸(zhou)的(de)(de)(de)(de)運動(dong)(dong)(dong)(dong)情況。在單向運動(dong)(dong)(dong)(dong)保持正常后作(zuo)為(wei)起始點的(de)(de)(de)(de)正向運動(dong)(dong)(dong)(dong)，脈(mo)(mo)沖器(qi)每變化一(yi)步，機(ji)(ji)床(chuang)Z軸(zhou)運動(dong)(dong)(dong)(dong)的(de)(de)(de)(de)實(shi)(shi)際距離(li)d=d1=d2=d3=…=0.1mm，說明(ming)電機(ji)(ji)運行(xing)良好，定(ding)位(wei)精度也良好。而返(fan)回機(ji)(ji)床(chuang)實(shi)(shi)際運動(dong)(dong)(dong)(dong)位(wei)移的(de)(de)(de)(de)變化上，可(ke)以分(fen)為(wei)四(si)個階段(duan)(duan)(duan)：（1）機(ji)(ji)床(chuang)運動(dong)(dong)(dong)(dong)距離(li)d1>d=0.1mm（斜(xie)率大(da)于(yu)1）；（2）表(biao)(biao)現出(chu)為(wei)d1=0.1mm>d2>d3（斜(xie)率小于(yu)1）；（3）機(ji)(ji)床(chuang)機(ji)(ji)構實(shi)(shi)際沒移動(dong)(dong)(dong)(dong)，表(biao)(biao)現出(chu)最標準的(de)(de)(de)(de)反向間(jian)隙(xi)；（4）機(ji)(ji)床(chuang)運動(dong)(dong)(dong)(dong)距離(li)與(yu)脈(mo)(mo)沖器(qi)經定(ding)數值相(xiang)等(deng)（斜(xie)率等(deng)于(yu)1），恢復到機(ji)(ji)床(chuang)的(de)(de)(de)(de)正常運動(dong)(dong)(dong)(dong)。無論怎樣對反向間(jian)隙(xi)進行(xing)補(bu)(bu)償(chang)，其表(biao)(biao)現出(chu)的(de)(de)(de)(de)特(te)(te)征是(shi)(shi)：除(chu)了(le)（3）階段(duan)(duan)(duan)補(bu)(bu)償(chang)外，其他各段(duan)(duan)(duan)變化依然(ran)存(cun)在，特(te)(te)別是(shi)(shi)（1）階段(duan)(duan)(duan)嚴重(zhong)影響到機(ji)(ji)床(chuang)的(de)(de)(de)(de)加工精度。補(bu)(bu)償(chang)中(zhong)發現，間(jian)隙(xi)補(bu)(bu)償(chang)越大(da)，（1）階段(duan)(duan)(duan)移動(dong)(dong)(dong)(dong)的(de)(de)(de)(de)距離(li)也越大(da)。
分(fen)析上(shang)述(shu)檢查認為存(cun)在幾點(dian)可(ke)能原因：一(yi)是(shi)電機(ji)有(you)異(yi)常，二(er)是(shi)機(ji)械方(fang)面有(you)故(gu)障，三是(shi)絲杠存(cun)在間(jian)隙。為了(le)進一(yi)步診斷(duan)故(gu)障，將電機(ji)和絲杠完全脫開，分(fen)別(bie)對電機(ji)和機(ji)械部分(fen)進行檢查。檢查結果是(shi)電機(ji)運行正(zheng)常；在對機(ji)械部分(fen)診斷(duan)中發現，用(yong)手盤(pan)動(dong)絲杠時，返(fan)回運動(dong)初(chu)始有(you)很大的(de)空缺感(gan)。而正(zheng)常情(qing)況下，應(ying)該能感(gan)覺到軸承有(you)序而平滑(hua)的(de)移(yi)動(dong)。
故障處理：經過拆卸檢查發現該軸承確實受損，且有滾珠脫落。更換(huan)后機(ji)床(chuang)恢(hui)復(fu)正常。
2.控制邏輯不(bu)妥導致加(jia)工精度異(yi)常
故障現(xian)象：一臺(tai)上(shang)海機床廠家生(sheng)產的加工中心，系統(tong)是Frank.加工(gong)過(guo)程(cheng)中，發(fa)現(xian)(xian)該機(ji)床(chuang)X軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)精度異常，精度誤(wu)(wu)差(cha)最小為0.008mm，最大(da)為1.2mm.故(gu)障(zhang)診斷：檢查(cha)(cha)中，機(ji)床(chuang)已經按(an)照(zhao)要(yao)求設置了G54工(gong)件坐(zuo)標(biao)系。在(zai)手(shou)動輸入數(shu)(shu)據(ju)(ju)方(fang)(fang)式操作下(xia)(xia)，以G54坐(zuo)標(biao)系運行(xing)(xing)一段(duan)程(cheng)序(xu)即“GOOG90G54X60.OY70.OF150；M30；”，待機(ji)床(chuang)運行(xing)(xing)結束后顯(xian)(xian)示(shi)(shi)器上顯(xian)(xian)示(shi)(shi)的(de)(de)機(ji)械(xie)坐(zuo)標(biao)值為（X軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)）“-1025.243”，記錄下(xia)(xia)該數(shu)(shu)值。然后在(zai)手(shou)動方(fang)(fang)式下(xia)(xia)，將機(ji)床(chuang)點動到(dao)其他任意位(wei)(wei)置，再次(ci)在(zai)手(shou)動輸入數(shu)(shu)據(ju)(ju)方(fang)(fang)式操作下(xia)(xia)運行(xing)(xing)剛(gang)才的(de)(de)程(cheng)序(xu)段(duan)，待機(ji)床(chuang)停止后，發(fa)現(xian)(xian)此(ci)(ci)時(shi)機(ji)床(chuang)坐(zuo)標(biao)數(shu)(shu)值顯(xian)(xian)示(shi)(shi)為“-1024.891”，同(tong)上一次(ci)執行(xing)(xing)后的(de)(de)數(shu)(shu)值比較相差(cha)了0.352mm.按(an)照(zhao)同(tong)樣的(de)(de)方(fang)(fang)法(fa)，將X軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)點動移動到(dao)不(bu)同(tong)的(de)(de)位(wei)(wei)置，反(fan)(fan)復執行(xing)(xing)該程(cheng)序(xu)段(duan)，而顯(xian)(xian)示(shi)(shi)器上顯(xian)(xian)示(shi)(shi)的(de)(de)數(shu)(shu)值都有所不(bu)同(tong)（不(bu)穩定）。用百(bai)分(fen)表對X軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)進行(xing)(xing)仔細檢查(cha)(cha)，發(fa)現(xian)(xian)機(ji)械(xie)位(wei)(wei)置實(shi)際誤(wu)(wu)差(cha)同(tong)數(shu)(shu)字顯(xian)(xian)示(shi)(shi)出(chu)來的(de)(de)誤(wu)(wu)差(cha)基本一致，從(cong)而認為故(gu)障(zhang)原因(yin)為X軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)重復定位(wei)(wei)誤(wu)(wu)差(cha)過(guo)大(da)。對X軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)的(de)(de)反(fan)(fan)向間隙(xi)及定位(wei)(wei)精度進行(xing)(xing)檢查(cha)(cha)，重新補(bu)償(chang)其誤(wu)(wu)差(cha)值，結果起不(bu)到(dao)任何作用。因(yin)此(ci)(ci)懷疑(yi)光柵尺及系統(tong)參數(shu)(shu)等有問題。但為什么產(chan)生如(ru)此(ci)(ci)大(da)的(de)(de)誤(wu)(wu)差(cha)，卻又未(wei)出(chu)現(xian)(xian)相應的(de)(de)報警(jing)信息(xi)進一步檢查(cha)(cha)發(fa)現(xian)(xian)，此(ci)(ci)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)為垂直方(fang)(fang)向的(de)(de)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)，當X軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)松(song)開時(shi)主軸箱(xiang)向下掉，造成了誤(wu)差(cha)。
故(gu)障處理：對(dui)機床的(de)PLC邏輯控制程序做(zuo)了修(xiu)改(gai)，即在X軸(zhou)松開時，先把(ba)(ba)X軸(zhou)使能(neng)加載，再(zai)把(ba)(ba)X軸(zhou)松開；而在X軸(zhou)夾緊(jin)時，先把(ba)(ba)X軸(zhou)夾緊(jin)后，再(zai)把(ba)(ba)使能(neng)去掉。調整后機床(chuang)故障得以解決。
3.機床(chuang)位置問題導致加工精度異常
故障現(xian)象：一(yi)臺杭州產的立式數控銑床，配備(bei)北(bei)京KND-10M系統(tong)。在點(dian)動或加(jia)工過程中(zhong)，發現Z軸異常(chang)。
故障(zhang)診(zhen)斷(duan)：檢查發現(xian)(xian)(xian)，Z軸(zhou)上下移動(dong)不(bu)(bu)均(jun)勻(yun)且有(you)噪(zao)聲，且存(cun)在(zai)(zai)一(yi)定(ding)間(jian)隙。電(dian)機(ji)啟動(dong)時(shi)，在(zai)(zai)點動(dong)方式下Z軸(zhou)向(xiang)上運動(dong)存(cun)在(zai)(zai)不(bu)(bu)穩定(ding)的(de)噪(zao)聲及受(shou)力不(bu)(bu)均(jun)勻(yun)，且感覺電(dian)機(ji)抖動(dong)比較厲害(hai)；而向(xiang)下運動(dong)時(shi)，就沒有(you)抖動(dong)得這(zhe)么明(ming)顯；停(ting)止時(shi)不(bu)(bu)抖動(dong)，在(zai)(zai)加工過程(cheng)中表現(xian)(xian)(xian)得比較明(ming)顯。分(fen)析認為，故障(zhang)原(yuan)因有(you)三點：一(yi)是(shi)(shi)絲杠反向(xiang)間(jian)隙很大；二是(shi)(shi)Z軸(zhou)電(dian)機(ji)工作(zuo)異常(chang)；三是(shi)(shi)皮(pi)(pi)帶(dai)(dai)(dai)輪受(shou)損至(zhi)受(shou)力不(bu)(bu)均(jun)。但有(you)一(yi)個(ge)問題要注意(yi)的(de)是(shi)(shi)，停(ting)止時(shi)不(bu)(bu)抖動(dong)，上下運動(dong)不(bu)(bu)均(jun)勻(yun)，所以電(dian)機(ji)工作(zuo)異常(chang)這(zhe)個(ge)問題可以排除。因此先對機(ji)械部分(fen)診(zhen)斷(duan)，在(zai)(zai)診(zhen)斷(duan)測試過程(cheng)中沒有(you)發現(xian)(xian)(xian)異常(chang)，在(zai)(zai)公差之內(nei)。利(li)用排除法則，余下的(de)只有(you)皮(pi)(pi)帶(dai)(dai)(dai)問題了(le)，在(zai)(zai)檢測皮(pi)(pi)帶(dai)(dai)(dai)時(shi)，發覺這(zhe)條皮(pi)(pi)帶(dai)(dai)(dai)剛換不(bu)(bu)久，但在(zai)(zai)細(xi)心檢測皮(pi)(pi)帶(dai)(dai)(dai)時(shi)，發現(xian)(xian)(xian)皮(pi)(pi)帶(dai)(dai)(dai)內(nei)側出現(xian)(xian)(xian)不(bu)(bu)同(tong)程(cheng)度的(de)受(shou)損，很明(ming)顯是(shi)(shi)受(shou)力不(bu)(bu)均(jun)所至(zhi)，是(shi)(shi)什么原(yuan)因造成的(de)呢在(zai)(zai)診(zhen)斷(duan)中發現(xian)(xian)(xian)電(dian)機(ji)放置(zhi)有(you)問題，即裝夾的(de)角度位置(zhi)不(bu)(bu)對稱(cheng)造成受(shou)力不(bu)(bu)均(jun)。
故障處理：只要(yao)將電機(ji)重裝，對準角度(du)，測量好(hao)距(ju)離（電機(ji)與Z軸的軸承(cheng)），皮帶兩邊（長度(du)）要(yao)均勻。這樣，Z軸上下移動不(bu)均勻且有噪(zao)聲及(ji)抖動現象就消除了(le)，Z軸加(jia)工恢(hui)復正常。
4.系(xi)統(tong)參數(shu)未(wei)優(you)化(hua)，電機運行異常
導致加工精(jing)度異常系統(tong)(tong)參數(shu)主要(yao)包(bao)括機(ji)(ji)床(chuang)進給單(dan)位，零點偏(pian)置，反向間隙等。例如Frank數(shu)控系統(tong)(tong)，其進給單(dan)位有公制(zhi)和英制(zhi)兩種(zhong)。在機(ji)(ji)床(chuang)修理過程中對于(yu)(yu)局部處(chu)理，常常影(ying)響到零點偏(pian)置和間隙的(de)(de)(de)變化(hua)，故障(zhang)處(chu)理完畢后(hou)應作適時(shi)的(de)(de)(de)調整和修改；另一方(fang)面，由于(yu)(yu)機(ji)(ji)械磨損嚴重(zhong)或連接位松動(dong)也可(ke)能造(zao)成參數(shu)實測(ce)值的(de)(de)(de)變化(hua)，需要(yao)對參數(shu)做相應的(de)(de)(de)修改才能滿足(zu)機(ji)(ji)床(chuang)加工精(jing)度的(de)(de)(de)要(yao)求。
故(gu)障(zhang)現象：一臺杭州產的立式數控(kong)銑床，配備北京KND-10M系統。在加工過(guo)程中(zhong)，發現X軸精度異常。
故障診斷：檢查發現X軸存(cun)在一定(ding)間隙，且電機(ji)(ji)啟動時存(cun)在不穩(wen)定(ding)的現象。用手(shou)觸(chu)摸X軸電機(ji)(ji)時感覺電機(ji)(ji)拉(la)動比(bi)(bi)較(jiao)厲害，停(ting)止時拉(la)動不明顯，尤其是點動方式下(xia)比(bi)(bi)較(jiao)明顯。分析認為，故障原因有(you)兩點：一是絲杠反(fan)間隙很大；二是X軸電機(ji)(ji)工作異常。
故(gu)障處理(li)：利用KND-10M系(xi)(xi)統的參(can)數(shu)(shu)功能，對(dui)電(dian)機(ji)(ji)進行調(diao)試。首先對(dui)存在的間(jian)隙進行補(bu)償(chang)，再調(diao)整(zheng)伺(si)服系(xi)(xi)統參(can)數(shu)(shu)及脈沖抑制(zhi)功能參(can)數(shu)(shu)，X軸(zhou)電(dian)機(ji)(ji)的抖(dou)動消除，機(ji)(ji)床加工精度恢(hui)復正(zheng)常。 |
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