| 淺析數控機床加工精度降低的原因 |
造成加工(gong)精度異常故(gu)障(zhang)的(de)原因隱蔽性強，診斷(duan)難度比較大，歸納出(chu)五(wu)個主(zhu)要原因：機床進給(gei)單位被改動或變化(hua)；機(ji)(ji)床各(ge)個軸的(de)零(ling)點偏置異常；軸向(xiang)的(de)反向(xiang)間隙(xi)異常；電機(ji)(ji)運行狀態(tai)異常，即電氣及控制部(bu)分異常；機(ji)(ji)械故(gu)障，如(ru)絲杠，軸承，軸(zhou)聯器等部件(jian)。另外加(jia)工(gong)程(cheng)序(xu)的編制，刀具的選(xuan)擇及人為因素，也可能導致加工精度異(yi)常。
一、造成加工精度異常故障的原因
造成加(jia)工(gong)精度異(yi)(yi)常(chang)(chang)(chang)故(gu)障的(de)(de)原因隱蔽性強，診(zhen)斷難度比(bi)較大，歸納出五個主要原因：機(ji)床進(jin)給單位(wei)被改(gai)動或(huo)變化；機(ji)床各(ge)個軸(zhou)(zhou)的(de)(de)零點偏置異(yi)(yi)常(chang)(chang)(chang)；軸(zhou)(zhou)向(xiang)的(de)(de)反向(xiang)間隙異(yi)(yi)常(chang)(chang)(chang)；電(dian)機(ji)運(yun)行狀態(tai)異(yi)(yi)常(chang)(chang)(chang)，即電(dian)氣(qi)及控制(zhi)部分異(yi)(yi)常(chang)(chang)(chang)；機(ji)械(xie)故(gu)障，如絲杠(gang)，軸(zhou)(zhou)承，軸(zhou)(zhou)聯器等部件。另外加(jia)工(gong)程序(xu)的(de)(de)編制(zhi)，刀(dao)具(ju)的(de)(de)選(xuan)擇及人為因素，也(ye)可能導致加(jia)工(gong)精度異(yi)(yi)常(chang)(chang)(chang)。
二、數控機床故障診斷原則
1.先外(wai)部(bu)后內部(bu)數控(kong)機(ji)(ji)床(chuang)是集機(ji)(ji)械，液(ye)壓，電氣(qi)為(wei)一體的機(ji)(ji)床(chuang)，故(gu)其故(gu)障的發(fa)生也(ye)會(hui)由(you)這三者綜(zong)合反映出來。維修(xiu)人員應先由(you)外(wai)向內逐一進(jin)行排(pai)查，盡量避免隨意地(di)啟封(feng)，拆卸，否則會(hui)擴大(da)故(gu)障，使機(ji)(ji)床(chuang)喪失精度(du)，降(jiang)低性能。
2.先(xian)機(ji)械后電氣一(yi)般(ban)來(lai)說，機(ji)械故障較易發覺，而數控系統故(gu)障(zhang)的診斷則難度(du)較大些。在故(gu)障(zhang)檢(jian)修(xiu)之前，首先注(zhu)意(yi)排除(chu)機械性的故(gu)障(zhang)，往往可達到事半功倍的效(xiao)果。
3.先(xian)靜后(hou)動先(xian)在(zai)機床(chuang)斷電(dian)的靜止狀態下(xia)，通(tong)過了(le)解，觀察，測(ce)試(shi)，分析，確認為(wei)非(fei)破(po)壞(huai)性故障后(hou)，方(fang)可(ke)(ke)給機床(chuang)通(tong)電(dian)；在(zai)運行(xing)工況下(xia)，進(jin)行(xing)動態的觀察，檢驗和測(ce)試(shi)，查找故障。而對破(po)壞(huai)性故障，必須先(xian)排除危險后(hou)，方(fang)可(ke)(ke)通(tong)電(dian)。
4.先(xian)簡(jian)單后復雜當出現多種故障(zhang)互相交(jiao)織(zhi)掩蓋(gai)，一(yi)時(shi)無(wu)從下手時(shi)，應先(xian)解決(jue)容易的(de)問(wen)題(ti)，后解決(jue)難度較大的(de)問(wen)題(ti)。往(wang)往(wang)簡(jian)單問(wen)題(ti)解決(jue)后，難度大的(de)問(wen)題(ti)也可能變(bian)得容易。
三、數控機床故障診斷方法
1.直觀法：（望(wang)聞問(wen)切）問(wen)-機床(chuang)的(de)故障(zhang)現象，加工狀況等；看-CRT報(bao)警(jing)信(xin)息，報(bao)警(jing)指示燈(deng)，電(dian)容器等元件變形煙(yan)熏燒(shao)焦(jiao)，保護器脫(tuo)扣等；聽-異(yi)常聲響(xiang)；聞-電(dian)氣元件焦(jiao)糊味及其它異味；摸(mo)-發(fa)熱，振動，接觸不良等。
2.參(can)數檢(jian)查(cha)法：參(can)數通常是存放在RAM中，有時電(dian)池電(dian)壓(ya)不(bu)足(zu)，系(xi)統長期不(bu)通電(dian)或外部干擾都會(hui)使參(can)數丟失或混亂，應根據故(gu)障特征，檢(jian)查(cha)和校對有關(guan)參(can)數。
3.隔離法：一些故障(zhang)，難以區分是數控部(bu)分，還(huan)是伺服系統或機械部分造成的，常采用隔離法。
4.同類對調法用同功(gong)能的(de)(de)備(bei)用板(ban)替(ti)換被懷疑有故障(zhang)的(de)(de)模板(ban)，或(huo)將功(gong)能相同的(de)(de)模板(ban)或(huo)單元相互交(jiao)換。
5.功(gong)能(neng)(neng)程(cheng)序(xu)測試法將G，M，S，T，功(gong)能(neng)(neng)的(de)全部指令編寫(xie)一(yi)些小程(cheng)序(xu)，在診斷(duan)故障(zhang)時運行這些程(cheng)序(xu)，即可(ke)判斷(duan)功(gong)能(neng)(neng)的(de)缺失。
四、加工精度異常故障診斷和處理實例
1.機械故障導致加(jia)工(gong)精度異(yi)常(chang)
故障(zhang)現象(xiang)：一臺(tai)SV-1000立式加工中心，采用Frank系統。在加工(gong)連桿模(mo)具過程中，忽然(ran)發現Z軸進給異常(chang)，造成至少1mm的(de)切削誤(wu)差量（Z方向過切）。
故障(zhang)診斷：調查中了解到(dao)，故障(zhang)是忽然發生的。機床(chuang)在(zai)(zai)點(dian)動(dong)(dong)，在(zai)(zai)手動(dong)(dong)輸入數據(ju)方式操作下(xia)各個軸運(yun)行正常，且回參考點(dian)正常，無任何(he)報(bao)警提(ti)示(shi)，電氣控制部(bu)分(fen)硬故障(zhang)的可能性排除。應主要對以下(xia)幾個方面(mian)逐(zhu)一進(jin)行檢(jian)查。
檢查機床精度異常時正在運行(xing)的加(jia)工程序段，特別是刀具長度補償，加(jia)工坐標(biao)系（G54-G59）的校對和(he)計算。
在點動(dong)(dong)方(fang)式下，反復運(yun)(yun)(yun)動(dong)(dong)Z軸，經過視(shi)，觸(chu)，聽，對其運(yun)(yun)(yun)動(dong)(dong)狀態診斷，發現Z向(xiang)運(yun)(yun)(yun)動(dong)(dong)噪音異常，特別是(shi)快速點動(dong)(dong)，噪音更加明顯。由此判(pan)斷，機械方(fang)面可能存在隱(yin)患。
檢查(cha)機床Z軸精(jing)度(du)。用手搖(yao)脈沖發(fa)生器移動Z軸，（將(jiang)其倍率定為(wei)1×100的擋(dang)位，即(ji)每變化一步，電機進給0.1mm），配合百分表觀察Z軸的(de)(de)運動情況。在單向(xiang)運動保持正常(chang)后作(zuo)為起始點的(de)(de)正向(xiang)運動，脈沖(chong)器(qi)每變(bian)化(hua)一步(bu)，機(ji)(ji)床(chuang)Z軸運動的(de)(de)實(shi)際距(ju)離d=d1=d2=d3=…=0.1mm，說明電機(ji)(ji)運行良好(hao)，定位精度(du)也良好(hao)。而返回機(ji)(ji)床(chuang)實(shi)際運動位移(yi)的(de)(de)變(bian)化(hua)上(shang)，可以分為四(si)個階(jie)段(duan)(duan)：（1）機(ji)(ji)床(chuang)運動距(ju)離d1>d=0.1mm（斜(xie)率(lv)大(da)于1）；（2）表現(xian)出(chu)(chu)為d1=0.1mm>d2>d3（斜(xie)率(lv)小于1）；（3）機(ji)(ji)床(chuang)機(ji)(ji)構實(shi)際沒(mei)移(yi)動，表現(xian)出(chu)(chu)最標準的(de)(de)反向(xiang)間(jian)隙；（4）機(ji)(ji)床(chuang)運動距(ju)離與脈沖(chong)器(qi)經定數值相等(deng)(deng)（斜(xie)率(lv)等(deng)(deng)于1），恢復到機(ji)(ji)床(chuang)的(de)(de)正常(chang)運動。無(wu)論怎樣對反向(xiang)間(jian)隙進行補(bu)(bu)償，其表現(xian)出(chu)(chu)的(de)(de)特(te)征是：除了（3）階(jie)段(duan)(duan)補(bu)(bu)償外，其他各段(duan)(duan)變(bian)化(hua)依然存在，特(te)別是（1）階(jie)段(duan)(duan)嚴重影響到機(ji)(ji)床(chuang)的(de)(de)加工精度(du)。補(bu)(bu)償中發現(xian)，間(jian)隙補(bu)(bu)償越大(da)，（1）階(jie)段(duan)(duan)移(yi)動的(de)(de)距(ju)離也越大(da)。
分(fen)析上述檢(jian)查(cha)認(ren)為(wei)存在幾點可能原因：一是(shi)電機(ji)(ji)(ji)有異常，二是(shi)機(ji)(ji)(ji)械方面有故(gu)障，三是(shi)絲(si)(si)杠存在間隙。為(wei)了進一步診斷(duan)故(gu)障，將電機(ji)(ji)(ji)和絲(si)(si)杠完(wan)全(quan)脫開，分(fen)別對電機(ji)(ji)(ji)和機(ji)(ji)(ji)械部(bu)分(fen)進行檢(jian)查(cha)。檢(jian)查(cha)結(jie)果是(shi)電機(ji)(ji)(ji)運行正常；在對機(ji)(ji)(ji)械部(bu)分(fen)診斷(duan)中發(fa)現，用手(shou)盤動絲(si)(si)杠時，返回運動初始有很大的(de)空缺感。而(er)正常情況下，應該能感覺到軸承(cheng)有序(xu)而(er)平滑的(de)移動。
故障處理：經過拆卸檢查(cha)發現該軸承(cheng)確實受損(sun)，且有(you)滾珠脫(tuo)落(luo)。更換(huan)后機床恢復正常。
2.控制邏輯不妥導致(zhi)加工精(jing)度異常
故障現(xian)象(xiang)：一(yi)臺上海機床廠家生產的加工中心，系統是Frank.加(jia)工(gong)過程中(zhong)(zhong)，發(fa)現該(gai)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)床X軸精度(du)異常(chang)，精度(du)誤(wu)(wu)(wu)差(cha)(cha)(cha)最小為0.008mm，最大(da)為1.2mm.故(gu)障診斷：檢(jian)(jian)查(cha)中(zhong)(zhong)，機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)床已經按照(zhao)要(yao)求(qiu)設置(zhi)了G54工(gong)件(jian)坐(zuo)(zuo)標系。在手動(dong)(dong)輸入數(shu)據(ju)方(fang)式(shi)操作下，以G54坐(zuo)(zuo)標系運行一(yi)段(duan)(duan)程序(xu)即“GOOG90G54X60.OY70.OF150；M30；”，待機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)床運行結束后顯(xian)(xian)示(shi)(shi)器(qi)上(shang)顯(xian)(xian)示(shi)(shi)的(de)(de)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)械(xie)坐(zuo)(zuo)標值(zhi)為（X軸）“-1025.243”，記錄(lu)下該(gai)數(shu)值(zhi)。然后在手動(dong)(dong)方(fang)式(shi)下，將機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)床點(dian)動(dong)(dong)到(dao)其他任意位(wei)(wei)置(zhi)，再次(ci)在手動(dong)(dong)輸入數(shu)據(ju)方(fang)式(shi)操作下運行剛才的(de)(de)程序(xu)段(duan)(duan)，待機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)床停止后，發(fa)現此(ci)時(shi)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)床坐(zuo)(zuo)標數(shu)值(zhi)顯(xian)(xian)示(shi)(shi)為“-1024.891”，同(tong)上(shang)一(yi)次(ci)執(zhi)行后的(de)(de)數(shu)值(zhi)比較相差(cha)(cha)(cha)了0.352mm.按照(zhao)同(tong)樣(yang)的(de)(de)方(fang)法，將X軸點(dian)動(dong)(dong)移動(dong)(dong)到(dao)不(bu)(bu)同(tong)的(de)(de)位(wei)(wei)置(zhi)，反復執(zhi)行該(gai)程序(xu)段(duan)(duan)，而顯(xian)(xian)示(shi)(shi)器(qi)上(shang)顯(xian)(xian)示(shi)(shi)的(de)(de)數(shu)值(zhi)都有(you)所不(bu)(bu)同(tong)（不(bu)(bu)穩(wen)定）。用百分表(biao)對X軸進行仔細(xi)檢(jian)(jian)查(cha)，發(fa)現機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)械(xie)位(wei)(wei)置(zhi)實際誤(wu)(wu)(wu)差(cha)(cha)(cha)同(tong)數(shu)字顯(xian)(xian)示(shi)(shi)出(chu)(chu)來(lai)的(de)(de)誤(wu)(wu)(wu)差(cha)(cha)(cha)基本(ben)一(yi)致，從而認為故(gu)障原因為X軸重(zhong)復定位(wei)(wei)誤(wu)(wu)(wu)差(cha)(cha)(cha)過大(da)。對X軸的(de)(de)反向間(jian)隙及(ji)定位(wei)(wei)精度(du)進行檢(jian)(jian)查(cha)，重(zhong)新補償(chang)其誤(wu)(wu)(wu)差(cha)(cha)(cha)值(zhi)，結果起(qi)不(bu)(bu)到(dao)任何(he)作用。因此(ci)懷疑(yi)光柵(zha)尺(chi)及(ji)系統參數(shu)等(deng)有(you)問(wen)題(ti)。但(dan)為什么產(chan)生如此(ci)大(da)的(de)(de)誤(wu)(wu)(wu)差(cha)(cha)(cha)，卻又未出(chu)(chu)現相應的(de)(de)報警信息進一(yi)步(bu)檢(jian)(jian)查(cha)發(fa)現，此(ci)軸為垂直方(fang)向的(de)(de)軸，當X軸松開時(shi)主軸箱向下掉(diao)，造(zao)成了誤差。
故障處(chu)理(li)：對機床的PLC邏輯(ji)控制程序做了(le)修改，即在X軸(zhou)松開(kai)時(shi)，先(xian)把(ba)X軸(zhou)使(shi)能加載(zai)，再把(ba)X軸(zhou)松開(kai)；而在X軸(zhou)夾(jia)緊時(shi)，先(xian)把(ba)X軸(zhou)夾(jia)緊后，再把(ba)使(shi)能去掉。調整后機床故障得以解決。
3.機(ji)床位置問題導致加工精度異常
故(gu)障現(xian)象：一臺(tai)杭州產的立式(shi)數控銑床，配備北京(jing)KND-10M系統。在(zai)點動或加工過程中，發現Z軸(zhou)異常。
故障(zhang)診斷(duan)：檢(jian)查發(fa)現，Z軸上(shang)下(xia)移動(dong)(dong)不(bu)(bu)均勻且有(you)(you)噪(zao)(zao)聲，且存在(zai)一(yi)定間隙(xi)。電(dian)機(ji)(ji)啟動(dong)(dong)時，在(zai)點(dian)動(dong)(dong)方式下(xia)Z軸向(xiang)(xiang)(xiang)上(shang)運動(dong)(dong)存在(zai)不(bu)(bu)穩定的噪(zao)(zao)聲及受(shou)(shou)力(li)不(bu)(bu)均勻，且感覺(jue)電(dian)機(ji)(ji)抖(dou)動(dong)(dong)比較(jiao)厲(li)害；而向(xiang)(xiang)(xiang)下(xia)運動(dong)(dong)時，就沒有(you)(you)抖(dou)動(dong)(dong)得(de)這(zhe)么(me)(me)明(ming)顯；停止時不(bu)(bu)抖(dou)動(dong)(dong)，在(zai)加(jia)工過程(cheng)中(zhong)(zhong)表現得(de)比較(jiao)明(ming)顯。分(fen)析認(ren)為，故障(zhang)原因(yin)(yin)(yin)有(you)(you)三點(dian)：一(yi)是絲杠反向(xiang)(xiang)(xiang)間隙(xi)很大；二(er)是Z軸電(dian)機(ji)(ji)工作(zuo)異常(chang)；三是皮(pi)帶(dai)(dai)輪受(shou)(shou)損(sun)至(zhi)(zhi)受(shou)(shou)力(li)不(bu)(bu)均。但(dan)有(you)(you)一(yi)個(ge)問(wen)(wen)(wen)題(ti)要(yao)注意的是，停止時不(bu)(bu)抖(dou)動(dong)(dong)，上(shang)下(xia)運動(dong)(dong)不(bu)(bu)均勻，所以(yi)電(dian)機(ji)(ji)工作(zuo)異常(chang)這(zhe)個(ge)問(wen)(wen)(wen)題(ti)可以(yi)排除。因(yin)(yin)(yin)此先對(dui)(dui)機(ji)(ji)械部分(fen)診斷(duan)，在(zai)診斷(duan)測試過程(cheng)中(zhong)(zhong)沒有(you)(you)發(fa)現異常(chang)，在(zai)公差(cha)之內。利(li)用排除法則，余(yu)下(xia)的只(zhi)有(you)(you)皮(pi)帶(dai)(dai)問(wen)(wen)(wen)題(ti)了，在(zai)檢(jian)測皮(pi)帶(dai)(dai)時，發(fa)覺(jue)這(zhe)條皮(pi)帶(dai)(dai)剛換不(bu)(bu)久，但(dan)在(zai)細(xi)心檢(jian)測皮(pi)帶(dai)(dai)時，發(fa)現皮(pi)帶(dai)(dai)內側(ce)出現不(bu)(bu)同程(cheng)度(du)的受(shou)(shou)損(sun)，很明(ming)顯是受(shou)(shou)力(li)不(bu)(bu)均所至(zhi)(zhi)，是什(shen)么(me)(me)原因(yin)(yin)(yin)造成的呢在(zai)診斷(duan)中(zhong)(zhong)發(fa)現電(dian)機(ji)(ji)放(fang)置(zhi)有(you)(you)問(wen)(wen)(wen)題(ti)，即裝夾(jia)的角度(du)位置(zhi)不(bu)(bu)對(dui)(dui)稱造成受(shou)(shou)力(li)不(bu)(bu)均。
故障處理：只要將電機重裝，對準角度(du)，測量好距離（電機與Z軸的(de)軸承），皮帶兩邊(bian)（長度(du)）要均勻。這(zhe)樣，Z軸上(shang)下移(yi)動不均勻且有噪聲及抖動現象就消(xiao)除了，Z軸加工(gong)恢(hui)復正常。
4.系(xi)統(tong)參數(shu)未優(you)化，電機運行異常
導致加(jia)工(gong)精度異常系統(tong)參(can)數(shu)(shu)主要包括機床(chuang)進給單(dan)(dan)位，零點(dian)偏置(zhi)，反向間(jian)(jian)隙等。例如Frank數(shu)(shu)控系統(tong)，其進給單(dan)(dan)位有公(gong)制和英(ying)制兩種。在機床(chuang)修理過程(cheng)中對(dui)于局部(bu)處理，常常影響到(dao)零點(dian)偏置(zhi)和間(jian)(jian)隙的(de)變(bian)化，故障處理完(wan)畢后(hou)應作適時的(de)調(diao)整和修改；另一方面，由于機械磨損嚴重或連接位松動也可能(neng)造(zao)成參(can)數(shu)(shu)實測(ce)值的(de)變(bian)化，需要對(dui)參(can)數(shu)(shu)做相應的(de)修改才能(neng)滿足機床(chuang)加(jia)工(gong)精度的(de)要求。
故(gu)障現(xian)象：一臺杭(hang)州產的立式數(shu)控銑床(chuang)，配(pei)備北京KND-10M系(xi)統(tong)。在加工過程(cheng)中，發現(xian)X軸精度(du)異常。
故障診斷：檢查發現X軸存在一定間隙，且(qie)電(dian)(dian)機(ji)啟動(dong)時(shi)存在不穩(wen)定的(de)現象。用手觸摸(mo)X軸電(dian)(dian)機(ji)時(shi)感覺電(dian)(dian)機(ji)拉動(dong)比較厲(li)害，停止時(shi)拉動(dong)不明顯(xian)，尤其(qi)是(shi)點動(dong)方式下比較明顯(xian)。分析(xi)認為，故障原因(yin)有兩點：一是(shi)絲杠反(fan)間隙很(hen)大；二是(shi)X軸電(dian)(dian)機(ji)工作(zuo)異常。
故障處理：利用KND-10M系統的參(can)數功能，對(dui)電(dian)(dian)機(ji)進(jin)行(xing)調試(shi)。首先對(dui)存在的間隙進(jin)行(xing)補(bu)償，再調整(zheng)伺(si)服系統參(can)數及脈沖抑制功能參(can)數，X軸電(dian)(dian)機(ji)的抖(dou)動消除(chu)，機(ji)床加工(gong)精度恢復正常。 |
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