淺析數控機床加工精度降低的原因 |
造(zao)成(cheng)加工精度異常故障的原因隱蔽性(xing)強(qiang),診斷難度比較大,歸納出(chu)五個主要(yao)原因:機床進給單位被改動或變化;機床各個軸(zhou)的(de)(de)零點偏置(zhi)異常(chang);軸(zhou)向(xiang)的(de)(de)反(fan)向(xiang)間隙異常(chang);電機運(yun)行(xing)狀態異常(chang),即電氣及控制部分異常(chang);機械故障,如絲杠(gang),軸承,軸聯器等部件。另外加(jia)工程序的編制,刀具的選(xuan)擇及人為因素,也可能導致(zhi)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)(jia)(jia)工(gong)(gong)精度(du)異常(chang)(chang)故(gu)障(zhang)的原(yuan)因(yin)隱(yin)蔽性強,診斷(duan)難度(du)比較大,歸納出(chu)五(wu)個(ge)主要(yao)原(yuan)因(yin):機床進給單位被改(gai)動或變化;機床各個(ge)軸的零點偏置異常(chang)(chang);軸向的反(fan)向間隙(xi)異常(chang)(chang);電機運(yun)行狀(zhuang)態異常(chang)(chang),即電氣及控(kong)制(zhi)(zhi)部(bu)分異常(chang)(chang);機械故(gu)障(zhang),如(ru)絲(si)杠,軸承,軸聯器等(deng)部(bu)件。另外加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)程序的編制(zhi)(zhi),刀具的選(xuan)擇及人為因(yin)素,也可(ke)能導致加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)精度(du)異常(chang)(chang)。
二、數控機床故障診斷原則
1.先(xian)外部(bu)后內部(bu)數控(kong)機床是(shi)集機械,液壓,電氣為(wei)一體(ti)的(de)機床,故(gu)其故(gu)障的(de)發生也會由(you)這(zhe)三者綜合反映出來。維修(xiu)人員應先(xian)由(you)外向內逐一進行排查,盡(jin)量避(bi)免隨(sui)意地啟(qi)封,拆(chai)卸(xie),否則(ze)會擴大故(gu)障,使(shi)機床喪失精度,降低(di)性能。
2.先機械(xie)后電氣一(yi)般來說,機械(xie)故障較易發覺,而數控系統故(gu)障的(de)(de)診斷則難度較大些。在故(gu)障檢(jian)修之前,首(shou)先注意排除機械性的(de)(de)故(gu)障,往往可達到(dao)事(shi)半功倍的(de)(de)效果。
3.先(xian)靜后(hou)動(dong)先(xian)在機床斷電的靜止狀(zhuang)態下,通過了解,觀察,測試,分析,確認(ren)為非破(po)壞(huai)性故障(zhang)后(hou),方(fang)可給(gei)機床通電;在運行(xing)工況下,進(jin)行(xing)動(dong)態的觀察,檢驗和測試,查找故障(zhang)。而對破(po)壞(huai)性故障(zhang),必須先(xian)排(pai)除(chu)危險后(hou),方(fang)可通電。
4.先簡單后復雜當出(chu)現多種故障互(hu)相交織掩蓋,一(yi)時無(wu)從下手(shou)時,應先解(jie)(jie)決(jue)(jue)容易的問(wen)題(ti),后解(jie)(jie)決(jue)(jue)難(nan)度較大(da)的問(wen)題(ti)。往往簡單問(wen)題(ti)解(jie)(jie)決(jue)(jue)后,難(nan)度大(da)的問(wen)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)問切)問-機床(chuang)的(de)故障現象,加工狀況等(deng);看-CRT報警信息,報警指(zhi)示燈,電(dian)容器等(deng)元(yuan)件(jian)(jian)變形煙熏燒焦(jiao),保護器脫扣等(deng);聽-異常聲響;聞(wen)-電(dian)氣元(yuan)件(jian)(jian)焦(jiao)糊味及(ji)其它異味(wei);摸-發熱,振動,接觸不良等。
2.參(can)數檢查法:參(can)數通常是存放在RAM中,有時電(dian)池電(dian)壓不足,系統長(chang)期不通電(dian)或外部(bu)干(gan)擾都會使參(can)數丟失或混亂(luan),應根(gen)據故障特(te)征(zheng),檢查和校對有關參(can)數。
3.隔(ge)離法:一些故障,難以區分(fen)是數控部分(fen),還是伺服系統或(huo)機械(xie)部分造成的,常(chang)采用隔離(li)法。
4.同類對調法用(yong)(yong)同功能的備用(yong)(yong)板替換被懷疑有故障(zhang)的模板,或(huo)將功能相同的模板或(huo)單元(yuan)相互(hu)交換。
5.功能程序(xu)(xu)測(ce)試法將G,M,S,T,功能的全部指令編寫(xie)一些小程序(xu)(xu),在診斷故(gu)障(zhang)時(shi)運(yun)行這些程序(xu)(xu),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.機械故障(zhang)導(dao)致加工精(jing)度異常
故障(zhang)現(xian)象:一臺(tai)SV-1000立式加工中心,采(cai)用Frank系(xi)統。在加工(gong)連桿模具過程中(zhong),忽然發現Z軸(zhou)進給異常,造成至(zhi)少1mm的切削誤差量(Z方(fang)向過切)。
故(gu)(gu)障(zhang)診斷:調查中了解到(dao),故(gu)(gu)障(zhang)是(shi)忽(hu)然發(fa)生的。機床在(zai)點(dian)動,在(zai)手動輸入數據方式操作下各個軸運行(xing)正(zheng)常,且回參考點(dian)正(zheng)常,無任何報警提(ti)示(shi),電氣控制部分(fen)硬故(gu)(gu)障(zhang)的可能性排除(chu)。應主要對(dui)以下幾(ji)個方面逐一進行(xing)檢查。
檢查機床精度異常時正在運行的加工(gong)程序段,特別是刀(dao)具長度補(bu)償(chang),加工(gong)坐標(biao)系(G54-G59)的校對和(he)計(ji)算。
在點(dian)動(dong)方(fang)式下,反復運動(dong)Z軸,經過視,觸(chu),聽,對(dui)其運動(dong)狀態診斷,發(fa)現(xian)Z向運動(dong)噪音(yin)異(yi)常,特(te)別是快速(su)點(dian)動(dong),噪音(yin)更加(jia)明顯。由此判(pan)斷,機械方(fang)面(mian)可能存在隱患。
檢查機(ji)床(chuang)Z軸精度。用手搖脈沖發生器移動(dong)Z軸,(將其(qi)倍率定為(wei)1×100的擋位,即每變化一步,電機(ji)進給(gei)0.1mm),配合百分表觀察Z軸的(de)(de)運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)情況。在單(dan)向(xiang)運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)保持正(zheng)常(chang)后作為(wei)(wei)起(qi)始(shi)點(dian)的(de)(de)正(zheng)向(xiang)運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong),脈沖(chong)器每變化一步,機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)Z軸運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)的(de)(de)實際距(ju)離(li)(li)d=d1=d2=d3=…=0.1mm,說明電機(ji)(ji)運(yun)(yun)行(xing)良(liang)好,定(ding)位(wei)精度也良(liang)好。而返回機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)實際運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)位(wei)移的(de)(de)變化上,可(ke)以分為(wei)(wei)四個階(jie)段(duan)(duan):(1)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)距(ju)離(li)(li)d1>d=0.1mm(斜率(lv)大(da)(da)于(yu)1);(2)表(biao)現(xian)(xian)出(chu)為(wei)(wei)d1=0.1mm>d2>d3(斜率(lv)小于(yu)1);(3)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)機(ji)(ji)構實際沒移動(dong)(dong)(dong),表(biao)現(xian)(xian)出(chu)最標(biao)準的(de)(de)反向(xiang)間(jian)隙(xi);(4)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)距(ju)離(li)(li)與脈沖(chong)器經定(ding)數值相(xiang)等(斜率(lv)等于(yu)1),恢復到機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)的(de)(de)正(zheng)常(chang)運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)。無論怎樣對反向(xiang)間(jian)隙(xi)進行(xing)補(bu)償,其表(biao)現(xian)(xian)出(chu)的(de)(de)特(te)(te)征(zheng)是:除了(le)(3)階(jie)段(duan)(duan)補(bu)償外,其他各段(duan)(duan)變化依然存在,特(te)(te)別是(1)階(jie)段(duan)(duan)嚴重影響到機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)的(de)(de)加工(gong)精度。補(bu)償中發現(xian)(xian),間(jian)隙(xi)補(bu)償越大(da)(da),(1)階(jie)段(duan)(duan)移動(dong)(dong)(dong)的(de)(de)距(ju)離(li)(li)也越大(da)(da)。
分(fen)析上述檢(jian)查認(ren)為(wei)存(cun)在(zai)(zai)幾點可能原因:一是(shi)電機(ji)(ji)(ji)有異常(chang),二是(shi)機(ji)(ji)(ji)械(xie)方面有故障(zhang),三(san)是(shi)絲杠(gang)(gang)存(cun)在(zai)(zai)間隙。為(wei)了進一步診斷(duan)故障(zhang),將電機(ji)(ji)(ji)和絲杠(gang)(gang)完全(quan)脫開,分(fen)別對電機(ji)(ji)(ji)和機(ji)(ji)(ji)械(xie)部(bu)分(fen)進行檢(jian)查。檢(jian)查結果(guo)是(shi)電機(ji)(ji)(ji)運(yun)行正(zheng)常(chang);在(zai)(zai)對機(ji)(ji)(ji)械(xie)部(bu)分(fen)診斷(duan)中發現(xian),用手盤動(dong)絲杠(gang)(gang)時,返(fan)回運(yun)動(dong)初始有很大的(de)空缺感。而正(zheng)常(chang)情況下,應(ying)該能感覺到軸承有序而平滑的(de)移動(dong)。
故障處(chu)理:經(jing)過拆卸(xie)檢(jian)查發現該(gai)軸承確實受(shou)損,且有滾珠(zhu)脫落。更換后機床(chuang)恢復正常。
2.控制邏輯不妥導致加工精(jing)度異(yi)常
故障現(xian)象:一臺(tai)上海(hai)機床(chuang)廠(chang)家(jia)生(sheng)產的加工中心,系(xi)(xi)統(tong)是Frank.加工(gong)過(guo)程中,發(fa)現(xian)該機(ji)(ji)(ji)床(chuang)X軸(zhou)精(jing)度異常,精(jing)度誤差(cha)最(zui)小為(wei)0.008mm,最(zui)大為(wei)1.2mm.故(gu)障診斷:檢(jian)查中,機(ji)(ji)(ji)床(chuang)已經按照要求設(she)置(zhi)了G54工(gong)件坐標系(xi)(xi)。在手動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)輸(shu)入數(shu)(shu)(shu)(shu)據方(fang)式操作(zuo)下(xia),以G54坐標系(xi)(xi)運(yun)(yun)行(xing)(xing)(xing)一(yi)(yi)段(duan)程序(xu)即(ji)“GOOG90G54X60.OY70.OF150;M30;”,待機(ji)(ji)(ji)床(chuang)運(yun)(yun)行(xing)(xing)(xing)結(jie)束(shu)后顯(xian)(xian)示(shi)器(qi)上顯(xian)(xian)示(shi)的機(ji)(ji)(ji)械坐標值(zhi)為(wei)(X軸(zhou))“-1025.243”,記錄下(xia)該數(shu)(shu)(shu)(shu)值(zhi)。然后在手動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)方(fang)式下(xia),將機(ji)(ji)(ji)床(chuang)點(dian)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)到(dao)其他任意位置(zhi),再次在手動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)輸(shu)入數(shu)(shu)(shu)(shu)據方(fang)式操作(zuo)下(xia)運(yun)(yun)行(xing)(xing)(xing)剛(gang)才的程序(xu)段(duan),待機(ji)(ji)(ji)床(chuang)停止后,發(fa)現(xian)此時機(ji)(ji)(ji)床(chuang)坐標數(shu)(shu)(shu)(shu)值(zhi)顯(xian)(xian)示(shi)為(wei)“-1024.891”,同上一(yi)(yi)次執(zhi)行(xing)(xing)(xing)后的數(shu)(shu)(shu)(shu)值(zhi)比較相差(cha)了0.352mm.按照同樣的方(fang)法,將X軸(zhou)點(dian)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)移(yi)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)到(dao)不同的位置(zhi),反復(fu)執(zhi)行(xing)(xing)(xing)該程序(xu)段(duan),而顯(xian)(xian)示(shi)器(qi)上顯(xian)(xian)示(shi)的數(shu)(shu)(shu)(shu)值(zhi)都有所不同(不穩定)。用百分表對(dui)X軸(zhou)進行(xing)(xing)(xing)仔(zi)細檢(jian)查,發(fa)現(xian)機(ji)(ji)(ji)械位置(zhi)實際誤差(cha)同數(shu)(shu)(shu)(shu)字(zi)顯(xian)(xian)示(shi)出(chu)來的誤差(cha)基本一(yi)(yi)致(zhi),從而認(ren)為(wei)故(gu)障原因為(wei)X軸(zhou)重(zhong)復(fu)定位誤差(cha)過(guo)大。對(dui)X軸(zhou)的反向間(jian)隙(xi)及定位精(jing)度進行(xing)(xing)(xing)檢(jian)查,重(zhong)新補償其誤差(cha)值(zhi),結(jie)果起不到(dao)任何作(zuo)用。因此懷疑光(guang)柵尺(chi)及系(xi)(xi)統(tong)參數(shu)(shu)(shu)(shu)等(deng)有問題(ti)。但為(wei)什么產生如(ru)此大的誤差(cha),卻又未出(chu)現(xian)相應的報警信息進一(yi)(yi)步檢(jian)查發(fa)現(xian),此軸(zhou)為(wei)垂直(zhi)方(fang)向的軸(zhou),當X軸(zhou)松開(kai)時主軸箱向下掉,造成了誤差。
故障處理:對機(ji)床的PLC邏輯控制(zhi)程序做了修改(gai),即在(zai)X軸松開(kai)時(shi)(shi),先把(ba)X軸使(shi)能加載,再(zai)把(ba)X軸松開(kai);而在(zai)X軸夾(jia)緊時(shi)(shi),先把(ba)X軸夾(jia)緊后,再(zai)把(ba)使(shi)能去掉。調整后機床故障得以解決。
3.機床(chuang)位(wei)置(zhi)問題導致加(jia)工精度異常
故障現象:一(yi)臺杭州產(chan)的立式(shi)數控銑床,配備北(bei)京KND-10M系統。在(zai)點動或加(jia)工過(guo)程中,發現Z軸(zhou)異常。
故障(zhang)診(zhen)斷(duan):檢(jian)查發(fa)現(xian)(xian),Z軸(zhou)(zhou)上下移動不(bu)(bu)均(jun)(jun)勻(yun)(yun)且有(you)(you)噪(zao)聲,且存在(zai)一(yi)定間隙。電(dian)機(ji)(ji)啟動時(shi),在(zai)點動方式下Z軸(zhou)(zhou)向上運動存在(zai)不(bu)(bu)穩定的噪(zao)聲及受力不(bu)(bu)均(jun)(jun)勻(yun)(yun),且感覺(jue)電(dian)機(ji)(ji)抖(dou)動比較(jiao)厲害;而向下運動時(shi),就沒有(you)(you)抖(dou)動得這(zhe)么明顯;停止時(shi)不(bu)(bu)抖(dou)動,在(zai)加(jia)工過程中表(biao)現(xian)(xian)得比較(jiao)明顯。分析認(ren)為(wei),故障(zhang)原因(yin)有(you)(you)三(san)點:一(yi)是絲杠反(fan)向間隙很大;二是Z軸(zhou)(zhou)電(dian)機(ji)(ji)工作異常(chang);三(san)是皮(pi)(pi)帶(dai)(dai)(dai)輪(lun)受損至受力不(bu)(bu)均(jun)(jun)。但(dan)有(you)(you)一(yi)個問題(ti)(ti)要注意的是,停止時(shi)不(bu)(bu)抖(dou)動,上下運動不(bu)(bu)均(jun)(jun)勻(yun)(yun),所以(yi)電(dian)機(ji)(ji)工作異常(chang)這(zhe)個問題(ti)(ti)可(ke)以(yi)排除(chu)(chu)。因(yin)此先對(dui)機(ji)(ji)械部分診(zhen)斷(duan),在(zai)診(zhen)斷(duan)測(ce)試過程中沒有(you)(you)發(fa)現(xian)(xian)異常(chang),在(zai)公(gong)差之(zhi)內。利用(yong)排除(chu)(chu)法則,余下的只有(you)(you)皮(pi)(pi)帶(dai)(dai)(dai)問題(ti)(ti)了,在(zai)檢(jian)測(ce)皮(pi)(pi)帶(dai)(dai)(dai)時(shi),發(fa)覺(jue)這(zhe)條皮(pi)(pi)帶(dai)(dai)(dai)剛換(huan)不(bu)(bu)久(jiu),但(dan)在(zai)細心檢(jian)測(ce)皮(pi)(pi)帶(dai)(dai)(dai)時(shi),發(fa)現(xian)(xian)皮(pi)(pi)帶(dai)(dai)(dai)內側出現(xian)(xian)不(bu)(bu)同程度的受損,很明顯是受力不(bu)(bu)均(jun)(jun)所至,是什么原因(yin)造成的呢在(zai)診(zhen)斷(duan)中發(fa)現(xian)(xian)電(dian)機(ji)(ji)放置(zhi)有(you)(you)問題(ti)(ti),即(ji)裝夾的角度位(wei)置(zhi)不(bu)(bu)對(dui)稱造成受力不(bu)(bu)均(jun)(jun)。
故障(zhang)處理:只要將電(dian)(dian)機重裝,對準角(jiao)度(du),測量好距離(電(dian)(dian)機與Z軸(zhou)的軸(zhou)承(cheng)),皮帶(dai)兩邊(長度(du))要均(jun)(jun)勻。這樣,Z軸(zhou)上下移(yi)動(dong)不均(jun)(jun)勻且有噪聲及抖動(dong)現(xian)象就消除了,Z軸(zhou)加工恢復正常。
4.系(xi)統參數未(wei)優化,電機運(yun)行異常
導致加(jia)工精度(du)異常(chang)系統(tong)參數主要(yao)(yao)包括機床(chuang)進給單(dan)位(wei),零點偏置,反向(xiang)間隙(xi)(xi)等(deng)。例如Frank數控系統(tong),其進給單(dan)位(wei)有公制和英制兩種。在(zai)機床(chuang)修(xiu)理(li)過程中對于局(ju)部處(chu)理(li),常(chang)常(chang)影(ying)響到零點偏置和間隙(xi)(xi)的(de)變化,故障處(chu)理(li)完(wan)畢后應作適時(shi)的(de)調(diao)整和修(xiu)改;另一方面,由于機械磨損嚴重(zhong)或連接位(wei)松動也可能造成參數實測值的(de)變化,需要(yao)(yao)對參數做(zuo)相應的(de)修(xiu)改才能滿(man)足機床(chuang)加(jia)工精度(du)的(de)要(yao)(yao)求。
故障現(xian)象:一臺杭州產的(de)立式數控銑床,配備北京KND-10M系(xi)統(tong)。在加工過程中,發現(xian)X軸精度異常(chang)。
故障診斷:檢查發現(xian)X軸(zhou)存在一定間(jian)隙(xi),且電機啟動時存在不穩定的現(xian)象。用手觸摸(mo)X軸(zhou)電機時感覺電機拉動比(bi)較厲害(hai),停止時拉動不明顯,尤(you)其(qi)是(shi)(shi)點動方式下(xia)比(bi)較明顯。分析認為(wei),故障原(yuan)因(yin)有兩點:一是(shi)(shi)絲杠反間(jian)隙(xi)很大;二是(shi)(shi)X軸(zhou)電機工作(zuo)異常(chang)。
故障處理(li):利用KND-10M系統的(de)參(can)(can)數功能,對電機(ji)進行(xing)(xing)調(diao)試。首先對存(cun)在(zai)的(de)間隙進行(xing)(xing)補償,再調(diao)整(zheng)伺服系統參(can)(can)數及(ji)脈沖抑制(zhi)功能參(can)(can)數,X軸(zhou)電機(ji)的(de)抖動消除,機(ji)床加工精度恢復正常。 |
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