| 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。 |
|
| |
|
