| 淺析數控機床加工精度降低的原因 |
造成(cheng)加工精度異常故(gu)障的原因隱蔽性(xing)強，診斷(duan)難度比較大，歸納出五個主要(yao)原因：機床進給單(dan)位被改動或變(bian)化；機(ji)(ji)床各個軸的零(ling)點偏置異(yi)常；軸向的反(fan)向間隙異(yi)常；電(dian)機(ji)(ji)運行狀態異(yi)常，即(ji)電(dian)氣及控制(zhi)部分異(yi)常；機(ji)(ji)械(xie)故障，如(ru)絲杠，軸承，軸聯器(qi)等部件。另外(wai)加(jia)工程序的編(bian)制，刀具的選擇及(ji)人為因素，也可能導致加工精度異常。
一、造成加工精度異常故障的原因
造成加工精度異常故障的(de)(de)原(yuan)因隱蔽(bi)性(xing)強，診(zhen)斷難度比較大(da)，歸納(na)出(chu)五個主要原(yuan)因：機床進(jin)給(gei)單位被(bei)改動或變(bian)化(hua)；機床各(ge)個軸(zhou)的(de)(de)零點偏置異常；軸(zhou)向的(de)(de)反向間隙異常；電機運行狀(zhuang)態(tai)異常，即電氣及控制部分(fen)異常；機械故障，如(ru)絲杠，軸(zhou)承(cheng)，軸(zhou)聯器等部件。另(ling)外加工程序的(de)(de)編制，刀具(ju)的(de)(de)選(xuan)擇及人為因素，也可能導致加工精度異常。
二、數控機床故障診斷原則
1.先外部后內(nei)部數控機(ji)床(chuang)是集機(ji)械，液(ye)壓，電氣(qi)為一體的(de)機(ji)床(chuang)，故其故障的(de)發生(sheng)也會由(you)這三者綜合反映出來。維修人員(yuan)應(ying)先由(you)外向內(nei)逐一進行(xing)排查，盡量避免(mian)隨意地啟封，拆卸，否則會擴大(da)故障，使(shi)機(ji)床(chuang)喪失精度，降低性能(neng)。
2.先機(ji)械后電氣一般(ban)來說，機(ji)械故障較易發(fa)覺，而數控系統故(gu)(gu)障(zhang)的診斷(duan)則難度較大些。在故(gu)(gu)障(zhang)檢(jian)修之前，首先注意(yi)排除機械(xie)性的故(gu)(gu)障(zhang)，往(wang)往(wang)可(ke)達到事半功倍的效果(guo)。
3.先(xian)靜后(hou)動先(xian)在機(ji)床斷電(dian)的靜止狀(zhuang)態下(xia)，通(tong)過了解，觀察(cha)，測試，分析(xi)，確認為非(fei)破(po)壞性(xing)故障(zhang)后(hou)，方(fang)(fang)可給機(ji)床通(tong)電(dian)；在運行(xing)工況下(xia)，進行(xing)動態的觀察(cha)，檢驗和測試，查找故障(zhang)。而對破(po)壞性(xing)故障(zhang)，必須先(xian)排除危險后(hou)，方(fang)(fang)可通(tong)電(dian)。
4.先簡(jian)單后復雜當(dang)出現多種故障(zhang)互相交織掩蓋，一時(shi)無從下手時(shi)，應(ying)先解決容易的問題，后解決難度較大的問題。往(wang)(wang)往(wang)(wang)簡(jian)單問題解決后，難度大的問題也可能變得容易。
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(zhang)現象，加工狀(zhuang)況等(deng)；看-CRT報(bao)警(jing)信息，報(bao)警(jing)指(zhi)示燈(deng)，電容器(qi)等(deng)元件(jian)(jian)變(bian)形煙(yan)熏燒焦，保護器(qi)脫(tuo)扣等(deng)；聽-異常聲響；聞-電氣元件(jian)(jian)焦糊(hu)味(wei)及其它異(yi)味；摸(mo)-發熱，振動，接觸不良等(deng)。
2.參數(shu)(shu)檢(jian)(jian)查法：參數(shu)(shu)通(tong)常是(shi)存放在(zai)RAM中(zhong)，有時電(dian)池(chi)電(dian)壓不足(zu)，系(xi)統長期不通(tong)電(dian)或外部干擾都會使參數(shu)(shu)丟失或混亂，應根(gen)據故障特征(zheng)，檢(jian)(jian)查和校對有關參數(shu)(shu)。
3.隔離法(fa)：一些故障，難以區分是數(shu)控部分，還是伺服系統或機械(xie)部(bu)分造成的，常采用隔離法(fa)。
4.同(tong)(tong)類對調法(fa)用同(tong)(tong)功(gong)能的備(bei)用板(ban)替換(huan)被懷(huai)疑有故(gu)障的模(mo)板(ban)，或將(jiang)功(gong)能相同(tong)(tong)的模(mo)板(ban)或單元相互交換(huan)。
5.功能(neng)程序測試法將(jiang)G，M，S，T，功能(neng)的全部指(zhi)令編(bian)寫一(yi)些(xie)小程序，在(zai)診斷(duan)故障時運行這(zhe)些(xie)程序，即可判斷(duan)功能(neng)的缺失。
四、加工精度異常故障診斷和處理實例
1.機械(xie)故障(zhang)導致加工精度異常
故(gu)障現象：一臺(tai)SV-1000立式加工中心，采(cai)用Frank系統。在加工連(lian)桿(gan)模具過程中(zhong)，忽(hu)然發現Z軸進(jin)給異(yi)常，造成至少1mm的(de)切削(xue)誤(wu)差量(liang)（Z方向(xiang)過切）。
故(gu)障(zhang)診斷：調查(cha)中了解到，故(gu)障(zhang)是忽然(ran)發生的。機(ji)床(chuang)在點(dian)動，在手動輸(shu)入(ru)數(shu)據方式操作(zuo)下各個軸運行(xing)正常(chang)，且回參考(kao)點(dian)正常(chang)，無任(ren)何報警提示，電氣控制部分硬故(gu)障(zhang)的可能性排除。應主要(yao)對以下幾個方面逐(zhu)一(yi)進行(xing)檢查(cha)。
檢查(cha)機床精(jing)度異常時正在運行的(de)加(jia)工(gong)程序段，特別是(shi)刀(dao)具長度補償(chang)，加(jia)工(gong)坐(zuo)標(biao)系（G54-G59）的(de)校對和計算(suan)。
在點動(dong)方式下，反復運(yun)動(dong)Z軸，經(jing)過視(shi)，觸，聽(ting)，對其運(yun)動(dong)狀態診斷，發(fa)現Z向運(yun)動(dong)噪音異常，特別是快(kuai)速點動(dong)，噪音更加明顯(xian)。由(you)此判斷，機械方面可能存在隱患。
檢查機床Z軸(zhou)精度。用手(shou)搖脈沖(chong)發生器移動(dong)Z軸(zhou)，（將其倍率定為1×100的擋位(wei)，即每變化一步，電機進給0.1mm），配(pei)合(he)百分表觀察Z軸的(de)(de)運(yun)(yun)(yun)動(dong)情況。在單(dan)向(xiang)運(yun)(yun)(yun)動(dong)保持正(zheng)(zheng)常(chang)后作(zuo)為(wei)起始(shi)點的(de)(de)正(zheng)(zheng)向(xiang)運(yun)(yun)(yun)動(dong)，脈沖器每變(bian)化(hua)一步(bu)，機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)Z軸運(yun)(yun)(yun)動(dong)的(de)(de)實際(ji)(ji)距(ju)離d=d1=d2=d3=…=0.1mm，說明電機(ji)(ji)運(yun)(yun)(yun)行良好，定(ding)(ding)位精(jing)度也良好。而返回機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)實際(ji)(ji)運(yun)(yun)(yun)動(dong)位移(yi)的(de)(de)變(bian)化(hua)上(shang)，可以分為(wei)四個階(jie)段：（1）機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)運(yun)(yun)(yun)動(dong)距(ju)離d1>d=0.1mm（斜(xie)率(lv)大(da)(da)于(yu)1）；（2）表(biao)現(xian)出為(wei)d1=0.1mm>d2>d3（斜(xie)率(lv)小于(yu)1）；（3）機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)機(ji)(ji)構實際(ji)(ji)沒移(yi)動(dong)，表(biao)現(xian)出最(zui)標準的(de)(de)反向(xiang)間(jian)(jian)隙；（4）機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)運(yun)(yun)(yun)動(dong)距(ju)離與脈沖器經定(ding)(ding)數(shu)值相等(deng)（斜(xie)率(lv)等(deng)于(yu)1），恢復到機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)的(de)(de)正(zheng)(zheng)常(chang)運(yun)(yun)(yun)動(dong)。無論怎樣對反向(xiang)間(jian)(jian)隙進行補(bu)償，其表(biao)現(xian)出的(de)(de)特征是：除了（3）階(jie)段補(bu)償外，其他(ta)各(ge)段變(bian)化(hua)依(yi)然存在，特別是（1）階(jie)段嚴重影響到機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)的(de)(de)加工精(jing)度。補(bu)償中發現(xian)，間(jian)(jian)隙補(bu)償越(yue)大(da)(da)，（1）階(jie)段移(yi)動(dong)的(de)(de)距(ju)離也越(yue)大(da)(da)。
分析上述檢查(cha)(cha)認(ren)為(wei)存在幾點可能(neng)原因(yin)：一是(shi)電(dian)機(ji)(ji)有異常，二是(shi)機(ji)(ji)械(xie)方面有故(gu)障(zhang)，三是(shi)絲(si)杠存在間隙。為(wei)了進(jin)一步診斷故(gu)障(zhang)，將電(dian)機(ji)(ji)和(he)絲(si)杠完(wan)全脫(tuo)開，分別對(dui)電(dian)機(ji)(ji)和(he)機(ji)(ji)械(xie)部分進(jin)行(xing)檢查(cha)(cha)。檢查(cha)(cha)結果是(shi)電(dian)機(ji)(ji)運(yun)行(xing)正常；在對(dui)機(ji)(ji)械(xie)部分診斷中發現，用手(shou)盤動(dong)(dong)絲(si)杠時，返回運(yun)動(dong)(dong)初(chu)始有很大的(de)(de)空缺(que)感(gan)。而正常情況(kuang)下，應該能(neng)感(gan)覺到軸承有序而平滑(hua)的(de)(de)移動(dong)(dong)。
故(gu)障處理：經過拆卸檢查(cha)發現該軸承確實(shi)受損(sun)，且有滾(gun)珠脫落。更換后(hou)機床恢(hui)復正常(chang)。
2.控制邏(luo)輯(ji)不妥導(dao)致加工精度異常
故障現(xian)象：一臺上海機床廠家生產的加工中心，系(xi)(xi)統是Frank.加(jia)工過(guo)程中(zhong)，發(fa)現(xian)該機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)X軸(zhou)精(jing)度異常，精(jing)度誤(wu)(wu)(wu)差(cha)最小(xiao)為(wei)0.008mm，最大(da)為(wei)1.2mm.故障(zhang)診斷：檢(jian)查中(zhong)，機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)已經(jing)按(an)照要求設置(zhi)了(le)G54工件坐標系(xi)(xi)。在(zai)手動輸入數據方(fang)式操作(zuo)下，以G54坐標系(xi)(xi)運(yun)(yun)行(xing)(xing)一段(duan)程序(xu)(xu)即(ji)“GOOG90G54X60.OY70.OF150；M30；”，待(dai)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)運(yun)(yun)行(xing)(xing)結(jie)束后(hou)顯示器(qi)上顯示的(de)(de)機(ji)(ji)械坐標值(zhi)為(wei)（X軸(zhou)）“-1025.243”，記錄下該數值(zhi)。然(ran)后(hou)在(zai)手動方(fang)式下，將(jiang)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)點(dian)動到其他任(ren)意位置(zhi)，再次在(zai)手動輸入數據方(fang)式操作(zuo)下運(yun)(yun)行(xing)(xing)剛才的(de)(de)程序(xu)(xu)段(duan)，待(dai)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)停止后(hou)，發(fa)現(xian)此時機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)坐標數值(zhi)顯示為(wei)“-1024.891”，同(tong)上一次執行(xing)(xing)后(hou)的(de)(de)數值(zhi)比較相差(cha)了(le)0.352mm.按(an)照同(tong)樣(yang)的(de)(de)方(fang)法，將(jiang)X軸(zhou)點(dian)動移動到不(bu)同(tong)的(de)(de)位置(zhi)，反(fan)復執行(xing)(xing)該程序(xu)(xu)段(duan)，而(er)(er)顯示器(qi)上顯示的(de)(de)數值(zhi)都有所不(bu)同(tong)（不(bu)穩(wen)定）。用百分表對X軸(zhou)進(jin)(jin)行(xing)(xing)仔細(xi)檢(jian)查，發(fa)現(xian)機(ji)(ji)械位置(zhi)實際誤(wu)(wu)(wu)差(cha)同(tong)數字顯示出(chu)(chu)來的(de)(de)誤(wu)(wu)(wu)差(cha)基本一致，從而(er)(er)認為(wei)故障(zhang)原因為(wei)X軸(zhou)重(zhong)復定位誤(wu)(wu)(wu)差(cha)過(guo)大(da)。對X軸(zhou)的(de)(de)反(fan)向間隙及定位精(jing)度進(jin)(jin)行(xing)(xing)檢(jian)查，重(zhong)新補償(chang)其誤(wu)(wu)(wu)差(cha)值(zhi)，結(jie)果(guo)起不(bu)到任(ren)何(he)作(zuo)用。因此懷疑光柵尺及系(xi)(xi)統參(can)數等有問題(ti)。但為(wei)什么產(chan)生如此大(da)的(de)(de)誤(wu)(wu)(wu)差(cha)，卻又未(wei)出(chu)(chu)現(xian)相應(ying)的(de)(de)報警(jing)信息進(jin)(jin)一步檢(jian)查發(fa)現(xian)，此軸(zhou)為(wei)垂直方(fang)向的(de)(de)軸(zhou)，當X軸(zhou)松開(kai)時主軸箱向下(xia)掉，造成了(le)誤(wu)差。
故障處理：對機床的PLC邏輯控制(zhi)程(cheng)序做了修(xiu)改，即在X軸松開時，先(xian)把X軸使能加載，再把X軸松開；而在X軸夾(jia)緊時，先(xian)把X軸夾(jia)緊后，再把使能去掉。調(diao)整后機(ji)床故障得(de)以解決。
3.機床位置(zhi)問(wen)題導致加工(gong)精(jing)度異常
故障現象(xiang)：一臺杭州(zhou)產的立(li)式數控銑床，配備北京KND-10M系(xi)統。在點(dian)動(dong)或(huo)加工過程中，發現(xian)Z軸(zhou)異常。
故障(zhang)診(zhen)斷(duan)：檢查發現(xian)，Z軸上(shang)下(xia)移動(dong)不(bu)均(jun)勻且(qie)有(you)(you)(you)噪聲，且(qie)存在一(yi)(yi)定間隙。電(dian)機啟動(dong)時，在點動(dong)方(fang)式下(xia)Z軸向上(shang)運(yun)動(dong)存在不(bu)穩定的噪聲及受力(li)不(bu)均(jun)勻，且(qie)感覺(jue)電(dian)機抖動(dong)比較(jiao)厲害；而向下(xia)運(yun)動(dong)時，就沒有(you)(you)(you)抖動(dong)得這么(me)明顯(xian)；停止(zhi)時不(bu)抖動(dong)，在加工過程中(zhong)表現(xian)得比較(jiao)明顯(xian)。分析認為，故障(zhang)原因有(you)(you)(you)三點：一(yi)(yi)是(shi)絲杠反向間隙很(hen)大；二是(shi)Z軸電(dian)機工作異常；三是(shi)皮(pi)帶(dai)輪受損至受力(li)不(bu)均(jun)。但(dan)有(you)(you)(you)一(yi)(yi)個(ge)問(wen)(wen)題(ti)要注意的是(shi)，停止(zhi)時不(bu)抖動(dong)，上(shang)下(xia)運(yun)動(dong)不(bu)均(jun)勻，所(suo)以電(dian)機工作異常這個(ge)問(wen)(wen)題(ti)可以排(pai)除(chu)。因此先對(dui)機械部分診(zhen)斷(duan)，在診(zhen)斷(duan)測(ce)試(shi)過程中(zhong)沒有(you)(you)(you)發現(xian)異常，在公差之內。利用排(pai)除(chu)法則(ze)，余下(xia)的只有(you)(you)(you)皮(pi)帶(dai)問(wen)(wen)題(ti)了，在檢測(ce)皮(pi)帶(dai)時，發覺(jue)這條皮(pi)帶(dai)剛換不(bu)久，但(dan)在細心檢測(ce)皮(pi)帶(dai)時，發現(xian)皮(pi)帶(dai)內側出現(xian)不(bu)同(tong)程度的受損，很(hen)明顯(xian)是(shi)受力(li)不(bu)均(jun)所(suo)至，是(shi)什(shen)么(me)原因造(zao)成的呢在診(zhen)斷(duan)中(zhong)發現(xian)電(dian)機放置有(you)(you)(you)問(wen)(wen)題(ti)，即裝夾的角(jiao)度位置不(bu)對(dui)稱造(zao)成受力(li)不(bu)均(jun)。
故障處理：只要將電機重(zhong)裝，對準角度(du)，測量(liang)好距離(li)（電機與Z軸(zhou)的(de)軸(zhou)承），皮帶兩(liang)邊(bian)（長度(du)）要均(jun)勻。這樣，Z軸(zhou)上下(xia)移動(dong)不(bu)均(jun)勻且有噪聲及(ji)抖(dou)動(dong)現象就消除了，Z軸(zhou)加工(gong)恢復正(zheng)常。
4.系(xi)統參數未優化，電機運行異(yi)常
導(dao)致加工精度(du)異常(chang)系(xi)統參數(shu)主要包括機床進給單(dan)位，零(ling)點(dian)偏(pian)置，反向間隙(xi)(xi)等(deng)。例如Frank數(shu)控系(xi)統，其進給單(dan)位有公制和(he)英制兩種(zhong)。在機床修(xiu)理(li)(li)過程(cheng)中對(dui)于局部處(chu)理(li)(li)，常(chang)常(chang)影(ying)響到零(ling)點(dian)偏(pian)置和(he)間隙(xi)(xi)的(de)變化，故障處(chu)理(li)(li)完畢后(hou)應(ying)作(zuo)適時的(de)調(diao)整和(he)修(xiu)改(gai)(gai)；另一方面，由于機械磨損嚴(yan)重(zhong)或連接位松動也可能(neng)造成參數(shu)實測值的(de)變化，需要對(dui)參數(shu)做相(xiang)應(ying)的(de)修(xiu)改(gai)(gai)才能(neng)滿(man)足(zu)機床加工精度(du)的(de)要求。
故障現(xian)象：一(yi)臺杭(hang)州產的立式(shi)數控(kong)銑(xian)床，配備北京KND-10M系統(tong)。在加(jia)工過(guo)程中，發(fa)現(xian)X軸精(jing)度異常(chang)。
故(gu)障(zhang)診斷：檢查發現X軸(zhou)存在一定(ding)間隙，且電機啟動(dong)時存在不穩定(ding)的(de)現象。用(yong)手觸(chu)摸X軸(zhou)電機時感覺電機拉動(dong)比(bi)較(jiao)(jiao)厲害，停(ting)止時拉動(dong)不明顯(xian)，尤其是(shi)(shi)點(dian)動(dong)方(fang)式(shi)下比(bi)較(jiao)(jiao)明顯(xian)。分析認為(wei)，故(gu)障(zhang)原因有兩點(dian)：一是(shi)(shi)絲杠反間隙很(hen)大；二是(shi)(shi)X軸(zhou)電機工作異常。
故(gu)障處理：利用KND-10M系(xi)(xi)統的(de)參數功(gong)能，對電機進行(xing)調(diao)試。首先對存(cun)在(zai)的(de)間隙進行(xing)補償，再調(diao)整(zheng)伺服系(xi)(xi)統參數及(ji)脈(mo)沖抑制功(gong)能參數，X軸電機的(de)抖動消(xiao)除，機床加工精(jing)度恢復(fu)正常。 |
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