| 淺析數控機床加工精度降低的原因 |
造成加工精度異常故障的原(yuan)因隱蔽(bi)性強，診(zhen)斷難度比較大，歸(gui)納(na)出五個主要原(yuan)因：機床進給單位(wei)被改動或變化；機(ji)(ji)床各個軸的(de)零(ling)點偏(pian)置異(yi)常；軸向的(de)反(fan)向間隙異(yi)常；電(dian)(dian)機(ji)(ji)運(yun)行狀態異(yi)常，即電(dian)(dian)氣及控制部分異(yi)常；機(ji)(ji)械(xie)故(gu)障，如絲杠，軸承，軸聯器等部件。另外加工程序(xu)的編制，刀具的選擇及人(ren)為因素，也可(ke)能導致加工(gong)精度異常。
一、造成加工精度異常故障的原因
造成加工精(jing)(jing)度異(yi)(yi)常(chang)故障的原(yuan)因隱蔽(bi)性強，診(zhen)斷難度比(bi)較大，歸納出五個(ge)主要原(yuan)因：機(ji)床進給單位被改動(dong)或變化；機(ji)床各個(ge)軸的零點偏置(zhi)異(yi)(yi)常(chang)；軸向的反(fan)向間隙異(yi)(yi)常(chang)；電機(ji)運行狀態異(yi)(yi)常(chang)，即電氣及控制部(bu)分(fen)異(yi)(yi)常(chang)；機(ji)械故障，如絲杠(gang)，軸承，軸聯器等部(bu)件。另外加工程(cheng)序的編制，刀具(ju)的選(xuan)擇及人為(wei)因素，也可能導致加工精(jing)(jing)度異(yi)(yi)常(chang)。
二、數控機床故障診斷原則
1.先(xian)外(wai)部后內部數控機床是集機械，液(ye)壓(ya)，電氣為一(yi)體的(de)機床，故其(qi)故障(zhang)的(de)發生也會由這三者(zhe)綜合反映(ying)出來。維(wei)修人員(yuan)應先(xian)由外(wai)向內逐一(yi)進行排(pai)查，盡(jin)量避免隨(sui)意(yi)地(di)啟封，拆卸，否則會擴大故障(zhang)，使機床喪失(shi)精度，降低性能。
2.先(xian)機械(xie)后電氣一般(ban)來說，機械(xie)故障較易發覺，而數控系統故障(zhang)(zhang)的診(zhen)斷則難度(du)較(jiao)大些(xie)。在故障(zhang)(zhang)檢修之前，首先注意排除機(ji)械性的故障(zhang)(zhang)，往往可達到事半功倍的效果。
3.先靜后動先在(zai)機床斷電的靜止狀態下，通(tong)過了解(jie)，觀察，測試，分析，確認為非破壞性故障(zhang)后，方(fang)可(ke)(ke)給(gei)機床通(tong)電；在(zai)運行(xing)工況下，進行(xing)動態的觀察，檢驗和(he)測試，查找(zhao)故障(zhang)。而對破壞性故障(zhang)，必須先排除(chu)危險(xian)后，方(fang)可(ke)(ke)通(tong)電。
4.先簡單(dan)后(hou)復雜當(dang)出(chu)現多(duo)種故(gu)障互相(xiang)交織掩蓋(gai)，一時無從下手(shou)時，應(ying)先解(jie)決(jue)容(rong)(rong)易(yi)的問(wen)題(ti)，后(hou)解(jie)決(jue)難(nan)度較大(da)的問(wen)題(ti)。往往簡單(dan)問(wen)題(ti)解(jie)決(jue)后(hou)，難(nan)度大(da)的問(wen)題(ti)也可(ke)能變得容(rong)(rong)易(yi)。
三、數控機床故障診斷方法
1.直(zhi)觀法：（望聞問切(qie)）問-機床(chuang)的故障現象，加工狀況等；看-CRT報警信(xin)息，報警指示燈，電容器等元(yuan)件(jian)變形(xing)煙熏燒焦(jiao)，保(bao)護器脫扣等；聽-異常(chang)聲響；聞-電氣元(yuan)件(jian)焦(jiao)糊味(wei)及其它異(yi)味；摸-發(fa)熱，振動，接觸不良等。
2.參數檢查(cha)法：參數通(tong)常是(shi)存放(fang)在RAM中，有時電(dian)池電(dian)壓不足，系統長期不通(tong)電(dian)或外(wai)部干(gan)擾都會使參數丟失或混亂(luan)，應根據故障特(te)征，檢查(cha)和校對有關參數。
3.隔(ge)離法：一(yi)些故(gu)障，難以區分(fen)是數(shu)控部(bu)分(fen)，還是伺服系統或(huo)機械(xie)部分造成的，常(chang)采(cai)用隔(ge)離法。
4.同類對調(diao)法用同功(gong)能的(de)備用板(ban)替換(huan)被懷疑有故障(zhang)的(de)模板(ban)，或將(jiang)功(gong)能相(xiang)同的(de)模板(ban)或單元相(xiang)互(hu)交換(huan)。
5.功(gong)能程(cheng)序測(ce)試法(fa)將G，M，S，T，功(gong)能的(de)全部指令編寫(xie)一些小(xiao)程(cheng)序，在診斷故障時(shi)運行這(zhe)些程(cheng)序，即可(ke)判(pan)斷功(gong)能的(de)缺失。
四、加工精度異常故障診斷和處理實例
1.機械故(gu)障導致加工(gong)精度異常
故障現象(xiang)：一臺SV-1000立式加工中心，采用Frank系統。在加工連桿模具過程(cheng)中，忽然發(fa)現Z軸進給異常，造成至少(shao)1mm的切削(xue)誤差量（Z方向(xiang)過切）。
故障(zhang)(zhang)診斷：調查中了(le)解到，故障(zhang)(zhang)是忽然發生的。機床在(zai)點動(dong)，在(zai)手動(dong)輸(shu)入(ru)數據(ju)方(fang)(fang)式操作下(xia)各個軸運行正常，且回參(can)考點正常，無任何(he)報警(jing)提示，電氣控制部分硬故障(zhang)(zhang)的可能性排除(chu)。應主(zhu)要(yao)對以下(xia)幾(ji)個方(fang)(fang)面(mian)逐一進(jin)行檢(jian)查。
檢查(cha)機(ji)床精度(du)異(yi)常時正在運行的加(jia)工程序段(duan)，特別(bie)是刀具長度(du)補償，加(jia)工坐標系（G54-G59）的校(xiao)對和計(ji)算(suan)。
在點動(dong)(dong)方式下，反復運(yun)動(dong)(dong)Z軸，經(jing)過視，觸(chu)，聽，對其運(yun)動(dong)(dong)狀態診斷，發現Z向運(yun)動(dong)(dong)噪音異(yi)常，特(te)別是快速點動(dong)(dong)，噪音更加明顯。由此判(pan)斷，機械方面可能存在隱患。
檢查機床Z軸精(jing)度。用手搖脈沖發(fa)生器移(yi)動Z軸，（將其(qi)倍率定為(wei)1×100的擋位，即每(mei)變化一步(bu)，電機進給0.1mm），配(pei)合(he)百分表觀(guan)察Z軸(zhou)的(de)(de)運(yun)(yun)(yun)(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)情況。在單向(xiang)運(yun)(yun)(yun)(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)保持正(zheng)(zheng)常后(hou)作為(wei)起始點的(de)(de)正(zheng)(zheng)向(xiang)運(yun)(yun)(yun)(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)，脈沖器每變化(hua)一步，機(ji)(ji)(ji)床Z軸(zhou)運(yun)(yun)(yun)(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)的(de)(de)實(shi)(shi)際距離(li)d=d1=d2=d3=…=0.1mm，說明(ming)電機(ji)(ji)(ji)運(yun)(yun)(yun)(yun)(yun)行良(liang)好，定位精(jing)(jing)度也良(liang)好。而返回(hui)機(ji)(ji)(ji)床實(shi)(shi)際運(yun)(yun)(yun)(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)位移(yi)的(de)(de)變化(hua)上，可(ke)以分為(wei)四個(ge)階(jie)段：（1）機(ji)(ji)(ji)床運(yun)(yun)(yun)(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)距離(li)d1>d=0.1mm（斜率(lv)大(da)于1）；（2）表(biao)(biao)現(xian)出(chu)為(wei)d1=0.1mm>d2>d3（斜率(lv)小于1）；（3）機(ji)(ji)(ji)床機(ji)(ji)(ji)構(gou)實(shi)(shi)際沒(mei)移(yi)動(dong)(dong)(dong)(dong)，表(biao)(biao)現(xian)出(chu)最標(biao)準(zhun)的(de)(de)反(fan)向(xiang)間隙；（4）機(ji)(ji)(ji)床運(yun)(yun)(yun)(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)距離(li)與脈沖器經定數值相等(deng)（斜率(lv)等(deng)于1），恢復到機(ji)(ji)(ji)床的(de)(de)正(zheng)(zheng)常運(yun)(yun)(yun)(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)。無論怎樣(yang)對反(fan)向(xiang)間隙進(jin)行補償，其表(biao)(biao)現(xian)出(chu)的(de)(de)特征(zheng)是(shi)：除了（3）階(jie)段補償外，其他各段變化(hua)依然(ran)存在，特別是(shi)（1）階(jie)段嚴重(zhong)影響到機(ji)(ji)(ji)床的(de)(de)加工精(jing)(jing)度。補償中發現(xian)，間隙補償越(yue)大(da)，（1）階(jie)段移(yi)動(dong)(dong)(dong)(dong)的(de)(de)距離(li)也越(yue)大(da)。
分(fen)(fen)析(xi)上述檢查(cha)認為存(cun)在幾點(dian)可(ke)能(neng)原因：一是電(dian)機(ji)(ji)有異常(chang)，二是機(ji)(ji)械方面(mian)有故(gu)障，三(san)是絲杠存(cun)在間隙。為了(le)進(jin)(jin)一步(bu)診(zhen)斷故(gu)障，將電(dian)機(ji)(ji)和(he)絲杠完全(quan)脫開，分(fen)(fen)別對(dui)電(dian)機(ji)(ji)和(he)機(ji)(ji)械部分(fen)(fen)進(jin)(jin)行檢查(cha)。檢查(cha)結果是電(dian)機(ji)(ji)運行正常(chang)；在對(dui)機(ji)(ji)械部分(fen)(fen)診(zhen)斷中(zhong)發現(xian)，用(yong)手盤動絲杠時，返回運動初始有很(hen)大的空缺感。而正常(chang)情況下，應(ying)該能(neng)感覺(jue)到軸承有序(xu)而平滑的移動。
故障處理：經過拆卸檢查(cha)發現(xian)該(gai)軸(zhou)承確實受損，且(qie)有滾珠(zhu)脫(tuo)落。更換后機床恢(hui)復正常。
2.控(kong)制邏輯不妥導致加工精度異常
故(gu)障現(xian)象(xiang)：一臺(tai)上海(hai)機(ji)床廠家生產的加工中心，系(xi)統(tong)是(shi)Frank.加工過(guo)程(cheng)中，發(fa)現(xian)該機(ji)床(chuang)X軸(zhou)(zhou)精(jing)度異常，精(jing)度誤差最小為(wei)0.008mm，最大為(wei)1.2mm.故障(zhang)診斷(duan)：檢(jian)查(cha)(cha)(cha)(cha)中，機(ji)床(chuang)已經按照要求設置(zhi)(zhi)了(le)G54工件(jian)坐標(biao)系(xi)。在手動輸入(ru)數(shu)據方式操作(zuo)下，以G54坐標(biao)系(xi)運(yun)行(xing)一段程(cheng)序即“GOOG90G54X60.OY70.OF150；M30；”，待機(ji)床(chuang)運(yun)行(xing)結束后顯(xian)示(shi)器上(shang)(shang)顯(xian)示(shi)的機(ji)械(xie)坐標(biao)值為(wei)（X軸(zhou)(zhou)）“-1025.243”，記錄下該數(shu)值。然后在手動方式下，將機(ji)床(chuang)點動到(dao)其他任意(yi)位置(zhi)(zhi)，再(zai)次在手動輸入(ru)數(shu)據方式操作(zuo)下運(yun)行(xing)剛才的程(cheng)序段，待機(ji)床(chuang)停止后，發(fa)現(xian)此(ci)時機(ji)床(chuang)坐標(biao)數(shu)值顯(xian)示(shi)為(wei)“-1024.891”，同上(shang)(shang)一次執行(xing)后的數(shu)值比較相(xiang)差了(le)0.352mm.按照同樣(yang)的方法(fa)，將X軸(zhou)(zhou)點動移動到(dao)不同的位置(zhi)(zhi)，反復執行(xing)該程(cheng)序段，而顯(xian)示(shi)器上(shang)(shang)顯(xian)示(shi)的數(shu)值都有(you)所(suo)不同（不穩(wen)定）。用(yong)百分表對X軸(zhou)(zhou)進行(xing)仔細檢(jian)查(cha)(cha)(cha)(cha)，發(fa)現(xian)機(ji)械(xie)位置(zhi)(zhi)實際誤差同數(shu)字顯(xian)示(shi)出(chu)來的誤差基本(ben)一致，從而認為(wei)故障(zhang)原因(yin)為(wei)X軸(zhou)(zhou)重復定位誤差過(guo)大。對X軸(zhou)(zhou)的反向(xiang)間隙及定位精(jing)度進行(xing)檢(jian)查(cha)(cha)(cha)(cha)，重新補償(chang)其誤差值，結果起不到(dao)任何作(zuo)用(yong)。因(yin)此(ci)懷疑光柵尺及系(xi)統(tong)參數(shu)等有(you)問(wen)題。但為(wei)什么產生如此(ci)大的誤差，卻又未出(chu)現(xian)相(xiang)應(ying)的報警信息進一步檢(jian)查(cha)(cha)(cha)(cha)發(fa)現(xian)，此(ci)軸(zhou)(zhou)為(wei)垂直方向(xiang)的軸(zhou)(zhou)，當X軸(zhou)(zhou)松開(kai)時主軸箱向(xiang)下掉，造成(cheng)了(le)誤差(cha)。
故障處理：對機床的PLC邏輯(ji)控制程(cheng)序做了修改，即在X軸松開時，先把(ba)X軸使能加(jia)載(zai)，再(zai)把(ba)X軸松開；而在X軸夾緊時，先把(ba)X軸夾緊后(hou)，再(zai)把(ba)使能去掉。調整后(hou)機床故障得以解決(jue)。
3.機(ji)床(chuang)位置問題導致加工精度異常
故障現(xian)象(xiang)：一臺杭州產(chan)的立式數(shu)控銑床，配備北京KND-10M系統。在點(dian)動或加工(gong)過程中，發(fa)現Z軸異(yi)常(chang)。
故障診(zhen)(zhen)斷：檢(jian)(jian)查發現(xian)，Z軸(zhou)上(shang)(shang)下(xia)移(yi)動(dong)不(bu)(bu)均(jun)勻且(qie)有(you)(you)(you)噪聲(sheng)，且(qie)存在(zai)(zai)(zai)一定(ding)間隙(xi)。電(dian)機(ji)啟動(dong)時(shi)，在(zai)(zai)(zai)點(dian)動(dong)方(fang)式(shi)下(xia)Z軸(zhou)向上(shang)(shang)運(yun)動(dong)存在(zai)(zai)(zai)不(bu)(bu)穩(wen)定(ding)的(de)噪聲(sheng)及受(shou)(shou)力不(bu)(bu)均(jun)勻，且(qie)感覺(jue)電(dian)機(ji)抖動(dong)比較(jiao)厲害；而向下(xia)運(yun)動(dong)時(shi)，就沒(mei)(mei)有(you)(you)(you)抖動(dong)得這(zhe)么(me)明(ming)顯(xian)；停止(zhi)時(shi)不(bu)(bu)抖動(dong)，在(zai)(zai)(zai)加工(gong)過(guo)程中表現(xian)得比較(jiao)明(ming)顯(xian)。分(fen)析認(ren)為(wei)，故障原因(yin)有(you)(you)(you)三點(dian)：一是(shi)(shi)(shi)絲杠反向間隙(xi)很大；二是(shi)(shi)(shi)Z軸(zhou)電(dian)機(ji)工(gong)作異(yi)常(chang)；三是(shi)(shi)(shi)皮(pi)帶輪(lun)受(shou)(shou)損至受(shou)(shou)力不(bu)(bu)均(jun)。但有(you)(you)(you)一個問(wen)題要注意的(de)是(shi)(shi)(shi)，停止(zhi)時(shi)不(bu)(bu)抖動(dong)，上(shang)(shang)下(xia)運(yun)動(dong)不(bu)(bu)均(jun)勻，所(suo)以電(dian)機(ji)工(gong)作異(yi)常(chang)這(zhe)個問(wen)題可以排除。因(yin)此先對(dui)機(ji)械部分(fen)診(zhen)(zhen)斷，在(zai)(zai)(zai)診(zhen)(zhen)斷測試過(guo)程中沒(mei)(mei)有(you)(you)(you)發現(xian)異(yi)常(chang)，在(zai)(zai)(zai)公差之內。利用排除法則，余下(xia)的(de)只有(you)(you)(you)皮(pi)帶問(wen)題了，在(zai)(zai)(zai)檢(jian)(jian)測皮(pi)帶時(shi)，發覺(jue)這(zhe)條皮(pi)帶剛換不(bu)(bu)久，但在(zai)(zai)(zai)細心檢(jian)(jian)測皮(pi)帶時(shi)，發現(xian)皮(pi)帶內側(ce)出現(xian)不(bu)(bu)同程度(du)的(de)受(shou)(shou)損，很明(ming)顯(xian)是(shi)(shi)(shi)受(shou)(shou)力不(bu)(bu)均(jun)所(suo)至，是(shi)(shi)(shi)什么(me)原因(yin)造成的(de)呢在(zai)(zai)(zai)診(zhen)(zhen)斷中發現(xian)電(dian)機(ji)放(fang)置有(you)(you)(you)問(wen)題，即裝(zhuang)夾的(de)角度(du)位置不(bu)(bu)對(dui)稱造成受(shou)(shou)力不(bu)(bu)均(jun)。
故障處(chu)理：只要將電(dian)機重裝，對(dui)準角度(du)，測(ce)量好距(ju)離（電(dian)機與(yu)Z軸(zhou)的軸(zhou)承(cheng)），皮(pi)帶兩(liang)邊（長(chang)度(du)）要均勻。這樣，Z軸(zhou)上下移(yi)動(dong)不均勻且(qie)有噪聲及抖動(dong)現象就消除了(le)，Z軸(zhou)加工恢復正常。
4.系統參數未(wei)優化，電機運行異常
導致加工(gong)精度異常(chang)系(xi)統(tong)參(can)(can)數(shu)主要(yao)包括機(ji)(ji)床進(jin)給單(dan)位，零(ling)點偏置(zhi)，反向間隙等。例如(ru)Frank數(shu)控系(xi)統(tong)，其進(jin)給單(dan)位有公制和(he)(he)英制兩種。在(zai)機(ji)(ji)床修理過程中對于(yu)局部處理，常(chang)常(chang)影響到零(ling)點偏置(zhi)和(he)(he)間隙的(de)(de)變化，故障處理完(wan)畢后應作適時的(de)(de)調整(zheng)和(he)(he)修改(gai)；另一方(fang)面，由于(yu)機(ji)(ji)械磨損嚴重(zhong)或(huo)連(lian)接(jie)位松動也可(ke)能造成參(can)(can)數(shu)實測值的(de)(de)變化，需要(yao)對參(can)(can)數(shu)做相應的(de)(de)修改(gai)才能滿足機(ji)(ji)床加工(gong)精度的(de)(de)要(yao)求。
故(gu)障(zhang)現象：一臺杭州產的立式數控銑床，配備(bei)北京KND-10M系統(tong)。在(zai)加工過程中，發(fa)現X軸精(jing)度異常(chang)。
故(gu)障診斷(duan)：檢查發現(xian)X軸(zhou)(zhou)存在一定(ding)(ding)間隙(xi)(xi)，且電(dian)(dian)(dian)機啟(qi)動(dong)時存在不穩(wen)定(ding)(ding)的現(xian)象。用手觸摸X軸(zhou)(zhou)電(dian)(dian)(dian)機時感覺電(dian)(dian)(dian)機拉(la)動(dong)比較厲害，停止(zhi)時拉(la)動(dong)不明(ming)顯(xian)(xian)，尤(you)其(qi)是(shi)(shi)點(dian)動(dong)方式(shi)下比較明(ming)顯(xian)(xian)。分析認為，故(gu)障原(yuan)因有兩點(dian)：一是(shi)(shi)絲杠(gang)反間隙(xi)(xi)很大；二是(shi)(shi)X軸(zhou)(zhou)電(dian)(dian)(dian)機工作異常。
故障處理：利用KND-10M系統的(de)參數(shu)功能(neng)，對電(dian)機(ji)(ji)進(jin)行調試。首先對存在的(de)間隙進(jin)行補償(chang)，再調整伺服系統參數(shu)及脈沖抑制功能(neng)參數(shu)，X軸(zhou)電(dian)機(ji)(ji)的(de)抖動消(xiao)除，機(ji)(ji)床(chuang)加工精度恢復(fu)正常。 |
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