| 淺析數控機床加工精度降低的原因 |
造成(cheng)加工精度異常故障(zhang)的原因隱(yin)蔽性強，診斷難度比較大，歸納出五個主要原因：機床進給單位被(bei)改動或變化；機床(chuang)各(ge)個軸的零點偏置(zhi)異(yi)常；軸向(xiang)(xiang)的反(fan)向(xiang)(xiang)間隙異(yi)常；電(dian)機運行狀態異(yi)常，即電(dian)氣及控(kong)制部(bu)分(fen)異(yi)常；機械故障，如絲杠(gang)，軸承，軸聯器等(deng)部件。另(ling)外加工程序的(de)編制，刀具的選擇及人為(wei)因素，也可能導致加工精度(du)異常。
一、造成加工精度異常故障的原因
造成加(jia)工精度異常(chang)故(gu)障的(de)原(yuan)因(yin)隱蔽性強(qiang)，診斷難(nan)度比較大，歸納出五(wu)個主要原(yuan)因(yin)：機床進給(gei)單位被改動或變(bian)化；機床各個軸(zhou)(zhou)的(de)零點偏置異常(chang)；軸(zhou)(zhou)向(xiang)的(de)反向(xiang)間(jian)隙(xi)異常(chang)；電(dian)機運行狀態異常(chang)，即電(dian)氣及(ji)控(kong)制部分異常(chang)；機械(xie)故(gu)障，如絲(si)杠，軸(zhou)(zhou)承，軸(zhou)(zhou)聯器等部件。另外(wai)加(jia)工程序的(de)編制，刀(dao)具的(de)選擇及(ji)人為因(yin)素，也(ye)可能導(dao)致加(jia)工精度異常(chang)。
二、數控機床故障診斷原則
1.先(xian)外部后(hou)內(nei)部數控機床(chuang)是集(ji)機械，液壓，電氣(qi)為一(yi)體(ti)的(de)機床(chuang)，故其故障的(de)發(fa)生也會由(you)這三(san)者綜合(he)反映出來。維修人(ren)員應(ying)先(xian)由(you)外向內(nei)逐一(yi)進(jin)行排查，盡量避(bi)免隨意地(di)啟(qi)封，拆卸，否則(ze)會擴(kuo)大故障，使機床(chuang)喪失精度(du)，降低(di)性能。
2.先機械后電氣(qi)一般來說，機械故障較易(yi)發覺(jue)，而數控系統故障(zhang)(zhang)的(de)診斷(duan)則(ze)難度較大些(xie)。在故障(zhang)(zhang)檢修(xiu)之前，首先注意排除機械性(xing)的(de)故障(zhang)(zhang)，往往可達到事半功倍的(de)效果。
3.先(xian)靜(jing)后動先(xian)在機床斷電(dian)的(de)靜(jing)止(zhi)狀態(tai)下，通過了(le)解，觀(guan)察，測(ce)試(shi)，分(fen)析，確認為非破壞性(xing)(xing)故(gu)障(zhang)(zhang)后，方可(ke)給機床通電(dian)；在運行工況下，進行動態(tai)的(de)觀(guan)察，檢驗和測(ce)試(shi)，查找故(gu)障(zhang)(zhang)。而對破壞性(xing)(xing)故(gu)障(zhang)(zhang)，必須先(xian)排除危險后，方可(ke)通電(dian)。
4.先(xian)簡單(dan)(dan)后復雜(za)當出現多(duo)種故障(zhang)互相交織掩蓋(gai)，一時無(wu)從下手時，應先(xian)解(jie)(jie)決容(rong)易(yi)的問(wen)題，后解(jie)(jie)決難度較大(da)的問(wen)題。往(wang)往(wang)簡單(dan)(dan)問(wen)題解(jie)(jie)決后，難度大(da)的問(wen)題也可能變得(de)容(rong)易(yi)。
三、數控機床故障診斷方法
1.直觀法：（望聞問切）問-機床的(de)故障現象，加(jia)工狀況等；看-CRT報警信息(xi)，報警指示燈，電容器(qi)等元件變形煙(yan)熏燒焦，保護器(qi)脫扣等；聽(ting)-異常聲響；聞-電氣元件焦糊味(wei)及(ji)其它異味；摸-發熱，振動(dong)，接觸不良(liang)等。
2.參數檢查法：參數通常是存放(fang)在RAM中，有時電池電壓不足，系(xi)統長期(qi)不通電或外部干擾(rao)都(dou)會(hui)使參數丟失或混亂，應根據故(gu)障(zhang)特征，檢查和校對有關參數。
3.隔離(li)法(fa)：一些故障，難以區分是數控部分，還是伺服系統或機械部分造成(cheng)的(de)，常(chang)采(cai)用(yong)隔離法。
4.同類對調(diao)法用同功(gong)能的(de)(de)備用板替換(huan)(huan)被懷疑(yi)有故障的(de)(de)模板，或將功(gong)能相同的(de)(de)模板或單元相互交換(huan)(huan)。
5.功能(neng)程(cheng)序測(ce)試(shi)法將G，M，S，T，功能(neng)的(de)全部指(zhi)令編寫(xie)一些(xie)小程(cheng)序，在診斷故障時運行這些(xie)程(cheng)序，即(ji)可判斷功能(neng)的(de)缺失。
四、加工精度異常故障診斷和處理實例
1.機械故障導致加工精度異常
故障現(xian)象：一臺SV-1000立式加工中心，采用Frank系統。在加工連桿模具過程中，忽然發現Z軸進(jin)給(gei)異常(chang)，造成至少1mm的切(qie)削誤(wu)差量（Z方向過切(qie)）。
故障診斷：調(diao)查中(zhong)了(le)解到，故障是忽然(ran)發生的。機床在(zai)點動(dong)，在(zai)手動(dong)輸入數據(ju)方式操作(zuo)下各個(ge)軸運行正常，且回參考點正常，無任何報(bao)警(jing)提(ti)示，電氣控制(zhi)部分硬故障的可能性排(pai)除。應主要對以(yi)下幾個(ge)方面逐一進(jin)行檢(jian)查。
檢查機床精度異常時(shi)正在運行的加(jia)工(gong)(gong)程序段，特別是刀(dao)具長度補償，加(jia)工(gong)(gong)坐(zuo)標系（G54-G59）的校(xiao)對和(he)計算。
在點動(dong)(dong)(dong)方式下(xia)，反復運(yun)動(dong)(dong)(dong)Z軸，經過視，觸，聽，對(dui)其(qi)運(yun)動(dong)(dong)(dong)狀(zhuang)態診斷(duan)，發現(xian)Z向運(yun)動(dong)(dong)(dong)噪(zao)音(yin)(yin)異(yi)常，特別是快速(su)點動(dong)(dong)(dong)，噪(zao)音(yin)(yin)更加明顯。由此(ci)判(pan)斷(duan)，機械方面可(ke)能存在隱患。
檢查(cha)機床(chuang)Z軸(zhou)精度。用(yong)手搖脈沖發生器移動Z軸(zhou)，（將(jiang)其倍率定為1×100的擋位(wei)，即每變化一步，電(dian)機進(jin)給0.1mm），配合百分表觀察(cha)Z軸的(de)(de)(de)運(yun)(yun)動(dong)(dong)情況(kuang)。在單(dan)向運(yun)(yun)動(dong)(dong)保持正(zheng)(zheng)常后作為(wei)起始點(dian)的(de)(de)(de)正(zheng)(zheng)向運(yun)(yun)動(dong)(dong)，脈沖(chong)器每變化(hua)(hua)一(yi)步，機(ji)床Z軸運(yun)(yun)動(dong)(dong)的(de)(de)(de)實(shi)際(ji)距離(li)d=d1=d2=d3=…=0.1mm，說明(ming)電機(ji)運(yun)(yun)行良好(hao)，定位精(jing)度(du)也良好(hao)。而(er)返回機(ji)床實(shi)際(ji)運(yun)(yun)動(dong)(dong)位移的(de)(de)(de)變化(hua)(hua)上(shang)，可以分為(wei)四個階段(duan)：（1）機(ji)床運(yun)(yun)動(dong)(dong)距離(li)d1>d=0.1mm（斜率(lv)大于1）；（2）表(biao)(biao)現出(chu)(chu)為(wei)d1=0.1mm>d2>d3（斜率(lv)小(xiao)于1）；（3）機(ji)床機(ji)構(gou)實(shi)際(ji)沒(mei)移動(dong)(dong)，表(biao)(biao)現出(chu)(chu)最標(biao)準(zhun)的(de)(de)(de)反(fan)向間隙；（4）機(ji)床運(yun)(yun)動(dong)(dong)距離(li)與脈沖(chong)器經定數值相等（斜率(lv)等于1），恢復到機(ji)床的(de)(de)(de)正(zheng)(zheng)常運(yun)(yun)動(dong)(dong)。無論怎樣對(dui)反(fan)向間隙進行補償(chang)，其(qi)表(biao)(biao)現出(chu)(chu)的(de)(de)(de)特(te)征是：除了（3）階段(duan)補償(chang)外，其(qi)他(ta)各(ge)段(duan)變化(hua)(hua)依然(ran)存在，特(te)別(bie)是（1）階段(duan)嚴(yan)重(zhong)影(ying)響到機(ji)床的(de)(de)(de)加工(gong)精(jing)度(du)。補償(chang)中發現，間隙補償(chang)越大，（1）階段(duan)移動(dong)(dong)的(de)(de)(de)距離(li)也越大。
分(fen)(fen)析(xi)上述檢查認為存(cun)在幾點(dian)可(ke)能(neng)原(yuan)因：一(yi)是(shi)電機(ji)有(you)(you)異常，二是(shi)機(ji)械方面有(you)(you)故(gu)障(zhang)，三是(shi)絲杠存(cun)在間隙。為了進一(yi)步診斷故(gu)障(zhang)，將電機(ji)和絲杠完全脫開，分(fen)(fen)別對電機(ji)和機(ji)械部(bu)(bu)分(fen)(fen)進行(xing)檢查。檢查結(jie)果是(shi)電機(ji)運(yun)行(xing)正常；在對機(ji)械部(bu)(bu)分(fen)(fen)診斷中發現，用手盤動絲杠時，返回(hui)運(yun)動初始(shi)有(you)(you)很大的空缺感。而(er)正常情(qing)況(kuang)下(xia)，應該(gai)能(neng)感覺到軸(zhou)承有(you)(you)序(xu)而(er)平滑的移動。
故(gu)障處理：經(jing)過(guo)拆卸(xie)檢查發(fa)現該軸承確實受損(sun)，且有(you)滾珠(zhu)脫落。更換后機床恢(hui)復正常(chang)。
2.控制(zhi)邏輯(ji)不妥(tuo)導致加工精度(du)異常
故障現象：一臺上海機床廠(chang)家生產(chan)的加工中心，系(xi)(xi)統是(shi)Frank.加工過程(cheng)(cheng)中(zhong)，發(fa)現(xian)該(gai)機床(chuang)(chuang)X軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)精度(du)異常(chang)，精度(du)誤(wu)(wu)差(cha)最(zui)小為(wei)0.008mm，最(zui)大為(wei)1.2mm.故(gu)障診斷：檢查中(zhong)，機床(chuang)(chuang)已經按照要求設置了G54工件坐標系(xi)(xi)。在手(shou)(shou)動輸入(ru)數(shu)(shu)(shu)據方(fang)式操作(zuo)下，以G54坐標系(xi)(xi)運(yun)(yun)行一段程(cheng)(cheng)序(xu)即“GOOG90G54X60.OY70.OF150；M30；”，待(dai)(dai)機床(chuang)(chuang)運(yun)(yun)行結束后(hou)顯(xian)示(shi)器(qi)上顯(xian)示(shi)的(de)(de)機械(xie)坐標值為(wei)（X軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)）“-1025.243”，記錄(lu)下該(gai)數(shu)(shu)(shu)值。然后(hou)在手(shou)(shou)動方(fang)式下，將機床(chuang)(chuang)點動到其他任(ren)(ren)意位(wei)(wei)置，再(zai)次(ci)在手(shou)(shou)動輸入(ru)數(shu)(shu)(shu)據方(fang)式操作(zuo)下運(yun)(yun)行剛才的(de)(de)程(cheng)(cheng)序(xu)段，待(dai)(dai)機床(chuang)(chuang)停止后(hou)，發(fa)現(xian)此(ci)時機床(chuang)(chuang)坐標數(shu)(shu)(shu)值顯(xian)示(shi)為(wei)“-1024.891”，同上一次(ci)執行后(hou)的(de)(de)數(shu)(shu)(shu)值比較相差(cha)了0.352mm.按照同樣的(de)(de)方(fang)法，將X軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)點動移動到不(bu)同的(de)(de)位(wei)(wei)置，反復(fu)(fu)執行該(gai)程(cheng)(cheng)序(xu)段，而顯(xian)示(shi)器(qi)上顯(xian)示(shi)的(de)(de)數(shu)(shu)(shu)值都有所(suo)不(bu)同（不(bu)穩定）。用(yong)百分(fen)表對X軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)進行仔細檢查，發(fa)現(xian)機械(xie)位(wei)(wei)置實際誤(wu)(wu)差(cha)同數(shu)(shu)(shu)字顯(xian)示(shi)出(chu)來的(de)(de)誤(wu)(wu)差(cha)基本一致，從(cong)而認為(wei)故(gu)障原(yuan)因為(wei)X軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)重復(fu)(fu)定位(wei)(wei)誤(wu)(wu)差(cha)過大。對X軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)的(de)(de)反向間隙及定位(wei)(wei)精度(du)進行檢查，重新補償其誤(wu)(wu)差(cha)值，結果起(qi)不(bu)到任(ren)(ren)何作(zuo)用(yong)。因此(ci)懷疑(yi)光柵尺及系(xi)(xi)統參數(shu)(shu)(shu)等有問題。但為(wei)什么產生如(ru)此(ci)大的(de)(de)誤(wu)(wu)差(cha)，卻(que)又未出(chu)現(xian)相應(ying)的(de)(de)報警信(xin)息進一步檢查發(fa)現(xian)，此(ci)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)為(wei)垂直方(fang)向的(de)(de)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)，當X軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)松開時主軸箱向下(xia)掉，造成了誤差。
故障處理：對機床的(de)PLC邏輯控制程序做了修改，即在X軸松開(kai)時，先把X軸使(shi)能加(jia)載(zai)，再把X軸松開(kai)；而在X軸夾緊(jin)(jin)時，先把X軸夾緊(jin)(jin)后，再把使(shi)能去掉(diao)。調整(zheng)后機(ji)床故(gu)障得以解決。
3.機床位置問(wen)題導(dao)致(zhi)加工(gong)精度異常
故(gu)障現象：一臺杭州產(chan)的(de)立(li)式數控銑床，配備北京KND-10M系統。在點動或加工過程中，發(fa)現Z軸(zhou)異常(chang)。
故障診斷(duan)(duan)(duan)：檢(jian)查(cha)發(fa)(fa)現，Z軸(zhou)上下(xia)(xia)(xia)移動(dong)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)均(jun)勻(yun)且有(you)噪聲，且存(cun)在(zai)一定間(jian)隙。電(dian)機(ji)啟動(dong)時(shi)(shi)，在(zai)點動(dong)方(fang)式(shi)下(xia)(xia)(xia)Z軸(zhou)向上運動(dong)存(cun)在(zai)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)穩定的噪聲及受(shou)(shou)力不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)均(jun)勻(yun)，且感覺電(dian)機(ji)抖(dou)動(dong)比(bi)較(jiao)厲害；而向下(xia)(xia)(xia)運動(dong)時(shi)(shi)，就沒(mei)有(you)抖(dou)動(dong)得這么明顯；停(ting)止時(shi)(shi)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)抖(dou)動(dong)，在(zai)加工(gong)過(guo)程中(zhong)表現得比(bi)較(jiao)明顯。分析認為，故障原因(yin)有(you)三(san)點：一是(shi)絲杠(gang)反向間(jian)隙很(hen)大；二是(shi)Z軸(zhou)電(dian)機(ji)工(gong)作異常(chang)；三(san)是(shi)皮(pi)(pi)帶(dai)輪受(shou)(shou)損至受(shou)(shou)力不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)均(jun)。但有(you)一個(ge)問題要注意(yi)的是(shi)，停(ting)止時(shi)(shi)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)抖(dou)動(dong)，上下(xia)(xia)(xia)運動(dong)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)均(jun)勻(yun)，所以(yi)電(dian)機(ji)工(gong)作異常(chang)這個(ge)問題可以(yi)排除。因(yin)此先對(dui)機(ji)械(xie)部分診斷(duan)(duan)(duan)，在(zai)診斷(duan)(duan)(duan)測(ce)試過(guo)程中(zhong)沒(mei)有(you)發(fa)(fa)現異常(chang)，在(zai)公差之內。利用排除法則，余下(xia)(xia)(xia)的只有(you)皮(pi)(pi)帶(dai)問題了，在(zai)檢(jian)測(ce)皮(pi)(pi)帶(dai)時(shi)(shi)，發(fa)(fa)覺這條皮(pi)(pi)帶(dai)剛(gang)換不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)久(jiu)，但在(zai)細心檢(jian)測(ce)皮(pi)(pi)帶(dai)時(shi)(shi)，發(fa)(fa)現皮(pi)(pi)帶(dai)內側(ce)出(chu)現不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)同程度(du)的受(shou)(shou)損，很(hen)明顯是(shi)受(shou)(shou)力不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)均(jun)所至，是(shi)什么原因(yin)造成的呢(ni)在(zai)診斷(duan)(duan)(duan)中(zhong)發(fa)(fa)現電(dian)機(ji)放(fang)置(zhi)有(you)問題，即裝夾的角度(du)位置(zhi)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)對(dui)稱造成受(shou)(shou)力不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)均(jun)。
故(gu)障處理：只要將電(dian)機重裝，對(dui)準角度(du)，測(ce)量好距離(li)（電(dian)機與(yu)Z軸(zhou)的(de)軸(zhou)承），皮帶兩邊（長度(du)）要均勻。這樣，Z軸(zhou)上下移動(dong)(dong)不均勻且有噪聲及抖動(dong)(dong)現(xian)象就消除了，Z軸(zhou)加工恢復(fu)正常。
4.系統參數未優化，電(dian)機運行(xing)異常(chang)
導(dao)致加工(gong)精(jing)度異(yi)常系統(tong)參(can)(can)數(shu)(shu)主(zhu)要(yao)包(bao)括機(ji)床(chuang)進給單位，零(ling)點偏置，反(fan)向間隙等。例如Frank數(shu)(shu)控系統(tong)，其(qi)進給單位有公制和英(ying)制兩種(zhong)。在(zai)機(ji)床(chuang)修(xiu)理過程中(zhong)對于(yu)局部處理，常常影響(xiang)到零(ling)點偏置和間隙的(de)變化，故障處理完畢(bi)后應作適時的(de)調整和修(xiu)改(gai)(gai)；另一(yi)方面，由于(yu)機(ji)械磨損嚴(yan)重或連接位松動也可能(neng)造成參(can)(can)數(shu)(shu)實測(ce)值的(de)變化，需(xu)要(yao)對參(can)(can)數(shu)(shu)做相應的(de)修(xiu)改(gai)(gai)才能(neng)滿足(zu)機(ji)床(chuang)加工(gong)精(jing)度的(de)要(yao)求(qiu)。
故(gu)障(zhang)現(xian)象(xiang)：一臺杭州產(chan)的立式(shi)數控銑(xian)床，配(pei)備北京KND-10M系(xi)統。在加(jia)工過程中，發(fa)現(xian)X軸精度異常。
故(gu)障(zhang)診斷：檢(jian)查發現X軸(zhou)存在(zai)一(yi)定間隙，且電機啟動(dong)時存在(zai)不穩定的(de)現象。用手觸(chu)摸X軸(zhou)電機時感覺電機拉(la)動(dong)比較(jiao)(jiao)厲害，停止時拉(la)動(dong)不明顯(xian)，尤其是(shi)點(dian)動(dong)方式下比較(jiao)(jiao)明顯(xian)。分析(xi)認為，故(gu)障(zhang)原因有兩(liang)點(dian)：一(yi)是(shi)絲杠反間隙很大；二是(shi)X軸(zhou)電機工作(zuo)異(yi)常。
故障處理：利用KND-10M系統(tong)的參(can)數(shu)功能，對電(dian)機(ji)(ji)進(jin)行(xing)調試。首先對存(cun)在(zai)的間隙進(jin)行(xing)補(bu)償，再調整(zheng)伺服(fu)系統(tong)參(can)數(shu)及脈沖抑制(zhi)功能參(can)數(shu)，X軸電(dian)機(ji)(ji)的抖動消除，機(ji)(ji)床加工(gong)精度恢(hui)復(fu)正(zheng)常(chang)。 |
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