| 淺析數控機床加工精度降低的原因 |
造成加工精度(du)異常故障(zhang)的原因(yin)隱(yin)蔽性強，診斷難度(du)比(bi)較大，歸納出(chu)五(wu)個主要原因(yin)：機床進(jin)給單位被改動或變化(hua)；機床各個軸(zhou)的零點偏(pian)置異常(chang)(chang)；軸(zhou)向的反向間隙異常(chang)(chang)；電機運行狀態異常(chang)(chang)，即電氣(qi)及(ji)控(kong)制(zhi)部(bu)分異常(chang)(chang)；機械故障，如絲杠，軸承，軸聯器等部件。另外(wai)加工程序(xu)的編制，刀具的選擇及人為(wei)因素，也可(ke)能(neng)導致加工精(jing)度異常。
一、造成加工精度異常故障的原因
造(zao)成加(jia)工精(jing)度(du)異(yi)(yi)(yi)(yi)常(chang)故(gu)障的(de)原因隱蔽性強，診(zhen)斷難度(du)比(bi)較大，歸納(na)出(chu)五個主要(yao)原因：機(ji)床(chuang)進(jin)給單位(wei)被改(gai)動(dong)或變化；機(ji)床(chuang)各個軸的(de)零點(dian)偏置異(yi)(yi)(yi)(yi)常(chang)；軸向的(de)反(fan)向間(jian)隙(xi)異(yi)(yi)(yi)(yi)常(chang)；電機(ji)運行狀(zhuang)態(tai)異(yi)(yi)(yi)(yi)常(chang)，即電氣及(ji)控制部(bu)分異(yi)(yi)(yi)(yi)常(chang)；機(ji)械故(gu)障，如絲杠，軸承，軸聯(lian)器等(deng)部(bu)件。另外加(jia)工程序的(de)編制，刀(dao)具的(de)選擇(ze)及(ji)人為因素，也可能導致(zhi)加(jia)工精(jing)度(du)異(yi)(yi)(yi)(yi)常(chang)。
二、數控機床故障診斷原則
1.先外(wai)部(bu)(bu)后內(nei)部(bu)(bu)數控機(ji)床是集機(ji)械(xie)，液壓，電氣(qi)為一體的機(ji)床，故其故障的發(fa)生也會(hui)由這三者綜合反(fan)映(ying)出來。維修人員應先由外(wai)向內(nei)逐(zhu)一進行排查，盡(jin)量(liang)避免隨意地(di)啟(qi)封，拆卸，否則會(hui)擴大故障，使(shi)機(ji)床喪失精度，降低性能。
2.先機(ji)械(xie)后電氣一(yi)般來說，機(ji)械(xie)故(gu)障較易發覺，而(er)數控系統故障的診(zhen)斷則難(nan)度較大些。在故障檢修之前，首(shou)先注意(yi)排除(chu)機械性的故障，往往可達到(dao)事半功(gong)倍的效果(guo)。
3.先(xian)靜后動先(xian)在(zai)機床斷(duan)電(dian)的(de)靜止狀(zhuang)態(tai)下，通過(guo)了解，觀察，測試，分析(xi)，確認(ren)為(wei)非破壞性故障(zhang)(zhang)后，方可給機床通電(dian)；在(zai)運行工況下，進行動態(tai)的(de)觀察，檢(jian)驗和測試，查找故障(zhang)(zhang)。而(er)對(dui)破壞性故障(zhang)(zhang)，必須先(xian)排除(chu)危(wei)險后，方可通電(dian)。
4.先簡(jian)單后(hou)復雜當出現多種故障互(hu)相交織(zhi)掩蓋，一時(shi)無從(cong)下(xia)手時(shi)，應先解決容(rong)易的問(wen)題，后(hou)解決難(nan)度較大的問(wen)題。往往簡(jian)單問(wen)題解決后(hou)，難(nan)度大的問(wen)題也可(ke)能變(bian)得容(rong)易。
三、數控機床故障診斷方法
1.直觀法：（望聞問切）問-機(ji)床的故障現象，加工狀況(kuang)等(deng)；看-CRT報(bao)警信息，報(bao)警指示燈，電容器等(deng)元件變形煙熏燒焦，保護器脫扣等(deng)；聽-異常聲(sheng)響；聞-電氣元件焦糊味及其它異味；摸-發熱，振動，接觸不良(liang)等。
2.參數(shu)檢查(cha)(cha)法：參數(shu)通常是存放在RAM中，有(you)(you)時電池電壓(ya)不(bu)足(zu)，系統長期不(bu)通電或外(wai)部干擾都會使(shi)參數(shu)丟失或混亂，應根據故障(zhang)特(te)征(zheng)，檢查(cha)(cha)和(he)校對有(you)(you)關參數(shu)。
3.隔離法(fa)：一(yi)些故障，難以區(qu)分(fen)是數控部分(fen)，還(huan)是伺服系統或機械(xie)部分造成的，常采(cai)用隔(ge)離法。
4.同類對調法用同功(gong)能(neng)(neng)的備用板(ban)替換(huan)被懷疑有故障的模板(ban)，或將功(gong)能(neng)(neng)相同的模板(ban)或單元(yuan)相互交(jiao)換(huan)。
5.功(gong)能(neng)程(cheng)(cheng)序測試法將G，M，S，T，功(gong)能(neng)的全部(bu)指令編寫一些小程(cheng)(cheng)序，在診斷(duan)(duan)故(gu)障時運(yun)行這些程(cheng)(cheng)序，即可判斷(duan)(duan)功(gong)能(neng)的缺(que)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(zhi)加工(gong)精度異(yi)常
故障現象：一(yi)臺(tai)SV-1000立式加工中心，采用Frank系(xi)統(tong)。在加工連(lian)桿(gan)模具過程中，忽然發(fa)現Z軸(zhou)進給異常，造成至少1mm的(de)切(qie)削誤(wu)差量（Z方(fang)向過切(qie)）。
故(gu)(gu)障診斷：調查(cha)(cha)中了解到，故(gu)(gu)障是忽然(ran)發(fa)生的(de)。機床在點(dian)動(dong)，在手動(dong)輸入數據方式(shi)操(cao)作下各個(ge)軸運行正常(chang)，且回參考點(dian)正常(chang)，無任何(he)報(bao)警提示，電氣控制部分硬故(gu)(gu)障的(de)可能性排(pai)除(chu)。應主(zhu)要對以下幾個(ge)方面逐一(yi)進行檢查(cha)(cha)。
檢查(cha)機床精度(du)(du)異常(chang)時正在運行(xing)的加工程序段，特(te)別是(shi)刀具長度(du)(du)補償，加工坐標(biao)系（G54-G59）的校對和計(ji)算。
在(zai)點動(dong)(dong)方(fang)式下，反復運動(dong)(dong)Z軸，經過視，觸，聽，對(dui)其運動(dong)(dong)狀態診斷(duan)，發(fa)現Z向(xiang)運動(dong)(dong)噪(zao)音異常，特別是快(kuai)速點動(dong)(dong)，噪(zao)音更加明(ming)顯。由此判斷(duan)，機械方(fang)面可能存在(zai)隱患。
檢查機床(chuang)Z軸精度。用(yong)手(shou)搖脈沖發生(sheng)器(qi)移動Z軸，（將其(qi)倍率(lv)定(ding)為(wei)1×100的擋位(wei)，即每變化一步，電(dian)機進給0.1mm），配合百分表觀察Z軸的(de)(de)(de)運(yun)(yun)(yun)(yun)動情況(kuang)。在(zai)單向(xiang)運(yun)(yun)(yun)(yun)動保持(chi)正常后作(zuo)為起始(shi)點的(de)(de)(de)正向(xiang)運(yun)(yun)(yun)(yun)動，脈沖器每變化(hua)一步，機(ji)床(chuang)Z軸運(yun)(yun)(yun)(yun)動的(de)(de)(de)實(shi)際距(ju)離(li)d=d1=d2=d3=…=0.1mm，說明電(dian)機(ji)運(yun)(yun)(yun)(yun)行良好(hao)，定位(wei)精度也(ye)(ye)良好(hao)。而返回機(ji)床(chuang)實(shi)際運(yun)(yun)(yun)(yun)動位(wei)移(yi)的(de)(de)(de)變化(hua)上，可以分為四個階(jie)(jie)段(duan)：（1）機(ji)床(chuang)運(yun)(yun)(yun)(yun)動距(ju)離(li)d1>d=0.1mm（斜(xie)(xie)率大于(yu)(yu)1）；（2）表現(xian)(xian)出為d1=0.1mm>d2>d3（斜(xie)(xie)率小于(yu)(yu)1）；（3）機(ji)床(chuang)機(ji)構實(shi)際沒移(yi)動，表現(xian)(xian)出最標準的(de)(de)(de)反(fan)向(xiang)間(jian)隙；（4）機(ji)床(chuang)運(yun)(yun)(yun)(yun)動距(ju)離(li)與(yu)脈沖器經定數值相等(deng)（斜(xie)(xie)率等(deng)于(yu)(yu)1），恢復到(dao)機(ji)床(chuang)的(de)(de)(de)正常運(yun)(yun)(yun)(yun)動。無論怎樣對(dui)反(fan)向(xiang)間(jian)隙進行補(bu)(bu)償，其(qi)表現(xian)(xian)出的(de)(de)(de)特征是：除了（3）階(jie)(jie)段(duan)補(bu)(bu)償外，其(qi)他各段(duan)變化(hua)依(yi)然(ran)存(cun)在(zai)，特別(bie)是（1）階(jie)(jie)段(duan)嚴重(zhong)影響(xiang)到(dao)機(ji)床(chuang)的(de)(de)(de)加工精度。補(bu)(bu)償中發現(xian)(xian)，間(jian)隙補(bu)(bu)償越大，（1）階(jie)(jie)段(duan)移(yi)動的(de)(de)(de)距(ju)離(li)也(ye)(ye)越大。
分(fen)(fen)析上述(shu)檢(jian)查(cha)認為(wei)存在(zai)幾點可能原因：一是(shi)電機(ji)有(you)異常(chang)，二是(shi)機(ji)械(xie)方面有(you)故障，三是(shi)絲(si)杠存在(zai)間(jian)隙。為(wei)了進一步診(zhen)斷(duan)故障，將電機(ji)和(he)絲(si)杠完全脫開，分(fen)(fen)別對電機(ji)和(he)機(ji)械(xie)部(bu)(bu)分(fen)(fen)進行檢(jian)查(cha)。檢(jian)查(cha)結(jie)果是(shi)電機(ji)運行正常(chang)；在(zai)對機(ji)械(xie)部(bu)(bu)分(fen)(fen)診(zhen)斷(duan)中(zhong)發現，用手盤動絲(si)杠時(shi)，返回運動初(chu)始(shi)有(you)很大(da)的空(kong)缺感。而正常(chang)情(qing)況下，應該能感覺到軸(zhou)承有(you)序而平滑的移動。
故障處理(li)：經過拆卸檢查發現(xian)該(gai)軸承確(que)實受損，且(qie)有(you)滾珠脫落。更換后(hou)機(ji)床恢復正常。
2.控制邏輯不妥導致加工(gong)精(jing)度(du)異常
故障現象：一臺(tai)上海(hai)機床(chuang)廠家生(sheng)產的加工中心，系(xi)統是(shi)Frank.加工過(guo)程(cheng)中，發現(xian)該機(ji)(ji)床(chuang)X軸(zhou)(zhou)精度(du)異(yi)常，精度(du)誤(wu)(wu)差(cha)最小為(wei)(wei)0.008mm，最大為(wei)(wei)1.2mm.故障(zhang)診斷：檢查(cha)(cha)中，機(ji)(ji)床(chuang)已經(jing)按照要求設置了(le)G54工件坐(zuo)標(biao)系(xi)。在(zai)手動輸入(ru)數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)方(fang)式(shi)(shi)操作下(xia)，以G54坐(zuo)標(biao)系(xi)運行(xing)一(yi)段程(cheng)序即“GOOG90G54X60.OY70.OF150；M30；”，待機(ji)(ji)床(chuang)運行(xing)結束后(hou)顯(xian)(xian)示(shi)(shi)(shi)器上顯(xian)(xian)示(shi)(shi)(shi)的機(ji)(ji)械(xie)坐(zuo)標(biao)值(zhi)為(wei)(wei)（X軸(zhou)(zhou)）“-1025.243”，記錄下(xia)該數(shu)(shu)(shu)(shu)值(zhi)。然后(hou)在(zai)手動方(fang)式(shi)(shi)下(xia)，將機(ji)(ji)床(chuang)點(dian)動到(dao)其他任意(yi)位(wei)(wei)(wei)置，再次在(zai)手動輸入(ru)數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)方(fang)式(shi)(shi)操作下(xia)運行(xing)剛才的程(cheng)序段，待機(ji)(ji)床(chuang)停止后(hou)，發現(xian)此(ci)時機(ji)(ji)床(chuang)坐(zuo)標(biao)數(shu)(shu)(shu)(shu)值(zhi)顯(xian)(xian)示(shi)(shi)(shi)為(wei)(wei)“-1024.891”，同(tong)(tong)上一(yi)次執行(xing)后(hou)的數(shu)(shu)(shu)(shu)值(zhi)比較相(xiang)(xiang)差(cha)了(le)0.352mm.按照同(tong)(tong)樣(yang)的方(fang)法，將X軸(zhou)(zhou)點(dian)動移動到(dao)不(bu)(bu)同(tong)(tong)的位(wei)(wei)(wei)置，反復執行(xing)該程(cheng)序段，而(er)顯(xian)(xian)示(shi)(shi)(shi)器上顯(xian)(xian)示(shi)(shi)(shi)的數(shu)(shu)(shu)(shu)值(zhi)都有所不(bu)(bu)同(tong)(tong)（不(bu)(bu)穩定）。用(yong)百分表對X軸(zhou)(zhou)進行(xing)仔細檢查(cha)(cha)，發現(xian)機(ji)(ji)械(xie)位(wei)(wei)(wei)置實際誤(wu)(wu)差(cha)同(tong)(tong)數(shu)(shu)(shu)(shu)字顯(xian)(xian)示(shi)(shi)(shi)出來的誤(wu)(wu)差(cha)基(ji)本一(yi)致，從(cong)而(er)認為(wei)(wei)故障(zhang)原因為(wei)(wei)X軸(zhou)(zhou)重(zhong)復定位(wei)(wei)(wei)誤(wu)(wu)差(cha)過(guo)大。對X軸(zhou)(zhou)的反向間隙(xi)及(ji)定位(wei)(wei)(wei)精度(du)進行(xing)檢查(cha)(cha)，重(zhong)新補償其誤(wu)(wu)差(cha)值(zhi)，結果(guo)起(qi)不(bu)(bu)到(dao)任何(he)作用(yong)。因此(ci)懷(huai)疑(yi)光柵(zha)尺及(ji)系(xi)統參數(shu)(shu)(shu)(shu)等有問題(ti)。但為(wei)(wei)什(shen)么產生如此(ci)大的誤(wu)(wu)差(cha)，卻又(you)未出現(xian)相(xiang)(xiang)應的報警(jing)信(xin)息進一(yi)步檢查(cha)(cha)發現(xian)，此(ci)軸(zhou)(zhou)為(wei)(wei)垂直方(fang)向的軸(zhou)(zhou)，當X軸(zhou)(zhou)松開(kai)時主軸箱向下掉，造成了誤差。
故障(zhang)處理(li)：對機床(chuang)的PLC邏輯控制程序做了(le)修改，即在(zai)X軸(zhou)(zhou)松(song)開時(shi)，先把(ba)X軸(zhou)(zhou)使能(neng)加載，再把(ba)X軸(zhou)(zhou)松(song)開；而在(zai)X軸(zhou)(zhou)夾緊時(shi)，先把(ba)X軸(zhou)(zhou)夾緊后，再把(ba)使能(neng)去(qu)掉。調整后機床故障得以解(jie)決。
3.機床位置問(wen)題導致加工精度異常
故障現象：一臺杭(hang)州產的立(li)式(shi)數控銑床，配(pei)備北(bei)京KND-10M系(xi)統(tong)。在點動或加工過程(cheng)中，發現(xian)Z軸異常。
故障診(zhen)(zhen)斷(duan)(duan)：檢查發現(xian)，Z軸上(shang)下(xia)(xia)移動(dong)(dong)(dong)不(bu)均(jun)勻且有噪聲，且存在一定間隙(xi)。電(dian)機(ji)(ji)啟動(dong)(dong)(dong)時，在點(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)方式(shi)下(xia)(xia)Z軸向(xiang)上(shang)運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)存在不(bu)穩定的(de)(de)噪聲及受(shou)力不(bu)均(jun)勻，且感覺(jue)(jue)電(dian)機(ji)(ji)抖(dou)(dou)動(dong)(dong)(dong)比(bi)較厲害(hai)；而向(xiang)下(xia)(xia)運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)時，就(jiu)沒有抖(dou)(dou)動(dong)(dong)(dong)得(de)這么明顯；停止時不(bu)抖(dou)(dou)動(dong)(dong)(dong)，在加(jia)工過(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)表(biao)現(xian)得(de)比(bi)較明顯。分析認為，故障原(yuan)(yuan)因(yin)有三點(dian)(dian)：一是(shi)(shi)絲杠反向(xiang)間隙(xi)很大；二是(shi)(shi)Z軸電(dian)機(ji)(ji)工作異常(chang)；三是(shi)(shi)皮(pi)帶(dai)輪受(shou)損至受(shou)力不(bu)均(jun)。但有一個(ge)問題要注意(yi)的(de)(de)是(shi)(shi)，停止時不(bu)抖(dou)(dou)動(dong)(dong)(dong)，上(shang)下(xia)(xia)運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)不(bu)均(jun)勻，所以電(dian)機(ji)(ji)工作異常(chang)這個(ge)問題可以排除。因(yin)此先對(dui)機(ji)(ji)械部分診(zhen)(zhen)斷(duan)(duan)，在診(zhen)(zhen)斷(duan)(duan)測(ce)試過(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)沒有發現(xian)異常(chang)，在公差之內(nei)(nei)。利用排除法則(ze)，余下(xia)(xia)的(de)(de)只有皮(pi)帶(dai)問題了(le)，在檢測(ce)皮(pi)帶(dai)時，發覺(jue)(jue)這條(tiao)皮(pi)帶(dai)剛(gang)換不(bu)久，但在細心檢測(ce)皮(pi)帶(dai)時，發現(xian)皮(pi)帶(dai)內(nei)(nei)側出(chu)現(xian)不(bu)同程(cheng)度的(de)(de)受(shou)損，很明顯是(shi)(shi)受(shou)力不(bu)均(jun)所至，是(shi)(shi)什么原(yuan)(yuan)因(yin)造成的(de)(de)呢(ni)在診(zhen)(zhen)斷(duan)(duan)中(zhong)(zhong)發現(xian)電(dian)機(ji)(ji)放置(zhi)有問題，即裝夾的(de)(de)角度位置(zhi)不(bu)對(dui)稱造成受(shou)力不(bu)均(jun)。
故障(zhang)處理(li)：只(zhi)要將電機重裝，對準角度，測量好距離（電機與Z軸(zhou)的軸(zhou)承(cheng)），皮帶兩(liang)邊(bian)（長度）要均勻。這(zhe)樣，Z軸(zhou)上下移動不均勻且有噪聲及抖動現象就消除了，Z軸(zhou)加工恢復正常。
4.系統參數未優(you)化，電機運行異常
導致加工(gong)精度異常(chang)系(xi)統參數主(zhu)要包括機(ji)(ji)床(chuang)進給單位，零(ling)點(dian)偏置，反向間隙(xi)(xi)等。例(li)如Frank數控系(xi)統，其進給單位有公制和英(ying)制兩(liang)種(zhong)。在機(ji)(ji)床(chuang)修(xiu)理(li)(li)過程中對于局部(bu)處(chu)理(li)(li)，常(chang)常(chang)影響到(dao)零(ling)點(dian)偏置和間隙(xi)(xi)的(de)變(bian)化(hua)，故障(zhang)處(chu)理(li)(li)完畢(bi)后應作(zuo)適(shi)時的(de)調整和修(xiu)改；另一方(fang)面，由于機(ji)(ji)械磨(mo)損嚴重(zhong)或(huo)連接位松動也(ye)可能造(zao)成參數實測值的(de)變(bian)化(hua)，需(xu)要對參數做(zuo)相應的(de)修(xiu)改才能滿足機(ji)(ji)床(chuang)加工(gong)精度的(de)要求。
故(gu)障現象：一臺杭州產的立(li)式數控銑床(chuang)，配(pei)備北京(jing)KND-10M系統。在加工過程(cheng)中，發現X軸精度異常(chang)。
故(gu)障診斷(duan)：檢(jian)查發現X軸存(cun)在一定(ding)間(jian)隙，且電機(ji)啟動時存(cun)在不(bu)穩定(ding)的現象。用手觸摸X軸電機(ji)時感覺電機(ji)拉動比較(jiao)(jiao)厲害，停止時拉動不(bu)明(ming)顯，尤(you)其是點動方(fang)式下比較(jiao)(jiao)明(ming)顯。分析認為(wei)，故(gu)障原因有(you)兩點：一是絲(si)杠反(fan)間(jian)隙很(hen)大；二是X軸電機(ji)工作異常。
故障處理(li)：利用KND-10M系(xi)統(tong)的(de)參(can)(can)數(shu)功能(neng)，對電(dian)機進(jin)行(xing)調試。首先(xian)對存在的(de)間隙進(jin)行(xing)補償，再(zai)調整伺服系(xi)統(tong)參(can)(can)數(shu)及脈沖抑制功能(neng)參(can)(can)數(shu)，X軸電(dian)機的(de)抖動(dong)消除，機床加工(gong)精度恢(hui)復正常(chang)。 |
|
| |
|
