| 淺析數控機床加工精度降低的原因 |
造成加工(gong)精度異常(chang)故障的原因隱蔽性強，診(zhen)斷難度比較大(da)，歸納出五個主要原因：機床進給(gei)單位被改動或變(bian)化；機床各個軸的零點偏置(zhi)異常(chang)；軸向(xiang)的反向(xiang)間隙(xi)異常(chang)；電機運(yun)行(xing)狀態異常(chang)，即電氣及控制部分(fen)異常(chang)；機械(xie)故障(zhang)，如絲杠(gang)，軸承，軸聯器等部(bu)件。另外加工程序的編制，刀具的選擇及人為因(yin)素(su)，也可能導致加工(gong)精度異(yi)常。
一、造成加工精度異常故障的原因
造成加(jia)工(gong)(gong)精度異(yi)常故(gu)障(zhang)的(de)原(yuan)因(yin)隱蔽性強，診(zhen)斷難度比較大，歸納出五(wu)個主要原(yuan)因(yin)：機(ji)床(chuang)進給單位(wei)被改(gai)動(dong)或變化；機(ji)床(chuang)各個軸的(de)零點偏置異(yi)常；軸向(xiang)的(de)反(fan)向(xiang)間隙異(yi)常；電(dian)機(ji)運行狀(zhuang)態異(yi)常，即電(dian)氣及控(kong)制部(bu)分異(yi)常；機(ji)械(xie)故(gu)障(zhang)，如絲杠，軸承，軸聯器等部(bu)件。另外加(jia)工(gong)(gong)程序的(de)編制，刀具的(de)選(xuan)擇及人為因(yin)素，也可能導(dao)致加(jia)工(gong)(gong)精度異(yi)常。
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(chuang)是(shi)集機械(xie)，液(ye)壓，電氣(qi)為一體(ti)的機床(chuang)，故(gu)其故(gu)障的發(fa)生(sheng)也會由這三(san)者綜合反映出(chu)來。維修人(ren)員應先(xian)由外向內逐一進行排查，盡(jin)量避免隨意(yi)地(di)啟封，拆卸，否(fou)則會擴(kuo)大故(gu)障，使機床(chuang)喪失精度，降低性(xing)能。
2.先機械后電氣一般來說(shuo)，機械故障(zhang)較易發覺，而(er)數控系統故障的診(zhen)斷則難度(du)較大些。在故障檢(jian)修(xiu)之前，首先注意排除機械性的故障，往往可達到事半功倍(bei)的效果。
3.先靜后動先在機床(chuang)斷電的靜止狀態(tai)下，通(tong)過了解，觀察(cha)，測試(shi)，分析(xi)，確認(ren)為非破壞性故障后，方(fang)可給機床(chuang)通(tong)電；在運行工況下，進行動態(tai)的觀察(cha)，檢驗(yan)和測試(shi)，查找故障。而對破壞性故障，必須先排除危險(xian)后，方(fang)可通(tong)電。
4.先簡單(dan)后(hou)復(fu)雜當出現多種(zhong)故障互相交織掩蓋，一(yi)時(shi)(shi)無從(cong)下手時(shi)(shi)，應(ying)先解(jie)決容(rong)易的(de)問(wen)題(ti)(ti)，后(hou)解(jie)決難度(du)較大的(de)問(wen)題(ti)(ti)。往(wang)往(wang)簡單(dan)問(wen)題(ti)(ti)解(jie)決后(hou)，難度(du)大的(de)問(wen)題(ti)(ti)也可能變得容(rong)易。
三、數控機床故障診斷方法
1.直觀法(fa)：（望聞問(wen)切）問(wen)-機床的故障現象，加工狀況(kuang)等(deng)；看-CRT報(bao)警(jing)信息，報(bao)警(jing)指(zhi)示燈，電(dian)容器(qi)等(deng)元件變形(xing)煙(yan)熏燒焦，保(bao)護器(qi)脫扣(kou)等(deng)；聽-異(yi)常(chang)聲響；聞-電(dian)氣元件焦糊味及其它異味(wei)；摸-發(fa)熱，振動，接觸(chu)不良等。
2.參數檢查法：參數通常是存放(fang)在RAM中，有(you)時電(dian)池(chi)電(dian)壓不足(zu)，系(xi)統長(chang)期不通電(dian)或(huo)外部干擾都(dou)會使參數丟失或(huo)混亂，應根據故障特征，檢查和校對有(you)關(guan)參數。
3.隔離法(fa)：一些故(gu)障，難以區分是數控部分，還是伺服系統或(huo)機械部分(fen)造成的，常采(cai)用隔離法(fa)。
4.同類對調法用同功能的(de)(de)備用板替換(huan)被(bei)懷疑有(you)故障的(de)(de)模板，或將功能相同的(de)(de)模板或單元相互交(jiao)換(huan)。
5.功(gong)能(neng)程序(xu)(xu)測試法將G，M，S，T，功(gong)能(neng)的(de)全部指令編(bian)寫一些(xie)小程序(xu)(xu)，在診斷故障時運行(xing)這些(xie)程序(xu)(xu)，即可判斷功(gong)能(neng)的(de)缺失。
四、加工精度異常故障診斷和處理實例
1.機(ji)械(xie)故障導致加工精度異常
故障現象(xiang)：一臺SV-1000立式加工中心，采用(yong)Frank系(xi)統。在加工連桿模具過(guo)程(cheng)中，忽然發現Z軸進給異常，造(zao)成至少(shao)1mm的切(qie)(qie)削誤差量(liang)（Z方向(xiang)過(guo)切(qie)(qie)）。
故障(zhang)診斷：調查中了解到，故障(zhang)是忽然(ran)發生(sheng)的(de)。機床(chuang)在(zai)(zai)點動，在(zai)(zai)手動輸入數據方式(shi)操(cao)作下(xia)各個軸運(yun)行正(zheng)常(chang)，且回參考點正(zheng)常(chang)，無任(ren)何報(bao)警提示(shi)，電氣控制部分硬故障(zhang)的(de)可能性排除。應主要對以下(xia)幾個方面逐一進行檢查。
檢(jian)查機床精度(du)異常(chang)時正在(zai)運行的加工程序段，特別是刀(dao)具長度(du)補償，加工坐(zuo)標系（G54-G59）的校對(dui)和計(ji)算(suan)。
在(zai)點動(dong)(dong)(dong)方式(shi)下，反(fan)復運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)Z軸(zhou)，經過視，觸，聽，對其(qi)運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)狀態診斷(duan)，發現(xian)Z向運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)噪音(yin)異常，特別是(shi)快速點動(dong)(dong)(dong)，噪音(yin)更(geng)加(jia)明顯。由此判斷(duan)，機械(xie)方面可(ke)能存在(zai)隱患。
檢查(cha)機(ji)床(chuang)Z軸精度。用手搖脈沖發生器移(yi)動Z軸，（將其倍(bei)率定(ding)為1×100的擋位，即每變化一步，電機(ji)進給0.1mm），配合百分表觀察Z軸(zhou)的(de)(de)(de)運(yun)動(dong)情況。在單向運(yun)動(dong)保持正(zheng)(zheng)常后作為起(qi)始點的(de)(de)(de)正(zheng)(zheng)向運(yun)動(dong)，脈沖器(qi)每變化(hua)一步，機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)Z軸(zhou)運(yun)動(dong)的(de)(de)(de)實際(ji)距(ju)(ju)離d=d1=d2=d3=…=0.1mm，說明電機(ji)(ji)運(yun)行(xing)良好，定位精度(du)也良好。而返回(hui)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)實際(ji)運(yun)動(dong)位移(yi)的(de)(de)(de)變化(hua)上，可以分(fen)為四個(ge)階段(duan)：（1）機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)運(yun)動(dong)距(ju)(ju)離d1>d=0.1mm（斜(xie)率(lv)大(da)(da)于1）；（2）表現出(chu)為d1=0.1mm>d2>d3（斜(xie)率(lv)小于1）；（3）機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)機(ji)(ji)構實際(ji)沒移(yi)動(dong)，表現出(chu)最(zui)標準的(de)(de)(de)反(fan)向間隙；（4）機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)運(yun)動(dong)距(ju)(ju)離與脈沖器(qi)經定數(shu)值相等（斜(xie)率(lv)等于1），恢復到機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)的(de)(de)(de)正(zheng)(zheng)常運(yun)動(dong)。無論怎樣(yang)對反(fan)向間隙進行(xing)補(bu)償(chang)，其表現出(chu)的(de)(de)(de)特征(zheng)是：除了（3）階段(duan)補(bu)償(chang)外，其他各段(duan)變化(hua)依然(ran)存在，特別是（1）階段(duan)嚴重影(ying)響到機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)的(de)(de)(de)加工精度(du)。補(bu)償(chang)中發現，間隙補(bu)償(chang)越(yue)大(da)(da)，（1）階段(duan)移(yi)動(dong)的(de)(de)(de)距(ju)(ju)離也越(yue)大(da)(da)。
分(fen)析(xi)上(shang)述(shu)檢查(cha)認為(wei)存(cun)在幾點可能原因：一(yi)是(shi)(shi)電(dian)機(ji)有(you)(you)異常(chang)，二(er)是(shi)(shi)機(ji)械(xie)方面有(you)(you)故(gu)障(zhang)，三是(shi)(shi)絲杠(gang)(gang)存(cun)在間(jian)隙。為(wei)了進一(yi)步診斷故(gu)障(zhang)，將電(dian)機(ji)和絲杠(gang)(gang)完全脫(tuo)開，分(fen)別對電(dian)機(ji)和機(ji)械(xie)部分(fen)進行(xing)檢查(cha)。檢查(cha)結果是(shi)(shi)電(dian)機(ji)運行(xing)正常(chang)；在對機(ji)械(xie)部分(fen)診斷中發現，用(yong)手盤動(dong)絲杠(gang)(gang)時，返回運動(dong)初始有(you)(you)很(hen)大的空缺感(gan)。而正常(chang)情況下，應(ying)該能感(gan)覺到軸承有(you)(you)序而平(ping)滑的移(yi)動(dong)。
故障(zhang)處理：經(jing)過拆卸檢查(cha)發現該軸(zhou)承確實受損，且有(you)滾珠脫落。更(geng)換后(hou)機床恢復正常。
2.控制邏(luo)輯不妥導致加工精度異常
故障現象：一臺上海機床廠家生(sheng)產(chan)的加工中心，系統是(shi)Frank.加工過程中，發(fa)(fa)(fa)現(xian)該機床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)X軸(zhou)(zhou)精(jing)度(du)異(yi)常(chang)，精(jing)度(du)誤差最小為(wei)(wei)0.008mm，最大(da)(da)為(wei)(wei)1.2mm.故障(zhang)診斷：檢查中，機床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)已經按照要求設置(zhi)了G54工件坐標(biao)系。在手動(dong)(dong)輸(shu)入(ru)(ru)數(shu)(shu)據方式(shi)操(cao)作(zuo)(zuo)下，以G54坐標(biao)系運行(xing)(xing)一段(duan)程序即“GOOG90G54X60.OY70.OF150；M30；”，待(dai)機床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)運行(xing)(xing)結束(shu)后顯(xian)示(shi)器上顯(xian)示(shi)的(de)(de)(de)機械(xie)坐標(biao)值(zhi)(zhi)(zhi)為(wei)(wei)（X軸(zhou)(zhou)）“-1025.243”，記錄(lu)下該數(shu)(shu)值(zhi)(zhi)(zhi)。然后在手動(dong)(dong)方式(shi)下，將(jiang)機床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)點(dian)(dian)動(dong)(dong)到其(qi)他任意位(wei)(wei)置(zhi)，再(zai)次(ci)在手動(dong)(dong)輸(shu)入(ru)(ru)數(shu)(shu)據方式(shi)操(cao)作(zuo)(zuo)下運行(xing)(xing)剛才的(de)(de)(de)程序段(duan)，待(dai)機床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)停止(zhi)后，發(fa)(fa)(fa)現(xian)此時機床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)坐標(biao)數(shu)(shu)值(zhi)(zhi)(zhi)顯(xian)示(shi)為(wei)(wei)“-1024.891”，同(tong)(tong)上一次(ci)執(zhi)行(xing)(xing)后的(de)(de)(de)數(shu)(shu)值(zhi)(zhi)(zhi)比較相(xiang)差了0.352mm.按照同(tong)(tong)樣的(de)(de)(de)方法，將(jiang)X軸(zhou)(zhou)點(dian)(dian)動(dong)(dong)移(yi)動(dong)(dong)到不(bu)(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)(de)位(wei)(wei)置(zhi)，反復執(zhi)行(xing)(xing)該程序段(duan)，而(er)顯(xian)示(shi)器上顯(xian)示(shi)的(de)(de)(de)數(shu)(shu)值(zhi)(zhi)(zhi)都有所不(bu)(bu)同(tong)(tong)（不(bu)(bu)穩定(ding)）。用(yong)百分(fen)表對X軸(zhou)(zhou)進行(xing)(xing)仔細檢查，發(fa)(fa)(fa)現(xian)機械(xie)位(wei)(wei)置(zhi)實際誤差同(tong)(tong)數(shu)(shu)字顯(xian)示(shi)出來的(de)(de)(de)誤差基本(ben)一致(zhi)，從而(er)認為(wei)(wei)故障(zhang)原因為(wei)(wei)X軸(zhou)(zhou)重復定(ding)位(wei)(wei)誤差過大(da)(da)。對X軸(zhou)(zhou)的(de)(de)(de)反向間隙及定(ding)位(wei)(wei)精(jing)度(du)進行(xing)(xing)檢查，重新(xin)補償其(qi)誤差值(zhi)(zhi)(zhi)，結果起不(bu)(bu)到任何作(zuo)(zuo)用(yong)。因此懷疑光柵(zha)尺及系統參數(shu)(shu)等有問題。但為(wei)(wei)什么產生(sheng)如此大(da)(da)的(de)(de)(de)誤差，卻又未出現(xian)相(xiang)應的(de)(de)(de)報(bao)警信息(xi)進一步檢查發(fa)(fa)(fa)現(xian)，此軸(zhou)(zhou)為(wei)(wei)垂直方向的(de)(de)(de)軸(zhou)(zhou)，當X軸(zhou)(zhou)松開時主軸箱向下掉，造成了(le)誤差。
故障處理：對(dui)機床的(de)PLC邏(luo)輯控制程(cheng)序做了修改，即在(zai)X軸(zhou)松開時，先把(ba)(ba)X軸(zhou)使能加載，再(zai)把(ba)(ba)X軸(zhou)松開；而在(zai)X軸(zhou)夾(jia)緊(jin)時，先把(ba)(ba)X軸(zhou)夾(jia)緊(jin)后，再(zai)把(ba)(ba)使能去掉。調整后機床故(gu)障得(de)以解(jie)決。
3.機床位(wei)置(zhi)問題導致加工精度(du)異常
故(gu)障(zhang)現象：一臺杭州產的立式數控銑床，配(pei)備(bei)北京KND-10M系(xi)統。在點動(dong)或加工(gong)過程中，發現(xian)Z軸異常(chang)。
故障診(zhen)斷：檢查發(fa)(fa)現，Z軸(zhou)上下移動(dong)(dong)(dong)不(bu)(bu)(bu)均(jun)(jun)(jun)勻(yun)且(qie)有(you)(you)噪聲(sheng)，且(qie)存在(zai)(zai)(zai)一(yi)定間(jian)隙。電(dian)(dian)機啟動(dong)(dong)(dong)時(shi)(shi)，在(zai)(zai)(zai)點動(dong)(dong)(dong)方式下Z軸(zhou)向(xiang)上運(yun)動(dong)(dong)(dong)存在(zai)(zai)(zai)不(bu)(bu)(bu)穩(wen)定的噪聲(sheng)及受(shou)(shou)(shou)力不(bu)(bu)(bu)均(jun)(jun)(jun)勻(yun)，且(qie)感(gan)覺電(dian)(dian)機抖動(dong)(dong)(dong)比(bi)較厲害；而向(xiang)下運(yun)動(dong)(dong)(dong)時(shi)(shi)，就沒(mei)有(you)(you)抖動(dong)(dong)(dong)得(de)(de)這(zhe)(zhe)(zhe)么(me)明顯(xian)；停(ting)止時(shi)(shi)不(bu)(bu)(bu)抖動(dong)(dong)(dong)，在(zai)(zai)(zai)加工過程(cheng)中表現得(de)(de)比(bi)較明顯(xian)。分(fen)析認為，故障原因有(you)(you)三點：一(yi)是(shi)絲杠反向(xiang)間(jian)隙很大；二(er)是(shi)Z軸(zhou)電(dian)(dian)機工作異(yi)常；三是(shi)皮(pi)帶(dai)輪受(shou)(shou)(shou)損(sun)至受(shou)(shou)(shou)力不(bu)(bu)(bu)均(jun)(jun)(jun)。但有(you)(you)一(yi)個(ge)問(wen)題(ti)要注(zhu)意的是(shi)，停(ting)止時(shi)(shi)不(bu)(bu)(bu)抖動(dong)(dong)(dong)，上下運(yun)動(dong)(dong)(dong)不(bu)(bu)(bu)均(jun)(jun)(jun)勻(yun)，所以(yi)(yi)電(dian)(dian)機工作異(yi)常這(zhe)(zhe)(zhe)個(ge)問(wen)題(ti)可以(yi)(yi)排(pai)除。因此先對機械部分(fen)診(zhen)斷，在(zai)(zai)(zai)診(zhen)斷測試過程(cheng)中沒(mei)有(you)(you)發(fa)(fa)現異(yi)常，在(zai)(zai)(zai)公(gong)差之內。利用排(pai)除法則(ze)，余下的只有(you)(you)皮(pi)帶(dai)問(wen)題(ti)了，在(zai)(zai)(zai)檢測皮(pi)帶(dai)時(shi)(shi)，發(fa)(fa)覺這(zhe)(zhe)(zhe)條皮(pi)帶(dai)剛換不(bu)(bu)(bu)久，但在(zai)(zai)(zai)細心檢測皮(pi)帶(dai)時(shi)(shi)，發(fa)(fa)現皮(pi)帶(dai)內側出(chu)現不(bu)(bu)(bu)同程(cheng)度的受(shou)(shou)(shou)損(sun)，很明顯(xian)是(shi)受(shou)(shou)(shou)力不(bu)(bu)(bu)均(jun)(jun)(jun)所至，是(shi)什么(me)原因造成的呢(ni)在(zai)(zai)(zai)診(zhen)斷中發(fa)(fa)現電(dian)(dian)機放置(zhi)有(you)(you)問(wen)題(ti)，即裝夾(jia)的角度位置(zhi)不(bu)(bu)(bu)對稱造成受(shou)(shou)(shou)力不(bu)(bu)(bu)均(jun)(jun)(jun)。
故(gu)障處理：只要(yao)將電(dian)機(ji)重(zhong)裝(zhuang)，對準角(jiao)度(du)，測量好(hao)距離（電(dian)機(ji)與Z軸的軸承），皮(pi)帶兩邊（長度(du)）要(yao)均(jun)勻。這(zhe)樣，Z軸上下移動不(bu)均(jun)勻且(qie)有(you)噪聲及抖(dou)動現象就(jiu)消除了，Z軸加工(gong)恢復正常。
4.系統參數未(wei)優化，電機運行異常
導(dao)致(zhi)加(jia)工(gong)精度異常(chang)系統參數(shu)主要包括(kuo)機(ji)床(chuang)進(jin)給(gei)單位，零點(dian)偏置，反向間隙等。例如Frank數(shu)控系統，其進(jin)給(gei)單位有公制和英制兩種。在機(ji)床(chuang)修(xiu)理過程(cheng)中對(dui)于(yu)局(ju)部處(chu)理，常(chang)常(chang)影(ying)響(xiang)到(dao)零點(dian)偏置和間隙的變化，故障處(chu)理完畢后應作適(shi)時的調整和修(xiu)改(gai)；另一(yi)方(fang)面，由于(yu)機(ji)械磨(mo)損嚴重或連接位松動(dong)也(ye)可能造成參數(shu)實測(ce)值的變化，需(xu)要對(dui)參數(shu)做相(xiang)應的修(xiu)改(gai)才能滿足機(ji)床(chuang)加(jia)工(gong)精度的要求。
故障(zhang)現象：一臺(tai)杭州產(chan)的立式數控銑床，配備北京KND-10M系統(tong)。在加(jia)工過(guo)程中，發現X軸精度異常(chang)。
故障診斷：檢查發現X軸存在一定間隙(xi)，且電機(ji)啟動(dong)時存在不穩定的現象。用手觸(chu)摸(mo)X軸電機(ji)時感覺電機(ji)拉動(dong)比較厲害，停止時拉動(dong)不明顯，尤其是點動(dong)方式下比較明顯。分析(xi)認為，故障原因有兩點：一是絲杠反間隙(xi)很大；二是X軸電機(ji)工作異常。
故障處理：利用KND-10M系統(tong)的(de)(de)參(can)數(shu)功能(neng)，對電(dian)機進(jin)行調(diao)試。首先(xian)對存(cun)在的(de)(de)間隙進(jin)行補(bu)償，再調(diao)整伺服系統(tong)參(can)數(shu)及脈沖(chong)抑制(zhi)功能(neng)參(can)數(shu)，X軸電(dian)機的(de)(de)抖動(dong)消除，機床加工精度恢復正常。 |
|
| |
|
