| 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(gu)障(zhang)的原因隱蔽性強，診斷難度(du)比較(jiao)大，歸納出五個主要(yao)原因：機床進給(gei)單(dan)位被改動或變化；機(ji)床各個軸的(de)零點偏置異(yi)(yi)常(chang)(chang)；軸向的(de)反向間隙異(yi)(yi)常(chang)(chang)；電機(ji)運行狀態異(yi)(yi)常(chang)(chang)，即(ji)電氣及(ji)控制部分異(yi)(yi)常(chang)(chang)；機(ji)械故障(zhang)，如絲(si)杠(gang)，軸承，軸聯器等部件。另外加工程序(xu)的編制，刀具的選(xuan)擇及人為因素，也可能導致(zhi)加工(gong)精度異(yi)常。
一、造成加工精度異常故障的原因
造成加工(gong)精(jing)度(du)異(yi)常故(gu)(gu)障(zhang)的(de)原因(yin)隱蔽性強，診斷難度(du)比較大，歸納出(chu)五個主要原因(yin)：機(ji)床進(jin)給單位被改動或(huo)變化；機(ji)床各個軸的(de)零(ling)點偏置異(yi)常；軸向(xiang)(xiang)的(de)反向(xiang)(xiang)間隙異(yi)常；電機(ji)運行狀態異(yi)常，即電氣及控制部分異(yi)常；機(ji)械故(gu)(gu)障(zhang)，如(ru)絲杠，軸承，軸聯器等部件。另外(wai)加工(gong)程序的(de)編制，刀具的(de)選擇(ze)及人為因(yin)素(su)，也可能導致加工(gong)精(jing)度(du)異(yi)常。
二、數控機床故障診斷原則
1.先(xian)外(wai)部(bu)后內(nei)部(bu)數控機(ji)床是集機(ji)械，液壓，電氣為一體的(de)機(ji)床，故其(qi)故障的(de)發生也(ye)會(hui)由這三者綜合反(fan)映出來。維修(xiu)人員(yuan)應先(xian)由外(wai)向內(nei)逐一進行(xing)排查，盡量避免隨意地啟封，拆卸，否(fou)則會(hui)擴大故障，使機(ji)床喪(sang)失(shi)精度(du)，降(jiang)低性(xing)能。
2.先(xian)機(ji)(ji)械后電氣一般來說(shuo)，機(ji)(ji)械故障較易發覺，而(er)數控系統故障的診斷則難度較大些。在故障檢修(xiu)之(zhi)前，首先注(zhu)意排除機械性的故障，往往可達到事半功倍的效果。
3.先(xian)靜后動先(xian)在機(ji)(ji)床斷電的靜止狀態下，通過了解，觀察，測試，分析，確認為非破壞性故(gu)障后，方可給(gei)機(ji)(ji)床通電；在運行工況下，進行動態的觀察，檢驗(yan)和測試，查找(zhao)故(gu)障。而(er)對破壞性故(gu)障，必須先(xian)排(pai)除危險后，方可通電。
4.先簡(jian)單(dan)后(hou)復雜當出現多種故障互相(xiang)交織掩蓋，一時無從下手時，應先解(jie)決容易的問題，后(hou)解(jie)決難(nan)度較大的問題。往往簡(jian)單(dan)問題解(jie)決后(hou)，難(nan)度大的問題也(ye)可能變得容易。
三、數控機床故障診斷方法
1.直觀法：（望聞問(wen)切）問(wen)-機床(chuang)的故障現象，加工(gong)狀況(kuang)等(deng)；看-CRT報(bao)警(jing)信息，報(bao)警(jing)指(zhi)示燈，電容器等(deng)元(yuan)件變(bian)形煙熏燒焦(jiao)，保(bao)護器脫(tuo)扣等(deng)；聽(ting)-異(yi)常聲響；聞-電氣元(yuan)件焦(jiao)糊味(wei)及(ji)其它異味(wei)；摸-發熱(re)，振(zhen)動，接觸(chu)不良等。
2.參(can)(can)數檢(jian)查(cha)法：參(can)(can)數通(tong)常是存放在RAM中，有(you)時電池電壓不足，系統長期不通(tong)電或外(wai)部(bu)干(gan)擾都會使(shi)參(can)(can)數丟失(shi)或混亂(luan)，應根據故障特征，檢(jian)查(cha)和(he)校對有(you)關(guan)參(can)(can)數。
3.隔離(li)法：一些故障(zhang)，難(nan)以(yi)區分是數(shu)控部(bu)分，還是伺服系統或機械(xie)部(bu)分造成的(de)，常采用隔離法。
4.同類對調(diao)法用同功(gong)能(neng)的備用板(ban)(ban)替換被懷疑有故(gu)障的模板(ban)(ban)，或將功(gong)能(neng)相同的模板(ban)(ban)或單元相互(hu)交換。
5.功(gong)能(neng)(neng)程(cheng)序測試法將G，M，S，T，功(gong)能(neng)(neng)的全部指令編(bian)寫(xie)一些小程(cheng)序，在診斷故障時運(yun)行這些程(cheng)序，即可判斷功(gong)能(neng)(neng)的缺失。
四、加工精度異常故障診斷和處理實例
1.機械故障導致加(jia)工精度異常
故障現象(xiang)：一臺SV-1000立式加工中心，采用(yong)Frank系統。在加(jia)工連桿模具過(guo)程中，忽(hu)然發現Z軸進給(gei)異常，造(zao)成至少(shao)1mm的切削(xue)誤差(cha)量（Z方(fang)向(xiang)過(guo)切）。
故(gu)障診斷(duan)：調查(cha)中了解(jie)到，故(gu)障是(shi)忽(hu)然發(fa)生的(de)。機床(chuang)在(zai)點動(dong)，在(zai)手(shou)動(dong)輸入(ru)數據(ju)方式操作下(xia)(xia)各(ge)個(ge)軸運行正(zheng)常，且回參考點正(zheng)常，無任何(he)報警提示，電氣控(kong)制部分(fen)硬故(gu)障的(de)可能性排除(chu)。應主要對以下(xia)(xia)幾個(ge)方面逐一進行檢(jian)查(cha)。
檢查機床(chuang)精度異常時正在運(yun)行的(de)加(jia)工程序段，特別(bie)是刀具長(chang)度補(bu)償，加(jia)工坐標(biao)系(xi)（G54-G59）的(de)校對和計算。
在(zai)點動方(fang)式下，反復運動Z軸，經過(guo)視，觸，聽(ting)，對(dui)其運動狀態診(zhen)斷(duan)，發現Z向運動噪音異常(chang)，特別(bie)是(shi)快速點動，噪音更(geng)加明顯。由此判斷(duan)，機械(xie)方(fang)面可能存在(zai)隱(yin)患。
檢查機(ji)床Z軸(zhou)精度(du)。用手搖脈(mo)沖發生器移動Z軸(zhou)，（將(jiang)其倍率定為1×100的擋位，即每變化一步，電機(ji)進給(gei)0.1mm），配合百分表觀察Z軸(zhou)的(de)(de)運(yun)(yun)動(dong)情況。在(zai)單(dan)向(xiang)運(yun)(yun)動(dong)保持正(zheng)常后作為起始點(dian)的(de)(de)正(zheng)向(xiang)運(yun)(yun)動(dong)，脈(mo)沖器(qi)每變化一步，機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)Z軸(zhou)運(yun)(yun)動(dong)的(de)(de)實際(ji)(ji)距(ju)離(li)d=d1=d2=d3=…=0.1mm，說明電機(ji)(ji)(ji)運(yun)(yun)行良(liang)(liang)好，定位(wei)精度也良(liang)(liang)好。而返回機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)實際(ji)(ji)運(yun)(yun)動(dong)位(wei)移的(de)(de)變化上，可以分為四個階(jie)段(duan)(duan)：（1）機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)運(yun)(yun)動(dong)距(ju)離(li)d1>d=0.1mm（斜率大(da)于1）；（2）表現(xian)出(chu)為d1=0.1mm>d2>d3（斜率小于1）；（3）機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)機(ji)(ji)(ji)構實際(ji)(ji)沒移動(dong)，表現(xian)出(chu)最標(biao)準的(de)(de)反向(xiang)間(jian)隙；（4）機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)運(yun)(yun)動(dong)距(ju)離(li)與(yu)脈(mo)沖器(qi)經(jing)定數(shu)值相等（斜率等于1），恢復到機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)的(de)(de)正(zheng)常運(yun)(yun)動(dong)。無論怎樣(yang)對反向(xiang)間(jian)隙進行補償(chang)(chang)，其表現(xian)出(chu)的(de)(de)特(te)征是(shi)：除(chu)了（3）階(jie)段(duan)(duan)補償(chang)(chang)外，其他各段(duan)(duan)變化依然存(cun)在(zai)，特(te)別(bie)是(shi)（1）階(jie)段(duan)(duan)嚴重影響到機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)的(de)(de)加(jia)工(gong)精度。補償(chang)(chang)中發現(xian)，間(jian)隙補償(chang)(chang)越大(da)，（1）階(jie)段(duan)(duan)移動(dong)的(de)(de)距(ju)離(li)也越大(da)。
分(fen)(fen)析上述檢查(cha)認為存(cun)在幾點可(ke)能原因(yin)：一(yi)是(shi)(shi)電(dian)機有(you)異常，二是(shi)(shi)機械方(fang)面有(you)故障，三(san)是(shi)(shi)絲杠(gang)(gang)存(cun)在間隙。為了進一(yi)步診斷(duan)故障，將(jiang)電(dian)機和(he)絲杠(gang)(gang)完全脫開(kai)，分(fen)(fen)別對電(dian)機和(he)機械部分(fen)(fen)進行(xing)檢查(cha)。檢查(cha)結果是(shi)(shi)電(dian)機運(yun)行(xing)正(zheng)常；在對機械部分(fen)(fen)診斷(duan)中發現，用手盤動絲杠(gang)(gang)時(shi)，返回(hui)運(yun)動初始有(you)很大的空(kong)缺感。而正(zheng)常情況下(xia)，應該能感覺到軸承有(you)序(xu)而平(ping)滑(hua)的移動。
故(gu)障處理：經過(guo)拆(chai)卸檢查發現該軸承確(que)實(shi)受損，且有(you)滾珠脫落。更換(huan)后機床恢復正常。
2.控制邏輯不妥導致加工精度異常
故(gu)障(zhang)現象：一(yi)臺(tai)上海(hai)機(ji)床廠家(jia)生產的(de)加工中心，系統(tong)(tong)是(shi)Frank.加(jia)工過(guo)程中(zhong)，發(fa)現(xian)該(gai)機(ji)床(chuang)X軸(zhou)(zhou)精(jing)(jing)度異常，精(jing)(jing)度誤(wu)差(cha)(cha)(cha)最(zui)小為(wei)0.008mm，最(zui)大為(wei)1.2mm.故障(zhang)診(zhen)斷：檢(jian)(jian)查中(zhong)，機(ji)床(chuang)已經按(an)照要求設置了(le)G54工件(jian)坐(zuo)(zuo)標系。在手動(dong)輸(shu)入(ru)數(shu)(shu)(shu)據方式操(cao)作(zuo)下(xia)，以G54坐(zuo)(zuo)標系運行(xing)一段(duan)程序(xu)即“GOOG90G54X60.OY70.OF150；M30；”，待(dai)機(ji)床(chuang)運行(xing)結(jie)束后(hou)顯(xian)(xian)示(shi)(shi)器上顯(xian)(xian)示(shi)(shi)的(de)(de)(de)機(ji)械(xie)坐(zuo)(zuo)標值(zhi)(zhi)為(wei)（X軸(zhou)(zhou)）“-1025.243”，記錄下(xia)該(gai)數(shu)(shu)(shu)值(zhi)(zhi)。然后(hou)在手動(dong)方式下(xia)，將機(ji)床(chuang)點動(dong)到其(qi)他任意位(wei)(wei)置，再次在手動(dong)輸(shu)入(ru)數(shu)(shu)(shu)據方式操(cao)作(zuo)下(xia)運行(xing)剛才的(de)(de)(de)程序(xu)段(duan)，待(dai)機(ji)床(chuang)停止后(hou)，發(fa)現(xian)此(ci)時(shi)機(ji)床(chuang)坐(zuo)(zuo)標數(shu)(shu)(shu)值(zhi)(zhi)顯(xian)(xian)示(shi)(shi)為(wei)“-1024.891”，同(tong)(tong)上一次執行(xing)后(hou)的(de)(de)(de)數(shu)(shu)(shu)值(zhi)(zhi)比較相差(cha)(cha)(cha)了(le)0.352mm.按(an)照同(tong)(tong)樣的(de)(de)(de)方法，將X軸(zhou)(zhou)點動(dong)移動(dong)到不同(tong)(tong)的(de)(de)(de)位(wei)(wei)置，反復執行(xing)該(gai)程序(xu)段(duan)，而顯(xian)(xian)示(shi)(shi)器上顯(xian)(xian)示(shi)(shi)的(de)(de)(de)數(shu)(shu)(shu)值(zhi)(zhi)都有(you)所不同(tong)(tong)（不穩定(ding)）。用(yong)百(bai)分表對X軸(zhou)(zhou)進(jin)(jin)行(xing)仔細檢(jian)(jian)查，發(fa)現(xian)機(ji)械(xie)位(wei)(wei)置實際誤(wu)差(cha)(cha)(cha)同(tong)(tong)數(shu)(shu)(shu)字顯(xian)(xian)示(shi)(shi)出來的(de)(de)(de)誤(wu)差(cha)(cha)(cha)基本(ben)一致(zhi)，從而認為(wei)故障(zhang)原(yuan)因(yin)(yin)為(wei)X軸(zhou)(zhou)重復定(ding)位(wei)(wei)誤(wu)差(cha)(cha)(cha)過(guo)大。對X軸(zhou)(zhou)的(de)(de)(de)反向間隙及定(ding)位(wei)(wei)精(jing)(jing)度進(jin)(jin)行(xing)檢(jian)(jian)查，重新補償(chang)其(qi)誤(wu)差(cha)(cha)(cha)值(zhi)(zhi)，結(jie)果(guo)起不到任何作(zuo)用(yong)。因(yin)(yin)此(ci)懷疑(yi)光柵尺及系統(tong)(tong)參數(shu)(shu)(shu)等有(you)問題。但為(wei)什么產生(sheng)如此(ci)大的(de)(de)(de)誤(wu)差(cha)(cha)(cha)，卻(que)又未出現(xian)相應(ying)的(de)(de)(de)報(bao)警(jing)信息(xi)進(jin)(jin)一步檢(jian)(jian)查發(fa)現(xian)，此(ci)軸(zhou)(zhou)為(wei)垂(chui)直方向的(de)(de)(de)軸(zhou)(zhou)，當X軸(zhou)(zhou)松開時(shi)主軸箱(xiang)向下掉(diao)，造成(cheng)了誤差。
故障處理：對機(ji)床的PLC邏輯(ji)控制(zhi)程序做了修(xiu)改，即在X軸(zhou)松開時(shi)，先(xian)把(ba)X軸(zhou)使能加載，再把(ba)X軸(zhou)松開；而在X軸(zhou)夾(jia)緊(jin)時(shi)，先(xian)把(ba)X軸(zhou)夾(jia)緊(jin)后(hou)，再把(ba)使能去(qu)掉。調整(zheng)后(hou)機床(chuang)故障得以解決。
3.機床位(wei)置(zhi)問題(ti)導致加(jia)工精(jing)度(du)異常
故(gu)障現象：一臺杭(hang)州產的立式數控銑床，配備(bei)北京KND-10M系統。在(zai)點動(dong)或加工過(guo)程(cheng)中，發(fa)現(xian)Z軸異常。
故(gu)障(zhang)診(zhen)斷(duan)：檢查發(fa)現，Z軸(zhou)上(shang)下移動不(bu)(bu)(bu)均(jun)(jun)勻且(qie)有噪聲，且(qie)存(cun)在(zai)(zai)一(yi)定間隙(xi)。電機(ji)(ji)啟動時(shi)，在(zai)(zai)點動方式下Z軸(zhou)向(xiang)(xiang)上(shang)運(yun)動存(cun)在(zai)(zai)不(bu)(bu)(bu)穩定的(de)(de)(de)噪聲及(ji)受(shou)力不(bu)(bu)(bu)均(jun)(jun)勻，且(qie)感覺(jue)電機(ji)(ji)抖(dou)動比(bi)較厲害；而向(xiang)(xiang)下運(yun)動時(shi)，就沒有抖(dou)動得(de)這么明(ming)顯；停(ting)(ting)止時(shi)不(bu)(bu)(bu)抖(dou)動，在(zai)(zai)加工(gong)過程中表現得(de)比(bi)較明(ming)顯。分析認為，故(gu)障(zhang)原(yuan)因(yin)有三點：一(yi)是絲杠反向(xiang)(xiang)間隙(xi)很大(da)；二是Z軸(zhou)電機(ji)(ji)工(gong)作(zuo)異(yi)(yi)常；三是皮帶(dai)輪受(shou)損至(zhi)受(shou)力不(bu)(bu)(bu)均(jun)(jun)。但有一(yi)個問題要(yao)注意的(de)(de)(de)是，停(ting)(ting)止時(shi)不(bu)(bu)(bu)抖(dou)動，上(shang)下運(yun)動不(bu)(bu)(bu)均(jun)(jun)勻，所以電機(ji)(ji)工(gong)作(zuo)異(yi)(yi)常這個問題可以排除。因(yin)此先對機(ji)(ji)械部分診(zhen)斷(duan)，在(zai)(zai)診(zhen)斷(duan)測試過程中沒有發(fa)現異(yi)(yi)常，在(zai)(zai)公差之內。利用排除法則(ze)，余下的(de)(de)(de)只(zhi)有皮帶(dai)問題了，在(zai)(zai)檢測皮帶(dai)時(shi)，發(fa)覺(jue)這條皮帶(dai)剛換(huan)不(bu)(bu)(bu)久，但在(zai)(zai)細心檢測皮帶(dai)時(shi)，發(fa)現皮帶(dai)內側出(chu)現不(bu)(bu)(bu)同程度的(de)(de)(de)受(shou)損，很明(ming)顯是受(shou)力不(bu)(bu)(bu)均(jun)(jun)所至(zhi)，是什么原(yuan)因(yin)造成的(de)(de)(de)呢在(zai)(zai)診(zhen)斷(duan)中發(fa)現電機(ji)(ji)放置有問題，即(ji)裝夾(jia)的(de)(de)(de)角度位置不(bu)(bu)(bu)對稱造成受(shou)力不(bu)(bu)(bu)均(jun)(jun)。
故障(zhang)處理(li)：只要(yao)將(jiang)電機(ji)重裝，對準角度，測量好(hao)距離（電機(ji)與Z軸(zhou)的軸(zhou)承），皮帶兩邊(bian)（長度）要(yao)均(jun)勻。這(zhe)樣(yang)，Z軸(zhou)上(shang)下移動(dong)不均(jun)勻且(qie)有噪聲及抖(dou)動(dong)現象就消除了，Z軸(zhou)加工恢復正常。
4.系(xi)統參(can)數未優化，電(dian)機運行異常
導(dao)致加(jia)工精度異常系(xi)統參(can)數主要包括機(ji)(ji)床進給(gei)(gei)單位(wei)，零(ling)點偏置，反向間(jian)隙等(deng)。例(li)如Frank數控系(xi)統，其進給(gei)(gei)單位(wei)有(you)公(gong)制(zhi)和英制(zhi)兩種。在機(ji)(ji)床修理(li)(li)過程中對于局部處理(li)(li)，常常影響到零(ling)點偏置和間(jian)隙的變(bian)化，故(gu)障處理(li)(li)完畢后(hou)應(ying)作(zuo)適時的調整(zheng)和修改(gai)；另一方面(mian)，由于機(ji)(ji)械(xie)磨損嚴(yan)重或連接位(wei)松動也(ye)可(ke)能(neng)(neng)造成參(can)數實測值(zhi)的變(bian)化，需要對參(can)數做相應(ying)的修改(gai)才(cai)能(neng)(neng)滿(man)足機(ji)(ji)床加(jia)工精度的要求。
故障(zhang)現(xian)象：一臺杭州產的(de)立式(shi)數(shu)控銑床，配備北(bei)京(jing)KND-10M系(xi)統。在加工(gong)過程(cheng)中，發現(xian)X軸精(jing)度異常(chang)。
故障診斷：檢查(cha)發現X軸(zhou)存在(zai)一(yi)定間隙，且電機(ji)啟(qi)動(dong)時(shi)(shi)存在(zai)不(bu)穩定的現象。用手觸摸(mo)X軸(zhou)電機(ji)時(shi)(shi)感(gan)覺電機(ji)拉動(dong)比較厲害，停止時(shi)(shi)拉動(dong)不(bu)明(ming)(ming)顯(xian)，尤其是點動(dong)方式下比較明(ming)(ming)顯(xian)。分析認(ren)為，故障原(yuan)因有兩點：一(yi)是絲杠(gang)反間隙很大(da)；二是X軸(zhou)電機(ji)工作異常。
故障處(chu)理：利用KND-10M系統的(de)參數(shu)功能，對電機進行調試。首先(xian)對存在(zai)的(de)間(jian)隙進行補償，再調整伺服系統參數(shu)及脈沖抑制(zhi)功能參數(shu)，X軸電機的(de)抖(dou)動(dong)消除(chu)，機床加工(gong)精度恢復(fu)正(zheng)常。 |
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