| 淺析數控機床加工精度降低的原因 |
造(zao)成加工精(jing)度異(yi)常(chang)故障的(de)原(yuan)因隱蔽性強，診斷難度比較大，歸納出(chu)五個(ge)主(zhu)要原(yuan)因：機床進給(gei)單位被改動(dong)或變化；機(ji)床(chuang)各(ge)個軸(zhou)的(de)零點偏置異常(chang)(chang)；軸(zhou)向的(de)反向間(jian)隙異常(chang)(chang)；電(dian)機(ji)運行(xing)狀態異常(chang)(chang)，即電(dian)氣及控制(zhi)部分(fen)異常(chang)(chang)；機(ji)械故障(zhang)，如絲杠，軸承，軸聯器等(deng)部件(jian)。另外加工程序的編(bian)制，刀具的選(xuan)擇及(ji)人為因素(su)，也可能(neng)導致加工精度異常。
一、造成加工精度異常故障的原因
造成加(jia)工精度異(yi)(yi)(yi)常(chang)故(gu)障的原因隱蔽性(xing)強，診斷難度比較大，歸(gui)納(na)出五個主要原因：機(ji)床進給單位(wei)被(bei)改動或變(bian)化(hua)；機(ji)床各個軸的零點偏(pian)置異(yi)(yi)(yi)常(chang)；軸向的反向間隙異(yi)(yi)(yi)常(chang)；電(dian)機(ji)運行狀態異(yi)(yi)(yi)常(chang)，即電(dian)氣及控制(zhi)(zhi)部(bu)分異(yi)(yi)(yi)常(chang)；機(ji)械故(gu)障，如(ru)絲杠，軸承，軸聯器(qi)等部(bu)件。另外加(jia)工程序的編制(zhi)(zhi)，刀(dao)具的選擇(ze)及人(ren)為因素，也可能導(dao)致加(jia)工精度異(yi)(yi)(yi)常(chang)。
二、數控機床故障診斷原則
1.先(xian)外部后內部數控機(ji)床是集機(ji)械，液壓，電氣為一體的機(ji)床，故(gu)其(qi)故(gu)障的發(fa)生也會由這(zhe)三者綜合反映出(chu)來。維修人員應(ying)先(xian)由外向內逐一進行排查(cha)，盡量避免隨意地啟(qi)封，拆卸，否則會擴(kuo)大(da)故(gu)障，使(shi)機(ji)床喪失(shi)精(jing)度(du)，降低性(xing)能。
2.先機械后電氣一般來說，機械故障(zhang)較易(yi)發覺，而數控系統故(gu)障的診斷則難度(du)較大些(xie)。在故(gu)障檢修之前，首先注意排除機(ji)械性(xing)的故(gu)障，往(wang)往(wang)可達到事(shi)半功倍的效果(guo)。
3.先(xian)(xian)靜后(hou)動先(xian)(xian)在機床斷電的靜止狀態下，通(tong)過了解，觀察，測試，分析，確認為非破壞性(xing)故障(zhang)后(hou)，方(fang)可給機床通(tong)電；在運行(xing)工況下，進行(xing)動態的觀察，檢驗和測試，查找(zhao)故障(zhang)。而對(dui)破壞性(xing)故障(zhang)，必須(xu)先(xian)(xian)排除危險(xian)后(hou)，方(fang)可通(tong)電。
4.先簡單后復(fu)雜當出現多種故障(zhang)互(hu)相(xiang)交(jiao)織掩蓋，一時無從(cong)下手時，應先解決容易的(de)問(wen)題(ti)，后解決難度(du)(du)較大的(de)問(wen)題(ti)。往(wang)往(wang)簡單問(wen)題(ti)解決后，難度(du)(du)大的(de)問(wen)題(ti)也可能變得容易。
三、數控機床故障診斷方法
1.直觀法：（望聞問切）問-機床的故(gu)障(zhang)現象(xiang)，加工狀況(kuang)等(deng)；看(kan)-CRT報警信息，報警指示燈，電(dian)容(rong)器等(deng)元件變形煙熏燒焦，保護器脫扣等(deng)；聽-異常聲響；聞-電(dian)氣元件焦糊味(wei)及其它異味；摸-發熱，振(zhen)動，接觸不良(liang)等。
2.參(can)(can)數(shu)檢查(cha)法：參(can)(can)數(shu)通(tong)常是存放在RAM中，有時電池電壓不足，系統長期不通(tong)電或(huo)外部干(gan)擾都會使參(can)(can)數(shu)丟失或(huo)混亂，應根據(ju)故障特征，檢查(cha)和校對有關(guan)參(can)(can)數(shu)。
3.隔離法：一些(xie)故(gu)障，難以(yi)區分是(shi)數控部分，還是(shi)伺服系統或機械部分造成(cheng)的，常(chang)采用(yong)隔離法。
4.同類(lei)對(dui)調法用同功能(neng)的備用板替換被(bei)懷(huai)疑有故(gu)障(zhang)的模板，或將功能(neng)相(xiang)(xiang)同的模板或單元相(xiang)(xiang)互(hu)交換。
5.功(gong)(gong)(gong)能程序測試法將(jiang)G，M，S，T，功(gong)(gong)(gong)能的全部(bu)指令(ling)編寫(xie)一些小程序，在(zai)診斷故障時(shi)運行(xing)這(zhe)些程序，即可判斷功(gong)(gong)(gong)能的缺失。
四、加工精度異常故障診斷和處理實例
1.機械故障導致加工精度異常
故障現象：一(yi)臺SV-1000立式加工中心，采用Frank系統。在加(jia)工連桿(gan)模具過程中，忽然(ran)發現Z軸進給異常，造成至少1mm的切削誤(wu)差量（Z方向過切）。
故(gu)(gu)障診斷：調(diao)查(cha)中了(le)解到，故(gu)(gu)障是忽(hu)然(ran)發生(sheng)的。機床在(zai)點(dian)(dian)動(dong)，在(zai)手動(dong)輸(shu)入數據方式操作下各個軸(zhou)運行正(zheng)常，且回參考點(dian)(dian)正(zheng)常，無任何報警提(ti)示，電氣控(kong)制部分硬故(gu)(gu)障的可(ke)能性(xing)排除。應主要對以(yi)下幾(ji)個方面(mian)逐一進行檢(jian)查(cha)。
檢(jian)查(cha)機床精度(du)異常時(shi)正在(zai)運行的(de)加工程序段，特別是刀具長度(du)補償，加工坐標系(xi)（G54-G59）的(de)校對和計算。
在(zai)點動(dong)方(fang)式下，反復運動(dong)Z軸，經過視，觸，聽，對其運動(dong)狀態診斷，發現Z向運動(dong)噪(zao)音(yin)異常，特(te)別是快速點動(dong)，噪(zao)音(yin)更加明顯。由此(ci)判斷，機械方(fang)面可能(neng)存在(zai)隱(yin)患。
檢查機(ji)床Z軸(zhou)精度。用手(shou)搖(yao)脈沖發生器移動(dong)Z軸(zhou)，（將其倍率定(ding)為1×100的擋位，即每變化一步(bu)，電機(ji)進給0.1mm），配合百分表觀(guan)察Z軸(zhou)的(de)(de)運(yun)(yun)動(dong)(dong)情況。在單向運(yun)(yun)動(dong)(dong)保(bao)持正(zheng)常后(hou)作為(wei)起始點的(de)(de)正(zheng)向運(yun)(yun)動(dong)(dong)，脈沖器(qi)每(mei)變化(hua)一步，機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)Z軸(zhou)運(yun)(yun)動(dong)(dong)的(de)(de)實際距(ju)離d=d1=d2=d3=…=0.1mm，說(shuo)明電機(ji)(ji)(ji)(ji)運(yun)(yun)行良好，定(ding)位精度也(ye)良好。而返回機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)實際運(yun)(yun)動(dong)(dong)位移的(de)(de)變化(hua)上，可以分(fen)為(wei)四個階(jie)段(duan)：（1）機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)運(yun)(yun)動(dong)(dong)距(ju)離d1>d=0.1mm（斜(xie)率大于(yu)1）；（2）表(biao)(biao)現(xian)出為(wei)d1=0.1mm>d2>d3（斜(xie)率小于(yu)1）；（3）機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)機(ji)(ji)(ji)(ji)構(gou)實際沒移動(dong)(dong)，表(biao)(biao)現(xian)出最標準的(de)(de)反向間(jian)隙；（4）機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)運(yun)(yun)動(dong)(dong)距(ju)離與脈沖器(qi)經定(ding)數(shu)值相等（斜(xie)率等于(yu)1），恢復(fu)到機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)的(de)(de)正(zheng)常運(yun)(yun)動(dong)(dong)。無論怎樣對反向間(jian)隙進行補償，其(qi)表(biao)(biao)現(xian)出的(de)(de)特(te)征是(shi)：除了（3）階(jie)段(duan)補償外，其(qi)他各(ge)段(duan)變化(hua)依然(ran)存(cun)在，特(te)別是(shi)（1）階(jie)段(duan)嚴重影(ying)響到機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)的(de)(de)加工(gong)精度。補償中發(fa)現(xian)，間(jian)隙補償越大，（1）階(jie)段(duan)移動(dong)(dong)的(de)(de)距(ju)離也(ye)越大。
分析(xi)上述檢查認為(wei)存在幾點可能(neng)原因：一是(shi)電機(ji)(ji)有異常(chang)(chang)，二是(shi)機(ji)(ji)械方面有故障，三(san)是(shi)絲杠存在間隙。為(wei)了(le)進一步診斷故障，將(jiang)電機(ji)(ji)和絲杠完(wan)全脫開，分別對電機(ji)(ji)和機(ji)(ji)械部分進行檢查。檢查結果是(shi)電機(ji)(ji)運行正常(chang)(chang)；在對機(ji)(ji)械部分診斷中(zhong)發現(xian)，用手盤動(dong)絲杠時，返(fan)回運動(dong)初(chu)始有很大的空缺感。而正常(chang)(chang)情況(kuang)下，應該(gai)能(neng)感覺到軸(zhou)承有序而平(ping)滑(hua)的移動(dong)。
故(gu)障處理：經(jing)過拆卸(xie)檢(jian)查發現該軸承確實受(shou)損，且有滾珠脫落。更換(huan)后機床恢復正常。
2.控制邏輯(ji)不妥(tuo)導(dao)致加工精度異(yi)常
故障現象：一(yi)臺上海(hai)機床廠家生產的加工中心，系(xi)(xi)統是Frank.加工(gong)過(guo)程中，發現(xian)(xian)該機(ji)床X軸精度異常，精度誤(wu)差(cha)最小為(wei)0.008mm，最大(da)為(wei)1.2mm.故(gu)障(zhang)診斷：檢(jian)查中，機(ji)床已經按照(zhao)(zhao)要求設置(zhi)了(le)G54工(gong)件坐標(biao)系(xi)(xi)。在(zai)手動(dong)輸(shu)入數(shu)(shu)(shu)(shu)據方(fang)(fang)式操(cao)作(zuo)下(xia)，以G54坐標(biao)系(xi)(xi)運行(xing)一(yi)段(duan)程序(xu)即“GOOG90G54X60.OY70.OF150；M30；”，待機(ji)床運行(xing)結束(shu)后(hou)顯(xian)(xian)(xian)示(shi)器上(shang)顯(xian)(xian)(xian)示(shi)的(de)(de)(de)機(ji)械(xie)坐標(biao)值為(wei)（X軸）“-1025.243”，記(ji)錄下(xia)該數(shu)(shu)(shu)(shu)值。然后(hou)在(zai)手動(dong)方(fang)(fang)式下(xia)，將機(ji)床點動(dong)到(dao)其(qi)他任(ren)意位(wei)(wei)置(zhi)，再次在(zai)手動(dong)輸(shu)入數(shu)(shu)(shu)(shu)據方(fang)(fang)式操(cao)作(zuo)下(xia)運行(xing)剛才(cai)的(de)(de)(de)程序(xu)段(duan)，待機(ji)床停止(zhi)后(hou)，發現(xian)(xian)此時機(ji)床坐標(biao)數(shu)(shu)(shu)(shu)值顯(xian)(xian)(xian)示(shi)為(wei)“-1024.891”，同(tong)上(shang)一(yi)次執(zhi)行(xing)后(hou)的(de)(de)(de)數(shu)(shu)(shu)(shu)值比較相差(cha)了(le)0.352mm.按照(zhao)(zhao)同(tong)樣的(de)(de)(de)方(fang)(fang)法，將X軸點動(dong)移動(dong)到(dao)不同(tong)的(de)(de)(de)位(wei)(wei)置(zhi)，反復執(zhi)行(xing)該程序(xu)段(duan)，而顯(xian)(xian)(xian)示(shi)器上(shang)顯(xian)(xian)(xian)示(shi)的(de)(de)(de)數(shu)(shu)(shu)(shu)值都(dou)有(you)所(suo)不同(tong)（不穩定）。用(yong)(yong)百分表對X軸進行(xing)仔細檢(jian)查，發現(xian)(xian)機(ji)械(xie)位(wei)(wei)置(zhi)實際誤(wu)差(cha)同(tong)數(shu)(shu)(shu)(shu)字顯(xian)(xian)(xian)示(shi)出(chu)來(lai)的(de)(de)(de)誤(wu)差(cha)基本一(yi)致，從而認為(wei)故(gu)障(zhang)原因為(wei)X軸重復定位(wei)(wei)誤(wu)差(cha)過(guo)大(da)。對X軸的(de)(de)(de)反向間隙及(ji)定位(wei)(wei)精度進行(xing)檢(jian)查，重新補償其(qi)誤(wu)差(cha)值，結果(guo)起不到(dao)任(ren)何作(zuo)用(yong)(yong)。因此懷疑光柵尺及(ji)系(xi)(xi)統參(can)數(shu)(shu)(shu)(shu)等有(you)問題。但(dan)為(wei)什么產生如此大(da)的(de)(de)(de)誤(wu)差(cha)，卻又未出(chu)現(xian)(xian)相應的(de)(de)(de)報警信息進一(yi)步(bu)檢(jian)查發現(xian)(xian)，此軸為(wei)垂直方(fang)(fang)向的(de)(de)(de)軸，當X軸松開時主軸箱向下掉，造(zao)成了誤差。
故障處(chu)理：對機床的PLC邏輯(ji)控制程(cheng)序做了修改，即在X軸(zhou)松(song)開時，先把(ba)X軸(zhou)使(shi)能加載，再(zai)把(ba)X軸(zhou)松(song)開；而(er)在X軸(zhou)夾緊時，先把(ba)X軸(zhou)夾緊后(hou)，再(zai)把(ba)使(shi)能去(qu)掉。調(diao)整(zheng)后(hou)機床故障(zhang)得以解(jie)決。
3.機床(chuang)位置(zhi)問題導致加工精度異(yi)常
故(gu)障現象：一臺杭州產的(de)立式數控(kong)銑床，配備北京KND-10M系統。在點動或加(jia)工過(guo)程中(zhong)，發現(xian)Z軸(zhou)異常(chang)。
故障診(zhen)斷(duan)(duan)：檢查發現(xian)，Z軸(zhou)(zhou)上下(xia)移動(dong)不(bu)(bu)(bu)均(jun)勻(yun)(yun)且(qie)有(you)(you)(you)(you)噪(zao)(zao)聲(sheng)，且(qie)存在一(yi)定(ding)間隙(xi)。電機(ji)啟動(dong)時，在點(dian)動(dong)方式下(xia)Z軸(zhou)(zhou)向(xiang)(xiang)上運動(dong)存在不(bu)(bu)(bu)穩定(ding)的(de)(de)噪(zao)(zao)聲(sheng)及受(shou)力不(bu)(bu)(bu)均(jun)勻(yun)(yun)，且(qie)感(gan)覺電機(ji)抖(dou)動(dong)比較(jiao)厲害；而向(xiang)(xiang)下(xia)運動(dong)時，就(jiu)沒(mei)有(you)(you)(you)(you)抖(dou)動(dong)得這么明顯(xian)；停止(zhi)(zhi)時不(bu)(bu)(bu)抖(dou)動(dong)，在加工過程(cheng)中表現(xian)得比較(jiao)明顯(xian)。分析認為(wei)，故障原因有(you)(you)(you)(you)三點(dian)：一(yi)是絲杠反向(xiang)(xiang)間隙(xi)很大(da)；二是Z軸(zhou)(zhou)電機(ji)工作異(yi)常；三是皮(pi)(pi)(pi)(pi)帶(dai)輪(lun)受(shou)損(sun)至受(shou)力不(bu)(bu)(bu)均(jun)。但有(you)(you)(you)(you)一(yi)個問(wen)題(ti)(ti)要注意的(de)(de)是，停止(zhi)(zhi)時不(bu)(bu)(bu)抖(dou)動(dong)，上下(xia)運動(dong)不(bu)(bu)(bu)均(jun)勻(yun)(yun)，所以(yi)電機(ji)工作異(yi)常這個問(wen)題(ti)(ti)可(ke)以(yi)排除(chu)。因此先對機(ji)械部分診(zhen)斷(duan)(duan)，在診(zhen)斷(duan)(duan)測(ce)試過程(cheng)中沒(mei)有(you)(you)(you)(you)發現(xian)異(yi)常，在公差之(zhi)內。利用排除(chu)法則(ze)，余下(xia)的(de)(de)只有(you)(you)(you)(you)皮(pi)(pi)(pi)(pi)帶(dai)問(wen)題(ti)(ti)了，在檢測(ce)皮(pi)(pi)(pi)(pi)帶(dai)時，發覺這條皮(pi)(pi)(pi)(pi)帶(dai)剛換(huan)不(bu)(bu)(bu)久，但在細心檢測(ce)皮(pi)(pi)(pi)(pi)帶(dai)時，發現(xian)皮(pi)(pi)(pi)(pi)帶(dai)內側出現(xian)不(bu)(bu)(bu)同程(cheng)度的(de)(de)受(shou)損(sun)，很明顯(xian)是受(shou)力不(bu)(bu)(bu)均(jun)所至，是什(shen)么原因造成(cheng)的(de)(de)呢(ni)在診(zhen)斷(duan)(duan)中發現(xian)電機(ji)放(fang)置有(you)(you)(you)(you)問(wen)題(ti)(ti)，即裝夾的(de)(de)角度位置不(bu)(bu)(bu)對稱造成(cheng)受(shou)力不(bu)(bu)(bu)均(jun)。
故(gu)障(zhang)處理：只要將電機重裝，對準角度，測量好(hao)距離（電機與Z軸的軸承），皮(pi)帶兩(liang)邊(bian)（長度）要均(jun)勻(yun)。這樣，Z軸上(shang)下移動不均(jun)勻(yun)且有(you)噪聲及抖(dou)動現(xian)象就消除了，Z軸加工恢(hui)復正常。
4.系統參數未優化，電機運行異常
導(dao)致加工精度異常(chang)系統參數(shu)(shu)主要(yao)(yao)包括機(ji)床(chuang)進(jin)給(gei)單位，零(ling)點(dian)偏(pian)置，反向間隙等。例如Frank數(shu)(shu)控系統，其進(jin)給(gei)單位有公制和英(ying)制兩種。在機(ji)床(chuang)修理過程中(zhong)對于局部(bu)處理，常(chang)常(chang)影響到零(ling)點(dian)偏(pian)置和間隙的(de)(de)變(bian)化，故障處理完畢后應作適時的(de)(de)調整和修改；另(ling)一方面，由于機(ji)械磨損嚴重(zhong)或連接位松動也可能造成參數(shu)(shu)實測值的(de)(de)變(bian)化，需要(yao)(yao)對參數(shu)(shu)做相應的(de)(de)修改才能滿(man)足機(ji)床(chuang)加工精度的(de)(de)要(yao)(yao)求。
故障現(xian)象：一臺杭州產(chan)的(de)立式數(shu)控銑(xian)床，配備北(bei)京KND-10M系統。在加工過程中，發(fa)現(xian)X軸精(jing)度異常。
故障(zhang)診斷：檢查發現X軸存在一定(ding)間隙，且電(dian)機(ji)啟動時存在不穩定(ding)的現象。用手觸摸X軸電(dian)機(ji)時感覺(jue)電(dian)機(ji)拉動比較厲害，停(ting)止時拉動不明(ming)顯，尤其是點動方(fang)式下比較明(ming)顯。分(fen)析認為，故障(zhang)原因有兩點：一是絲(si)杠反間隙很大；二是X軸電(dian)機(ji)工作異常。
故障處理：利(li)用KND-10M系(xi)統的參數(shu)功能，對電機進行調試。首先對存在(zai)的間隙進行補償，再調整伺服系(xi)統參數(shu)及脈沖抑制功能參數(shu)，X軸電機的抖動(dong)消(xiao)除，機床加(jia)工精度恢(hui)復正常。 |
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