| 淺析數控機床加工精度降低的原因 |
造(zao)成(cheng)加工精度(du)異常故障(zhang)的原因隱蔽性(xing)強，診(zhen)斷難度(du)比(bi)較大，歸納出五個(ge)主要原因：機床進(jin)給(gei)單位被改(gai)動(dong)或變(bian)化(hua)；機(ji)床各個(ge)軸(zhou)的(de)零點偏置異(yi)常；軸(zhou)向的(de)反向間隙(xi)異(yi)常；電(dian)機(ji)運行狀(zhuang)態(tai)異(yi)常，即電(dian)氣及(ji)控制部分異(yi)常；機(ji)械(xie)故障，如絲杠(gang)，軸承，軸聯器等部件(jian)。另外加工程序的(de)編制，刀具的選擇及人為因素，也(ye)可能導致加工精度異常。
一、造成加工精度異常故障的原因
造(zao)成加工精度異(yi)常(chang)(chang)故障(zhang)的(de)原(yuan)因隱蔽性(xing)強(qiang)，診斷難(nan)度比較大，歸(gui)納出五個主要原(yuan)因：機床進給(gei)單位被改動(dong)或變化；機床各個軸的(de)零點(dian)偏置(zhi)異(yi)常(chang)(chang)；軸向的(de)反(fan)向間(jian)隙異(yi)常(chang)(chang)；電機運行狀(zhuang)態異(yi)常(chang)(chang)，即電氣及控制部(bu)分異(yi)常(chang)(chang)；機械故障(zhang)，如絲(si)杠，軸承，軸聯器等部(bu)件。另外加工程序的(de)編制，刀具的(de)選擇(ze)及人(ren)為(wei)因素，也可能導致(zhi)加工精度異(yi)常(chang)(chang)。
二、數控機床故障診斷原則
1.先外部(bu)(bu)后(hou)內(nei)部(bu)(bu)數控機床是集機械，液壓，電氣為一(yi)體的機床，故(gu)其故(gu)障的發生也會由(you)這三者綜合(he)反映出(chu)來。維修人員應先由(you)外向(xiang)內(nei)逐一(yi)進行排查，盡量避免隨意地啟封，拆卸，否則(ze)會擴大故(gu)障，使機床喪(sang)失精度，降低性能。
2.先(xian)機械后電(dian)氣一般來說，機械故障較易發覺，而數控系統故(gu)障(zhang)的診斷則難度較大些。在故(gu)障(zhang)檢修之前，首先注意排(pai)除機械(xie)性的故(gu)障(zhang)，往往可達到事半功倍的效果。
3.先(xian)靜后(hou)動先(xian)在機床(chuang)斷電(dian)的靜止狀態下(xia)，通(tong)(tong)過了解，觀(guan)察(cha)，測試(shi)，分析，確(que)認為非破壞性(xing)故(gu)障后(hou)，方可給機床(chuang)通(tong)(tong)電(dian)；在運行(xing)工況下(xia)，進行(xing)動態的觀(guan)察(cha)，檢驗和測試(shi)，查找(zhao)故(gu)障。而對破壞性(xing)故(gu)障，必(bi)須先(xian)排除危險(xian)后(hou)，方可通(tong)(tong)電(dian)。
4.先(xian)簡單后復雜當(dang)出(chu)現(xian)多種故障互(hu)相交織掩蓋，一時無從下(xia)手時，應先(xian)解(jie)(jie)決容(rong)易的(de)(de)問(wen)(wen)題，后解(jie)(jie)決難度較大(da)的(de)(de)問(wen)(wen)題。往(wang)往(wang)簡單問(wen)(wen)題解(jie)(jie)決后，難度大(da)的(de)(de)問(wen)(wen)題也可能變得(de)容(rong)易。
三、數控機床故障診斷方法
1.直觀法：（望聞問(wen)切）問(wen)-機(ji)床的故障現(xian)象，加工狀況等(deng)；看-CRT報警信(xin)息，報警指示燈，電(dian)容(rong)器等(deng)元(yuan)件(jian)變形煙熏燒(shao)焦，保(bao)護器脫扣(kou)等(deng)；聽-異常聲響；聞-電(dian)氣元(yuan)件(jian)焦糊味及其它異味；摸-發(fa)熱(re)，振動，接觸不良等。
2.參數(shu)(shu)(shu)檢(jian)查(cha)法(fa)：參數(shu)(shu)(shu)通(tong)常是存(cun)放在RAM中，有時(shi)電池電壓不足，系統長(chang)期不通(tong)電或外部干擾都會(hui)使參數(shu)(shu)(shu)丟失(shi)或混亂，應根(gen)據故障特征(zheng)，檢(jian)查(cha)和校對有關(guan)參數(shu)(shu)(shu)。
3.隔離法：一(yi)些故(gu)障，難(nan)以區分是數(shu)控部分，還是伺服系統或機械部分造(zao)成的，常采用隔離法。
4.同類(lei)對調(diao)法用(yong)同功能(neng)的備用(yong)板替換(huan)被懷疑有故障的模板，或(huo)將功能(neng)相同的模板或(huo)單元相互交(jiao)換(huan)。
5.功(gong)(gong)能程(cheng)序測試(shi)法將(jiang)G，M，S，T，功(gong)(gong)能的(de)(de)全部指(zhi)令編寫一些小程(cheng)序，在診斷(duan)故障(zhang)時運行(xing)這(zhe)些程(cheng)序，即(ji)可判斷(duan)功(gong)(gong)能的(de)(de)缺失。
四、加工精度異常故障診斷和處理實例
1.機(ji)械故障導致加工(gong)精度異常
故障現象：一臺SV-1000立式加工中心，采用Frank系(xi)統(tong)。在加工連桿模具過程中(zhong)，忽然發現(xian)Z軸(zhou)進給異常，造(zao)成至少1mm的(de)切削誤差量（Z方向過切）。
故障(zhang)診斷：調查(cha)中了解(jie)到(dao)，故障(zhang)是忽然發生(sheng)的。機(ji)床在(zai)點動(dong)，在(zai)手(shou)動(dong)輸(shu)入數據方式操(cao)作下(xia)(xia)各個軸運行正常，且回參(can)考點正常，無任何(he)報警提示，電氣(qi)控制部(bu)分(fen)硬故障(zhang)的可(ke)能性(xing)排除。應主要對以下(xia)(xia)幾(ji)個方面逐一進(jin)行檢查(cha)。
檢查機床精度異常時正在(zai)運行(xing)的加工程序段，特別是刀具長度補償(chang)，加工坐標系（G54-G59）的校(xiao)對和計算。
在點動方(fang)式下，反復運(yun)動Z軸，經(jing)過(guo)視(shi)，觸，聽，對其運(yun)動狀態診斷，發現Z向運(yun)動噪音異常，特別(bie)是快(kuai)速點動，噪音更加(jia)明顯。由此判斷，機械方(fang)面(mian)可能(neng)存(cun)在隱患。
檢查機床Z軸(zhou)精度。用手搖脈(mo)沖發生(sheng)器移動Z軸(zhou)，（將其倍率(lv)定為1×100的擋(dang)位，即每(mei)變化(hua)一步，電(dian)機進給0.1mm），配合百分表觀察Z軸的(de)(de)運(yun)(yun)動(dong)情況。在單向(xiang)(xiang)運(yun)(yun)動(dong)保持正(zheng)常后(hou)作為(wei)起(qi)始點的(de)(de)正(zheng)向(xiang)(xiang)運(yun)(yun)動(dong)，脈沖器(qi)每變(bian)化(hua)一(yi)步，機(ji)床(chuang)(chuang)Z軸運(yun)(yun)動(dong)的(de)(de)實(shi)際(ji)距(ju)離(li)d=d1=d2=d3=…=0.1mm，說明電(dian)機(ji)運(yun)(yun)行(xing)良好(hao)，定位(wei)精(jing)度也良好(hao)。而返回機(ji)床(chuang)(chuang)實(shi)際(ji)運(yun)(yun)動(dong)位(wei)移的(de)(de)變(bian)化(hua)上(shang)，可以分為(wei)四個階段(duan)(duan)：（1）機(ji)床(chuang)(chuang)運(yun)(yun)動(dong)距(ju)離(li)d1>d=0.1mm（斜(xie)率大(da)于1）；（2）表(biao)現(xian)出(chu)(chu)為(wei)d1=0.1mm>d2>d3（斜(xie)率小于1）；（3）機(ji)床(chuang)(chuang)機(ji)構實(shi)際(ji)沒移動(dong)，表(biao)現(xian)出(chu)(chu)最(zui)標準(zhun)的(de)(de)反向(xiang)(xiang)間隙(xi)；（4）機(ji)床(chuang)(chuang)運(yun)(yun)動(dong)距(ju)離(li)與脈沖器(qi)經(jing)定數值相等（斜(xie)率等于1），恢復(fu)到機(ji)床(chuang)(chuang)的(de)(de)正(zheng)常運(yun)(yun)動(dong)。無(wu)論怎樣(yang)對反向(xiang)(xiang)間隙(xi)進行(xing)補(bu)(bu)(bu)償(chang)，其表(biao)現(xian)出(chu)(chu)的(de)(de)特征是：除(chu)了（3）階段(duan)(duan)補(bu)(bu)(bu)償(chang)外，其他各段(duan)(duan)變(bian)化(hua)依然存在，特別(bie)是（1）階段(duan)(duan)嚴重影響到機(ji)床(chuang)(chuang)的(de)(de)加工(gong)精(jing)度。補(bu)(bu)(bu)償(chang)中發現(xian)，間隙(xi)補(bu)(bu)(bu)償(chang)越大(da)，（1）階段(duan)(duan)移動(dong)的(de)(de)距(ju)離(li)也越大(da)。
分析上述檢查(cha)認(ren)為存在幾點可能原因：一是(shi)電機(ji)(ji)有(you)(you)異常，二是(shi)機(ji)(ji)械(xie)方面有(you)(you)故(gu)障(zhang)(zhang)，三(san)是(shi)絲杠(gang)存在間隙。為了進一步(bu)診斷故(gu)障(zhang)(zhang)，將電機(ji)(ji)和(he)絲杠(gang)完全(quan)脫開，分別對電機(ji)(ji)和(he)機(ji)(ji)械(xie)部分進行檢查(cha)。檢查(cha)結果(guo)是(shi)電機(ji)(ji)運行正常；在對機(ji)(ji)械(xie)部分診斷中發現，用(yong)手盤(pan)動(dong)絲杠(gang)時，返(fan)回運動(dong)初始有(you)(you)很大的(de)空(kong)缺感。而正常情(qing)況(kuang)下，應該(gai)能感覺(jue)到軸承有(you)(you)序而平(ping)滑的(de)移動(dong)。
故(gu)障處(chu)理：經過拆卸檢(jian)查發現(xian)該(gai)軸(zhou)承確實(shi)受損，且有滾珠脫落。更換(huan)后機床恢復正常。
2.控制(zhi)邏輯不妥導(dao)致加(jia)工精度異常
故障現(xian)象：一臺上海(hai)機(ji)床(chuang)廠家生產的加工中心，系(xi)(xi)(xi)統是Frank.加(jia)工(gong)過程(cheng)中(zhong)，發(fa)現(xian)該(gai)(gai)(gai)機(ji)(ji)床(chuang)X軸(zhou)(zhou)精(jing)度(du)異常，精(jing)度(du)誤差(cha)最小為(wei)(wei)0.008mm，最大為(wei)(wei)1.2mm.故(gu)障(zhang)診斷：檢查(cha)(cha)中(zhong)，機(ji)(ji)床(chuang)已經按(an)照要(yao)求設置了(le)(le)G54工(gong)件坐(zuo)標(biao)系(xi)(xi)(xi)。在手(shou)動(dong)輸(shu)入數(shu)據方(fang)式操作下，以(yi)G54坐(zuo)標(biao)系(xi)(xi)(xi)運(yun)行(xing)一段(duan)程(cheng)序(xu)(xu)即“GOOG90G54X60.OY70.OF150；M30；”，待機(ji)(ji)床(chuang)運(yun)行(xing)結(jie)束后(hou)顯(xian)(xian)(xian)示(shi)(shi)器(qi)上(shang)顯(xian)(xian)(xian)示(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)機(ji)(ji)械坐(zuo)標(biao)值為(wei)(wei)（X軸(zhou)(zhou)）“-1025.243”，記錄下該(gai)(gai)(gai)數(shu)值。然后(hou)在手(shou)動(dong)方(fang)式下，將(jiang)機(ji)(ji)床(chuang)點動(dong)到(dao)其他任意位(wei)(wei)置，再(zai)次在手(shou)動(dong)輸(shu)入數(shu)據方(fang)式操作下運(yun)行(xing)剛才(cai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)程(cheng)序(xu)(xu)段(duan)，待機(ji)(ji)床(chuang)停止(zhi)后(hou)，發(fa)現(xian)此時機(ji)(ji)床(chuang)坐(zuo)標(biao)數(shu)值顯(xian)(xian)(xian)示(shi)(shi)為(wei)(wei)“-1024.891”，同(tong)上(shang)一次執(zhi)(zhi)行(xing)后(hou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)數(shu)值比較相差(cha)了(le)(le)0.352mm.按(an)照同(tong)樣的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)法，將(jiang)X軸(zhou)(zhou)點動(dong)移動(dong)到(dao)不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)位(wei)(wei)置，反復執(zhi)(zhi)行(xing)該(gai)(gai)(gai)程(cheng)序(xu)(xu)段(duan)，而顯(xian)(xian)(xian)示(shi)(shi)器(qi)上(shang)顯(xian)(xian)(xian)示(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)數(shu)值都有所不(bu)同(tong)（不(bu)穩定）。用(yong)(yong)百分(fen)表對X軸(zhou)(zhou)進行(xing)仔細(xi)檢查(cha)(cha)，發(fa)現(xian)機(ji)(ji)械位(wei)(wei)置實際誤差(cha)同(tong)數(shu)字顯(xian)(xian)(xian)示(shi)(shi)出來(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)誤差(cha)基(ji)本一致，從而認為(wei)(wei)故(gu)障(zhang)原因(yin)為(wei)(wei)X軸(zhou)(zhou)重復定位(wei)(wei)誤差(cha)過大。對X軸(zhou)(zhou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)反向間隙及定位(wei)(wei)精(jing)度(du)進行(xing)檢查(cha)(cha)，重新補償其誤差(cha)值，結(jie)果起(qi)不(bu)到(dao)任何(he)作用(yong)(yong)。因(yin)此懷疑光柵尺及系(xi)(xi)(xi)統參數(shu)等有問題。但為(wei)(wei)什(shen)么產生如此大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)誤差(cha)，卻又未出現(xian)相應(ying)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)報警信息進一步檢查(cha)(cha)發(fa)現(xian)，此軸(zhou)(zhou)為(wei)(wei)垂直方(fang)向的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)軸(zhou)(zhou)，當X軸(zhou)(zhou)松(song)開時主軸箱向下掉，造成了誤(wu)差(cha)。
故障處理：對機床的PLC邏輯控制(zhi)程序(xu)做了(le)修(xiu)改，即在(zai)X軸(zhou)(zhou)松開時，先把(ba)X軸(zhou)(zhou)使(shi)能加載(zai)，再把(ba)X軸(zhou)(zhou)松開；而(er)在(zai)X軸(zhou)(zhou)夾緊(jin)時，先把(ba)X軸(zhou)(zhou)夾緊(jin)后，再把(ba)使(shi)能去掉。調整后機床故障得以解(jie)決(jue)。
3.機(ji)床(chuang)位置問題導致加(jia)工精度(du)異(yi)常
故(gu)障現象(xiang)：一(yi)臺杭州產的(de)立式數控銑床，配備北(bei)京KND-10M系統(tong)。在(zai)點動(dong)或加工過程中，發現Z軸異常。
故障診(zhen)斷(duan)：檢查發(fa)(fa)現(xian)(xian)(xian)(xian)，Z軸(zhou)上(shang)下移(yi)動(dong)不(bu)(bu)(bu)(bu)均勻(yun)且(qie)有(you)(you)噪聲(sheng)(sheng)，且(qie)存在一(yi)(yi)定間隙。電(dian)機(ji)啟動(dong)時(shi)，在點動(dong)方式下Z軸(zhou)向(xiang)上(shang)運動(dong)存在不(bu)(bu)(bu)(bu)穩定的(de)噪聲(sheng)(sheng)及受(shou)力不(bu)(bu)(bu)(bu)均勻(yun)，且(qie)感覺電(dian)機(ji)抖(dou)動(dong)比較(jiao)厲害；而向(xiang)下運動(dong)時(shi)，就沒有(you)(you)抖(dou)動(dong)得這(zhe)(zhe)么明顯；停止時(shi)不(bu)(bu)(bu)(bu)抖(dou)動(dong)，在加工過程中(zhong)表現(xian)(xian)(xian)(xian)得比較(jiao)明顯。分(fen)析認為，故障原(yuan)因有(you)(you)三點：一(yi)(yi)是(shi)(shi)(shi)絲杠反向(xiang)間隙很大；二是(shi)(shi)(shi)Z軸(zhou)電(dian)機(ji)工作異常(chang)；三是(shi)(shi)(shi)皮帶(dai)輪受(shou)損至(zhi)受(shou)力不(bu)(bu)(bu)(bu)均。但(dan)有(you)(you)一(yi)(yi)個問(wen)題(ti)(ti)要注意的(de)是(shi)(shi)(shi)，停止時(shi)不(bu)(bu)(bu)(bu)抖(dou)動(dong)，上(shang)下運動(dong)不(bu)(bu)(bu)(bu)均勻(yun)，所以電(dian)機(ji)工作異常(chang)這(zhe)(zhe)個問(wen)題(ti)(ti)可以排除(chu)。因此先(xian)對機(ji)械(xie)部分(fen)診(zhen)斷(duan)，在診(zhen)斷(duan)測試過程中(zhong)沒有(you)(you)發(fa)(fa)現(xian)(xian)(xian)(xian)異常(chang)，在公差之內。利用排除(chu)法則(ze)，余下的(de)只有(you)(you)皮帶(dai)問(wen)題(ti)(ti)了，在檢測皮帶(dai)時(shi)，發(fa)(fa)覺這(zhe)(zhe)條(tiao)皮帶(dai)剛換不(bu)(bu)(bu)(bu)久，但(dan)在細心檢測皮帶(dai)時(shi)，發(fa)(fa)現(xian)(xian)(xian)(xian)皮帶(dai)內側(ce)出(chu)現(xian)(xian)(xian)(xian)不(bu)(bu)(bu)(bu)同程度的(de)受(shou)損，很明顯是(shi)(shi)(shi)受(shou)力不(bu)(bu)(bu)(bu)均所至(zhi)，是(shi)(shi)(shi)什么原(yuan)因造成的(de)呢在診(zhen)斷(duan)中(zhong)發(fa)(fa)現(xian)(xian)(xian)(xian)電(dian)機(ji)放置有(you)(you)問(wen)題(ti)(ti)，即裝夾的(de)角度位置不(bu)(bu)(bu)(bu)對稱(cheng)造成受(shou)力不(bu)(bu)(bu)(bu)均。
故障處理：只要將電機重(zhong)裝，對準角度，測量好(hao)距(ju)離（電機與Z軸的軸承(cheng)），皮帶兩邊（長(chang)度）要均勻。這(zhe)樣，Z軸上(shang)下移動不均勻且有噪聲(sheng)及抖動現象就消除了，Z軸加工恢復正(zheng)常。
4.系統參數未優化(hua)，電機運行異(yi)常
導致加工(gong)精度異(yi)常系(xi)統(tong)參數(shu)(shu)(shu)主要(yao)包括機(ji)床進給(gei)單位，零點偏(pian)置，反向間隙(xi)等。例如(ru)Frank數(shu)(shu)(shu)控系(xi)統(tong)，其進給(gei)單位有公制(zhi)和(he)英制(zhi)兩種。在機(ji)床修理過程(cheng)中對于局部處理，常常影響到零點偏(pian)置和(he)間隙(xi)的(de)(de)變(bian)化，故障處理完畢后應(ying)作適(shi)時的(de)(de)調整和(he)修改(gai)；另一方面(mian)，由于機(ji)械(xie)磨損嚴重或(huo)連接位松動(dong)也可能(neng)造成(cheng)參數(shu)(shu)(shu)實測值的(de)(de)變(bian)化，需要(yao)對參數(shu)(shu)(shu)做相應(ying)的(de)(de)修改(gai)才能(neng)滿足機(ji)床加工(gong)精度的(de)(de)要(yao)求。
故障現象：一臺(tai)杭州產的(de)立式數(shu)控銑床，配備北京(jing)KND-10M系統。在(zai)加工(gong)過程中，發(fa)現X軸精度異(yi)常。
故障診斷：檢查發現X軸存在一定間(jian)隙，且電(dian)機啟動(dong)(dong)時(shi)存在不穩定的(de)現象(xiang)。用(yong)手觸(chu)摸(mo)X軸電(dian)機時(shi)感(gan)覺電(dian)機拉(la)(la)動(dong)(dong)比較厲害，停止時(shi)拉(la)(la)動(dong)(dong)不明顯(xian)(xian)，尤其是點動(dong)(dong)方式下比較明顯(xian)(xian)。分析認(ren)為，故障原因有兩點：一是絲杠反(fan)間(jian)隙很(hen)大(da)；二是X軸電(dian)機工作異常。
故障處理：利用KND-10M系統的參數(shu)(shu)功(gong)能(neng)，對電(dian)機進行調(diao)試。首先對存在的間(jian)隙進行補(bu)償，再調(diao)整(zheng)伺服系統參數(shu)(shu)及脈(mo)沖抑制功(gong)能(neng)參數(shu)(shu)，X軸電(dian)機的抖動消除，機床(chuang)加工精(jing)度恢復正常。 |
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