| 淺析數控機床加工精度降低的原因 |
造(zao)成加工(gong)精度異(yi)常故障的原因隱蔽性強，診斷難度比(bi)較大，歸納出五(wu)個主(zhu)要原因：機床進給單位被(bei)改(gai)動或變化(hua)；機床各個軸的零點偏(pian)置(zhi)異(yi)常(chang)；軸向的反向間隙異(yi)常(chang)；電(dian)機運行狀態異(yi)常(chang)，即電(dian)氣及控(kong)制部分異(yi)常(chang)；機械(xie)故(gu)障，如絲杠，軸承，軸聯器(qi)等部件。另外加工程序的編制，刀具的選擇(ze)及(ji)人(ren)為因素(su)，也可(ke)能導致加工(gong)精度(du)異常(chang)。
一、造成加工精度異常故障的原因
造成(cheng)加工精(jing)度異常(chang)(chang)(chang)故(gu)障的原因隱蔽性強，診斷難度比較(jiao)大，歸(gui)納出五個主(zhu)要原因：機(ji)床(chuang)進給單位(wei)被改動或變(bian)化；機(ji)床(chuang)各個軸的零點偏置異常(chang)(chang)(chang)；軸向的反向間隙異常(chang)(chang)(chang)；電(dian)機(ji)運行狀(zhuang)態異常(chang)(chang)(chang)，即(ji)電(dian)氣(qi)及(ji)控制部分異常(chang)(chang)(chang)；機(ji)械(xie)故(gu)障，如絲杠，軸承，軸聯器等(deng)部件(jian)。另外加工程序的編制，刀具的選(xuan)擇(ze)及(ji)人為(wei)因素，也可能導(dao)致加工精(jing)度異常(chang)(chang)(chang)。
二、數控機床故障診斷原則
1.先外部后內部數控機床(chuang)(chuang)是(shi)集機械，液壓，電氣為一體(ti)的機床(chuang)(chuang)，故其故障(zhang)的發(fa)生也(ye)會由(you)(you)這(zhe)三(san)者綜合反映出來。維(wei)修人員(yuan)應先由(you)(you)外向內逐一進行排查，盡量避免隨意地啟封，拆卸，否則會擴大故障(zhang)，使機床(chuang)(chuang)喪失(shi)精度(du)，降低性能。
2.先機(ji)械(xie)后電氣一般來說，機(ji)械(xie)故障(zhang)較易發覺(jue)，而數控系統故(gu)(gu)障(zhang)的(de)診斷則(ze)難度(du)較大(da)些。在故(gu)(gu)障(zhang)檢修之前(qian)，首先注意排(pai)除機械(xie)性(xing)的(de)故(gu)(gu)障(zhang)，往往可達(da)到事半功倍(bei)的(de)效果。
3.先靜(jing)后動先在(zai)機(ji)床(chuang)(chuang)斷電(dian)的(de)靜(jing)止(zhi)狀(zhuang)態下(xia)，通過了解，觀察(cha)，測試(shi)，分析，確認為非破(po)壞性(xing)(xing)故(gu)障后，方可給機(ji)床(chuang)(chuang)通電(dian)；在(zai)運行工況(kuang)下(xia)，進行動態的(de)觀察(cha)，檢驗和測試(shi)，查找故(gu)障。而對破(po)壞性(xing)(xing)故(gu)障，必(bi)須先排除危險后，方可通電(dian)。
4.先簡(jian)單后復(fu)雜當(dang)出(chu)現(xian)多種故障互相交織(zhi)掩蓋，一時(shi)無從下(xia)手時(shi)，應(ying)先解(jie)(jie)決容易的(de)問題(ti)，后解(jie)(jie)決難(nan)(nan)度較大(da)的(de)問題(ti)。往往簡(jian)單問題(ti)解(jie)(jie)決后，難(nan)(nan)度大(da)的(de)問題(ti)也可能(neng)變得容易。
三、數控機床故障診斷方法
1.直觀(guan)法：（望聞問切）問-機床的故障現象，加工狀況等；看-CRT報警信(xin)息，報警指示燈，電(dian)容器等元件變形煙熏燒焦，保護器脫扣(kou)等；聽(ting)-異常聲(sheng)響；聞-電(dian)氣元件焦糊味及其它異味；摸-發熱(re)，振動，接觸不(bu)良等。
2.參(can)數(shu)檢(jian)查(cha)法：參(can)數(shu)通常是存放在(zai)RAM中，有時電池電壓(ya)不足(zu)，系統長(chang)期不通電或外(wai)部干擾都會使參(can)數(shu)丟失(shi)或混亂，應(ying)根據故障特征，檢(jian)查(cha)和校對有關(guan)參(can)數(shu)。
3.隔離法：一些故(gu)障，難以區分(fen)是數控部(bu)分(fen)，還(huan)是伺服系統或(huo)機(ji)械部分造(zao)成的，常(chang)采用隔離法。
4.同(tong)類對調法用同(tong)功(gong)能的備用板(ban)替換被懷疑有(you)故障(zhang)的模板(ban)，或(huo)將功(gong)能相(xiang)同(tong)的模板(ban)或(huo)單元相(xiang)互交換。
5.功(gong)能(neng)程序(xu)測試法(fa)將(jiang)G，M，S，T，功(gong)能(neng)的(de)全部(bu)指令編寫(xie)一(yi)些小程序(xu)，在(zai)診斷故障時運行這些程序(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)械故障導致加工精度異常
故障(zhang)現象：一臺SV-1000立式加工中心，采(cai)用Frank系(xi)統。在加工連(lian)桿模(mo)具過程(cheng)中，忽然發現Z軸進給異常，造成至(zhi)少1mm的切(qie)削誤差量（Z方向過切(qie)）。
故(gu)障診斷：調(diao)查(cha)中了解到，故(gu)障是忽然發生的。機床在(zai)點(dian)動(dong)，在(zai)手動(dong)輸入(ru)數據方(fang)式操作(zuo)下各(ge)個(ge)軸(zhou)運行正常，且回(hui)參(can)考點(dian)正常，無任何報警提(ti)示(shi)，電氣控制部分硬(ying)故(gu)障的可能性排(pai)除。應主(zhu)要對以下幾個(ge)方(fang)面逐一進(jin)行檢查(cha)。
檢查(cha)機床精度(du)異常時正在(zai)運行的(de)加工程序段，特別是(shi)刀具長度(du)補償，加工坐標系(xi)（G54-G59）的(de)校對和計算。
在點動(dong)(dong)方式下，反復運動(dong)(dong)Z軸，經(jing)過視(shi)，觸，聽(ting)，對(dui)其運動(dong)(dong)狀態診斷(duan)，發現Z向運動(dong)(dong)噪音異常，特別是快速點動(dong)(dong)，噪音更加明顯。由此判(pan)斷(duan)，機械方面可能存在隱患。
檢(jian)查機床Z軸精度。用手搖脈沖發生器移動Z軸，（將其倍(bei)率定為1×100的擋(dang)位(wei)，即每變(bian)化一步(bu)，電機進給(gei)0.1mm），配合百分表觀察Z軸(zhou)的(de)運(yun)(yun)(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)情(qing)況。在單(dan)向運(yun)(yun)(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)保持正(zheng)常后作為(wei)起始點(dian)的(de)正(zheng)向運(yun)(yun)(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)，脈沖(chong)器每變(bian)化(hua)一步，機(ji)床(chuang)(chuang)Z軸(zhou)運(yun)(yun)(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)的(de)實(shi)際(ji)距離(li)d=d1=d2=d3=…=0.1mm，說明電機(ji)運(yun)(yun)(yun)(yun)行良好，定位精度也良好。而(er)返回機(ji)床(chuang)(chuang)實(shi)際(ji)運(yun)(yun)(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)位移的(de)變(bian)化(hua)上(shang)，可以分為(wei)四個階(jie)段(duan)(duan)：（1）機(ji)床(chuang)(chuang)運(yun)(yun)(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)距離(li)d1>d=0.1mm（斜(xie)率大于1）；（2）表現(xian)出為(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)(dong)(dong)，表現(xian)出最標準的(de)反向間隙(xi)；（4）機(ji)床(chuang)(chuang)運(yun)(yun)(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)距離(li)與脈沖(chong)器經(jing)定數(shu)值(zhi)相等（斜(xie)率等于1），恢(hui)復到(dao)機(ji)床(chuang)(chuang)的(de)正(zheng)常運(yun)(yun)(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)。無論(lun)怎樣對反向間隙(xi)進(jin)行補(bu)償(chang)，其(qi)表現(xian)出的(de)特征(zheng)是：除了（3）階(jie)段(duan)(duan)補(bu)償(chang)外(wai)，其(qi)他各段(duan)(duan)變(bian)化(hua)依然存(cun)在，特別是（1）階(jie)段(duan)(duan)嚴重影(ying)響(xiang)到(dao)機(ji)床(chuang)(chuang)的(de)加工精度。補(bu)償(chang)中發現(xian)，間隙(xi)補(bu)償(chang)越大，（1）階(jie)段(duan)(duan)移動(dong)(dong)(dong)的(de)距離(li)也越大。
分(fen)(fen)析(xi)上述檢查認為存在(zai)幾(ji)點可(ke)能原(yuan)因：一是(shi)(shi)電機(ji)(ji)(ji)有(you)異常，二是(shi)(shi)機(ji)(ji)(ji)械方面(mian)有(you)故障，三是(shi)(shi)絲杠存在(zai)間隙(xi)。為了進(jin)一步(bu)診斷故障，將電機(ji)(ji)(ji)和絲杠完全脫開，分(fen)(fen)別(bie)對電機(ji)(ji)(ji)和機(ji)(ji)(ji)械部分(fen)(fen)進(jin)行(xing)檢查。檢查結果是(shi)(shi)電機(ji)(ji)(ji)運(yun)行(xing)正常；在(zai)對機(ji)(ji)(ji)械部分(fen)(fen)診斷中發(fa)現(xian)，用手盤動絲杠時(shi)，返回(hui)運(yun)動初始有(you)很大的空缺感。而正常情況下，應該能感覺到軸承有(you)序(xu)而平滑的移動。
故障處理：經過拆(chai)卸檢查發(fa)現該(gai)軸承確實受損，且有滾珠脫落。更(geng)換(huan)后(hou)機床恢(hui)復正常。
2.控(kong)制(zhi)邏輯不妥導(dao)致(zhi)加工精度異常
故障現象：一臺(tai)上海機床廠(chang)家生產的(de)加工中心，系統是Frank.加(jia)工過程(cheng)中(zhong)，發(fa)現該機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)X軸精(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)障診斷：檢(jian)查中(zhong)，機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)已經按(an)照要求設置(zhi)了G54工件坐標(biao)系。在(zai)手動輸入數(shu)據(ju)(ju)方(fang)式(shi)(shi)操作下，以G54坐標(biao)系運行(xing)(xing)一(yi)段程(cheng)序(xu)即“GOOG90G54X60.OY70.OF150；M30；”，待機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)運行(xing)(xing)結(jie)束后顯(xian)示器上顯(xian)示的(de)(de)(de)機(ji)(ji)(ji)械(xie)坐標(biao)值(zhi)為(wei)(wei)（X軸）“-1025.243”，記(ji)錄下該數(shu)值(zhi)。然后在(zai)手動方(fang)式(shi)(shi)下，將(jiang)機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)點動到(dao)其他任意位(wei)(wei)置(zhi)，再次在(zai)手動輸入數(shu)據(ju)(ju)方(fang)式(shi)(shi)操作下運行(xing)(xing)剛才的(de)(de)(de)程(cheng)序(xu)段，待機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)停止(zhi)后，發(fa)現此時(shi)機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)坐標(biao)數(shu)值(zhi)顯(xian)示為(wei)(wei)“-1024.891”，同(tong)上一(yi)次執(zhi)行(xing)(xing)后的(de)(de)(de)數(shu)值(zhi)比較相差(cha)了0.352mm.按(an)照同(tong)樣的(de)(de)(de)方(fang)法(fa)，將(jiang)X軸點動移動到(dao)不同(tong)的(de)(de)(de)位(wei)(wei)置(zhi)，反復執(zhi)行(xing)(xing)該程(cheng)序(xu)段，而顯(xian)示器上顯(xian)示的(de)(de)(de)數(shu)值(zhi)都有所(suo)不同(tong)（不穩定(ding)）。用百(bai)分表(biao)對(dui)X軸進行(xing)(xing)仔細(xi)檢(jian)查，發(fa)現機(ji)(ji)(ji)械(xie)位(wei)(wei)置(zhi)實際誤差(cha)同(tong)數(shu)字(zi)顯(xian)示出(chu)來的(de)(de)(de)誤差(cha)基本(ben)一(yi)致，從而認為(wei)(wei)故(gu)障原(yuan)因為(wei)(wei)X軸重復定(ding)位(wei)(wei)誤差(cha)過大。對(dui)X軸的(de)(de)(de)反向(xiang)間隙及定(ding)位(wei)(wei)精(jing)度(du)進行(xing)(xing)檢(jian)查，重新補償其誤差(cha)值(zhi)，結(jie)果起(qi)不到(dao)任何作用。因此懷疑光柵尺及系統參數(shu)等有問題(ti)。但為(wei)(wei)什么產(chan)生如(ru)此大的(de)(de)(de)誤差(cha)，卻又未出(chu)現相應的(de)(de)(de)報警信息進一(yi)步檢(jian)查發(fa)現，此軸為(wei)(wei)垂直方(fang)向(xiang)的(de)(de)(de)軸，當X軸松開(kai)時(shi)主軸箱向下掉(diao)，造成了誤差。
故(gu)障處理：對機床的PLC邏(luo)輯控制程序做(zuo)了修改，即在X軸(zhou)松開(kai)時(shi)，先把X軸(zhou)使(shi)能加載，再把X軸(zhou)松開(kai)；而(er)在X軸(zhou)夾緊時(shi)，先把X軸(zhou)夾緊后，再把使(shi)能去(qu)掉(diao)。調整后機床故障得以解決。
3.機床(chuang)位(wei)置問題導(dao)致加工(gong)精度異(yi)常
故障現象(xiang)：一臺(tai)杭州(zhou)產(chan)的立式數控銑床，配備北(bei)京KND-10M系(xi)統(tong)。在點(dian)動或加工過程中，發現Z軸異(yi)常(chang)。
故(gu)障(zhang)診(zhen)斷(duan)(duan)：檢查發現，Z軸(zhou)(zhou)上下(xia)移動(dong)不(bu)(bu)均(jun)(jun)(jun)(jun)勻且有(you)噪聲，且存在(zai)一(yi)定間(jian)(jian)隙。電機啟動(dong)時，在(zai)點(dian)(dian)動(dong)方式下(xia)Z軸(zhou)(zhou)向上運動(dong)存在(zai)不(bu)(bu)穩定的(de)噪聲及受(shou)(shou)(shou)力(li)不(bu)(bu)均(jun)(jun)(jun)(jun)勻，且感覺電機抖(dou)動(dong)比較厲害；而向下(xia)運動(dong)時，就(jiu)沒有(you)抖(dou)動(dong)得這(zhe)么明(ming)顯(xian)；停(ting)止(zhi)時不(bu)(bu)抖(dou)動(dong)，在(zai)加工(gong)過程(cheng)中(zhong)表現得比較明(ming)顯(xian)。分析認為，故(gu)障(zhang)原因(yin)(yin)有(you)三(san)(san)點(dian)(dian)：一(yi)是絲(si)杠反(fan)向間(jian)(jian)隙很大；二是Z軸(zhou)(zhou)電機工(gong)作(zuo)異常；三(san)(san)是皮(pi)(pi)(pi)帶(dai)輪受(shou)(shou)(shou)損(sun)至(zhi)受(shou)(shou)(shou)力(li)不(bu)(bu)均(jun)(jun)(jun)(jun)。但有(you)一(yi)個問(wen)題(ti)要注意的(de)是，停(ting)止(zhi)時不(bu)(bu)抖(dou)動(dong)，上下(xia)運動(dong)不(bu)(bu)均(jun)(jun)(jun)(jun)勻，所以電機工(gong)作(zuo)異常這(zhe)個問(wen)題(ti)可以排除。因(yin)(yin)此先(xian)對機械部分診(zhen)斷(duan)(duan)，在(zai)診(zhen)斷(duan)(duan)測(ce)試過程(cheng)中(zhong)沒有(you)發現異常，在(zai)公差之內。利(li)用排除法則，余下(xia)的(de)只(zhi)有(you)皮(pi)(pi)(pi)帶(dai)問(wen)題(ti)了，在(zai)檢測(ce)皮(pi)(pi)(pi)帶(dai)時，發覺這(zhe)條(tiao)皮(pi)(pi)(pi)帶(dai)剛換不(bu)(bu)久(jiu)，但在(zai)細心檢測(ce)皮(pi)(pi)(pi)帶(dai)時，發現皮(pi)(pi)(pi)帶(dai)內側(ce)出現不(bu)(bu)同程(cheng)度的(de)受(shou)(shou)(shou)損(sun)，很明(ming)顯(xian)是受(shou)(shou)(shou)力(li)不(bu)(bu)均(jun)(jun)(jun)(jun)所至(zhi)，是什么原因(yin)(yin)造(zao)成(cheng)的(de)呢在(zai)診(zhen)斷(duan)(duan)中(zhong)發現電機放置(zhi)有(you)問(wen)題(ti)，即裝(zhuang)夾(jia)的(de)角度位置(zhi)不(bu)(bu)對稱造(zao)成(cheng)受(shou)(shou)(shou)力(li)不(bu)(bu)均(jun)(jun)(jun)(jun)。
故障處(chu)理：只要將電機重(zhong)裝，對準角(jiao)度，測量好距離(li)（電機與Z軸的軸承），皮帶(dai)兩(liang)邊（長(chang)度）要均勻。這(zhe)樣，Z軸上下(xia)移動(dong)不均勻且有噪聲及抖動(dong)現象(xiang)就(jiu)消除了，Z軸加工恢復正常。
4.系統參數未(wei)優化，電機運(yun)行異常
導致加工精度異常(chang)系統(tong)參(can)數(shu)主(zhu)要包括(kuo)機(ji)床(chuang)進給單位(wei)(wei)，零點偏置，反(fan)向(xiang)間隙(xi)等。例(li)如(ru)Frank數(shu)控系統(tong)，其進給單位(wei)(wei)有公制和(he)英制兩種。在機(ji)床(chuang)修理(li)過(guo)程中對(dui)于局(ju)部(bu)處(chu)理(li)，常(chang)常(chang)影響到零點偏置和(he)間隙(xi)的(de)變化，故障處(chu)理(li)完畢后應作適時的(de)調整和(he)修改(gai)；另(ling)一方面，由于機(ji)械磨損嚴重或連接位(wei)(wei)松(song)動(dong)也可能(neng)造(zao)成參(can)數(shu)實(shi)測值的(de)變化，需(xu)要對(dui)參(can)數(shu)做相應的(de)修改(gai)才(cai)能(neng)滿足機(ji)床(chuang)加工精度的(de)要求。
故障現象：一(yi)臺(tai)杭州產的立式數(shu)控銑床(chuang)，配備(bei)北(bei)京KND-10M系(xi)統。在(zai)加工(gong)過程中，發(fa)現X軸(zhou)精度異常。
故(gu)(gu)障(zhang)診斷：檢查(cha)發現X軸存(cun)在一(yi)定間隙(xi)，且電(dian)(dian)機啟動時存(cun)在不穩定的現象。用手(shou)觸(chu)摸X軸電(dian)(dian)機時感(gan)覺電(dian)(dian)機拉動比較(jiao)厲害，停止時拉動不明(ming)顯(xian)，尤其是點(dian)動方(fang)式下(xia)比較(jiao)明(ming)顯(xian)。分析認為，故(gu)(gu)障(zhang)原因(yin)有兩點(dian)：一(yi)是絲杠反間隙(xi)很大；二(er)是X軸電(dian)(dian)機工(gong)作(zuo)異常。
故(gu)障處(chu)理：利用KND-10M系(xi)統的參(can)數(shu)(shu)功(gong)能(neng)，對電(dian)機進行調(diao)試。首先(xian)對存在的間隙(xi)進行補償，再(zai)調(diao)整(zheng)伺服系(xi)統參(can)數(shu)(shu)及脈沖抑制功(gong)能(neng)參(can)數(shu)(shu)，X軸電(dian)機的抖動(dong)消除，機床加工精(jing)度恢復(fu)正(zheng)常。 |
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