| 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(gu)障的原(yuan)因隱(yin)蔽性(xing)強，診斷難度(du)比(bi)較大，歸(gui)納出五個主(zhu)要(yao)原(yuan)因：機床進給單(dan)位被改動或變(bian)化；機床(chuang)各個軸的(de)零點偏置異(yi)(yi)常(chang)；軸向(xiang)的(de)反向(xiang)間隙異(yi)(yi)常(chang)；電機運(yun)行狀態異(yi)(yi)常(chang)，即電氣及控制部分異(yi)(yi)常(chang)；機械故障(zhang)，如絲杠，軸承，軸聯(lian)器等部件。另外加工程序的(de)編(bian)制，刀具的選擇及人為因素，也可(ke)能導致加(jia)工(gong)精度異常。
一、造成加工精度異常故障的原因
造成(cheng)加(jia)工精度(du)異(yi)常(chang)(chang)(chang)故障的(de)(de)(de)原因隱蔽(bi)性(xing)強，診斷難度(du)比(bi)較大，歸納(na)出五個(ge)(ge)主要(yao)原因：機床(chuang)進給單位被改動或變(bian)化；機床(chuang)各個(ge)(ge)軸(zhou)的(de)(de)(de)零點偏(pian)置異(yi)常(chang)(chang)(chang)；軸(zhou)向(xiang)的(de)(de)(de)反向(xiang)間隙異(yi)常(chang)(chang)(chang)；電(dian)機運行狀態異(yi)常(chang)(chang)(chang)，即電(dian)氣及控制部(bu)分異(yi)常(chang)(chang)(chang)；機械故障，如絲杠(gang)，軸(zhou)承，軸(zhou)聯器等部(bu)件。另(ling)外加(jia)工程(cheng)序的(de)(de)(de)編制，刀具的(de)(de)(de)選擇及人(ren)為因素，也可能導致(zhi)加(jia)工精度(du)異(yi)常(chang)(chang)(chang)。
二、數控機床故障診斷原則
1.先外部后內(nei)部數控機床(chuang)是集機械(xie)，液壓，電氣(qi)為一體(ti)的機床(chuang)，故(gu)其(qi)故(gu)障(zhang)的發生也會(hui)由這三者綜合(he)反映(ying)出(chu)來。維修人員應先由外向內(nei)逐一進行排查(cha)，盡量避免(mian)隨(sui)意地啟(qi)封，拆(chai)卸，否則會(hui)擴(kuo)大(da)故(gu)障(zhang)，使機床(chuang)喪(sang)失(shi)精度，降(jiang)低性能(neng)。
2.先機械后電氣一般來說(shuo)，機械故障較易發覺(jue)，而數控系統故(gu)障的(de)診斷則難(nan)度較(jiao)大(da)些。在故(gu)障檢修之前(qian)，首(shou)先注(zhu)意排(pai)除機械性的(de)故(gu)障，往往可達到事半功(gong)倍的(de)效果(guo)。
3.先(xian)靜(jing)后(hou)(hou)動先(xian)在機(ji)床斷電(dian)(dian)的靜(jing)止狀態下(xia)，通過了解，觀(guan)察，測(ce)試(shi)，分析，確認為非(fei)破壞(huai)性(xing)故(gu)障后(hou)(hou)，方(fang)可(ke)給機(ji)床通電(dian)(dian)；在運行工況下(xia)，進(jin)行動態的觀(guan)察，檢(jian)驗和測(ce)試(shi)，查找故(gu)障。而對破壞(huai)性(xing)故(gu)障，必(bi)須先(xian)排除(chu)危險后(hou)(hou)，方(fang)可(ke)通電(dian)(dian)。
4.先(xian)簡單(dan)后(hou)復(fu)雜當出現多種故障互相交織掩蓋，一時無(wu)從下手時，應先(xian)解(jie)決(jue)容(rong)易的問(wen)題(ti)，后(hou)解(jie)決(jue)難度較大的問(wen)題(ti)。往(wang)往(wang)簡單(dan)問(wen)題(ti)解(jie)決(jue)后(hou)，難度大的問(wen)題(ti)也可能變(bian)得容(rong)易。
三、數控機床故障診斷方法
1.直(zhi)觀法：（望聞問切）問-機(ji)床的故(gu)障(zhang)現象，加工狀(zhuang)況(kuang)等(deng)(deng)；看-CRT報警(jing)信息，報警(jing)指示(shi)燈，電容器等(deng)(deng)元件(jian)變形煙熏(xun)燒焦，保護器脫扣等(deng)(deng)；聽-異常聲響；聞-電氣元件(jian)焦糊味(wei)及(ji)其它異味；摸(mo)-發(fa)熱，振動，接觸不(bu)良等。
2.參(can)數檢(jian)查法(fa)：參(can)數通常是存放在RAM中，有時電(dian)池(chi)電(dian)壓不足，系統長期(qi)不通電(dian)或外部干擾都會使(shi)參(can)數丟失或混亂，應根據故障(zhang)特征，檢(jian)查和校對有關(guan)參(can)數。
3.隔離法：一(yi)些(xie)故(gu)障，難以區分是(shi)數(shu)控部分，還(huan)是(shi)伺服系統或機械部分造(zao)成(cheng)的，常采用隔(ge)離法。
4.同類(lei)對調法用(yong)同功(gong)能的備用(yong)板替(ti)換(huan)(huan)被懷疑有故(gu)障的模板，或將功(gong)能相同的模板或單(dan)元相互交換(huan)(huan)。
5.功能程序測(ce)試法(fa)將G，M，S，T，功能的全部(bu)指(zhi)令(ling)編寫(xie)一些小程序，在(zai)診斷(duan)故障(zhang)時運行這些程序，即可(ke)判(pan)斷(duan)功能的缺失。
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(chang)
故(gu)障現(xian)象：一臺(tai)SV-1000立式加工中心，采用Frank系統(tong)。在加工連桿模具過程(cheng)中，忽然發現(xian)Z軸進給異常，造成至少1mm的切(qie)削誤差量(liang)（Z方(fang)向(xiang)過切(qie)）。
故(gu)障(zhang)診斷：調查中了解到，故(gu)障(zhang)是(shi)忽然發生的。機床在點(dian)動，在手動輸入數據方式操作下(xia)各個(ge)軸運行正常(chang)，且回參考點(dian)正常(chang)，無任何(he)報警提示，電氣控制(zhi)部分硬故(gu)障(zhang)的可能性排除。應主要對以下(xia)幾個(ge)方面逐一進(jin)行檢查。
檢查機(ji)床(chuang)精度(du)異常時正在運行的(de)(de)加工(gong)程(cheng)序段，特別是刀具長度(du)補償，加工(gong)坐標(biao)系(xi)（G54-G59）的(de)(de)校對和計算。
在點動方(fang)式下，反復運動Z軸(zhou)，經過(guo)視，觸，聽(ting)，對(dui)其運動狀(zhuang)態診斷，發現Z向運動噪音(yin)異常，特(te)別(bie)是快速點動，噪音(yin)更(geng)加(jia)明顯。由此判斷，機械方(fang)面可能(neng)存在隱患。
檢查機(ji)床(chuang)Z軸精度。用手搖脈沖發生器移(yi)動Z軸，（將(jiang)其(qi)倍(bei)率定為1×100的擋(dang)位，即每(mei)變(bian)化(hua)一步，電機(ji)進(jin)給(gei)0.1mm），配合百分表觀察Z軸(zhou)的(de)運(yun)動(dong)(dong)情(qing)況。在(zai)單(dan)向(xiang)運(yun)動(dong)(dong)保持(chi)正常后作為(wei)(wei)起(qi)始點的(de)正向(xiang)運(yun)動(dong)(dong)，脈沖(chong)器每變化一(yi)步，機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)Z軸(zhou)運(yun)動(dong)(dong)的(de)實(shi)際(ji)距離d=d1=d2=d3=…=0.1mm，說明電機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)運(yun)行良好，定位精度也(ye)良好。而(er)返回機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)實(shi)際(ji)運(yun)動(dong)(dong)位移(yi)的(de)變化上，可以(yi)分(fen)為(wei)(wei)四個(ge)階段(duan)：（1）機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)運(yun)動(dong)(dong)距離d1>d=0.1mm（斜率(lv)大于1）；（2）表(biao)現(xian)出(chu)為(wei)(wei)d1=0.1mm>d2>d3（斜率(lv)小于1）；（3）機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)構(gou)實(shi)際(ji)沒移(yi)動(dong)(dong)，表(biao)現(xian)出(chu)最標(biao)準的(de)反(fan)向(xiang)間隙(xi)；（4）機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)運(yun)動(dong)(dong)距離與脈沖(chong)器經定數值相(xiang)等（斜率(lv)等于1），恢復到(dao)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)的(de)正常運(yun)動(dong)(dong)。無論(lun)怎樣對反(fan)向(xiang)間隙(xi)進行補(bu)償，其(qi)表(biao)現(xian)出(chu)的(de)特(te)征(zheng)是：除了(le)（3）階段(duan)補(bu)償外，其(qi)他各段(duan)變化依然存(cun)在(zai)，特(te)別是（1）階段(duan)嚴(yan)重影(ying)響到(dao)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)的(de)加工精度。補(bu)償中發現(xian)，間隙(xi)補(bu)償越大，（1）階段(duan)移(yi)動(dong)(dong)的(de)距離也(ye)越大。
分析上述檢(jian)(jian)查認為(wei)存(cun)在(zai)(zai)幾點可能原因：一是(shi)電(dian)(dian)機(ji)(ji)有(you)異(yi)常，二是(shi)機(ji)(ji)械方面(mian)有(you)故障，三是(shi)絲(si)杠(gang)(gang)存(cun)在(zai)(zai)間隙。為(wei)了進一步診(zhen)斷故障，將電(dian)(dian)機(ji)(ji)和絲(si)杠(gang)(gang)完全脫開，分別對電(dian)(dian)機(ji)(ji)和機(ji)(ji)械部分進行檢(jian)(jian)查。檢(jian)(jian)查結(jie)果是(shi)電(dian)(dian)機(ji)(ji)運行正(zheng)常；在(zai)(zai)對機(ji)(ji)械部分診(zhen)斷中發現，用(yong)手盤動(dong)絲(si)杠(gang)(gang)時，返回(hui)運動(dong)初始有(you)很(hen)大的空缺感。而(er)正(zheng)常情況下，應(ying)該(gai)能感覺到軸承有(you)序而(er)平滑的移(yi)動(dong)。
故(gu)障處理：經過拆卸檢查發現(xian)該軸承確實受(shou)損，且(qie)有滾珠脫落。更(geng)換(huan)后機床恢復(fu)正常。
2.控(kong)制邏(luo)輯不(bu)妥(tuo)導致加(jia)工(gong)精(jing)度異常
故障(zhang)現(xian)象：一臺上(shang)海機床廠家生產的(de)加工中心，系統(tong)是Frank.加工過(guo)程中(zhong)，發(fa)現(xian)(xian)該機(ji)(ji)床(chuang)X軸(zhou)精(jing)度異(yi)常，精(jing)度誤(wu)差最小為(wei)0.008mm，最大為(wei)1.2mm.故障(zhang)診(zhen)斷：檢(jian)(jian)查(cha)(cha)中(zhong)，機(ji)(ji)床(chuang)已經按(an)(an)照要求設置了G54工件坐(zuo)標(biao)(biao)系。在手(shou)動(dong)輸入數(shu)(shu)據(ju)方(fang)式操作(zuo)下，以G54坐(zuo)標(biao)(biao)系運行(xing)(xing)一(yi)(yi)段(duan)(duan)程序即(ji)“GOOG90G54X60.OY70.OF150；M30；”，待機(ji)(ji)床(chuang)運行(xing)(xing)結束后(hou)顯(xian)(xian)示(shi)器上(shang)顯(xian)(xian)示(shi)的(de)機(ji)(ji)械坐(zuo)標(biao)(biao)值(zhi)為(wei)（X軸(zhou)）“-1025.243”，記(ji)錄(lu)下該數(shu)(shu)值(zhi)。然(ran)后(hou)在手(shou)動(dong)方(fang)式下，將機(ji)(ji)床(chuang)點動(dong)到(dao)其(qi)他(ta)任意(yi)位置，再(zai)次(ci)在手(shou)動(dong)輸入數(shu)(shu)據(ju)方(fang)式操作(zuo)下運行(xing)(xing)剛(gang)才的(de)程序段(duan)(duan)，待機(ji)(ji)床(chuang)停止后(hou)，發(fa)現(xian)(xian)此時機(ji)(ji)床(chuang)坐(zuo)標(biao)(biao)數(shu)(shu)值(zhi)顯(xian)(xian)示(shi)為(wei)“-1024.891”，同(tong)(tong)上(shang)一(yi)(yi)次(ci)執(zhi)行(xing)(xing)后(hou)的(de)數(shu)(shu)值(zhi)比較(jiao)相差了0.352mm.按(an)(an)照同(tong)(tong)樣的(de)方(fang)法，將X軸(zhou)點動(dong)移(yi)動(dong)到(dao)不同(tong)(tong)的(de)位置，反復執(zhi)行(xing)(xing)該程序段(duan)(duan)，而(er)顯(xian)(xian)示(shi)器上(shang)顯(xian)(xian)示(shi)的(de)數(shu)(shu)值(zhi)都(dou)有(you)所不同(tong)(tong)（不穩定）。用(yong)百(bai)分(fen)表對X軸(zhou)進行(xing)(xing)仔(zi)細檢(jian)(jian)查(cha)(cha)，發(fa)現(xian)(xian)機(ji)(ji)械位置實際(ji)誤(wu)差同(tong)(tong)數(shu)(shu)字顯(xian)(xian)示(shi)出來的(de)誤(wu)差基本(ben)一(yi)(yi)致，從(cong)而(er)認為(wei)故障(zhang)原(yuan)因為(wei)X軸(zhou)重復定位誤(wu)差過(guo)大。對X軸(zhou)的(de)反向間隙及定位精(jing)度進行(xing)(xing)檢(jian)(jian)查(cha)(cha)，重新補償(chang)其(qi)誤(wu)差值(zhi)，結果起不到(dao)任何作(zuo)用(yong)。因此懷疑(yi)光柵尺及系統(tong)參數(shu)(shu)等(deng)有(you)問題(ti)。但(dan)為(wei)什么產生如(ru)此大的(de)誤(wu)差，卻(que)又未出現(xian)(xian)相應的(de)報警(jing)信息進一(yi)(yi)步檢(jian)(jian)查(cha)(cha)發(fa)現(xian)(xian)，此軸(zhou)為(wei)垂(chui)直方(fang)向的(de)軸(zhou)，當X軸(zhou)松(song)開(kai)時主軸箱向下(xia)掉，造成了誤差(cha)。
故障處理(li)：對機(ji)床的PLC邏輯控制程序做了修改，即(ji)在X軸(zhou)(zhou)松(song)開(kai)時(shi)，先把(ba)X軸(zhou)(zhou)使(shi)能加載，再把(ba)X軸(zhou)(zhou)松(song)開(kai)；而(er)在X軸(zhou)(zhou)夾緊時(shi)，先把(ba)X軸(zhou)(zhou)夾緊后，再把(ba)使(shi)能去掉。調整(zheng)后機床故障得以解(jie)決。
3.機床位置(zhi)問題導(dao)致加工精度(du)異常
故(gu)障現象：一臺(tai)杭(hang)州產的(de)立式數控銑床，配備北京KND-10M系統。在點動或加(jia)工過程中，發現Z軸異常。
故(gu)障診(zhen)(zhen)斷：檢查發現(xian)，Z軸上下(xia)(xia)移動(dong)(dong)不(bu)(bu)(bu)(bu)均勻(yun)且有(you)噪(zao)聲(sheng)(sheng)，且存在(zai)(zai)(zai)一(yi)定(ding)間(jian)隙。電(dian)(dian)機啟動(dong)(dong)時(shi)，在(zai)(zai)(zai)點動(dong)(dong)方式下(xia)(xia)Z軸向(xiang)上運動(dong)(dong)存在(zai)(zai)(zai)不(bu)(bu)(bu)(bu)穩定(ding)的噪(zao)聲(sheng)(sheng)及受(shou)力(li)(li)不(bu)(bu)(bu)(bu)均勻(yun)，且感覺電(dian)(dian)機抖動(dong)(dong)比較厲害(hai)；而向(xiang)下(xia)(xia)運動(dong)(dong)時(shi)，就沒有(you)抖動(dong)(dong)得這(zhe)么明顯；停止時(shi)不(bu)(bu)(bu)(bu)抖動(dong)(dong)，在(zai)(zai)(zai)加工過程(cheng)中表現(xian)得比較明顯。分析認為(wei)，故(gu)障原(yuan)因有(you)三(san)點：一(yi)是絲杠(gang)反向(xiang)間(jian)隙很大；二是Z軸電(dian)(dian)機工作異常(chang)(chang)；三(san)是皮帶(dai)輪受(shou)損至受(shou)力(li)(li)不(bu)(bu)(bu)(bu)均。但有(you)一(yi)個問(wen)(wen)題要注意的是，停止時(shi)不(bu)(bu)(bu)(bu)抖動(dong)(dong)，上下(xia)(xia)運動(dong)(dong)不(bu)(bu)(bu)(bu)均勻(yun)，所(suo)(suo)以電(dian)(dian)機工作異常(chang)(chang)這(zhe)個問(wen)(wen)題可以排除。因此先(xian)對(dui)機械部分診(zhen)(zhen)斷，在(zai)(zai)(zai)診(zhen)(zhen)斷測(ce)(ce)試過程(cheng)中沒有(you)發現(xian)異常(chang)(chang)，在(zai)(zai)(zai)公差之內。利用排除法則，余下(xia)(xia)的只(zhi)有(you)皮帶(dai)問(wen)(wen)題了(le)，在(zai)(zai)(zai)檢測(ce)(ce)皮帶(dai)時(shi)，發覺這(zhe)條(tiao)皮帶(dai)剛(gang)換不(bu)(bu)(bu)(bu)久，但在(zai)(zai)(zai)細心檢測(ce)(ce)皮帶(dai)時(shi)，發現(xian)皮帶(dai)內側(ce)出現(xian)不(bu)(bu)(bu)(bu)同程(cheng)度的受(shou)損，很明顯是受(shou)力(li)(li)不(bu)(bu)(bu)(bu)均所(suo)(suo)至，是什(shen)么原(yuan)因造成的呢在(zai)(zai)(zai)診(zhen)(zhen)斷中發現(xian)電(dian)(dian)機放置(zhi)有(you)問(wen)(wen)題，即(ji)裝夾(jia)的角度位置(zhi)不(bu)(bu)(bu)(bu)對(dui)稱造成受(shou)力(li)(li)不(bu)(bu)(bu)(bu)均。
故障處理：只(zhi)要將電機(ji)重裝(zhuang)，對準(zhun)角(jiao)度，測(ce)量好距離(li)（電機(ji)與Z軸(zhou)(zhou)(zhou)的軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)），皮帶兩邊(bian)（長(chang)度）要均勻(yun)。這樣，Z軸(zhou)(zhou)(zhou)上(shang)下(xia)移動(dong)不均勻(yun)且有噪(zao)聲及抖(dou)動(dong)現象就消除了(le)，Z軸(zhou)(zhou)(zhou)加工(gong)恢復正常。
4.系統參數未優化(hua)，電機運行異常
導(dao)致(zhi)加工(gong)精(jing)度異常系(xi)統(tong)參(can)數(shu)主要(yao)包括機床(chuang)進給單(dan)位，零(ling)點(dian)(dian)偏置，反向(xiang)間隙等。例如Frank數(shu)控系(xi)統(tong)，其(qi)進給單(dan)位有公制(zhi)和(he)英制(zhi)兩種。在機床(chuang)修理過程(cheng)中(zhong)對于局部處理，常常影響到(dao)零(ling)點(dian)(dian)偏置和(he)間隙的變(bian)化，故障處理完畢后應作適時的調(diao)整和(he)修改；另一方面，由于機械磨損嚴(yan)重或連接位松動也可能造成(cheng)參(can)數(shu)實測值的變(bian)化，需要(yao)對參(can)數(shu)做(zuo)相應的修改才能滿足機床(chuang)加工(gong)精(jing)度的要(yao)求(qiu)。
故障現象：一臺杭州產的立式數控銑床(chuang)，配(pei)備北京KND-10M系統。在加工過程中(zhong)，發現X軸精度異常。
故障診斷：檢查發現(xian)X軸(zhou)存(cun)在一(yi)定間(jian)隙，且電(dian)(dian)機(ji)啟動時存(cun)在不穩定的(de)現(xian)象。用手觸摸X軸(zhou)電(dian)(dian)機(ji)時感覺電(dian)(dian)機(ji)拉動比(bi)較厲害，停止時拉動不明(ming)顯，尤其是(shi)點(dian)動方式下比(bi)較明(ming)顯。分析認(ren)為，故障原因有兩點(dian)：一(yi)是(shi)絲杠反(fan)間(jian)隙很(hen)大；二是(shi)X軸(zhou)電(dian)(dian)機(ji)工作異常。
故障(zhang)處理：利用KND-10M系(xi)統(tong)的參(can)數功能，對(dui)電機(ji)進(jin)行(xing)(xing)調試。首先(xian)對(dui)存在(zai)的間隙進(jin)行(xing)(xing)補償，再調整(zheng)伺服系(xi)統(tong)參(can)數及(ji)脈沖(chong)抑制(zhi)功能參(can)數，X軸電機(ji)的抖動消除，機(ji)床加(jia)工精(jing)度恢復正(zheng)常。 |
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