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    淺析數控機床加工精度降低的原因
    造(zao)成加工精度異(yi)常故障的原(yuan)因隱蔽性強(qiang),診斷難度比(bi)較大(da),歸納出五(wu)個主要原(yuan)因:機床進(jin)給(gei)單位被改動或變化(hua);機(ji)床各個(ge)軸(zhou)(zhou)的(de)零點(dian)偏置異(yi)(yi)常(chang);軸(zhou)(zhou)向(xiang)的(de)反向(xiang)間隙異(yi)(yi)常(chang);電機(ji)運(yun)行狀態異(yi)(yi)常(chang),即電氣及控制部分異(yi)(yi)常(chang);機(ji)械故障,如絲杠,軸承,軸(zhou)聯器等部件。另外(wai)加工程序的編制,刀具的選擇及人為因(yin)素(su),也(ye)可能導致(zhi)加工精度異常。 

    一、造成加工精度異常故障的原因 
     
    造成加工精度(du)異(yi)(yi)(yi)常故(gu)障(zhang)的(de)原因(yin)隱蔽性強,診斷難度(du)比(bi)較大(da),歸納出五(wu)個主(zhu)要原因(yin):機(ji)床進給單(dan)位被改動或(huo)變化;機(ji)床各個軸(zhou)的(de)零(ling)點(dian)偏(pian)置異(yi)(yi)(yi)常;軸(zhou)向(xiang)的(de)反向(xiang)間隙異(yi)(yi)(yi)常;電機(ji)運行狀態異(yi)(yi)(yi)常,即電氣(qi)及控制部分異(yi)(yi)(yi)常;機(ji)械故(gu)障(zhang),如絲杠(gang),軸(zhou)承(cheng),軸(zhou)聯器等部件(jian)。另外加工程(cheng)序的(de)編制,刀具的(de)選擇(ze)及人為因(yin)素,也可(ke)能導致加工精度(du)異(yi)(yi)(yi)常。 
     
    二、數控機床故障診斷原則 
     
    1.先外(wai)部后內(nei)部數控機(ji)(ji)床是集機(ji)(ji)械,液壓,電氣為一(yi)(yi)體的(de)機(ji)(ji)床,故其故障的(de)發生也會由(you)這三者綜合反映(ying)出來。維修(xiu)人員(yuan)應先由(you)外(wai)向內(nei)逐(zhu)一(yi)(yi)進行排查,盡量避免隨意(yi)地啟封,拆卸,否則會擴(kuo)大故障,使(shi)機(ji)(ji)床喪失精度,降(jiang)低(di)性能。 
     
    2.先(xian)機械后(hou)電氣一般來(lai)說,機械故障較易發(fa)覺,而數控系統故障的(de)診斷則難度較大些。在故障檢修之前,首先注意排除機械性的(de)故障,往往可達到事半功倍的(de)效果(guo)。 
     
    3.先靜后動先在機床斷電(dian)的(de)靜止狀態下,通(tong)過了解,觀(guan)察(cha),測試,分析,確(que)認為(wei)非破壞(huai)(huai)性故障(zhang)后,方可給機床通(tong)電(dian);在運(yun)行(xing)工況下,進(jin)行(xing)動態的(de)觀(guan)察(cha),檢(jian)驗(yan)和測試,查找故障(zhang)。而對破壞(huai)(huai)性故障(zhang),必(bi)須先排除危險后,方可通(tong)電(dian)。 
     
    4.先簡單(dan)后復(fu)雜當出現多種故障互相交(jiao)織掩蓋,一時無從下手時,應先解(jie)決(jue)容易(yi)的(de)問(wen)(wen)題,后解(jie)決(jue)難度較(jiao)大(da)的(de)問(wen)(wen)題。往往簡單(dan)問(wen)(wen)題解(jie)決(jue)后,難度大(da)的(de)問(wen)(wen)題也可能(neng)變得容易(yi)。 
     
    三、數控機床故障診斷方法 
     
    1.直(zhi)觀法(fa):(望聞(wen)問切)問-機床的故障現(xian)象,加工(gong)狀況等(deng);看-CRT報警(jing)信(xin)息,報警(jing)指示燈,電(dian)容器(qi)等(deng)元件(jian)變(bian)形煙熏燒焦(jiao),保(bao)護器(qi)脫扣等(deng);聽(ting)-異常聲(sheng)響;聞(wen)-電(dian)氣元件(jian)焦(jiao)糊味及(ji)其它異味;摸-發熱,振動,接觸不良等。 
     
    2.參數檢查法:參數通常是存放(fang)在RAM中,有(you)時電(dian)池電(dian)壓不(bu)足,系(xi)統長期不(bu)通電(dian)或外部干(gan)擾都會使參數丟(diu)失或混亂,應根據故障特征,檢查和校(xiao)對有(you)關參數。 
     
    3.隔(ge)離法:一些故障,難以(yi)區分是數控部分,還(huan)是伺服系統或機械部分造(zao)成的,常采用隔離法(fa)。 
     
    4.同(tong)(tong)類對(dui)調法用同(tong)(tong)功能的備用板(ban)替換被(bei)懷疑有故障的模(mo)板(ban),或將功能相同(tong)(tong)的模(mo)板(ban)或單元相互(hu)交換。 
     
    5.功能程(cheng)(cheng)序(xu)測(ce)試法將G,M,S,T,功能的全部指令編寫一些小程(cheng)(cheng)序(xu),在診斷故障(zhang)時運行這(zhe)些程(cheng)(cheng)序(xu),即(ji)可判斷功能的缺失。 
     
    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(jing)度異常(chang) 
     
    故障現象:一(yi)臺SV-1000立式加工中心,采用Frank系統。在加(jia)工(gong)連(lian)桿模具過程中,忽然發現Z軸進給異常,造成至少1mm的切削誤差量(Z方(fang)向(xiang)過切)。 
     
    故(gu)障(zhang)診斷(duan):調查中了解到,故(gu)障(zhang)是(shi)忽然(ran)發生的。機(ji)床在(zai)點動(dong),在(zai)手動(dong)輸入數(shu)據(ju)方式操作下各個(ge)軸運行正常(chang),且回參考點正常(chang),無(wu)任何報警提示,電氣控制部分硬故(gu)障(zhang)的可能(neng)性排(pai)除。應主要對以下幾(ji)個(ge)方面逐一進行檢查。 
     
    檢查(cha)機床精度(du)異常(chang)時正在運行的(de)(de)加(jia)工程序段,特別是刀具長度(du)補償,加(jia)工坐標系(G54-G59)的(de)(de)校對(dui)和計算。 
     
    在(zai)點(dian)動方式下,反復運動Z軸,經(jing)過視,觸,聽,對其運動狀態診斷(duan),發現Z向(xiang)運動噪音異(yi)常,特別是快速(su)點(dian)動,噪音更加明(ming)顯。由(you)此判斷(duan),機械(xie)方面(mian)可能(neng)存在(zai)隱患。 
     
    檢查機床Z軸精度(du)。用手(shou)搖脈沖(chong)發生(sheng)器移動Z軸,(將其倍(bei)率定為1×100的擋位(wei),即每變化(hua)一步(bu),電機進給0.1mm),配合百分表觀察Z軸(zhou)(zhou)的(de)運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)情況。在(zai)單向(xiang)運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)保(bao)持正(zheng)常后作(zuo)為(wei)起始(shi)點的(de)正(zheng)向(xiang)運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong),脈沖(chong)器每(mei)變(bian)化一步,機(ji)(ji)(ji)床(chuang)Z軸(zhou)(zhou)運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)的(de)實(shi)際(ji)(ji)距(ju)離(li)d=d1=d2=d3=…=0.1mm,說(shuo)明電機(ji)(ji)(ji)運(yun)(yun)行良好,定(ding)位(wei)精度也良好。而返回機(ji)(ji)(ji)床(chuang)實(shi)際(ji)(ji)運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)位(wei)移的(de)變(bian)化上,可以(yi)分為(wei)四個(ge)階(jie)段(duan)(duan):(1)機(ji)(ji)(ji)床(chuang)運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)距(ju)離(li)d1>d=0.1mm(斜率大于1);(2)表(biao)現出(chu)為(wei)d1=0.1mm>d2>d3(斜率小于1);(3)機(ji)(ji)(ji)床(chuang)機(ji)(ji)(ji)構實(shi)際(ji)(ji)沒移動(dong)(dong)(dong)(dong),表(biao)現出(chu)最標準的(de)反向(xiang)間(jian)隙;(4)機(ji)(ji)(ji)床(chuang)運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)距(ju)離(li)與(yu)脈沖(chong)器經定(ding)數值(zhi)相等(斜率等于1),恢復到(dao)機(ji)(ji)(ji)床(chuang)的(de)正(zheng)常運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)。無論怎樣對反向(xiang)間(jian)隙進行補(bu)償(chang)(chang),其表(biao)現出(chu)的(de)特(te)征(zheng)是:除了(3)階(jie)段(duan)(duan)補(bu)償(chang)(chang)外,其他各段(duan)(duan)變(bian)化依(yi)然存(cun)在(zai),特(te)別是(1)階(jie)段(duan)(duan)嚴(yan)重影響到(dao)機(ji)(ji)(ji)床(chuang)的(de)加工(gong)精度。補(bu)償(chang)(chang)中發現,間(jian)隙補(bu)償(chang)(chang)越大,(1)階(jie)段(duan)(duan)移動(dong)(dong)(dong)(dong)的(de)距(ju)離(li)也越大。 
     
    分(fen)(fen)析上述檢(jian)查認(ren)為(wei)存(cun)(cun)在(zai)幾點可能原(yuan)因:一是電機有(you)(you)異常,二是機械方面有(you)(you)故障(zhang),三是絲杠(gang)存(cun)(cun)在(zai)間隙。為(wei)了進一步診(zhen)斷故障(zhang),將電機和絲杠(gang)完全脫開,分(fen)(fen)別(bie)對電機和機械部分(fen)(fen)進行檢(jian)查。檢(jian)查結果(guo)是電機運行正常;在(zai)對機械部分(fen)(fen)診(zhen)斷中發現,用手(shou)盤動(dong)絲杠(gang)時(shi),返回運動(dong)初始有(you)(you)很大的空缺感。而正常情況下(xia),應(ying)該能感覺到軸承有(you)(you)序而平滑的移動(dong)。 
     
    故障處理:經過(guo)拆卸檢查發現該(gai)軸承確(que)實受損,且有滾珠脫落。更(geng)換后(hou)機床恢(hui)復正常。 
     
    2.控(kong)制邏輯不妥導致(zhi)加工(gong)精度異(yi)常(chang) 
     
    故(gu)障現象:一臺上海機床廠家生產的加工中心,系統是Frank.加(jia)工過程中,發現該機床(chuang)(chuang)(chuang)X軸(zhou)(zhou)(zhou)精(jing)度異(yi)常,精(jing)度誤差(cha)最(zui)小為(wei)0.008mm,最(zui)大(da)(da)為(wei)1.2mm.故障(zhang)診斷:檢查(cha)中,機床(chuang)(chuang)(chuang)已經按照(zhao)要求設置(zhi)(zhi)了G54工件坐標(biao)(biao)系。在(zai)(zai)手(shou)動(dong)(dong)(dong)(dong)輸入數(shu)(shu)(shu)(shu)據方(fang)式操作下(xia),以G54坐標(biao)(biao)系運行(xing)一(yi)段程序(xu)(xu)即“GOOG90G54X60.OY70.OF150;M30;”,待機床(chuang)(chuang)(chuang)運行(xing)結束后(hou)(hou)顯示(shi)器上(shang)顯示(shi)的(de)(de)(de)(de)機械坐標(biao)(biao)值(zhi)為(wei)(X軸(zhou)(zhou)(zhou))“-1025.243”,記錄下(xia)該數(shu)(shu)(shu)(shu)值(zhi)。然后(hou)(hou)在(zai)(zai)手(shou)動(dong)(dong)(dong)(dong)方(fang)式下(xia),將機床(chuang)(chuang)(chuang)點動(dong)(dong)(dong)(dong)到(dao)其他任(ren)意位(wei)置(zhi)(zhi),再(zai)次在(zai)(zai)手(shou)動(dong)(dong)(dong)(dong)輸入數(shu)(shu)(shu)(shu)據方(fang)式操作下(xia)運行(xing)剛才(cai)的(de)(de)(de)(de)程序(xu)(xu)段,待機床(chuang)(chuang)(chuang)停(ting)止后(hou)(hou),發現此(ci)(ci)時機床(chuang)(chuang)(chuang)坐標(biao)(biao)數(shu)(shu)(shu)(shu)值(zhi)顯示(shi)為(wei)“-1024.891”,同上(shang)一(yi)次執行(xing)后(hou)(hou)的(de)(de)(de)(de)數(shu)(shu)(shu)(shu)值(zhi)比較相差(cha)了0.352mm.按照(zhao)同樣的(de)(de)(de)(de)方(fang)法(fa),將X軸(zhou)(zhou)(zhou)點動(dong)(dong)(dong)(dong)移動(dong)(dong)(dong)(dong)到(dao)不(bu)同的(de)(de)(de)(de)位(wei)置(zhi)(zhi),反復執行(xing)該程序(xu)(xu)段,而(er)顯示(shi)器上(shang)顯示(shi)的(de)(de)(de)(de)數(shu)(shu)(shu)(shu)值(zhi)都(dou)有(you)所不(bu)同(不(bu)穩(wen)定)。用百(bai)分表(biao)對(dui)X軸(zhou)(zhou)(zhou)進行(xing)仔細(xi)檢查(cha),發現機械位(wei)置(zhi)(zhi)實際誤差(cha)同數(shu)(shu)(shu)(shu)字顯示(shi)出來的(de)(de)(de)(de)誤差(cha)基本一(yi)致(zhi),從而(er)認為(wei)故障(zhang)原因(yin)為(wei)X軸(zhou)(zhou)(zhou)重(zhong)復定位(wei)誤差(cha)過大(da)(da)。對(dui)X軸(zhou)(zhou)(zhou)的(de)(de)(de)(de)反向間隙及定位(wei)精(jing)度進行(xing)檢查(cha),重(zhong)新(xin)補償其誤差(cha)值(zhi),結果起不(bu)到(dao)任(ren)何作用。因(yin)此(ci)(ci)懷疑(yi)光柵(zha)尺(chi)及系統參數(shu)(shu)(shu)(shu)等有(you)問題。但為(wei)什(shen)么產生(sheng)如此(ci)(ci)大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)誤差(cha),卻又未出現相應(ying)的(de)(de)(de)(de)報(bao)警(jing)信息進一(yi)步檢查(cha)發現,此(ci)(ci)軸(zhou)(zhou)(zhou)為(wei)垂直方(fang)向的(de)(de)(de)(de)軸(zhou)(zhou)(zhou),當X軸(zhou)(zhou)(zhou)松開時主軸箱向下掉,造成了誤差。 
     
    故障處理:對機床的PLC邏輯控(kong)制(zhi)程序做(zuo)了修改,即在X軸(zhou)松開(kai)時,先把(ba)X軸(zhou)使能加載,再把(ba)X軸(zhou)松開(kai);而在X軸(zhou)夾(jia)緊時,先把(ba)X軸(zhou)夾(jia)緊后(hou),再把(ba)使能去掉。調(diao)整后(hou)機床故障(zhang)得以(yi)解(jie)決。 
     
    3.機(ji)床(chuang)位置問題導(dao)致加(jia)工精(jing)度異常 
     
    故(gu)障現象:一(yi)臺杭(hang)州(zhou)產的立式數控銑床,配(pei)備北京(jing)KND-10M系(xi)統(tong)。在(zai)點(dian)動(dong)或加工過(guo)程中,發現Z軸異常。 
     
    故障診(zhen)(zhen)斷:檢(jian)(jian)查發(fa)現(xian),Z軸上下(xia)(xia)移動(dong)不(bu)均(jun)勻(yun)且有噪聲,且存(cun)在(zai)(zai)(zai)一定間(jian)(jian)隙。電(dian)(dian)機(ji)(ji)啟(qi)動(dong)時(shi),在(zai)(zai)(zai)點動(dong)方式(shi)下(xia)(xia)Z軸向(xiang)上運(yun)動(dong)存(cun)在(zai)(zai)(zai)不(bu)穩定的噪聲及受(shou)(shou)力(li)(li)不(bu)均(jun)勻(yun),且感覺(jue)電(dian)(dian)機(ji)(ji)抖(dou)動(dong)比較(jiao)厲害;而向(xiang)下(xia)(xia)運(yun)動(dong)時(shi),就沒有抖(dou)動(dong)得(de)這(zhe)么(me)明顯;停止時(shi)不(bu)抖(dou)動(dong),在(zai)(zai)(zai)加工過程中表現(xian)得(de)比較(jiao)明顯。分析認為(wei),故障原因有三點:一是絲杠(gang)反(fan)向(xiang)間(jian)(jian)隙很(hen)大;二是Z軸電(dian)(dian)機(ji)(ji)工作異(yi)常;三是皮帶輪(lun)受(shou)(shou)損(sun)至受(shou)(shou)力(li)(li)不(bu)均(jun)。但(dan)有一個(ge)(ge)問題(ti)要注意(yi)的是,停止時(shi)不(bu)抖(dou)動(dong),上下(xia)(xia)運(yun)動(dong)不(bu)均(jun)勻(yun),所(suo)以(yi)電(dian)(dian)機(ji)(ji)工作異(yi)常這(zhe)個(ge)(ge)問題(ti)可以(yi)排(pai)除。因此先對機(ji)(ji)械部分診(zhen)(zhen)斷,在(zai)(zai)(zai)診(zhen)(zhen)斷測(ce)試過程中沒有發(fa)現(xian)異(yi)常,在(zai)(zai)(zai)公差之內。利用排(pai)除法則,余(yu)下(xia)(xia)的只有皮帶問題(ti)了,在(zai)(zai)(zai)檢(jian)(jian)測(ce)皮帶時(shi),發(fa)覺(jue)這(zhe)條皮帶剛(gang)換(huan)不(bu)久(jiu),但(dan)在(zai)(zai)(zai)細心檢(jian)(jian)測(ce)皮帶時(shi),發(fa)現(xian)皮帶內側出(chu)現(xian)不(bu)同程度的受(shou)(shou)損(sun),很(hen)明顯是受(shou)(shou)力(li)(li)不(bu)均(jun)所(suo)至,是什么(me)原因造成的呢在(zai)(zai)(zai)診(zhen)(zhen)斷中發(fa)現(xian)電(dian)(dian)機(ji)(ji)放置(zhi)有問題(ti),即裝夾(jia)的角度位置(zhi)不(bu)對稱造成受(shou)(shou)力(li)(li)不(bu)均(jun)。 
     
    故障處理:只要將電(dian)機(ji)重(zhong)裝,對準角度(du),測量好距離(電(dian)機(ji)與Z軸(zhou)的軸(zhou)承(cheng)),皮帶(dai)兩(liang)邊(長度(du))要均(jun)勻。這樣,Z軸(zhou)上下移(yi)動不均(jun)勻且有(you)噪聲及抖動現象就消除(chu)了,Z軸(zhou)加(jia)工恢復(fu)正常。 
     
    4.系(xi)統參數未優化,電機運行(xing)異(yi)常(chang) 
     
    導致加(jia)工(gong)精度異常系統(tong)參(can)數(shu)主要包括機床(chuang)進給單位,零(ling)點偏(pian)置,反向(xiang)間(jian)隙(xi)等。例如Frank數(shu)控(kong)系統(tong),其進給單位有公制(zhi)和(he)英制(zhi)兩種。在機床(chuang)修理過程中對于局部處理,常常影響到零(ling)點偏(pian)置和(he)間(jian)隙(xi)的(de)(de)變化(hua),故(gu)障處理完畢后(hou)應作(zuo)適時的(de)(de)調整和(he)修改;另一方面,由于機械磨損(sun)嚴重或連接位松動也可能(neng)造成(cheng)參(can)數(shu)實測(ce)值的(de)(de)變化(hua),需要對參(can)數(shu)做相應的(de)(de)修改才能(neng)滿足機床(chuang)加(jia)工(gong)精度的(de)(de)要求。 
     
    故障現(xian)象(xiang):一臺杭州產的(de)立式數控(kong)銑床,配備北京KND-10M系統(tong)。在加工過程中,發現(xian)X軸精度(du)異常。 
     
    故障(zhang)診斷:檢查發(fa)現X軸存(cun)在(zai)一定間隙,且電機啟動(dong)時存(cun)在(zai)不穩定的現象。用手觸摸X軸電機時感覺電機拉動(dong)比較厲害,停(ting)止時拉動(dong)不明顯,尤其(qi)是點動(dong)方式下比較明顯。分析認為(wei),故障(zhang)原因有兩(liang)點:一是絲杠反間隙很大;二是X軸電機工作異常(chang)。 
     
    故障處理:利用KND-10M系(xi)統(tong)的參(can)數功能,對電機(ji)進(jin)行調試。首先對存在的間隙進(jin)行補償(chang),再調整伺服系(xi)統(tong)參(can)數及(ji)脈(mo)沖(chong)抑制功能參(can)數,X軸(zhou)電機(ji)的抖(dou)動消(xiao)除,機(ji)床加工精度(du)恢復正常。