| 淺析數控機床加工精度降低的原因 |
造成(cheng)加工精度(du)異常故障的(de)原因隱(yin)蔽性強，診斷難(nan)度(du)比較大(da)，歸納出(chu)五個主(zhu)要原因：機床進(jin)給單位被(bei)改動(dong)或(huo)變化；機(ji)床各個軸的(de)零點偏置(zhi)異(yi)(yi)常；軸向的(de)反向間隙異(yi)(yi)常；電機(ji)運行狀態異(yi)(yi)常，即電氣及控制部分(fen)異(yi)(yi)常；機(ji)械故障，如絲杠，軸承，軸聯器等部件。另外加工(gong)程序的編制，刀具的選擇及人為因素，也可能導致(zhi)加工精度異常(chang)。
一、造成加工精度異常故障的原因
造成(cheng)加(jia)工精(jing)度異(yi)(yi)常(chang)故障的(de)(de)原因(yin)(yin)隱蔽(bi)性(xing)強，診(zhen)斷(duan)難度比較大，歸納出五個主要原因(yin)(yin)：機床(chuang)進給單位被改動(dong)或變化(hua)；機床(chuang)各個軸的(de)(de)零點偏置異(yi)(yi)常(chang)；軸向的(de)(de)反向間隙異(yi)(yi)常(chang)；電機運行狀態異(yi)(yi)常(chang)，即(ji)電氣及(ji)控制部分(fen)異(yi)(yi)常(chang)；機械故障，如絲(si)杠，軸承，軸聯器等部件。另外加(jia)工程序的(de)(de)編制，刀(dao)具的(de)(de)選擇及(ji)人為因(yin)(yin)素，也可能導致(zhi)加(jia)工精(jing)度異(yi)(yi)常(chang)。
二、數控機床故障診斷原則
1.先外(wai)(wai)部后內(nei)部數(shu)控(kong)機(ji)床是集(ji)機(ji)械，液壓，電氣為一(yi)體的(de)機(ji)床，故其故障(zhang)的(de)發生也(ye)會由這三者綜合(he)反映出來。維修人員應先由外(wai)(wai)向內(nei)逐一(yi)進(jin)行排查(cha)，盡量(liang)避免隨(sui)意(yi)地啟封，拆(chai)卸(xie)，否則會擴(kuo)大故障(zhang)，使機(ji)床喪失精度，降(jiang)低性能。
2.先機械后電(dian)氣一般來(lai)說，機械故(gu)障較易發覺，而(er)數控系統故障的(de)診斷(duan)則難度較大(da)些。在(zai)故障檢修之前，首先(xian)注(zhu)意(yi)排除機械性的(de)故障，往往可達(da)到(dao)事半(ban)功倍的(de)效果。
3.先(xian)靜后(hou)動先(xian)在機床斷電的靜止(zhi)狀態下，通(tong)過了解，觀察，測試，分析，確認為非破壞性故障(zhang)后(hou)，方(fang)可給機床通(tong)電；在運行工況下，進行動態的觀察，檢(jian)驗和測試，查找故障(zhang)。而(er)對(dui)破壞性故障(zhang)，必須(xu)先(xian)排除(chu)危(wei)險后(hou)，方(fang)可通(tong)電。
4.先簡單后復雜當出現多種故障互相交織(zhi)掩蓋(gai)，一時無從下手(shou)時，應先解(jie)決(jue)容(rong)易(yi)的(de)(de)問題(ti)，后解(jie)決(jue)難度(du)較大(da)的(de)(de)問題(ti)。往往簡單問題(ti)解(jie)決(jue)后，難度(du)大(da)的(de)(de)問題(ti)也(ye)可能變(bian)得(de)容(rong)易(yi)。
三、數控機床故障診斷方法
1.直(zhi)觀(guan)法：（望聞問切）問-機床的故(gu)障(zhang)現象(xiang)，加工狀況等(deng)；看-CRT報警(jing)信息，報警(jing)指(zhi)示燈，電(dian)容器等(deng)元件(jian)變形煙(yan)熏(xun)燒焦(jiao)，保護器脫扣等(deng)；聽(ting)-異常(chang)聲響；聞-電(dian)氣元件(jian)焦(jiao)糊味及其它異味；摸-發(fa)熱，振(zhen)動，接(jie)觸(chu)不良等(deng)。
2.參(can)(can)數(shu)(shu)檢查法：參(can)(can)數(shu)(shu)通常是(shi)存放在(zai)RAM中，有時電池電壓不(bu)足，系(xi)統長期(qi)不(bu)通電或(huo)外(wai)部干擾都會使參(can)(can)數(shu)(shu)丟失或(huo)混亂，應根(gen)據故障(zhang)特征(zheng)，檢查和校對有關參(can)(can)數(shu)(shu)。
3.隔離法：一些故障，難以區分(fen)是(shi)(shi)數控部分(fen)，還(huan)是(shi)(shi)伺服系統或機械部分造成的，常采用(yong)隔離法。
4.同類對調法用(yong)同功能(neng)的(de)備用(yong)板(ban)替換(huan)被懷(huai)疑有故(gu)障(zhang)的(de)模板(ban)，或將功能(neng)相(xiang)同的(de)模板(ban)或單元(yuan)相(xiang)互交換(huan)。
5.功(gong)能(neng)程序測試法(fa)將(jiang)G，M，S，T，功(gong)能(neng)的(de)(de)全部指令編寫一些(xie)小程序，在(zai)診斷故障時運(yun)行這(zhe)些(xie)程序，即可判斷功(gong)能(neng)的(de)(de)缺失。
四、加工精度異常故障診斷和處理實例
1.機械故障導(dao)致加工精度異常
故(gu)障現象：一(yi)臺SV-1000立式加工中心，采用(yong)Frank系(xi)統。在加工連桿模具(ju)過(guo)(guo)程中，忽然發(fa)現(xian)Z軸進給(gei)異(yi)常，造成至(zhi)少1mm的(de)切削誤(wu)差量（Z方向(xiang)過(guo)(guo)切）。
故(gu)(gu)障(zhang)診斷：調查中了(le)解(jie)到，故(gu)(gu)障(zhang)是(shi)忽然發(fa)生的(de)。機床在點動，在手動輸入數據方(fang)式(shi)操作下(xia)各個軸運(yun)行正常，且回參(can)考點正常，無任何報警(jing)提示，電氣(qi)控(kong)制部分硬故(gu)(gu)障(zhang)的(de)可(ke)能性排(pai)除。應(ying)主(zhu)要對(dui)以下(xia)幾(ji)個方(fang)面(mian)逐一(yi)進行檢查。
檢查機床精度異常時(shi)正在運行的(de)加工程序段(duan)，特別是(shi)刀具長度補償，加工坐標系(xi)（G54-G59）的(de)校對和計算。
在點動(dong)方式下，反復運動(dong)Z軸，經過視，觸，聽，對(dui)其運動(dong)狀態診斷，發現Z向運動(dong)噪音(yin)異常，特別是快速(su)點動(dong)，噪音(yin)更加明顯。由此判斷，機械方面可能存在隱患。
檢查(cha)機床Z軸(zhou)精度。用(yong)手搖脈沖發(fa)生器(qi)移(yi)動Z軸(zhou)，（將其倍率(lv)定為1×100的擋位，即(ji)每變化一步，電(dian)機進給0.1mm），配合百分表觀(guan)察Z軸(zhou)的(de)運(yun)(yun)動(dong)情(qing)況(kuang)。在(zai)單向(xiang)(xiang)運(yun)(yun)動(dong)保(bao)持正(zheng)常后作為(wei)起(qi)始點的(de)正(zheng)向(xiang)(xiang)運(yun)(yun)動(dong)，脈沖(chong)器每變(bian)化(hua)一(yi)步，機(ji)(ji)床Z軸(zhou)運(yun)(yun)動(dong)的(de)實(shi)際距離(li)d=d1=d2=d3=…=0.1mm，說明電機(ji)(ji)運(yun)(yun)行良(liang)(liang)好，定位(wei)精度(du)也良(liang)(liang)好。而(er)返回機(ji)(ji)床實(shi)際運(yun)(yun)動(dong)位(wei)移的(de)變(bian)化(hua)上(shang)，可以分為(wei)四個(ge)階(jie)段(duan)(duan)：（1）機(ji)(ji)床運(yun)(yun)動(dong)距離(li)d1>d=0.1mm（斜率大于1）；（2）表(biao)現(xian)出為(wei)d1=0.1mm>d2>d3（斜率小于1）；（3）機(ji)(ji)床機(ji)(ji)構實(shi)際沒(mei)移動(dong)，表(biao)現(xian)出最標準(zhun)的(de)反(fan)向(xiang)(xiang)間(jian)隙；（4）機(ji)(ji)床運(yun)(yun)動(dong)距離(li)與脈沖(chong)器經定數值相(xiang)等（斜率等于1），恢復(fu)到(dao)機(ji)(ji)床的(de)正(zheng)常運(yun)(yun)動(dong)。無(wu)論(lun)怎樣對反(fan)向(xiang)(xiang)間(jian)隙進(jin)行補償，其表(biao)現(xian)出的(de)特征是：除了（3）階(jie)段(duan)(duan)補償外，其他(ta)各段(duan)(duan)變(bian)化(hua)依然存在(zai)，特別是（1）階(jie)段(duan)(duan)嚴重影響到(dao)機(ji)(ji)床的(de)加工精度(du)。補償中(zhong)發(fa)現(xian)，間(jian)隙補償越大，（1）階(jie)段(duan)(duan)移動(dong)的(de)距離(li)也越大。
分析上述(shu)檢查(cha)(cha)認為(wei)存(cun)在幾點可(ke)能原因：一(yi)是電機(ji)(ji)(ji)有(you)異常，二是機(ji)(ji)(ji)械方面有(you)故障(zhang)，三是絲(si)杠(gang)存(cun)在間隙。為(wei)了進一(yi)步診斷故障(zhang)，將電機(ji)(ji)(ji)和絲(si)杠(gang)完全脫(tuo)開，分別對電機(ji)(ji)(ji)和機(ji)(ji)(ji)械部分進行(xing)檢查(cha)(cha)。檢查(cha)(cha)結果是電機(ji)(ji)(ji)運行(xing)正常；在對機(ji)(ji)(ji)械部分診斷中發現，用手盤動絲(si)杠(gang)時(shi)，返回運動初始(shi)有(you)很(hen)大的(de)空缺感(gan)。而正常情況下，應該能感(gan)覺(jue)到軸承有(you)序而平(ping)滑的(de)移動。
故障處理(li)：經(jing)過拆卸(xie)檢查發現該軸承確實(shi)受損，且有滾珠脫落(luo)。更(geng)換后機床(chuang)恢復(fu)正常。
2.控(kong)制邏輯(ji)不妥導致加工(gong)精度異(yi)常
故障現(xian)象(xiang)：一臺上海機床廠家生(sheng)產的加工中心，系(xi)(xi)(xi)統是(shi)Frank.加工(gong)(gong)過(guo)程中，發(fa)(fa)現(xian)(xian)該(gai)機(ji)床(chuang)X軸(zhou)(zhou)(zhou)精(jing)度異常(chang)，精(jing)度誤(wu)差(cha)(cha)最小為(wei)(wei)0.008mm，最大(da)(da)為(wei)(wei)1.2mm.故(gu)障診斷：檢(jian)(jian)查(cha)中，機(ji)床(chuang)已經按照要求設置(zhi)了G54工(gong)(gong)件坐(zuo)(zuo)標(biao)系(xi)(xi)(xi)。在手(shou)(shou)動(dong)(dong)輸入數(shu)據方式(shi)操作下(xia)(xia)，以G54坐(zuo)(zuo)標(biao)系(xi)(xi)(xi)運行一(yi)段(duan)(duan)程序即“GOOG90G54X60.OY70.OF150；M30；”，待機(ji)床(chuang)運行結束后顯(xian)示器上顯(xian)示的(de)(de)機(ji)械(xie)坐(zuo)(zuo)標(biao)值為(wei)(wei)（X軸(zhou)(zhou)(zhou)）“-1025.243”，記錄下(xia)(xia)該(gai)數(shu)值。然后在手(shou)(shou)動(dong)(dong)方式(shi)下(xia)(xia)，將機(ji)床(chuang)點(dian)動(dong)(dong)到其(qi)他任意位(wei)置(zhi)，再次(ci)在手(shou)(shou)動(dong)(dong)輸入數(shu)據方式(shi)操作下(xia)(xia)運行剛才的(de)(de)程序段(duan)(duan)，待機(ji)床(chuang)停(ting)止后，發(fa)(fa)現(xian)(xian)此(ci)時機(ji)床(chuang)坐(zuo)(zuo)標(biao)數(shu)值顯(xian)示為(wei)(wei)“-1024.891”，同(tong)(tong)上一(yi)次(ci)執(zhi)行后的(de)(de)數(shu)值比(bi)較相差(cha)(cha)了0.352mm.按照同(tong)(tong)樣的(de)(de)方法，將X軸(zhou)(zhou)(zhou)點(dian)動(dong)(dong)移動(dong)(dong)到不同(tong)(tong)的(de)(de)位(wei)置(zhi)，反(fan)(fan)復執(zhi)行該(gai)程序段(duan)(duan)，而顯(xian)示器上顯(xian)示的(de)(de)數(shu)值都有所不同(tong)(tong)（不穩定(ding)）。用(yong)百分表對X軸(zhou)(zhou)(zhou)進(jin)行仔(zi)細檢(jian)(jian)查(cha)，發(fa)(fa)現(xian)(xian)機(ji)械(xie)位(wei)置(zhi)實際(ji)誤(wu)差(cha)(cha)同(tong)(tong)數(shu)字顯(xian)示出來的(de)(de)誤(wu)差(cha)(cha)基本一(yi)致，從而認為(wei)(wei)故(gu)障原因為(wei)(wei)X軸(zhou)(zhou)(zhou)重復定(ding)位(wei)誤(wu)差(cha)(cha)過(guo)大(da)(da)。對X軸(zhou)(zhou)(zhou)的(de)(de)反(fan)(fan)向(xiang)間隙及定(ding)位(wei)精(jing)度進(jin)行檢(jian)(jian)查(cha)，重新補償其(qi)誤(wu)差(cha)(cha)值，結果起(qi)不到任何作用(yong)。因此(ci)懷疑(yi)光(guang)柵尺(chi)及系(xi)(xi)(xi)統參數(shu)等(deng)有問題。但為(wei)(wei)什么產(chan)生如此(ci)大(da)(da)的(de)(de)誤(wu)差(cha)(cha)，卻又未出現(xian)(xian)相應(ying)的(de)(de)報警信息(xi)進(jin)一(yi)步檢(jian)(jian)查(cha)發(fa)(fa)現(xian)(xian)，此(ci)軸(zhou)(zhou)(zhou)為(wei)(wei)垂直(zhi)方向(xiang)的(de)(de)軸(zhou)(zhou)(zhou)，當X軸(zhou)(zhou)(zhou)松(song)開時主軸箱向下掉，造成了誤差。
故障處理：對機床的PLC邏(luo)輯控制程序做了修改，即(ji)在X軸(zhou)(zhou)(zhou)松開(kai)時，先把(ba)(ba)X軸(zhou)(zhou)(zhou)使能(neng)加(jia)載，再(zai)把(ba)(ba)X軸(zhou)(zhou)(zhou)松開(kai)；而(er)在X軸(zhou)(zhou)(zhou)夾緊(jin)時，先把(ba)(ba)X軸(zhou)(zhou)(zhou)夾緊(jin)后(hou)，再(zai)把(ba)(ba)使能(neng)去掉。調整(zheng)后(hou)機床(chuang)故障得以解決。
3.機床位置問題(ti)導致加(jia)工精度異常
故障現象：一臺杭(hang)州(zhou)產的立式數控銑床，配備北京(jing)KND-10M系統。在點動(dong)或加工(gong)過(guo)程中，發現Z軸異常。
故障診斷(duan)(duan)：檢查(cha)發(fa)(fa)現(xian)，Z軸(zhou)上(shang)下(xia)移(yi)動(dong)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)均勻(yun)且(qie)有(you)(you)(you)噪聲，且(qie)存(cun)在(zai)(zai)一(yi)定間隙(xi)。電(dian)機(ji)啟動(dong)時(shi)，在(zai)(zai)點動(dong)方(fang)式(shi)下(xia)Z軸(zhou)向上(shang)運(yun)動(dong)存(cun)在(zai)(zai)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)穩(wen)定的噪聲及(ji)受(shou)力不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)均勻(yun)，且(qie)感覺電(dian)機(ji)抖動(dong)比較厲害；而向下(xia)運(yun)動(dong)時(shi)，就(jiu)沒(mei)(mei)有(you)(you)(you)抖動(dong)得(de)這(zhe)么明(ming)顯；停(ting)(ting)止時(shi)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)抖動(dong)，在(zai)(zai)加工過程(cheng)中表現(xian)得(de)比較明(ming)顯。分析認為，故障原因(yin)有(you)(you)(you)三點：一(yi)是(shi)(shi)絲(si)杠反向間隙(xi)很(hen)大；二是(shi)(shi)Z軸(zhou)電(dian)機(ji)工作異常；三是(shi)(shi)皮(pi)(pi)帶輪受(shou)損至受(shou)力不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)均。但(dan)有(you)(you)(you)一(yi)個問(wen)題要注意的是(shi)(shi)，停(ting)(ting)止時(shi)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)抖動(dong)，上(shang)下(xia)運(yun)動(dong)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)均勻(yun)，所以電(dian)機(ji)工作異常這(zhe)個問(wen)題可以排(pai)除。因(yin)此(ci)先對(dui)機(ji)械(xie)部(bu)分診斷(duan)(duan)，在(zai)(zai)診斷(duan)(duan)測(ce)(ce)試過程(cheng)中沒(mei)(mei)有(you)(you)(you)發(fa)(fa)現(xian)異常，在(zai)(zai)公差(cha)之內。利(li)用排(pai)除法則，余下(xia)的只有(you)(you)(you)皮(pi)(pi)帶問(wen)題了，在(zai)(zai)檢測(ce)(ce)皮(pi)(pi)帶時(shi)，發(fa)(fa)覺這(zhe)條皮(pi)(pi)帶剛換不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)久，但(dan)在(zai)(zai)細心檢測(ce)(ce)皮(pi)(pi)帶時(shi)，發(fa)(fa)現(xian)皮(pi)(pi)帶內側(ce)出現(xian)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)同程(cheng)度(du)的受(shou)損，很(hen)明(ming)顯是(shi)(shi)受(shou)力不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)均所至，是(shi)(shi)什么原因(yin)造成(cheng)的呢在(zai)(zai)診斷(duan)(duan)中發(fa)(fa)現(xian)電(dian)機(ji)放置有(you)(you)(you)問(wen)題，即(ji)裝夾(jia)的角(jiao)度(du)位置不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)對(dui)稱造成(cheng)受(shou)力不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)均。
故(gu)障處理：只(zhi)要(yao)將電機重裝，對準角度，測量好距離(li)（電機與Z軸(zhou)的軸(zhou)承），皮帶(dai)兩邊（長(chang)度）要(yao)均勻。這樣(yang)，Z軸(zhou)上下移動不(bu)均勻且有噪聲及抖動現象就消除(chu)了(le)，Z軸(zhou)加工恢復(fu)正(zheng)常。
4.系統參數(shu)未優化，電機運行異常
導致(zhi)加(jia)工精度(du)異常(chang)系(xi)統(tong)參(can)數(shu)主要(yao)(yao)包括機(ji)床進給單(dan)位(wei)，零點(dian)偏置(zhi)，反向間隙(xi)(xi)等。例如Frank數(shu)控系(xi)統(tong)，其進給單(dan)位(wei)有公制和英制兩種。在機(ji)床修理(li)過程中對于局部處理(li)，常(chang)常(chang)影響到零點(dian)偏置(zhi)和間隙(xi)(xi)的變化，故障處理(li)完畢后應作適時的調整(zheng)和修改(gai)；另一方面，由于機(ji)械磨損嚴重或(huo)連接位(wei)松動也可能(neng)造成(cheng)參(can)數(shu)實(shi)測值(zhi)的變化，需(xu)要(yao)(yao)對參(can)數(shu)做相(xiang)應的修改(gai)才能(neng)滿足機(ji)床加(jia)工精度(du)的要(yao)(yao)求(qiu)。
故障現(xian)象：一臺杭州產的(de)立(li)式(shi)數控銑床(chuang)，配備北京(jing)KND-10M系統。在加工過程(cheng)中(zhong)，發現(xian)X軸精(jing)度異常。
故障診斷：檢查(cha)發(fa)現X軸(zhou)(zhou)存在一(yi)定間隙，且電(dian)機啟動(dong)時存在不穩定的現象。用(yong)手觸(chu)摸X軸(zhou)(zhou)電(dian)機時感覺電(dian)機拉(la)動(dong)比較厲(li)害，停止時拉(la)動(dong)不明(ming)顯(xian)，尤其(qi)是點(dian)動(dong)方式下比較明(ming)顯(xian)。分析認為，故障原因有兩點(dian)：一(yi)是絲(si)杠反間隙很大；二是X軸(zhou)(zhou)電(dian)機工作(zuo)異常。
故(gu)障(zhang)處(chu)理(li)：利用KND-10M系統的參數功能，對電機進(jin)行調試。首先對存在的間隙進(jin)行補(bu)償，再調整伺服系統參數及脈沖抑制功能參數，X軸電機的抖動(dong)消除，機床加工(gong)精度恢復(fu)正常。 |
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