| 淺析數控機床加工精度降低的原因 |
造成加工精(jing)度異常故障的原因隱蔽性強(qiang)，診斷難度比(bi)較大，歸納出五個主要(yao)原因：機床進給單位被改動或變化；機床各個軸(zhou)的零(ling)點偏置(zhi)異常(chang)；軸(zhou)向的反向間隙異常(chang)；電機運行狀(zhuang)態異常(chang)，即電氣(qi)及控(kong)制部分異常(chang)；機械故障，如絲杠，軸承，軸聯器等部(bu)件。另外加工程序(xu)的(de)編制，刀具的選擇及人為因素，也可能導致加(jia)工精度異(yi)常。
一、造成加工精度異常故障的原因
造成加(jia)(jia)工精度異常(chang)故障的(de)原因隱蔽性強(qiang)，診斷(duan)難度比較(jiao)大，歸納出五個(ge)(ge)主要原因：機(ji)(ji)床(chuang)進(jin)給單位被改(gai)動或變化；機(ji)(ji)床(chuang)各(ge)個(ge)(ge)軸(zhou)的(de)零點(dian)偏置異常(chang)；軸(zhou)向的(de)反向間隙異常(chang)；電(dian)機(ji)(ji)運行狀態(tai)異常(chang)，即電(dian)氣(qi)及控制(zhi)部分異常(chang)；機(ji)(ji)械故障，如絲杠，軸(zhou)承，軸(zhou)聯器等(deng)部件(jian)。另(ling)外加(jia)(jia)工程序的(de)編制(zhi)，刀具的(de)選(xuan)擇(ze)及人(ren)為(wei)因素，也可能導致加(jia)(jia)工精度異常(chang)。
二、數控機床故障診斷原則
1.先外(wai)(wai)部后(hou)內部數控機(ji)床是集機(ji)械，液壓，電氣為一體的(de)機(ji)床，故(gu)其(qi)故(gu)障的(de)發生也會(hui)由(you)這三者綜合反映出(chu)來。維修人員應先由(you)外(wai)(wai)向(xiang)內逐一進行(xing)排查，盡(jin)量(liang)避免隨意地(di)啟(qi)封，拆卸，否則會(hui)擴大(da)故(gu)障，使機(ji)床喪失精度，降低性能(neng)。
2.先機(ji)械后(hou)電氣一(yi)般來說(shuo)，機(ji)械故(gu)障較(jiao)易發覺，而數控系統故(gu)障的診斷則(ze)難度較(jiao)大(da)些。在(zai)故(gu)障檢修之前，首先注意排(pai)除機(ji)械性的故(gu)障，往(wang)往(wang)可達到事半功倍的效(xiao)果。
3.先(xian)靜后(hou)動(dong)(dong)先(xian)在(zai)機(ji)床(chuang)斷電(dian)的靜止狀態(tai)下，通(tong)(tong)過了解，觀察，測試，分析，確認為非破壞(huai)(huai)性故(gu)障后(hou)，方(fang)可(ke)給機(ji)床(chuang)通(tong)(tong)電(dian)；在(zai)運行(xing)工況下，進行(xing)動(dong)(dong)態(tai)的觀察，檢驗和測試，查(cha)找故(gu)障。而對(dui)破壞(huai)(huai)性故(gu)障，必須先(xian)排除(chu)危險后(hou)，方(fang)可(ke)通(tong)(tong)電(dian)。
4.先簡單后(hou)(hou)復(fu)雜(za)當出現多種故障互相交織(zhi)掩(yan)蓋，一(yi)時(shi)無從下手時(shi)，應先解(jie)(jie)決(jue)容(rong)易(yi)的(de)問(wen)題(ti)，后(hou)(hou)解(jie)(jie)決(jue)難(nan)度(du)較大的(de)問(wen)題(ti)。往往簡單問(wen)題(ti)解(jie)(jie)決(jue)后(hou)(hou)，難(nan)度(du)大的(de)問(wen)題(ti)也可(ke)能變得容(rong)易(yi)。
三、數控機床故障診斷方法
1.直觀法：（望聞(wen)問切(qie)）問-機(ji)床的故障現象，加工狀(zhuang)況等(deng)；看-CRT報(bao)警信(xin)息，報(bao)警指示燈(deng)，電容器(qi)等(deng)元件(jian)變形煙(yan)熏燒焦(jiao)，保護器(qi)脫扣等(deng)；聽-異常(chang)聲響(xiang)；聞(wen)-電氣元件(jian)焦(jiao)糊味(wei)及其它異(yi)味；摸-發熱，振動，接觸不(bu)良等。
2.參(can)數檢查(cha)法(fa)：參(can)數通常是(shi)存放(fang)在RAM中，有時(shi)電池電壓不足，系統長期(qi)不通電或外(wai)部干擾都會(hui)使參(can)數丟(diu)失或混亂，應根據故障特征，檢查(cha)和校對有關參(can)數。
3.隔離(li)法：一些(xie)故(gu)障，難以區分(fen)是數控部分(fen)，還(huan)是伺服系統或(huo)機械部分造成(cheng)的(de)，常采用隔(ge)離法。
4.同類對調(diao)法用同功能的(de)備(bei)用板替換被懷疑(yi)有故障(zhang)的(de)模板，或(huo)將功能相(xiang)同的(de)模板或(huo)單元相(xiang)互交換。
5.功(gong)能(neng)程序測試法將G，M，S，T，功(gong)能(neng)的全部指(zhi)令編寫一些小程序，在(zai)診斷(duan)(duan)故(gu)障時運行(xing)這些程序，即可判斷(duan)(duan)功(gong)能(neng)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
故障(zhang)現象：一臺SV-1000立式加工中心，采用Frank系統。在加工連(lian)桿模具(ju)過程中，忽(hu)然發現(xian)Z軸進(jin)給異(yi)常，造(zao)成至少(shao)1mm的切削誤(wu)差(cha)量（Z方向過切）。
故(gu)(gu)障診斷(duan)：調查中了解(jie)到(dao)，故(gu)(gu)障是忽然發生的。機床在(zai)點動，在(zai)手(shou)動輸(shu)入數(shu)據(ju)方式操作下各個軸(zhou)運行(xing)正常，且回參(can)考(kao)點正常，無任(ren)何(he)報警提示，電氣控(kong)制部分(fen)硬故(gu)(gu)障的可能性排除(chu)。應主要對以下幾個方面逐(zhu)一進行(xing)檢查。
檢查機床精度異常時正在(zai)運(yun)行的加工程序段，特別是(shi)刀(dao)具長度補償(chang)，加工坐標(biao)系（G54-G59）的校對和計算(suan)。
在點動(dong)(dong)(dong)方式下，反復(fu)運動(dong)(dong)(dong)Z軸，經過視，觸(chu)，聽，對(dui)其(qi)運動(dong)(dong)(dong)狀(zhuang)態(tai)診(zhen)斷，發現(xian)Z向(xiang)運動(dong)(dong)(dong)噪音異(yi)常，特別是快速(su)點動(dong)(dong)(dong)，噪音更加明顯。由此判(pan)斷，機械(xie)方面可能存在隱(yin)患。
檢(jian)查機(ji)床(chuang)Z軸精度。用(yong)手搖脈沖發(fa)生器移動Z軸，（將(jiang)其倍率定為1×100的擋位，即每(mei)變化一步，電機(ji)進給0.1mm），配合百分表觀察Z軸的(de)(de)(de)運(yun)動(dong)情況。在(zai)單向(xiang)運(yun)動(dong)保持正常后作為(wei)(wei)起始點(dian)的(de)(de)(de)正向(xiang)運(yun)動(dong)，脈沖器每變化一步，機(ji)(ji)床Z軸運(yun)動(dong)的(de)(de)(de)實(shi)際(ji)(ji)距(ju)離d=d1=d2=d3=…=0.1mm，說(shuo)明電機(ji)(ji)運(yun)行良(liang)(liang)好(hao)，定位精度(du)也良(liang)(liang)好(hao)。而返(fan)回機(ji)(ji)床實(shi)際(ji)(ji)運(yun)動(dong)位移的(de)(de)(de)變化上，可(ke)以(yi)分為(wei)(wei)四個階段：（1）機(ji)(ji)床運(yun)動(dong)距(ju)離d1>d=0.1mm（斜(xie)率大于(yu)1）；（2）表現(xian)出(chu)為(wei)(wei)d1=0.1mm>d2>d3（斜(xie)率小于(yu)1）；（3）機(ji)(ji)床機(ji)(ji)構實(shi)際(ji)(ji)沒移動(dong)，表現(xian)出(chu)最(zui)標(biao)準的(de)(de)(de)反向(xiang)間(jian)隙；（4）機(ji)(ji)床運(yun)動(dong)距(ju)離與脈沖器經定數值相等（斜(xie)率等于(yu)1），恢(hui)復到(dao)(dao)機(ji)(ji)床的(de)(de)(de)正常運(yun)動(dong)。無論怎樣對反向(xiang)間(jian)隙進行補償(chang)，其表現(xian)出(chu)的(de)(de)(de)特征(zheng)是(shi)：除了（3）階段補償(chang)外(wai)，其他各(ge)段變化依(yi)然存(cun)在(zai)，特別是(shi)（1）階段嚴重影響到(dao)(dao)機(ji)(ji)床的(de)(de)(de)加工精度(du)。補償(chang)中發現(xian)，間(jian)隙補償(chang)越(yue)(yue)大，（1）階段移動(dong)的(de)(de)(de)距(ju)離也越(yue)(yue)大。
分(fen)析上述(shu)檢(jian)查(cha)認為存在幾點可能原因：一(yi)是(shi)(shi)電(dian)機有異(yi)常(chang)，二是(shi)(shi)機械方面有故(gu)障，三是(shi)(shi)絲杠存在間隙。為了進(jin)一(yi)步(bu)診斷故(gu)障，將電(dian)機和(he)絲杠完全(quan)脫(tuo)開，分(fen)別對電(dian)機和(he)機械部分(fen)進(jin)行檢(jian)查(cha)。檢(jian)查(cha)結(jie)果(guo)是(shi)(shi)電(dian)機運(yun)行正(zheng)常(chang)；在對機械部分(fen)診斷中發現，用(yong)手盤動(dong)絲杠時，返(fan)回運(yun)動(dong)初始有很(hen)大的空缺感。而正(zheng)常(chang)情(qing)況(kuang)下(xia)，應該能感覺到軸承有序而平滑(hua)的移動(dong)。
故(gu)障處理：經過拆卸檢查發現該軸承(cheng)確實受損(sun)，且(qie)有滾珠脫落。更換后機床恢復(fu)正常(chang)。
2.控(kong)制邏輯不(bu)妥導致(zhi)加工精度異(yi)常
故(gu)障現象：一臺上海(hai)機床廠家生產的加工中心，系統是Frank.加工過(guo)程(cheng)中(zhong)，發(fa)現(xian)該機(ji)床(chuang)(chuang)X軸(zhou)(zhou)精(jing)度(du)異常，精(jing)度(du)誤(wu)(wu)差(cha)最(zui)小為(wei)(wei)0.008mm，最(zui)大(da)為(wei)(wei)1.2mm.故障診斷(duan)：檢(jian)查(cha)中(zhong)，機(ji)床(chuang)(chuang)已(yi)經按(an)照要求設置了(le)G54工件坐標(biao)系。在手動(dong)輸(shu)(shu)入數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)據方(fang)(fang)式(shi)(shi)操作(zuo)(zuo)下(xia)，以G54坐標(biao)系運行(xing)(xing)(xing)(xing)一段(duan)程(cheng)序即“GOOG90G54X60.OY70.OF150；M30；”，待(dai)機(ji)床(chuang)(chuang)運行(xing)(xing)(xing)(xing)結束后顯示(shi)器(qi)上(shang)顯示(shi)的(de)(de)機(ji)械(xie)坐標(biao)值(zhi)(zhi)為(wei)(wei)（X軸(zhou)(zhou)）“-1025.243”，記錄下(xia)該數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)值(zhi)(zhi)。然后在手動(dong)方(fang)(fang)式(shi)(shi)下(xia)，將機(ji)床(chuang)(chuang)點動(dong)到其(qi)他任意位(wei)(wei)置，再次在手動(dong)輸(shu)(shu)入數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)據方(fang)(fang)式(shi)(shi)操作(zuo)(zuo)下(xia)運行(xing)(xing)(xing)(xing)剛才的(de)(de)程(cheng)序段(duan)，待(dai)機(ji)床(chuang)(chuang)停止后，發(fa)現(xian)此(ci)時(shi)機(ji)床(chuang)(chuang)坐標(biao)數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)值(zhi)(zhi)顯示(shi)為(wei)(wei)“-1024.891”，同(tong)(tong)上(shang)一次執行(xing)(xing)(xing)(xing)后的(de)(de)數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)值(zhi)(zhi)比較(jiao)相(xiang)差(cha)了(le)0.352mm.按(an)照同(tong)(tong)樣的(de)(de)方(fang)(fang)法，將X軸(zhou)(zhou)點動(dong)移動(dong)到不(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)位(wei)(wei)置，反復執行(xing)(xing)(xing)(xing)該程(cheng)序段(duan)，而顯示(shi)器(qi)上(shang)顯示(shi)的(de)(de)數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)值(zhi)(zhi)都有所不(bu)同(tong)(tong)（不(bu)穩定）。用百(bai)分表(biao)對X軸(zhou)(zhou)進行(xing)(xing)(xing)(xing)仔細檢(jian)查(cha)，發(fa)現(xian)機(ji)械(xie)位(wei)(wei)置實(shi)際(ji)誤(wu)(wu)差(cha)同(tong)(tong)數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)字顯示(shi)出(chu)來的(de)(de)誤(wu)(wu)差(cha)基本一致，從而認為(wei)(wei)故障原因為(wei)(wei)X軸(zhou)(zhou)重復定位(wei)(wei)誤(wu)(wu)差(cha)過(guo)大(da)。對X軸(zhou)(zhou)的(de)(de)反向(xiang)間隙(xi)及定位(wei)(wei)精(jing)度(du)進行(xing)(xing)(xing)(xing)檢(jian)查(cha)，重新補償其(qi)誤(wu)(wu)差(cha)值(zhi)(zhi)，結果(guo)起不(bu)到任何作(zuo)(zuo)用。因此(ci)懷(huai)疑光柵尺及系統參數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)等有問題(ti)。但(dan)為(wei)(wei)什么產生如(ru)此(ci)大(da)的(de)(de)誤(wu)(wu)差(cha)，卻(que)又(you)未出(chu)現(xian)相(xiang)應的(de)(de)報警信息進一步檢(jian)查(cha)發(fa)現(xian)，此(ci)軸(zhou)(zhou)為(wei)(wei)垂直方(fang)(fang)向(xiang)的(de)(de)軸(zhou)(zhou)，當X軸(zhou)(zhou)松開時(shi)主軸箱向下掉(diao)，造成了誤差。
故障處理：對(dui)機床的PLC邏輯控制(zhi)程序做了修(xiu)改(gai)，即在(zai)X軸(zhou)(zhou)松(song)開時(shi)，先(xian)把(ba)(ba)X軸(zhou)(zhou)使(shi)(shi)能加載，再把(ba)(ba)X軸(zhou)(zhou)松(song)開；而在(zai)X軸(zhou)(zhou)夾緊(jin)時(shi)，先(xian)把(ba)(ba)X軸(zhou)(zhou)夾緊(jin)后，再把(ba)(ba)使(shi)(shi)能去掉。調(diao)整(zheng)后機(ji)床故障得以解決。
3.機床位置問題導致(zhi)加工精(jing)度異常
故障(zhang)現象(xiang)：一臺杭州(zhou)產的(de)立式數控(kong)銑床，配備北京KND-10M系(xi)統。在點(dian)動或(huo)加(jia)工過程中(zhong)，發(fa)現Z軸異常。
故障(zhang)診(zhen)(zhen)斷：檢查(cha)發現(xian)(xian)，Z軸上下移(yi)動(dong)(dong)不(bu)(bu)均勻(yun)(yun)(yun)且有(you)噪聲(sheng)，且存在(zai)(zai)一定(ding)間(jian)隙(xi)(xi)。電機啟(qi)動(dong)(dong)時(shi)(shi)(shi)，在(zai)(zai)點動(dong)(dong)方式(shi)下Z軸向上運(yun)(yun)動(dong)(dong)存在(zai)(zai)不(bu)(bu)穩(wen)定(ding)的(de)(de)(de)噪聲(sheng)及受(shou)(shou)力(li)不(bu)(bu)均勻(yun)(yun)(yun)，且感覺電機抖(dou)動(dong)(dong)比(bi)較厲害；而向下運(yun)(yun)動(dong)(dong)時(shi)(shi)(shi)，就沒有(you)抖(dou)動(dong)(dong)得這(zhe)么明(ming)(ming)顯；停止時(shi)(shi)(shi)不(bu)(bu)抖(dou)動(dong)(dong)，在(zai)(zai)加工(gong)過程中(zhong)表現(xian)(xian)得比(bi)較明(ming)(ming)顯。分析認(ren)為，故障(zhang)原因有(you)三點：一是(shi)(shi)絲杠反向間(jian)隙(xi)(xi)很(hen)(hen)大(da)；二是(shi)(shi)Z軸電機工(gong)作異常；三是(shi)(shi)皮(pi)(pi)(pi)帶(dai)輪受(shou)(shou)損至(zhi)受(shou)(shou)力(li)不(bu)(bu)均。但(dan)(dan)有(you)一個問(wen)題(ti)要注(zhu)意(yi)的(de)(de)(de)是(shi)(shi)，停止時(shi)(shi)(shi)不(bu)(bu)抖(dou)動(dong)(dong)，上下運(yun)(yun)動(dong)(dong)不(bu)(bu)均勻(yun)(yun)(yun)，所以電機工(gong)作異常這(zhe)個問(wen)題(ti)可以排(pai)除。因此先對(dui)機械部分診(zhen)(zhen)斷，在(zai)(zai)診(zhen)(zhen)斷測試過程中(zhong)沒有(you)發現(xian)(xian)異常，在(zai)(zai)公差之(zhi)內(nei)。利(li)用排(pai)除法則，余下的(de)(de)(de)只有(you)皮(pi)(pi)(pi)帶(dai)問(wen)題(ti)了，在(zai)(zai)檢測皮(pi)(pi)(pi)帶(dai)時(shi)(shi)(shi)，發覺這(zhe)條皮(pi)(pi)(pi)帶(dai)剛換不(bu)(bu)久，但(dan)(dan)在(zai)(zai)細心(xin)檢測皮(pi)(pi)(pi)帶(dai)時(shi)(shi)(shi)，發現(xian)(xian)皮(pi)(pi)(pi)帶(dai)內(nei)側出現(xian)(xian)不(bu)(bu)同程度的(de)(de)(de)受(shou)(shou)損，很(hen)(hen)明(ming)(ming)顯是(shi)(shi)受(shou)(shou)力(li)不(bu)(bu)均所至(zhi)，是(shi)(shi)什么原因造(zao)成(cheng)的(de)(de)(de)呢在(zai)(zai)診(zhen)(zhen)斷中(zhong)發現(xian)(xian)電機放置有(you)問(wen)題(ti)，即裝夾(jia)的(de)(de)(de)角(jiao)度位置不(bu)(bu)對(dui)稱造(zao)成(cheng)受(shou)(shou)力(li)不(bu)(bu)均。
故障處(chu)理：只要(yao)(yao)將電機重裝(zhuang)，對(dui)準角度，測量好(hao)距離（電機與(yu)Z軸的(de)軸承），皮帶(dai)兩邊（長度）要(yao)(yao)均(jun)勻。這樣，Z軸上下移動(dong)不均(jun)勻且有噪聲及抖動(dong)現象就消除了，Z軸加(jia)工(gong)恢復(fu)正常。
4.系統參數未優化，電機運行異常
導致(zhi)加工(gong)精度異常(chang)(chang)系統參數(shu)(shu)主要(yao)包括機(ji)(ji)床(chuang)進(jin)給單位(wei)，零點偏置(zhi)，反向間隙等。例如(ru)Frank數(shu)(shu)控系統，其進(jin)給單位(wei)有公制和英制兩(liang)種。在(zai)機(ji)(ji)床(chuang)修理(li)過程中對(dui)于局部處理(li)，常(chang)(chang)常(chang)(chang)影(ying)響到零點偏置(zhi)和間隙的(de)變化，故障(zhang)處理(li)完(wan)畢后應作適時的(de)調整和修改；另(ling)一方面，由于機(ji)(ji)械磨損嚴重(zhong)或連接(jie)位(wei)松動(dong)也可能造成參數(shu)(shu)實測值的(de)變化，需要(yao)對(dui)參數(shu)(shu)做相應的(de)修改才能滿足機(ji)(ji)床(chuang)加工(gong)精度的(de)要(yao)求。
故障(zhang)現(xian)象：一(yi)臺杭州產的立式數控銑床(chuang)，配備北京(jing)KND-10M系統(tong)。在(zai)加工過程中，發現(xian)X軸精度(du)異常。
故障診斷：檢查發(fa)現(xian)X軸存在(zai)一定(ding)間隙，且電機(ji)(ji)(ji)啟動(dong)時存在(zai)不穩定(ding)的現(xian)象(xiang)。用手觸摸X軸電機(ji)(ji)(ji)時感(gan)覺電機(ji)(ji)(ji)拉(la)動(dong)比較厲害，停止時拉(la)動(dong)不明(ming)顯，尤其是(shi)(shi)點動(dong)方式下(xia)比較明(ming)顯。分析認(ren)為，故障原因有兩點：一是(shi)(shi)絲(si)杠(gang)反(fan)間隙很大；二是(shi)(shi)X軸電機(ji)(ji)(ji)工作異常。
故障處理：利用KND-10M系統的參(can)數功(gong)能(neng)，對電機(ji)進行(xing)調(diao)試。首先對存在的間隙進行(xing)補償，再調(diao)整伺服系統參(can)數及脈(mo)沖抑(yi)制功(gong)能(neng)參(can)數，X軸電機(ji)的抖動消除(chu)，機(ji)床(chuang)加工精度(du)恢復正(zheng)常。 |
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