| 淺析數控機床加工精度降低的原因 |
造(zao)成加工(gong)精度異常(chang)故障的原因隱蔽(bi)性強，診斷難度比較大，歸納出(chu)五個主要原因：機床進給(gei)單位被改動或(huo)變化；機(ji)床各個軸(zhou)的(de)零點偏置異(yi)常；軸(zhou)向的(de)反向間隙異(yi)常；電(dian)機(ji)運行狀(zhuang)態異(yi)常，即(ji)電(dian)氣及控制部分異(yi)常；機(ji)械故障(zhang)，如(ru)絲杠(gang)，軸承，軸聯器等部件。另(ling)外加工程序的編(bian)制，刀具的選擇(ze)及人為因素，也可能(neng)導(dao)致加工精度異常。
一、造成加工精度異常故障的原因
造成加(jia)工精度異(yi)常(chang)故障(zhang)的(de)原(yuan)因隱蔽性強，診斷難度比(bi)較大，歸納出五個主(zhu)要原(yuan)因：機(ji)(ji)床(chuang)進(jin)給單位被改動或變(bian)化；機(ji)(ji)床(chuang)各個軸的(de)零點偏(pian)置異(yi)常(chang)；軸向(xiang)的(de)反(fan)向(xiang)間隙異(yi)常(chang)；電機(ji)(ji)運行狀(zhuang)態異(yi)常(chang)，即(ji)電氣及控制部(bu)(bu)分異(yi)常(chang)；機(ji)(ji)械(xie)故障(zhang)，如絲杠，軸承，軸聯器(qi)等(deng)部(bu)(bu)件(jian)。另外(wai)加(jia)工程序(xu)的(de)編制，刀(dao)具(ju)的(de)選(xuan)擇及人為因素，也可能(neng)導致加(jia)工精度異(yi)常(chang)。
二、數控機床故障診斷原則
1.先(xian)外部后(hou)內(nei)部數控機(ji)床是集機(ji)械，液(ye)壓(ya)，電氣為一(yi)體(ti)的(de)機(ji)床，故(gu)其故(gu)障的(de)發生也會由這三者綜合(he)反映(ying)出來。維(wei)修人員應先(xian)由外向(xiang)內(nei)逐一(yi)進行排查，盡量避免隨意(yi)地啟封，拆卸，否則(ze)會擴大故(gu)障，使機(ji)床喪失精度(du)，降低性能。
2.先機械后電氣一般(ban)來說，機械故障較易發覺(jue)，而數控系統故(gu)障的(de)(de)診斷(duan)則(ze)難度(du)較大些。在故(gu)障檢修(xiu)之前，首先注意排除機械性的(de)(de)故(gu)障，往往可達到事半功倍的(de)(de)效果。
3.先(xian)靜后(hou)動先(xian)在(zai)機(ji)(ji)床斷電的靜止狀態下，通過了(le)解，觀(guan)察，測(ce)試，分析，確認為非破壞性故(gu)障后(hou)，方可給機(ji)(ji)床通電；在(zai)運行工況(kuang)下，進行動態的觀(guan)察，檢驗和測(ce)試，查(cha)找故(gu)障。而對破壞性故(gu)障，必須先(xian)排除危(wei)險(xian)后(hou)，方可通電。
4.先簡單后(hou)復(fu)雜當出現多種故(gu)障互相交(jiao)織掩蓋，一(yi)時無從下手時，應(ying)先解(jie)決(jue)(jue)容易的(de)問(wen)題，后(hou)解(jie)決(jue)(jue)難度(du)較大(da)的(de)問(wen)題。往往簡單問(wen)題解(jie)決(jue)(jue)后(hou)，難度(du)大(da)的(de)問(wen)題也可能變得容易。
三、數控機床故障診斷方法
1.直觀法：（望聞問切）問-機床(chuang)的故障現象，加工狀(zhuang)況(kuang)等；看-CRT報警信息，報警指示燈，電容器(qi)等元(yuan)件變形煙熏燒(shao)焦，保護器(qi)脫扣等；聽-異常(chang)聲響；聞-電氣元(yuan)件焦糊(hu)味及其它異味(wei)；摸-發熱，振動，接(jie)觸(chu)不良等。
2.參(can)數(shu)(shu)檢查法：參(can)數(shu)(shu)通常是存(cun)放在RAM中，有時電(dian)池電(dian)壓不足，系(xi)統長期不通電(dian)或外部干擾都(dou)會使參(can)數(shu)(shu)丟失(shi)或混亂(luan)，應根據故障特征，檢查和校(xiao)對有關(guan)參(can)數(shu)(shu)。
3.隔離法：一些故障，難以區分是(shi)數控(kong)部(bu)分，還是(shi)伺服系統或(huo)機械部分(fen)造成(cheng)的，常采(cai)用隔離法。
4.同類對調法用(yong)同功(gong)能的(de)(de)備(bei)用(yong)板替換(huan)被懷(huai)疑有故障的(de)(de)模板，或(huo)(huo)將功(gong)能相同的(de)(de)模板或(huo)(huo)單(dan)元相互交(jiao)換(huan)。
5.功(gong)能(neng)程序(xu)測試法將G，M，S，T，功(gong)能(neng)的(de)全部指令編寫一些小(xiao)程序(xu)，在診(zhen)斷故障(zhang)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(xie)故障導致加工精度(du)異常
故(gu)障現象：一臺SV-1000立式加工中心，采用Frank系統。在(zai)加工連(lian)桿模具過程(cheng)中，忽然(ran)發現Z軸進給異常(chang)，造(zao)成至少1mm的切削誤差(cha)量(liang)（Z方向過切）。
故(gu)障診斷：調(diao)查(cha)中了解到，故(gu)障是忽然發生的(de)。機床(chuang)在點動(dong)，在手動(dong)輸入數據方式操作下各個軸運行正常，且回參(can)考點正常，無任何報(bao)警提(ti)示，電氣控制部分(fen)硬故(gu)障的(de)可能(neng)性排除。應主要對以下幾個方面逐一進行檢查(cha)。
檢查機床(chuang)精度異常時正在(zai)運行的(de)加工程序段，特別是刀(dao)具長度補償，加工坐標系(xi)（G54-G59）的(de)校對和計算。
在(zai)點動方(fang)式下，反復(fu)運(yun)(yun)動Z軸，經過視，觸，聽，對(dui)其(qi)運(yun)(yun)動狀態(tai)診斷(duan)，發(fa)現Z向運(yun)(yun)動噪音(yin)異常，特(te)別是(shi)快速點動，噪音(yin)更加(jia)明(ming)顯(xian)。由此判(pan)斷(duan)，機械方(fang)面(mian)可能存在(zai)隱患。
檢查機床Z軸(zhou)精度。用手搖脈沖發生器移(yi)動Z軸(zhou)，（將其(qi)倍率定(ding)為1×100的擋位，即每變化(hua)一步，電機進給0.1mm），配合百分表觀察Z軸(zhou)的(de)(de)(de)運(yun)(yun)動(dong)(dong)情況。在單向運(yun)(yun)動(dong)(dong)保持(chi)正常(chang)后作為(wei)起始點的(de)(de)(de)正向運(yun)(yun)動(dong)(dong)，脈沖器每變(bian)化一步(bu)，機(ji)(ji)床(chuang)Z軸(zhou)運(yun)(yun)動(dong)(dong)的(de)(de)(de)實際(ji)距離(li)d=d1=d2=d3=…=0.1mm，說(shuo)明(ming)電機(ji)(ji)運(yun)(yun)行(xing)良(liang)好，定位精度(du)也良(liang)好。而(er)返回機(ji)(ji)床(chuang)實際(ji)運(yun)(yun)動(dong)(dong)位移(yi)的(de)(de)(de)變(bian)化上(shang)，可以分為(wei)四(si)個(ge)階段：（1）機(ji)(ji)床(chuang)運(yun)(yun)動(dong)(dong)距離(li)d1>d=0.1mm（斜率(lv)大于(yu)1）；（2）表(biao)現(xian)出為(wei)d1=0.1mm>d2>d3（斜率(lv)小于(yu)1）；（3）機(ji)(ji)床(chuang)機(ji)(ji)構(gou)實際(ji)沒移(yi)動(dong)(dong)，表(biao)現(xian)出最標準的(de)(de)(de)反(fan)向間隙；（4）機(ji)(ji)床(chuang)運(yun)(yun)動(dong)(dong)距離(li)與脈沖器經定數值相等（斜率(lv)等于(yu)1），恢復到機(ji)(ji)床(chuang)的(de)(de)(de)正常(chang)運(yun)(yun)動(dong)(dong)。無(wu)論怎(zen)樣對反(fan)向間隙進行(xing)補(bu)償，其表(biao)現(xian)出的(de)(de)(de)特征是：除了（3）階段補(bu)償外，其他各(ge)段變(bian)化依然存在，特別是（1）階段嚴重影響到機(ji)(ji)床(chuang)的(de)(de)(de)加工精度(du)。補(bu)償中發現(xian)，間隙補(bu)償越(yue)大，（1）階段移(yi)動(dong)(dong)的(de)(de)(de)距離(li)也越(yue)大。
分(fen)析(xi)上述檢(jian)查(cha)認為存(cun)在(zai)幾點(dian)可能原因：一(yi)是電機(ji)(ji)(ji)有異常(chang)，二(er)是機(ji)(ji)(ji)械方面有故障，三(san)是絲杠(gang)存(cun)在(zai)間隙。為了進(jin)一(yi)步診(zhen)(zhen)斷故障，將電機(ji)(ji)(ji)和絲杠(gang)完全(quan)脫開，分(fen)別對電機(ji)(ji)(ji)和機(ji)(ji)(ji)械部分(fen)進(jin)行檢(jian)查(cha)。檢(jian)查(cha)結果是電機(ji)(ji)(ji)運行正(zheng)常(chang)；在(zai)對機(ji)(ji)(ji)械部分(fen)診(zhen)(zhen)斷中發現，用手盤動絲杠(gang)時，返回運動初始有很大的空缺(que)感。而正(zheng)常(chang)情況下，應該能感覺到(dao)軸承(cheng)有序而平(ping)滑的移動。
故(gu)障(zhang)處(chu)理：經過拆卸檢查發現該(gai)軸承確實受損，且有滾珠(zhu)脫落(luo)。更(geng)換后機(ji)床恢復正常。
2.控(kong)制邏輯不妥導致加(jia)工精度異(yi)常(chang)
故(gu)障現象：一臺上海機床廠(chang)家生(sheng)產的加工中心，系統(tong)是Frank.加工過程中(zhong)，發現(xian)(xian)(xian)該(gai)機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)X軸(zhou)(zhou)精度(du)(du)異常，精度(du)(du)誤差(cha)(cha)(cha)最(zui)小為0.008mm，最(zui)大為1.2mm.故障診斷：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(dong)輸(shu)(shu)入數(shu)(shu)據方(fang)(fang)式(shi)操作下，以(yi)G54坐標(biao)系運行(xing)(xing)一(yi)段(duan)程序(xu)(xu)即“GOOG90G54X60.OY70.OF150；M30；”，待機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)運行(xing)(xing)結(jie)束后(hou)(hou)顯示器上(shang)顯示的(de)(de)(de)(de)機(ji)(ji)(ji)械(xie)坐標(biao)值為（X軸(zhou)(zhou)）“-1025.243”，記錄下該(gai)數(shu)(shu)值。然后(hou)(hou)在(zai)手動(dong)方(fang)(fang)式(shi)下，將機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)點動(dong)到(dao)其他(ta)任意位(wei)置(zhi)，再次在(zai)手動(dong)輸(shu)(shu)入數(shu)(shu)據方(fang)(fang)式(shi)操作下運行(xing)(xing)剛才的(de)(de)(de)(de)程序(xu)(xu)段(duan)，待機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)停止后(hou)(hou)，發現(xian)(xian)(xian)此(ci)時機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)坐標(biao)數(shu)(shu)值顯示為“-1024.891”，同上(shang)一(yi)次執行(xing)(xing)后(hou)(hou)的(de)(de)(de)(de)數(shu)(shu)值比(bi)較(jiao)相差(cha)(cha)(cha)了0.352mm.按(an)照同樣的(de)(de)(de)(de)方(fang)(fang)法，將X軸(zhou)(zhou)點動(dong)移動(dong)到(dao)不同的(de)(de)(de)(de)位(wei)置(zhi)，反(fan)復執行(xing)(xing)該(gai)程序(xu)(xu)段(duan)，而(er)顯示器上(shang)顯示的(de)(de)(de)(de)數(shu)(shu)值都有(you)所不同（不穩定(ding)）。用百分表對X軸(zhou)(zhou)進行(xing)(xing)仔(zi)細檢(jian)查，發現(xian)(xian)(xian)機(ji)(ji)(ji)械(xie)位(wei)置(zhi)實際誤差(cha)(cha)(cha)同數(shu)(shu)字顯示出(chu)來的(de)(de)(de)(de)誤差(cha)(cha)(cha)基(ji)本一(yi)致，從而(er)認為故障原因為X軸(zhou)(zhou)重(zhong)復定(ding)位(wei)誤差(cha)(cha)(cha)過大。對X軸(zhou)(zhou)的(de)(de)(de)(de)反(fan)向間隙及定(ding)位(wei)精度(du)(du)進行(xing)(xing)檢(jian)查，重(zhong)新補償其誤差(cha)(cha)(cha)值，結(jie)果起(qi)不到(dao)任何作用。因此(ci)懷疑光柵尺及系統(tong)參數(shu)(shu)等有(you)問題。但為什(shen)么產(chan)生如此(ci)大的(de)(de)(de)(de)誤差(cha)(cha)(cha)，卻又未出(chu)現(xian)(xian)(xian)相應的(de)(de)(de)(de)報警信息(xi)進一(yi)步檢(jian)查發現(xian)(xian)(xian)，此(ci)軸(zhou)(zhou)為垂直(zhi)方(fang)(fang)向的(de)(de)(de)(de)軸(zhou)(zhou)，當X軸(zhou)(zhou)松開時主軸箱向(xiang)下掉，造成了誤差。
故(gu)障(zhang)處理(li)：對機床的PLC邏(luo)輯控制(zhi)程序做了修改(gai)，即在X軸(zhou)松開(kai)時(shi)，先(xian)把X軸(zhou)使(shi)能加載，再(zai)把X軸(zhou)松開(kai)；而在X軸(zhou)夾緊(jin)(jin)時(shi)，先(xian)把X軸(zhou)夾緊(jin)(jin)后(hou)，再(zai)把使(shi)能去掉。調整后(hou)機床故障(zhang)得以解決。
3.機床位(wei)置(zhi)問(wen)題導致加(jia)工精(jing)度異常(chang)
故(gu)障(zhang)現象：一臺杭州產的(de)立式數控(kong)銑床，配(pei)備北京KND-10M系統。在點動或(huo)加工過程中，發現Z軸異常。
故障診(zhen)斷：檢查發現(xian)，Z軸(zhou)(zhou)上(shang)下(xia)移動(dong)(dong)(dong)不(bu)(bu)均(jun)勻且有(you)噪聲，且存在一定(ding)(ding)間(jian)隙。電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)啟動(dong)(dong)(dong)時，在點動(dong)(dong)(dong)方式下(xia)Z軸(zhou)(zhou)向上(shang)運動(dong)(dong)(dong)存在不(bu)(bu)穩定(ding)(ding)的噪聲及受(shou)力不(bu)(bu)均(jun)勻，且感覺電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)抖動(dong)(dong)(dong)比較厲害；而(er)向下(xia)運動(dong)(dong)(dong)時，就沒有(you)抖動(dong)(dong)(dong)得這(zhe)(zhe)么明(ming)顯(xian)(xian)；停(ting)止(zhi)(zhi)時不(bu)(bu)抖動(dong)(dong)(dong)，在加工(gong)過程中表現(xian)得比較明(ming)顯(xian)(xian)。分析(xi)認(ren)為，故障原因有(you)三點：一是(shi)絲杠反向間(jian)隙很(hen)大；二是(shi)Z軸(zhou)(zhou)電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)工(gong)作異常；三是(shi)皮(pi)帶輪受(shou)損至(zhi)受(shou)力不(bu)(bu)均(jun)。但有(you)一個問題要(yao)注意的是(shi)，停(ting)止(zhi)(zhi)時不(bu)(bu)抖動(dong)(dong)(dong)，上(shang)下(xia)運動(dong)(dong)(dong)不(bu)(bu)均(jun)勻，所(suo)以電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)工(gong)作異常這(zhe)(zhe)個問題可以排除。因此先對(dui)機(ji)械部(bu)分診(zhen)斷，在診(zhen)斷測試過程中沒有(you)發現(xian)異常，在公差之內。利用排除法則，余下(xia)的只有(you)皮(pi)帶問題了，在檢測皮(pi)帶時，發覺這(zhe)(zhe)條(tiao)皮(pi)帶剛換不(bu)(bu)久，但在細心檢測皮(pi)帶時，發現(xian)皮(pi)帶內側出現(xian)不(bu)(bu)同程度(du)的受(shou)損，很(hen)明(ming)顯(xian)(xian)是(shi)受(shou)力不(bu)(bu)均(jun)所(suo)至(zhi)，是(shi)什(shen)么原因造(zao)成的呢在診(zhen)斷中發現(xian)電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)放置有(you)問題，即(ji)裝夾的角度(du)位置不(bu)(bu)對(dui)稱造(zao)成受(shou)力不(bu)(bu)均(jun)。
故(gu)障處理：只要(yao)將電(dian)機重(zhong)裝，對準角(jiao)度，測量好距離（電(dian)機與Z軸(zhou)的軸(zhou)承），皮(pi)帶兩邊（長度）要(yao)均(jun)勻。這樣，Z軸(zhou)上(shang)下移動不均(jun)勻且(qie)有噪(zao)聲(sheng)及抖動現象就消(xiao)除了(le)，Z軸(zhou)加工恢復(fu)正常。
4.系統參數未優化，電機運(yun)行異常(chang)
導(dao)致加工精(jing)度異常系(xi)統參數主(zhu)要(yao)包括機(ji)床(chuang)進(jin)給單(dan)位(wei)，零點(dian)偏置(zhi)，反向間隙等。例如Frank數控系(xi)統，其進(jin)給單(dan)位(wei)有公(gong)制和(he)(he)英(ying)制兩種(zhong)。在機(ji)床(chuang)修(xiu)理過程中對于局部(bu)處理，常常影響到(dao)零點(dian)偏置(zhi)和(he)(he)間隙的變化，故障(zhang)處理完畢后應作適時的調整和(he)(he)修(xiu)改；另(ling)一方面，由于機(ji)械(xie)磨損(sun)嚴重(zhong)或連接位(wei)松動也可(ke)能造成參數實測值的變化，需(xu)要(yao)對參數做相應的修(xiu)改才(cai)能滿足機(ji)床(chuang)加工精(jing)度的要(yao)求。
故障現(xian)象：一臺杭州產的立式數控銑(xian)床(chuang)，配備北京KND-10M系(xi)統。在加工過程(cheng)中，發現(xian)X軸精度異常。
故(gu)障診(zhen)斷：檢查發現X軸存在(zai)一定(ding)間隙(xi)，且電機(ji)(ji)啟動時(shi)(shi)存在(zai)不穩定(ding)的現象。用手觸(chu)摸X軸電機(ji)(ji)時(shi)(shi)感覺電機(ji)(ji)拉動比較厲害，停止時(shi)(shi)拉動不明顯(xian)，尤其是點動方式下比較明顯(xian)。分析認為，故(gu)障原因有兩(liang)點：一是絲杠反間隙(xi)很大；二是X軸電機(ji)(ji)工作異常。
故障處理：利用(yong)KND-10M系統(tong)的參(can)(can)(can)數(shu)功(gong)能，對電機(ji)進(jin)行(xing)調試。首(shou)先對存在的間隙(xi)進(jin)行(xing)補償，再調整伺(si)服系統(tong)參(can)(can)(can)數(shu)及脈沖(chong)抑制功(gong)能參(can)(can)(can)數(shu)，X軸電機(ji)的抖動消除，機(ji)床加(jia)工精度(du)恢復(fu)正常。 |
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