| 淺析數控機床加工精度降低的原因 |
造(zao)成(cheng)加工精度(du)異常故障的原(yuan)因隱(yin)蔽性強，診斷難度(du)比較(jiao)大，歸納出五個主要原(yuan)因：機床進給單(dan)位被(bei)改動或(huo)變化(hua)；機床各個(ge)軸的零點偏(pian)置異(yi)常(chang)(chang)；軸向的反向間隙異(yi)常(chang)(chang)；電機運行狀態異(yi)常(chang)(chang)，即電氣及控制部(bu)分異(yi)常(chang)(chang)；機械(xie)故障，如絲杠，軸承，軸聯器等(deng)部件。另外加工程序的編制，刀具的選擇及人為(wei)因(yin)素，也可能導致加工精度異常。
一、造成加工精度異常故障的原因
造成加(jia)(jia)工(gong)精度異(yi)(yi)(yi)常故(gu)障的原因隱蔽性(xing)強，診斷難度比較大，歸(gui)納出五個(ge)主(zhu)要原因：機床進給單位被改(gai)動或變化；機床各(ge)個(ge)軸的零點偏置(zhi)異(yi)(yi)(yi)常；軸向的反向間隙(xi)異(yi)(yi)(yi)常；電(dian)機運行狀態異(yi)(yi)(yi)常，即電(dian)氣及(ji)(ji)控制部分異(yi)(yi)(yi)常；機械(xie)故(gu)障，如(ru)絲杠，軸承(cheng)，軸聯(lian)器等部件。另外加(jia)(jia)工(gong)程序的編制，刀(dao)具的選擇及(ji)(ji)人(ren)為因素，也可能導致加(jia)(jia)工(gong)精度異(yi)(yi)(yi)常。
二、數控機床故障診斷原則
1.先外部后內(nei)部數控機(ji)床(chuang)是集機(ji)械，液壓，電氣為一體(ti)的(de)機(ji)床(chuang)，故(gu)其故(gu)障的(de)發生(sheng)也會由(you)這三者(zhe)綜(zong)合反映出來。維修人員應先由(you)外向內(nei)逐(zhu)一進(jin)行排查，盡量避免隨意(yi)地啟封，拆卸，否則會擴大故(gu)障，使機(ji)床(chuang)喪失精度，降低(di)性能。
2.先機(ji)械后電氣一般來(lai)說，機(ji)械故障(zhang)較易發覺(jue)，而數控系統故障(zhang)的診斷則難度較大些。在故障(zhang)檢修之前，首先(xian)注意(yi)排(pai)除機械性的故障(zhang)，往(wang)往(wang)可達(da)到事半功倍的效果。
3.先(xian)靜(jing)后動先(xian)在機床斷電(dian)的靜(jing)止狀態下(xia)，通(tong)過(guo)了解，觀(guan)察，測試(shi)，分析，確認為非破(po)壞性(xing)故障(zhang)后，方可給機床通(tong)電(dian)；在運行(xing)工況下(xia)，進行(xing)動態的觀(guan)察，檢驗(yan)和測試(shi)，查(cha)找(zhao)故障(zhang)。而對破(po)壞性(xing)故障(zhang)，必須先(xian)排除危險后，方可通(tong)電(dian)。
4.先簡單后復(fu)雜當出現(xian)多種(zhong)故障(zhang)互相交織掩蓋，一時無從下手時，應(ying)先解決容(rong)易的(de)問題，后解決難(nan)度較大的(de)問題。往(wang)往(wang)簡單問題解決后，難(nan)度大的(de)問題也可能變得(de)容(rong)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(zhang)現象，加工狀況等；看-CRT報(bao)警信息，報(bao)警指示燈，電容器(qi)等元件變(bian)形煙(yan)熏(xun)燒(shao)焦(jiao)，保護器(qi)脫扣(kou)等；聽-異常聲響(xiang)；聞-電氣元件焦(jiao)糊(hu)味及其它異(yi)味；摸(mo)-發熱，振動，接(jie)觸不良等(deng)。
2.參數(shu)(shu)檢(jian)查法：參數(shu)(shu)通常是存(cun)放在RAM中(zhong)，有(you)時電(dian)(dian)池電(dian)(dian)壓不足，系統長(chang)期不通電(dian)(dian)或(huo)外(wai)部干(gan)擾都會使參數(shu)(shu)丟失或(huo)混(hun)亂，應根(gen)據故障(zhang)特征(zheng)，檢(jian)查和校對有(you)關參數(shu)(shu)。
3.隔(ge)離法：一(yi)些故障，難以區分是數控部分，還(huan)是伺服系統或(huo)機(ji)械部分造成的(de)，常采用隔離法。
4.同類對(dui)調法用(yong)同功能(neng)(neng)的備用(yong)板(ban)(ban)替換被懷(huai)疑(yi)有故(gu)障的模板(ban)(ban)，或將功能(neng)(neng)相(xiang)同的模板(ban)(ban)或單元相(xiang)互交換。
5.功能程序(xu)測試法將G，M，S，T，功能的(de)全部指令編寫一些小程序(xu)，在診斷(duan)故(gu)障(zhang)時運行(xing)這些程序(xu)，即可判(pan)斷(duan)功能的(de)缺失。
四、加工精度異常故障診斷和處理實例
1.機械(xie)故障導致加工精度異常(chang)
故障現象：一(yi)臺SV-1000立式加工中心，采用Frank系統。在(zai)加工連(lian)桿模具過程中，忽然發現Z軸進(jin)給異常，造(zao)成至少1mm的(de)切削誤差量(liang)（Z方(fang)向(xiang)過切）。
故障(zhang)診斷：調查(cha)中了解(jie)到，故障(zhang)是(shi)忽然發生的。機床(chuang)在點動，在手動輸入數據方式操作(zuo)下各(ge)個軸運行(xing)(xing)正(zheng)(zheng)常，且回(hui)參考點正(zheng)(zheng)常，無任何報警提(ti)示，電(dian)氣控制部分硬故障(zhang)的可能性排除。應主要對以下幾個方面逐(zhu)一進(jin)行(xing)(xing)檢查(cha)。
檢查(cha)機床精度(du)異常時(shi)正在運(yun)行(xing)的(de)加(jia)工程(cheng)序段(duan)，特別是刀具長度(du)補償，加(jia)工坐標系（G54-G59）的(de)校對和計算。
在點動(dong)方式(shi)下，反復運動(dong)Z軸(zhou)，經過視，觸(chu)，聽，對其運動(dong)狀態診斷，發現Z向運動(dong)噪音(yin)異常，特(te)別是快速點動(dong)，噪音(yin)更(geng)加明顯(xian)。由此(ci)判斷，機械方面可能存在隱患(huan)。
檢查機床Z軸精度。用手(shou)搖(yao)脈沖(chong)發生器移動Z軸，（將其倍率定為(wei)1×100的擋位，即每變化一步，電機進給0.1mm），配合百分表觀察(cha)Z軸(zhou)的(de)(de)運(yun)(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)情(qing)況。在單向運(yun)(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)保持正(zheng)常后(hou)作為(wei)起始點的(de)(de)正(zheng)向運(yun)(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)，脈(mo)(mo)沖器(qi)每(mei)變化一步，機(ji)床(chuang)(chuang)Z軸(zhou)運(yun)(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)的(de)(de)實際距離d=d1=d2=d3=…=0.1mm，說明電機(ji)運(yun)(yun)(yun)行(xing)良(liang)好(hao)，定(ding)位(wei)精(jing)度也良(liang)好(hao)。而返回機(ji)床(chuang)(chuang)實際運(yun)(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)位(wei)移的(de)(de)變化上(shang)，可以分為(wei)四(si)個階段(duan)：（1）機(ji)床(chuang)(chuang)運(yun)(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)距離d1>d=0.1mm（斜率大(da)(da)于1）；（2）表現(xian)出(chu)為(wei)d1=0.1mm>d2>d3（斜率小于1）；（3）機(ji)床(chuang)(chuang)機(ji)構實際沒(mei)移動(dong)(dong)(dong)(dong)，表現(xian)出(chu)最(zui)標準的(de)(de)反向間隙(xi)；（4）機(ji)床(chuang)(chuang)運(yun)(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)距離與脈(mo)(mo)沖器(qi)經定(ding)數值相(xiang)等（斜率等于1），恢(hui)復到機(ji)床(chuang)(chuang)的(de)(de)正(zheng)常運(yun)(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)。無論怎樣對(dui)反向間隙(xi)進行(xing)補(bu)(bu)償(chang)，其表現(xian)出(chu)的(de)(de)特征是(shi)：除了（3）階段(duan)補(bu)(bu)償(chang)外(wai)，其他(ta)各(ge)段(duan)變化依然存在，特別是(shi)（1）階段(duan)嚴重影(ying)響到機(ji)床(chuang)(chuang)的(de)(de)加工精(jing)度。補(bu)(bu)償(chang)中發現(xian)，間隙(xi)補(bu)(bu)償(chang)越大(da)(da)，（1）階段(duan)移動(dong)(dong)(dong)(dong)的(de)(de)距離也越大(da)(da)。
分(fen)析上述檢(jian)查(cha)(cha)認為(wei)存在(zai)幾點(dian)可能原(yuan)因：一是電機(ji)有(you)異常(chang)，二是機(ji)械(xie)方面有(you)故障，三是絲杠存在(zai)間隙。為(wei)了(le)進(jin)一步(bu)診斷故障，將電機(ji)和絲杠完全(quan)脫(tuo)開，分(fen)別對(dui)電機(ji)和機(ji)械(xie)部(bu)分(fen)進(jin)行檢(jian)查(cha)(cha)。檢(jian)查(cha)(cha)結果(guo)是電機(ji)運(yun)行正常(chang)；在(zai)對(dui)機(ji)械(xie)部(bu)分(fen)診斷中發現，用手盤動(dong)絲杠時，返回運(yun)動(dong)初(chu)始有(you)很大的空缺感。而(er)正常(chang)情況下，應該(gai)能感覺到軸(zhou)承有(you)序而(er)平滑的移動(dong)。
故障處理：經過拆卸檢查發現該軸承(cheng)確實(shi)受損，且(qie)有(you)滾珠脫落。更換后(hou)機床恢復正常。
2.控制(zhi)邏輯不妥(tuo)導致(zhi)加工精度異常(chang)
故障現象：一臺上(shang)海機床廠家生產的加工中心，系(xi)統是Frank.加(jia)工過(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)中，發(fa)(fa)現(xian)(xian)該(gai)機(ji)床(chuang)X軸精度異常(chang)，精度誤(wu)差最小為(wei)(wei)0.008mm，最大(da)為(wei)(wei)1.2mm.故障診(zhen)斷：檢查中，機(ji)床(chuang)已經按照要(yao)求設置(zhi)了(le)G54工件坐(zuo)標(biao)系(xi)。在(zai)手(shou)(shou)(shou)動輸入數(shu)據方(fang)式(shi)操作(zuo)下(xia)(xia)，以G54坐(zuo)標(biao)系(xi)運行(xing)(xing)(xing)一(yi)段程(cheng)(cheng)(cheng)序(xu)即“GOOG90G54X60.OY70.OF150；M30；”，待機(ji)床(chuang)運行(xing)(xing)(xing)結(jie)束后(hou)(hou)顯示器(qi)上(shang)顯示的(de)機(ji)械(xie)坐(zuo)標(biao)值(zhi)為(wei)(wei)（X軸）“-1025.243”，記錄下(xia)(xia)該(gai)數(shu)值(zhi)。然后(hou)(hou)在(zai)手(shou)(shou)(shou)動方(fang)式(shi)下(xia)(xia)，將(jiang)機(ji)床(chuang)點動到(dao)(dao)其他任意位(wei)置(zhi)，再次在(zai)手(shou)(shou)(shou)動輸入數(shu)據方(fang)式(shi)操作(zuo)下(xia)(xia)運行(xing)(xing)(xing)剛才的(de)程(cheng)(cheng)(cheng)序(xu)段，待機(ji)床(chuang)停止后(hou)(hou)，發(fa)(fa)現(xian)(xian)此(ci)(ci)時(shi)機(ji)床(chuang)坐(zuo)標(biao)數(shu)值(zhi)顯示為(wei)(wei)“-1024.891”，同(tong)上(shang)一(yi)次執行(xing)(xing)(xing)后(hou)(hou)的(de)數(shu)值(zhi)比較相差了(le)0.352mm.按照同(tong)樣的(de)方(fang)法，將(jiang)X軸點動移動到(dao)(dao)不(bu)同(tong)的(de)位(wei)置(zhi)，反復執行(xing)(xing)(xing)該(gai)程(cheng)(cheng)(cheng)序(xu)段，而(er)(er)顯示器(qi)上(shang)顯示的(de)數(shu)值(zhi)都有所不(bu)同(tong)（不(bu)穩定）。用百分(fen)表(biao)對(dui)X軸進行(xing)(xing)(xing)仔細檢查，發(fa)(fa)現(xian)(xian)機(ji)械(xie)位(wei)置(zhi)實際誤(wu)差同(tong)數(shu)字顯示出來(lai)的(de)誤(wu)差基本一(yi)致，從而(er)(er)認(ren)為(wei)(wei)故障原因(yin)為(wei)(wei)X軸重(zhong)復定位(wei)誤(wu)差過(guo)大(da)。對(dui)X軸的(de)反向間隙及定位(wei)精度進行(xing)(xing)(xing)檢查，重(zhong)新(xin)補償其誤(wu)差值(zhi)，結(jie)果起不(bu)到(dao)(dao)任何作(zuo)用。因(yin)此(ci)(ci)懷疑光(guang)柵尺及系(xi)統參數(shu)等有問(wen)題。但為(wei)(wei)什么產生(sheng)如此(ci)(ci)大(da)的(de)誤(wu)差，卻又未出現(xian)(xian)相應的(de)報警(jing)信息進一(yi)步檢查發(fa)(fa)現(xian)(xian)，此(ci)(ci)軸為(wei)(wei)垂直方(fang)向的(de)軸，當(dang)X軸松(song)開(kai)時(shi)主軸箱(xiang)向下掉(diao)，造(zao)成了誤差。
故障(zhang)處理：對機床(chuang)的PLC邏(luo)輯控制程序(xu)做(zuo)了修改，即(ji)在X軸(zhou)松(song)開時，先把(ba)X軸(zhou)使(shi)能加載(zai)，再把(ba)X軸(zhou)松(song)開；而在X軸(zhou)夾緊時，先把(ba)X軸(zhou)夾緊后，再把(ba)使(shi)能去(qu)掉。調(diao)整后機床故(gu)障得以解(jie)決。
3.機床(chuang)位置(zhi)問題(ti)導致(zhi)加工精(jing)度(du)異常
故(gu)障現象：一臺杭(hang)州產的立式數控銑床，配備北京KND-10M系(xi)統。在點動或加工過程中，發(fa)現Z軸異常。
故(gu)障(zhang)診(zhen)斷：檢(jian)查發現(xian)，Z軸上(shang)下(xia)(xia)移動(dong)(dong)(dong)不(bu)(bu)(bu)(bu)均(jun)勻(yun)且(qie)有(you)(you)(you)噪聲，且(qie)存在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)一定(ding)間(jian)隙。電(dian)機啟動(dong)(dong)(dong)時(shi)(shi)(shi)，在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)點動(dong)(dong)(dong)方(fang)式下(xia)(xia)Z軸向(xiang)上(shang)運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)存在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)不(bu)(bu)(bu)(bu)穩定(ding)的(de)(de)噪聲及受力(li)不(bu)(bu)(bu)(bu)均(jun)勻(yun)，且(qie)感覺電(dian)機抖(dou)(dou)(dou)動(dong)(dong)(dong)比(bi)較厲害；而向(xiang)下(xia)(xia)運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)時(shi)(shi)(shi)，就沒(mei)有(you)(you)(you)抖(dou)(dou)(dou)動(dong)(dong)(dong)得(de)這(zhe)(zhe)么明(ming)顯；停(ting)止時(shi)(shi)(shi)不(bu)(bu)(bu)(bu)抖(dou)(dou)(dou)動(dong)(dong)(dong)，在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)加工過(guo)程中表現(xian)得(de)比(bi)較明(ming)顯。分析(xi)認為(wei)，故(gu)障(zhang)原(yuan)因有(you)(you)(you)三點：一是(shi)絲杠反(fan)向(xiang)間(jian)隙很大(da)；二是(shi)Z軸電(dian)機工作(zuo)異(yi)常；三是(shi)皮(pi)帶輪受損至受力(li)不(bu)(bu)(bu)(bu)均(jun)。但有(you)(you)(you)一個問(wen)題(ti)要注意(yi)的(de)(de)是(shi)，停(ting)止時(shi)(shi)(shi)不(bu)(bu)(bu)(bu)抖(dou)(dou)(dou)動(dong)(dong)(dong)，上(shang)下(xia)(xia)運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)不(bu)(bu)(bu)(bu)均(jun)勻(yun)，所以電(dian)機工作(zuo)異(yi)常這(zhe)(zhe)個問(wen)題(ti)可(ke)以排(pai)除(chu)。因此(ci)先(xian)對機械部分診(zhen)斷，在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)診(zhen)斷測試過(guo)程中沒(mei)有(you)(you)(you)發現(xian)異(yi)常，在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)公差(cha)之內。利用排(pai)除(chu)法則，余下(xia)(xia)的(de)(de)只有(you)(you)(you)皮(pi)帶問(wen)題(ti)了，在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)檢(jian)測皮(pi)帶時(shi)(shi)(shi)，發覺這(zhe)(zhe)條(tiao)皮(pi)帶剛換(huan)不(bu)(bu)(bu)(bu)久，但在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)細(xi)心檢(jian)測皮(pi)帶時(shi)(shi)(shi)，發現(xian)皮(pi)帶內側(ce)出現(xian)不(bu)(bu)(bu)(bu)同程度的(de)(de)受損，很明(ming)顯是(shi)受力(li)不(bu)(bu)(bu)(bu)均(jun)所至，是(shi)什么原(yuan)因造成的(de)(de)呢在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)診(zhen)斷中發現(xian)電(dian)機放(fang)置有(you)(you)(you)問(wen)題(ti)，即(ji)裝夾(jia)的(de)(de)角度位置不(bu)(bu)(bu)(bu)對稱(cheng)造成受力(li)不(bu)(bu)(bu)(bu)均(jun)。
故障處理：只(zhi)要將電機重裝，對準角(jiao)度，測量(liang)好(hao)距離（電機與Z軸的軸承(cheng)），皮帶兩邊(bian)（長度）要均勻(yun)。這(zhe)樣(yang)，Z軸上下(xia)移(yi)動不均勻(yun)且(qie)有噪聲(sheng)及抖(dou)動現(xian)象就消除了，Z軸加工恢復正常。
4.系統(tong)參數未優化(hua)，電機(ji)運行異常
導致加工(gong)精(jing)度(du)異常系統參數(shu)主要(yao)包括機(ji)床(chuang)進給(gei)單位，零點偏置，反向間(jian)隙等(deng)。例如(ru)Frank數(shu)控系統，其進給(gei)單位有(you)公(gong)制(zhi)和英(ying)制(zhi)兩種。在機(ji)床(chuang)修(xiu)理過程中對(dui)于局部(bu)處(chu)理，常常影響到零點偏置和間(jian)隙的變化，故障處(chu)理完畢后應作(zuo)適時的調整和修(xiu)改；另一方面，由于機(ji)械磨損(sun)嚴重或連接位松動也可能造成(cheng)參數(shu)實測值的變化，需(xu)要(yao)對(dui)參數(shu)做相(xiang)應的修(xiu)改才能滿足機(ji)床(chuang)加工(gong)精(jing)度(du)的要(yao)求(qiu)。
故(gu)障(zhang)現象：一臺杭州(zhou)產的(de)立式數控銑床(chuang)，配備北京(jing)KND-10M系統。在加工(gong)過程中，發現X軸精(jing)度異常。
故障診斷：檢查發現X軸(zhou)存在(zai)一定間隙(xi)，且電(dian)機啟動時(shi)存在(zai)不穩定的現象。用手觸摸X軸(zhou)電(dian)機時(shi)感覺電(dian)機拉動比較(jiao)厲害，停止時(shi)拉動不明顯(xian)，尤(you)其是(shi)點動方式下比較(jiao)明顯(xian)。分析認為，故障原因(yin)有兩(liang)點：一是(shi)絲杠反間隙(xi)很大；二是(shi)X軸(zhou)電(dian)機工作異(yi)常(chang)。
故障(zhang)處理：利用KND-10M系(xi)統的(de)參數(shu)功(gong)能，對電機進行(xing)調試(shi)。首先對存在的(de)間隙(xi)進行(xing)補償，再調整伺服系(xi)統參數(shu)及脈沖抑制功(gong)能參數(shu)，X軸電機的(de)抖動消除，機床加工精度恢復(fu)正常。 |
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