| 淺析數控機床加工精度降低的原因 |
造成(cheng)加工精度(du)異(yi)常故障的原(yuan)因隱蔽性強，診斷難度(du)比較(jiao)大，歸(gui)納(na)出五個(ge)主要原(yuan)因：機床進(jin)給(gei)單位被(bei)改動(dong)或變(bian)化；機床(chuang)各個軸(zhou)的零點偏置(zhi)異(yi)(yi)常；軸(zhou)向(xiang)的反向(xiang)間隙異(yi)(yi)常；電機運行狀態異(yi)(yi)常，即電氣(qi)及(ji)控制部分異(yi)(yi)常；機械故(gu)障，如絲杠(gang)，軸承，軸聯器等部件。另外加工程(cheng)序(xu)的(de)編(bian)制，刀具的選擇及人為因(yin)素，也(ye)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(cheng)加工(gong)(gong)精(jing)度(du)(du)異(yi)常(chang)故障(zhang)的(de)原因(yin)隱蔽性強，診斷難(nan)度(du)(du)比(bi)較大，歸納出五個(ge)主要原因(yin)：機(ji)床進(jin)給單位被改動或變化；機(ji)床各(ge)個(ge)軸(zhou)的(de)零(ling)點偏(pian)置異(yi)常(chang)；軸(zhou)向(xiang)的(de)反向(xiang)間隙異(yi)常(chang)；電(dian)機(ji)運(yun)行狀態異(yi)常(chang)，即電(dian)氣(qi)及控(kong)制(zhi)部分異(yi)常(chang)；機(ji)械(xie)故障(zhang)，如絲杠，軸(zhou)承，軸(zhou)聯器等部件(jian)。另外(wai)加工(gong)(gong)程序的(de)編制(zhi)，刀具的(de)選(xuan)擇及人為因(yin)素，也可能(neng)導(dao)致加工(gong)(gong)精(jing)度(du)(du)異(yi)常(chang)。
二、數控機床故障診斷原則
1.先外部后(hou)內部數(shu)控機(ji)(ji)床(chuang)是集機(ji)(ji)械，液壓，電氣(qi)為一體的機(ji)(ji)床(chuang)，故其故障的發(fa)生也會由這三者(zhe)綜合反(fan)映(ying)出來。維修人員應先由外向內逐一進行排查(cha)，盡量避免隨(sui)意地啟封(feng)，拆(chai)卸(xie)，否則會擴大故障，使機(ji)(ji)床(chuang)喪失精度(du)，降低性能。
2.先機(ji)械(xie)后電氣一般來說，機(ji)械(xie)故障(zhang)較易發(fa)覺，而數控系統故(gu)障(zhang)的診斷則難度較大些。在故(gu)障(zhang)檢修之前(qian)，首先注意排除機械性的故(gu)障(zhang)，往(wang)往(wang)可(ke)達到事半功(gong)倍的效果。
3.先(xian)靜后動先(xian)在機(ji)床斷電的(de)(de)靜止狀態(tai)(tai)下，通過了解，觀察，測(ce)試(shi)，分析(xi)，確認為非破壞性故障后，方可給機(ji)床通電；在運行工況下，進行動態(tai)(tai)的(de)(de)觀察，檢驗和測(ce)試(shi)，查找(zhao)故障。而對破壞性故障，必須先(xian)排除危險后，方可通電。
4.先簡單后復(fu)雜(za)當出現多種故障互相交織掩蓋，一時(shi)無從下手時(shi)，應先解(jie)決容易的(de)問題，后解(jie)決難度較大的(de)問題。往(wang)往(wang)簡單問題解(jie)決后，難度大的(de)問題也可能變(bian)得容易。
三、數控機床故障診斷方法
1.直觀法：（望聞問切）問-機床的(de)故障現象，加工狀(zhuang)況等；看-CRT報警(jing)信息，報警(jing)指(zhi)示(shi)燈，電容(rong)器等元件變形(xing)煙熏燒焦(jiao)，保護器脫扣等；聽-異常聲響；聞-電氣元件焦(jiao)糊味(wei)及其它異味(wei)；摸-發(fa)熱，振動，接觸(chu)不良等。
2.參(can)數檢查法：參(can)數通常(chang)是存放在(zai)RAM中(zhong)，有時電池電壓不(bu)足，系統長期不(bu)通電或(huo)(huo)外部(bu)干擾都會使(shi)參(can)數丟失(shi)或(huo)(huo)混亂，應根(gen)據故障特征，檢查和校對有關參(can)數。
3.隔離法：一(yi)些故障，難以(yi)區分是(shi)數控(kong)部分，還(huan)是(shi)伺服系統或(huo)機械部分造成的，常(chang)采用隔離法。
4.同(tong)類對調(diao)法用(yong)同(tong)功(gong)能的備用(yong)板替換(huan)被懷疑有故障的模(mo)板，或將功(gong)能相(xiang)同(tong)的模(mo)板或單元(yuan)相(xiang)互交換(huan)。
5.功(gong)能程序測試法將(jiang)G，M，S，T，功(gong)能的全部指令編寫一些(xie)小程序，在診斷(duan)故障時運行(xing)這(zhe)些(xie)程序，即可判斷(duan)功(gong)能的缺(que)失。
四、加工精度異常故障診斷和處理實例
1.機械故(gu)障導致加(jia)工精度異常
故障現象：一(yi)臺(tai)SV-1000立式加工中心，采用Frank系統。在加(jia)工連桿模具過(guo)程(cheng)中，忽然發(fa)現Z軸進給異常(chang)，造成(cheng)至少1mm的切削(xue)誤(wu)差量（Z方向過(guo)切）。
故障(zhang)診斷：調查(cha)中(zhong)了解到，故障(zhang)是忽(hu)然(ran)發生(sheng)的(de)(de)。機床在點(dian)動，在手動輸入數據方(fang)式操(cao)作下各個軸運行正常(chang)，且(qie)回(hui)參考點(dian)正常(chang)，無任何報(bao)警提示，電氣控制部分硬故障(zhang)的(de)(de)可能性排除。應主要對以下幾個方(fang)面(mian)逐一進行檢(jian)查(cha)。
檢查機床精度異常時正在運(yun)行(xing)的(de)加(jia)(jia)工程(cheng)序(xu)段(duan)，特別是刀具長度補償，加(jia)(jia)工坐標系(xi)（G54-G59）的(de)校對和計算(suan)。
在點動(dong)方式下(xia)，反復運(yun)動(dong)Z軸，經過(guo)視，觸，聽(ting)，對(dui)其運(yun)動(dong)狀態診斷，發現(xian)Z向運(yun)動(dong)噪音異常，特(te)別是快速點動(dong)，噪音更加明顯。由此判斷，機械方面可能存在隱患。
檢(jian)查(cha)機床Z軸(zhou)精度。用(yong)手搖(yao)脈沖發生(sheng)器移(yi)動(dong)Z軸(zhou)，（將其(qi)倍率定為1×100的擋位，即每變(bian)化一步，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)情況。在單向運(yun)(yun)動(dong)保持正常(chang)后作為起始點的(de)(de)(de)正向運(yun)(yun)動(dong)，脈沖器(qi)每變化(hua)一(yi)步，機(ji)床(chuang)(chuang)Z軸(zhou)運(yun)(yun)動(dong)的(de)(de)(de)實際(ji)距(ju)離(li)(li)(li)d=d1=d2=d3=…=0.1mm，說明電(dian)機(ji)運(yun)(yun)行良好，定位(wei)精度也良好。而返回機(ji)床(chuang)(chuang)實際(ji)運(yun)(yun)動(dong)位(wei)移(yi)的(de)(de)(de)變化(hua)上，可以(yi)分為四個階(jie)段：（1）機(ji)床(chuang)(chuang)運(yun)(yun)動(dong)距(ju)離(li)(li)(li)d1>d=0.1mm（斜(xie)(xie)率大(da)于1）；（2）表(biao)現(xian)出(chu)為d1=0.1mm>d2>d3（斜(xie)(xie)率小(xiao)于1）；（3）機(ji)床(chuang)(chuang)機(ji)構實際(ji)沒(mei)移(yi)動(dong)，表(biao)現(xian)出(chu)最標(biao)準的(de)(de)(de)反向間隙；（4）機(ji)床(chuang)(chuang)運(yun)(yun)動(dong)距(ju)離(li)(li)(li)與脈沖器(qi)經定數值相等(deng)（斜(xie)(xie)率等(deng)于1），恢復到機(ji)床(chuang)(chuang)的(de)(de)(de)正常(chang)運(yun)(yun)動(dong)。無論怎樣對反向間隙進行補(bu)償(chang)，其(qi)表(biao)現(xian)出(chu)的(de)(de)(de)特征是：除了（3）階(jie)段補(bu)償(chang)外，其(qi)他各段變化(hua)依然存在，特別是（1）階(jie)段嚴重(zhong)影響到機(ji)床(chuang)(chuang)的(de)(de)(de)加工(gong)精度。補(bu)償(chang)中(zhong)發現(xian)，間隙補(bu)償(chang)越大(da)，（1）階(jie)段移(yi)動(dong)的(de)(de)(de)距(ju)離(li)(li)(li)也越大(da)。
分(fen)析上述(shu)檢查(cha)認(ren)為存(cun)(cun)在幾(ji)點可能原(yuan)因：一是電(dian)機有異常，二是機械(xie)方面有故障，三是絲杠存(cun)(cun)在間隙。為了(le)進(jin)一步診(zhen)斷故障，將電(dian)機和絲杠完全脫開，分(fen)別對電(dian)機和機械(xie)部(bu)分(fen)進(jin)行檢查(cha)。檢查(cha)結(jie)果是電(dian)機運行正(zheng)常；在對機械(xie)部(bu)分(fen)診(zhen)斷中發現，用手盤動絲杠時，返回(hui)運動初始有很大的空缺感。而(er)正(zheng)常情況下，應該能感覺(jue)到(dao)軸承有序(xu)而(er)平滑的移動。
故(gu)障處理(li)：經過拆卸檢查(cha)發(fa)現該軸承確實(shi)受損，且有滾珠脫落。更(geng)換(huan)后(hou)機床恢復正常。
2.控(kong)制邏輯不妥導致加(jia)工精度異常
故(gu)障現象：一臺上海機床廠家生產的加工中心，系統(tong)(tong)是Frank.加工(gong)過程(cheng)中，發(fa)現(xian)該(gai)機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)X軸(zhou)(zhou)(zhou)精(jing)(jing)(jing)度異常，精(jing)(jing)(jing)度誤(wu)差最小(xiao)為(wei)(wei)(wei)0.008mm，最大(da)為(wei)(wei)(wei)1.2mm.故(gu)障(zhang)診斷：檢(jian)查(cha)中，機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)已經按照(zhao)要求設置(zhi)(zhi)了(le)G54工(gong)件坐(zuo)(zuo)標(biao)(biao)系。在手(shou)動(dong)(dong)(dong)輸入(ru)數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)方(fang)(fang)式(shi)操(cao)作(zuo)下(xia)，以G54坐(zuo)(zuo)標(biao)(biao)系運行(xing)(xing)一段(duan)程(cheng)序即“GOOG90G54X60.OY70.OF150；M30；”，待(dai)機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)運行(xing)(xing)結束后顯(xian)示器上(shang)顯(xian)示的機(ji)(ji)(ji)械坐(zuo)(zuo)標(biao)(biao)值(zhi)(zhi)為(wei)(wei)(wei)（X軸(zhou)(zhou)(zhou)）“-1025.243”，記錄下(xia)該(gai)數(shu)(shu)(shu)(shu)值(zhi)(zhi)。然后在手(shou)動(dong)(dong)(dong)方(fang)(fang)式(shi)下(xia)，將機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)點(dian)動(dong)(dong)(dong)到(dao)其他任意位(wei)置(zhi)(zhi)，再次(ci)在手(shou)動(dong)(dong)(dong)輸入(ru)數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)方(fang)(fang)式(shi)操(cao)作(zuo)下(xia)運行(xing)(xing)剛(gang)才的程(cheng)序段(duan)，待(dai)機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)停(ting)止后，發(fa)現(xian)此(ci)時(shi)機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)坐(zuo)(zuo)標(biao)(biao)數(shu)(shu)(shu)(shu)值(zhi)(zhi)顯(xian)示為(wei)(wei)(wei)“-1024.891”，同(tong)(tong)上(shang)一次(ci)執行(xing)(xing)后的數(shu)(shu)(shu)(shu)值(zhi)(zhi)比較(jiao)相差了(le)0.352mm.按照(zhao)同(tong)(tong)樣的方(fang)(fang)法，將X軸(zhou)(zhou)(zhou)點(dian)動(dong)(dong)(dong)移(yi)動(dong)(dong)(dong)到(dao)不(bu)(bu)同(tong)(tong)的位(wei)置(zhi)(zhi)，反復(fu)(fu)執行(xing)(xing)該(gai)程(cheng)序段(duan)，而顯(xian)示器上(shang)顯(xian)示的數(shu)(shu)(shu)(shu)值(zhi)(zhi)都(dou)有所(suo)不(bu)(bu)同(tong)(tong)（不(bu)(bu)穩定(ding)(ding)）。用百分(fen)表(biao)對X軸(zhou)(zhou)(zhou)進(jin)行(xing)(xing)仔細檢(jian)查(cha)，發(fa)現(xian)機(ji)(ji)(ji)械位(wei)置(zhi)(zhi)實際誤(wu)差同(tong)(tong)數(shu)(shu)(shu)(shu)字(zi)顯(xian)示出(chu)來的誤(wu)差基本一致(zhi)，從而認(ren)為(wei)(wei)(wei)故(gu)障(zhang)原因(yin)為(wei)(wei)(wei)X軸(zhou)(zhou)(zhou)重(zhong)復(fu)(fu)定(ding)(ding)位(wei)誤(wu)差過大(da)。對X軸(zhou)(zhou)(zhou)的反向(xiang)間隙及(ji)定(ding)(ding)位(wei)精(jing)(jing)(jing)度進(jin)行(xing)(xing)檢(jian)查(cha)，重(zhong)新補(bu)償其誤(wu)差值(zhi)(zhi)，結果起不(bu)(bu)到(dao)任何作(zuo)用。因(yin)此(ci)懷(huai)疑光(guang)柵(zha)尺(chi)及(ji)系統(tong)(tong)參數(shu)(shu)(shu)(shu)等有問題。但(dan)為(wei)(wei)(wei)什么產生如此(ci)大(da)的誤(wu)差，卻又未出(chu)現(xian)相應的報(bao)警(jing)信息進(jin)一步檢(jian)查(cha)發(fa)現(xian)，此(ci)軸(zhou)(zhou)(zhou)為(wei)(wei)(wei)垂直方(fang)(fang)向(xiang)的軸(zhou)(zhou)(zhou)，當X軸(zhou)(zhou)(zhou)松開時(shi)主軸箱向下(xia)掉，造(zao)成(cheng)了(le)誤差。
故(gu)障處理：對機床的PLC邏輯控制程序做了修改，即在X軸松(song)開(kai)時，先把X軸使能加載，再把X軸松(song)開(kai)；而在X軸夾緊(jin)時，先把X軸夾緊(jin)后(hou)，再把使能去掉。調整后(hou)機床故障(zhang)得以解決(jue)。
3.機床(chuang)位置問題導致(zhi)加工(gong)精(jing)度(du)異(yi)常
故障現象(xiang)：一臺(tai)杭州(zhou)產的立式數(shu)控銑床，配(pei)備北京KND-10M系(xi)統。在點動或加工過程(cheng)中，發現Z軸異常。
故障診斷：檢(jian)查(cha)發(fa)(fa)現(xian)(xian)，Z軸(zhou)(zhou)上下(xia)移動(dong)(dong)(dong)不(bu)(bu)(bu)(bu)均(jun)(jun)勻(yun)(yun)(yun)且(qie)有(you)(you)(you)噪(zao)(zao)聲，且(qie)存在(zai)(zai)一定間隙。電(dian)機啟動(dong)(dong)(dong)時，在(zai)(zai)點動(dong)(dong)(dong)方(fang)式下(xia)Z軸(zhou)(zhou)向(xiang)上運(yun)動(dong)(dong)(dong)存在(zai)(zai)不(bu)(bu)(bu)(bu)穩(wen)定的(de)(de)噪(zao)(zao)聲及受(shou)力(li)(li)不(bu)(bu)(bu)(bu)均(jun)(jun)勻(yun)(yun)(yun)，且(qie)感覺電(dian)機抖(dou)動(dong)(dong)(dong)比較厲害；而(er)向(xiang)下(xia)運(yun)動(dong)(dong)(dong)時，就(jiu)沒有(you)(you)(you)抖(dou)動(dong)(dong)(dong)得這么(me)明顯；停(ting)止時不(bu)(bu)(bu)(bu)抖(dou)動(dong)(dong)(dong)，在(zai)(zai)加(jia)工過程中(zhong)(zhong)表現(xian)(xian)得比較明顯。分析認(ren)為，故障原(yuan)因(yin)(yin)有(you)(you)(you)三點：一是(shi)絲杠反向(xiang)間隙很大；二(er)是(shi)Z軸(zhou)(zhou)電(dian)機工作異常；三是(shi)皮(pi)帶輪(lun)受(shou)損至受(shou)力(li)(li)不(bu)(bu)(bu)(bu)均(jun)(jun)。但(dan)有(you)(you)(you)一個(ge)問題要注(zhu)意的(de)(de)是(shi)，停(ting)止時不(bu)(bu)(bu)(bu)抖(dou)動(dong)(dong)(dong)，上下(xia)運(yun)動(dong)(dong)(dong)不(bu)(bu)(bu)(bu)均(jun)(jun)勻(yun)(yun)(yun)，所以(yi)電(dian)機工作異常這個(ge)問題可(ke)以(yi)排(pai)除。因(yin)(yin)此先(xian)對機械部(bu)分診斷，在(zai)(zai)診斷測試過程中(zhong)(zhong)沒有(you)(you)(you)發(fa)(fa)現(xian)(xian)異常，在(zai)(zai)公差之(zhi)內(nei)。利(li)用排(pai)除法(fa)則，余下(xia)的(de)(de)只(zhi)有(you)(you)(you)皮(pi)帶問題了，在(zai)(zai)檢(jian)測皮(pi)帶時，發(fa)(fa)覺這條皮(pi)帶剛換不(bu)(bu)(bu)(bu)久，但(dan)在(zai)(zai)細心(xin)檢(jian)測皮(pi)帶時，發(fa)(fa)現(xian)(xian)皮(pi)帶內(nei)側出現(xian)(xian)不(bu)(bu)(bu)(bu)同程度的(de)(de)受(shou)損，很明顯是(shi)受(shou)力(li)(li)不(bu)(bu)(bu)(bu)均(jun)(jun)所至，是(shi)什么(me)原(yuan)因(yin)(yin)造成(cheng)的(de)(de)呢在(zai)(zai)診斷中(zhong)(zhong)發(fa)(fa)現(xian)(xian)電(dian)機放(fang)置有(you)(you)(you)問題，即裝(zhuang)夾的(de)(de)角度位(wei)置不(bu)(bu)(bu)(bu)對稱造成(cheng)受(shou)力(li)(li)不(bu)(bu)(bu)(bu)均(jun)(jun)。
故障處理：只要(yao)將電(dian)機(ji)重裝，對準(zhun)角度，測量好距離（電(dian)機(ji)與Z軸的(de)軸承(cheng)），皮(pi)帶兩邊（長度）要(yao)均勻(yun)(yun)。這(zhe)樣，Z軸上下移動不均勻(yun)(yun)且有噪(zao)聲及抖動現(xian)象就消除了，Z軸加工恢復正常。
4.系統(tong)參(can)數未優化，電機運行(xing)異(yi)常(chang)
導致加工精度異(yi)常(chang)(chang)(chang)系統參(can)數主要(yao)包(bao)括(kuo)機(ji)床進給單位，零點偏置，反向間(jian)隙(xi)等。例(li)如Frank數控(kong)系統，其(qi)進給單位有公(gong)制和英制兩種(zhong)。在機(ji)床修理(li)過(guo)程(cheng)中對于(yu)局部處理(li)，常(chang)(chang)(chang)常(chang)(chang)(chang)影響到零點偏置和間(jian)隙(xi)的(de)變(bian)化(hua)，故障處理(li)完(wan)畢后應(ying)作適時(shi)的(de)調整和修改；另一方面，由于(yu)機(ji)械(xie)磨損嚴重或連(lian)接位松動也可能(neng)造成參(can)數實測值的(de)變(bian)化(hua)，需(xu)要(yao)對參(can)數做相應(ying)的(de)修改才能(neng)滿(man)足機(ji)床加工精度的(de)要(yao)求。
故(gu)障現象：一臺(tai)杭州(zhou)產(chan)的立式數控銑床(chuang)，配備北京KND-10M系(xi)統。在加(jia)工過程中，發現X軸精度異常。
故(gu)障診斷：檢查發現(xian)X軸存在(zai)一定間隙(xi)，且電(dian)機啟(qi)動(dong)(dong)(dong)時存在(zai)不(bu)穩定的(de)現(xian)象。用(yong)手觸摸X軸電(dian)機時感覺(jue)電(dian)機拉動(dong)(dong)(dong)比(bi)較厲害，停(ting)止(zhi)時拉動(dong)(dong)(dong)不(bu)明顯(xian)，尤其是點動(dong)(dong)(dong)方式下比(bi)較明顯(xian)。分析認為，故(gu)障原因有兩點：一是絲(si)杠(gang)反間隙(xi)很(hen)大；二是X軸電(dian)機工作(zuo)異常。
故障處理：利用KND-10M系(xi)(xi)統的(de)參(can)數(shu)(shu)功能，對電(dian)機(ji)進行(xing)(xing)調(diao)試。首(shou)先對存在的(de)間(jian)隙進行(xing)(xing)補(bu)償，再調(diao)整伺服系(xi)(xi)統參(can)數(shu)(shu)及(ji)脈(mo)沖抑制功能參(can)數(shu)(shu)，X軸電(dian)機(ji)的(de)抖動消除，機(ji)床加工精度(du)恢復正常。 |
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