| 淺析數控機床加工精度降低的原因 |
造成加工精度異(yi)常故(gu)障的原因隱(yin)蔽性強(qiang)，診斷難(nan)度比較大，歸納出(chu)五(wu)個主要原因：機床進給單位被改動或(huo)變(bian)化；機(ji)床各個軸(zhou)的零點偏(pian)置異常(chang)；軸(zhou)向(xiang)的反向(xiang)間(jian)隙異常(chang)；電(dian)機(ji)運行狀態異常(chang)，即電(dian)氣及控制部分異常(chang)；機(ji)械故障，如絲杠，軸承，軸聯(lian)器等部件。另(ling)外加(jia)工程序的編制，刀具的選擇(ze)及人為因素(su)，也可能導致加(jia)工(gong)精(jing)度異常。
一、造成加工精度異常故障的原因
造成加(jia)工精度(du)異(yi)常(chang)故(gu)障的原因隱蔽性強(qiang)，診斷難度(du)比較大，歸納(na)出五(wu)個(ge)(ge)主要原因：機床進給單位(wei)被改動或變化；機床各個(ge)(ge)軸的零點偏置(zhi)異(yi)常(chang)；軸向(xiang)的反向(xiang)間(jian)隙異(yi)常(chang)；電機運行狀態異(yi)常(chang)，即(ji)電氣及控(kong)制部分異(yi)常(chang)；機械故(gu)障，如絲(si)杠，軸承，軸聯器等部件。另外加(jia)工程序的編制，刀具(ju)的選擇及人為(wei)因素，也可能導致加(jia)工精度(du)異(yi)常(chang)。
二、數控機床故障診斷原則
1.先(xian)外(wai)部后內部數(shu)控機床(chuang)是集機械，液壓(ya)，電氣為一(yi)體(ti)的(de)機床(chuang)，故其故障(zhang)的(de)發(fa)生也會(hui)由(you)這三者綜(zong)合反映出來。維(wei)修人員應(ying)先(xian)由(you)外(wai)向內逐一(yi)進行排查，盡(jin)量避免隨意地啟封，拆卸，否則會(hui)擴大故障(zhang)，使機床(chuang)喪失精度，降低性能。
2.先機械后電氣一般來說，機械故障較易(yi)發覺，而數控系統故障(zhang)的診斷則難度較大些。在(zai)故障(zhang)檢修之(zhi)前，首先注意排(pai)除機(ji)械性(xing)的故障(zhang)，往(wang)(wang)往(wang)(wang)可達到事半(ban)功倍(bei)的效(xiao)果。
3.先(xian)靜后動(dong)先(xian)在機床斷(duan)電的(de)靜止狀態下(xia)，通過了解，觀察(cha)，測(ce)試(shi)，分析，確(que)認為非破壞性故(gu)(gu)障后，方可(ke)給機床通電；在運行工況下(xia)，進行動(dong)態的(de)觀察(cha)，檢驗和測(ce)試(shi)，查找故(gu)(gu)障。而對(dui)破壞性故(gu)(gu)障，必須先(xian)排除危(wei)險后，方可(ke)通電。
4.先簡單后復雜當出(chu)現多種故(gu)障互(hu)相交織掩蓋，一時(shi)無從下(xia)手時(shi)，應先解(jie)決(jue)容易的問(wen)題(ti)，后解(jie)決(jue)難度較大的問(wen)題(ti)。往(wang)往(wang)簡單問(wen)題(ti)解(jie)決(jue)后，難度大的問(wen)題(ti)也可能變得容易。
三、數控機床故障診斷方法
1.直觀法(fa)：（望(wang)聞(wen)問切）問-機床的故(gu)障現象，加工狀況等；看-CRT報警(jing)信息，報警(jing)指示燈，電(dian)容器(qi)等元(yuan)件(jian)變形煙熏燒焦(jiao)，保護器(qi)脫扣(kou)等；聽-異常(chang)聲響；聞(wen)-電(dian)氣(qi)元(yuan)件(jian)焦(jiao)糊(hu)味及其它異(yi)味；摸(mo)-發熱，振動(dong)，接觸(chu)不(bu)良等(deng)。
2.參數檢查法(fa)：參數通常是存(cun)放在RAM中，有時電池電壓不足，系統長期不通電或(huo)(huo)外(wai)部干擾都會使(shi)參數丟失或(huo)(huo)混亂，應根據故障特征，檢查和校對有關(guan)參數。
3.隔離法：一些(xie)故障，難以區(qu)分(fen)是數控部分(fen)，還是伺服系統或機械部分造成(cheng)的，常采用隔離(li)法。
4.同(tong)類(lei)對(dui)調法用同(tong)功(gong)(gong)能的備用板替換(huan)(huan)被(bei)懷疑有故(gu)障的模板，或將功(gong)(gong)能相同(tong)的模板或單元(yuan)相互交換(huan)(huan)。
5.功能程(cheng)序測試法將G，M，S，T，功能的全部指令編(bian)寫一些(xie)小程(cheng)序，在診斷故(gu)障時運行這些(xie)程(cheng)序，即(ji)可判(pan)斷功能的缺失。
四、加工精度異常故障診斷和處理實例
1.機械(xie)故障導致(zhi)加工精度(du)異常(chang)
故障現(xian)象：一臺(tai)SV-1000立式加工中心，采用Frank系(xi)統。在加工連桿模具(ju)過程(cheng)中，忽然發現Z軸(zhou)進(jin)給異常，造成至(zhi)少(shao)1mm的切(qie)削誤(wu)差量（Z方向過切(qie)）。
故障(zhang)診斷：調查(cha)中了解到，故障(zhang)是忽然發生的。機床在點動(dong)，在手動(dong)輸入數據方式操作下各(ge)個(ge)軸運行正常，且回參考點正常，無任何(he)報警提(ti)示，電氣控制部分硬故障(zhang)的可能(neng)性排除(chu)。應(ying)主要對以下幾(ji)個(ge)方面逐(zhu)一進行檢查(cha)。
檢查機(ji)床(chuang)精度異常(chang)時正在運行(xing)的加工(gong)程序段，特別是刀(dao)具長度補償，加工(gong)坐(zuo)標系（G54-G59）的校(xiao)對和計算。
在點動(dong)方式(shi)下，反復(fu)運動(dong)Z軸，經過視(shi)，觸，聽，對(dui)其(qi)運動(dong)狀態診斷(duan)，發現Z向運動(dong)噪(zao)(zao)音異常，特(te)別是(shi)快速點動(dong)，噪(zao)(zao)音更加明顯。由此判斷(duan)，機械方面可能存在隱患。
檢查機床Z軸精度。用手搖脈(mo)沖發生器移動Z軸，（將其倍率定(ding)為(wei)1×100的擋位，即每變化(hua)一步，電機進(jin)給0.1mm），配(pei)合百分表觀察(cha)Z軸的(de)(de)運(yun)(yun)動(dong)(dong)情況(kuang)。在(zai)單向運(yun)(yun)動(dong)(dong)保持正(zheng)常(chang)后(hou)作為(wei)起始點的(de)(de)正(zheng)向運(yun)(yun)動(dong)(dong)，脈沖器每(mei)變(bian)化一步，機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)Z軸運(yun)(yun)動(dong)(dong)的(de)(de)實際(ji)距(ju)離(li)d=d1=d2=d3=…=0.1mm，說明電機(ji)運(yun)(yun)行(xing)(xing)良好，定(ding)(ding)位(wei)精度(du)也良好。而返回機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)實際(ji)運(yun)(yun)動(dong)(dong)位(wei)移的(de)(de)變(bian)化上，可以分為(wei)四個階(jie)段：（1）機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)運(yun)(yun)動(dong)(dong)距(ju)離(li)d1>d=0.1mm（斜(xie)率大于1）；（2）表(biao)現(xian)(xian)出為(wei)d1=0.1mm>d2>d3（斜(xie)率小(xiao)于1）；（3）機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)機(ji)構(gou)實際(ji)沒移動(dong)(dong)，表(biao)現(xian)(xian)出最(zui)標準的(de)(de)反(fan)向間隙；（4）機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)運(yun)(yun)動(dong)(dong)距(ju)離(li)與脈沖器經定(ding)(ding)數值相等(deng)（斜(xie)率等(deng)于1），恢(hui)復到(dao)機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)的(de)(de)正(zheng)常(chang)運(yun)(yun)動(dong)(dong)。無(wu)論怎樣對反(fan)向間隙進(jin)行(xing)(xing)補(bu)償(chang)(chang)，其表(biao)現(xian)(xian)出的(de)(de)特征是(shi)：除了（3）階(jie)段補(bu)償(chang)(chang)外，其他各段變(bian)化依(yi)然存在(zai)，特別是(shi)（1）階(jie)段嚴重(zhong)影響到(dao)機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)的(de)(de)加工(gong)精度(du)。補(bu)償(chang)(chang)中(zhong)發現(xian)(xian)，間隙補(bu)償(chang)(chang)越大，（1）階(jie)段移動(dong)(dong)的(de)(de)距(ju)離(li)也越大。
分析上(shang)述檢(jian)查認(ren)為存在幾點可能原(yuan)因：一是電(dian)機有(you)異常(chang)，二是機械(xie)方面有(you)故障，三(san)是絲杠(gang)存在間隙。為了(le)進一步(bu)診斷故障，將(jiang)電(dian)機和(he)絲杠(gang)完(wan)全脫開，分別對(dui)電(dian)機和(he)機械(xie)部分進行(xing)檢(jian)查。檢(jian)查結果是電(dian)機運(yun)行(xing)正常(chang)；在對(dui)機械(xie)部分診斷中(zhong)發現，用手盤(pan)動絲杠(gang)時，返回運(yun)動初(chu)始有(you)很大的空缺感(gan)。而(er)正常(chang)情況(kuang)下，應該能感(gan)覺到軸承有(you)序(xu)而(er)平滑的移動。
故障處理(li)：經過(guo)拆卸(xie)檢查發現該(gai)軸承(cheng)確實受損，且有滾珠脫落。更換后機床恢復(fu)正常。
2.控制(zhi)邏(luo)輯不妥導致(zhi)加工精(jing)度異常
故障現象：一臺上海機床廠家(jia)生產的(de)加工中心，系統是Frank.加工過程(cheng)中，發(fa)(fa)現(xian)(xian)該(gai)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)X軸精度異常，精度誤(wu)(wu)差(cha)最小為0.008mm，最大(da)(da)為1.2mm.故障診斷：檢(jian)查中，機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)已經按照要(yao)求設置(zhi)了(le)(le)G54工件坐標(biao)(biao)系。在手動(dong)輸入數(shu)(shu)(shu)據(ju)方式(shi)操(cao)作(zuo)下(xia)，以(yi)G54坐標(biao)(biao)系運(yun)行(xing)一段程(cheng)序即“GOOG90G54X60.OY70.OF150；M30；”，待機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)運(yun)行(xing)結(jie)束后(hou)顯示(shi)器上(shang)(shang)顯示(shi)的機(ji)(ji)械坐標(biao)(biao)值為（X軸）“-1025.243”，記錄下(xia)該(gai)數(shu)(shu)(shu)值。然后(hou)在手動(dong)方式(shi)下(xia)，將機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)點動(dong)到(dao)其他任意位(wei)置(zhi)，再次(ci)在手動(dong)輸入數(shu)(shu)(shu)據(ju)方式(shi)操(cao)作(zuo)下(xia)運(yun)行(xing)剛才(cai)的程(cheng)序段，待機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)停止(zhi)后(hou)，發(fa)(fa)現(xian)(xian)此(ci)時機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)坐標(biao)(biao)數(shu)(shu)(shu)值顯示(shi)為“-1024.891”，同上(shang)(shang)一次(ci)執行(xing)后(hou)的數(shu)(shu)(shu)值比(bi)較(jiao)相(xiang)差(cha)了(le)(le)0.352mm.按照同樣的方法，將X軸點動(dong)移(yi)動(dong)到(dao)不同的位(wei)置(zhi)，反(fan)(fan)復執行(xing)該(gai)程(cheng)序段，而顯示(shi)器上(shang)(shang)顯示(shi)的數(shu)(shu)(shu)值都有所不同（不穩定(ding)）。用百分(fen)表對X軸進行(xing)仔細檢(jian)查，發(fa)(fa)現(xian)(xian)機(ji)(ji)械位(wei)置(zhi)實際誤(wu)(wu)差(cha)同數(shu)(shu)(shu)字顯示(shi)出(chu)來的誤(wu)(wu)差(cha)基(ji)本一致，從而認為故障原因(yin)為X軸重復定(ding)位(wei)誤(wu)(wu)差(cha)過大(da)(da)。對X軸的反(fan)(fan)向間(jian)隙及(ji)定(ding)位(wei)精度進行(xing)檢(jian)查，重新補償其誤(wu)(wu)差(cha)值，結(jie)果起不到(dao)任何作(zuo)用。因(yin)此(ci)懷疑(yi)光(guang)柵尺及(ji)系統參數(shu)(shu)(shu)等有問題。但為什么產生如此(ci)大(da)(da)的誤(wu)(wu)差(cha)，卻又(you)未出(chu)現(xian)(xian)相(xiang)應(ying)的報警信息進一步檢(jian)查發(fa)(fa)現(xian)(xian)，此(ci)軸為垂直方向的軸，當X軸松開時主軸箱向下掉，造成了誤差。
故障處理(li)：對機床的PLC邏輯控(kong)制(zhi)程序做了修(xiu)改，即在(zai)X軸(zhou)松開(kai)時，先(xian)把(ba)X軸(zhou)使能(neng)加載(zai)，再把(ba)X軸(zhou)松開(kai)；而在(zai)X軸(zhou)夾緊時，先(xian)把(ba)X軸(zhou)夾緊后(hou)(hou)，再把(ba)使能(neng)去掉(diao)。調整后(hou)(hou)機(ji)床故障得以解決。
3.機床位置問(wen)題導致加(jia)工精度異常
故障(zhang)現象：一臺杭(hang)州產的立式數控銑床，配備北京KND-10M系統。在(zai)點動或加工過程中，發現Z軸異(yi)常。
故障診斷：檢查發(fa)(fa)現(xian)，Z軸上(shang)下(xia)移動(dong)(dong)不(bu)(bu)均(jun)勻且(qie)有(you)噪聲(sheng)，且(qie)存在(zai)(zai)(zai)一(yi)定(ding)間(jian)隙。電機啟動(dong)(dong)時，在(zai)(zai)(zai)點動(dong)(dong)方式下(xia)Z軸向(xiang)上(shang)運(yun)動(dong)(dong)存在(zai)(zai)(zai)不(bu)(bu)穩定(ding)的(de)(de)噪聲(sheng)及(ji)受力不(bu)(bu)均(jun)勻，且(qie)感覺(jue)電機抖(dou)動(dong)(dong)比較(jiao)厲害；而(er)向(xiang)下(xia)運(yun)動(dong)(dong)時，就沒(mei)有(you)抖(dou)動(dong)(dong)得這么明顯；停(ting)止時不(bu)(bu)抖(dou)動(dong)(dong)，在(zai)(zai)(zai)加工過(guo)程中表(biao)現(xian)得比較(jiao)明顯。分析(xi)認為，故障原(yuan)因有(you)三(san)點：一(yi)是(shi)(shi)絲杠(gang)反向(xiang)間(jian)隙很(hen)大(da)；二是(shi)(shi)Z軸電機工作異常；三(san)是(shi)(shi)皮(pi)(pi)帶(dai)(dai)輪(lun)受損至受力不(bu)(bu)均(jun)。但有(you)一(yi)個問題(ti)要(yao)注意(yi)的(de)(de)是(shi)(shi)，停(ting)止時不(bu)(bu)抖(dou)動(dong)(dong)，上(shang)下(xia)運(yun)動(dong)(dong)不(bu)(bu)均(jun)勻，所以電機工作異常這個問題(ti)可以排(pai)除(chu)(chu)。因此先對機械部分診斷，在(zai)(zai)(zai)診斷測試過(guo)程中沒(mei)有(you)發(fa)(fa)現(xian)異常，在(zai)(zai)(zai)公差之內。利用(yong)排(pai)除(chu)(chu)法則，余(yu)下(xia)的(de)(de)只有(you)皮(pi)(pi)帶(dai)(dai)問題(ti)了(le)，在(zai)(zai)(zai)檢測皮(pi)(pi)帶(dai)(dai)時，發(fa)(fa)覺(jue)這條(tiao)皮(pi)(pi)帶(dai)(dai)剛換不(bu)(bu)久(jiu)，但在(zai)(zai)(zai)細心檢測皮(pi)(pi)帶(dai)(dai)時，發(fa)(fa)現(xian)皮(pi)(pi)帶(dai)(dai)內側出現(xian)不(bu)(bu)同程度的(de)(de)受損，很(hen)明顯是(shi)(shi)受力不(bu)(bu)均(jun)所至，是(shi)(shi)什么原(yuan)因造(zao)成的(de)(de)呢在(zai)(zai)(zai)診斷中發(fa)(fa)現(xian)電機放置(zhi)有(you)問題(ti)，即裝夾的(de)(de)角度位(wei)置(zhi)不(bu)(bu)對稱造(zao)成受力不(bu)(bu)均(jun)。
故(gu)障處理：只要將(jiang)電機(ji)重裝，對準角度，測(ce)量好距離（電機(ji)與Z軸(zhou)(zhou)的軸(zhou)(zhou)承），皮(pi)帶兩邊（長度）要均勻。這(zhe)樣，Z軸(zhou)(zhou)上(shang)下移動不均勻且有(you)噪聲及抖動現象就消除(chu)了，Z軸(zhou)(zhou)加工(gong)恢復正常。
4.系統參(can)數未優化，電機運行異常
導致(zhi)加工精(jing)度(du)異常系統參(can)(can)數(shu)(shu)(shu)主要(yao)包括機(ji)(ji)(ji)床進(jin)給單位(wei)，零(ling)點偏置，反向間(jian)隙等。例如Frank數(shu)(shu)(shu)控系統，其進(jin)給單位(wei)有公制和英(ying)制兩(liang)種。在機(ji)(ji)(ji)床修理(li)(li)過(guo)程中(zhong)對于局部處(chu)(chu)理(li)(li)，常常影響(xiang)到零(ling)點偏置和間(jian)隙的變化(hua)，故障處(chu)(chu)理(li)(li)完畢后應(ying)作(zuo)適時的調整和修改；另一方面，由(you)于機(ji)(ji)(ji)械磨損嚴重或(huo)連接位(wei)松動也可(ke)能造成參(can)(can)數(shu)(shu)(shu)實測值的變化(hua)，需要(yao)對參(can)(can)數(shu)(shu)(shu)做相應(ying)的修改才能滿足機(ji)(ji)(ji)床加工精(jing)度(du)的要(yao)求。
故障現象：一臺杭(hang)州產的立式數控銑床，配備北(bei)京KND-10M系(xi)統。在加工(gong)過程(cheng)中(zhong)，發現X軸精度異常。
故障診斷：檢(jian)查發現X軸(zhou)存在一定間隙，且電(dian)機啟動時存在不穩定的(de)現象。用手(shou)觸摸X軸(zhou)電(dian)機時感覺電(dian)機拉動比(bi)較(jiao)厲(li)害，停止(zhi)時拉動不明(ming)顯，尤其是點(dian)動方式(shi)下(xia)比(bi)較(jiao)明(ming)顯。分析認為，故障原(yuan)因(yin)有兩(liang)點(dian)：一是絲(si)杠反間隙很大(da)；二是X軸(zhou)電(dian)機工作(zuo)異常。
故障處理：利用KND-10M系統的參數(shu)功能，對電機(ji)進(jin)行調試。首先(xian)對存在的間隙進(jin)行補償，再調整伺服系統參數(shu)及脈沖抑制功能參數(shu)，X軸電機(ji)的抖動消(xiao)除，機(ji)床加(jia)工(gong)精度恢復正常。 |
|
| |
|
