| 淺析數控機床加工精度降低的原因 |
造(zao)成(cheng)加(jia)工(gong)精度異(yi)常故障的(de)原因(yin)隱蔽性強，診斷難度比(bi)較大，歸納出五個主要(yao)原因(yin)：機床進給單位被改動或變(bian)化(hua)；機床(chuang)各個軸的零(ling)點偏置異(yi)(yi)常；軸向的反(fan)向間隙(xi)異(yi)(yi)常；電機運行狀態(tai)異(yi)(yi)常，即電氣及控制部分異(yi)(yi)常；機械故(gu)障，如絲杠(gang)，軸承，軸(zhou)聯器等部件。另外加工程序的編制(zhi)，刀具的選擇及人為因素，也可能導致(zhi)加(jia)工(gong)精度(du)異常(chang)。
一、造成加工精度異常故障的原因
造(zao)成加(jia)工精度(du)(du)(du)異常(chang)故(gu)障(zhang)的(de)(de)原(yuan)因(yin)隱(yin)蔽性強，診(zhen)斷難度(du)(du)(du)比較大，歸納(na)出五個(ge)主(zhu)要原(yuan)因(yin)：機(ji)床進給單位被改動(dong)或變化(hua)；機(ji)床各個(ge)軸(zhou)的(de)(de)零(ling)點偏(pian)置異常(chang)；軸(zhou)向(xiang)的(de)(de)反向(xiang)間隙異常(chang)；電機(ji)運行(xing)狀態異常(chang)，即(ji)電氣(qi)及(ji)控制部(bu)分異常(chang)；機(ji)械故(gu)障(zhang)，如絲杠，軸(zhou)承，軸(zhou)聯器等部(bu)件。另外加(jia)工程序的(de)(de)編制，刀(dao)具的(de)(de)選擇及(ji)人為因(yin)素，也可能導致加(jia)工精度(du)(du)(du)異常(chang)。
二、數控機床故障診斷原則
1.先(xian)(xian)外部后(hou)內部數控(kong)機(ji)床(chuang)(chuang)是集機(ji)械，液壓，電(dian)氣為一體(ti)的(de)機(ji)床(chuang)(chuang)，故其故障(zhang)的(de)發(fa)生(sheng)也會由(you)這三者綜合反映出來(lai)。維修(xiu)人員(yuan)應(ying)先(xian)(xian)由(you)外向內逐一進(jin)行排查，盡量(liang)避免隨意(yi)地啟封(feng)，拆卸(xie)，否則會擴大故障(zhang)，使機(ji)床(chuang)(chuang)喪(sang)失精度，降低性能。
2.先機(ji)械后電氣(qi)一般來說，機(ji)械故障較易(yi)發(fa)覺，而(er)數控系統故(gu)障(zhang)的(de)診斷(duan)則難度較大些。在故(gu)障(zhang)檢修之(zhi)前，首先注意(yi)排除機(ji)械性的(de)故(gu)障(zhang)，往往可達(da)到事半功倍的(de)效果。
3.先(xian)靜后(hou)動(dong)先(xian)在機(ji)床(chuang)斷電(dian)的靜止狀態(tai)(tai)下，通過了解，觀察(cha)，測試，分析，確認為非破壞(huai)性故(gu)障(zhang)后(hou)，方可給機(ji)床(chuang)通電(dian)；在運行工況下，進行動(dong)態(tai)(tai)的觀察(cha)，檢驗和(he)測試，查找故(gu)障(zhang)。而(er)對破壞(huai)性故(gu)障(zhang)，必須先(xian)排除(chu)危險后(hou)，方可通電(dian)。
4.先簡單后復雜當出現(xian)多種故障互相交(jiao)織掩蓋(gai)，一時無從(cong)下手時，應先解決容易的問(wen)題(ti)(ti)(ti)，后解決難度較(jiao)大的問(wen)題(ti)(ti)(ti)。往(wang)往(wang)簡單問(wen)題(ti)(ti)(ti)解決后，難度大的問(wen)題(ti)(ti)(ti)也可能變得容易。
三、數控機床故障診斷方法
1.直觀(guan)法(fa)：（望聞問切）問-機床的(de)故障現象，加工狀況等；看-CRT報警信息，報警指示燈(deng)，電容器等元(yuan)件(jian)變形煙熏(xun)燒焦，保護器脫扣等；聽(ting)-異常聲響(xiang)；聞-電氣元(yuan)件(jian)焦糊(hu)味及其它異味(wei)；摸(mo)-發(fa)熱，振動，接觸不(bu)良等。
2.參數檢查(cha)法：參數通常是存放在RAM中，有時電(dian)池(chi)電(dian)壓(ya)不足(zu)，系(xi)統長期不通電(dian)或(huo)外部干擾都會使(shi)參數丟失或(huo)混亂，應根據故(gu)障特征，檢查(cha)和校對有關(guan)參數。
3.隔(ge)離法：一(yi)些故(gu)障，難以區(qu)分是數控部分，還是伺服系統或機(ji)械部(bu)分(fen)造成(cheng)的(de)，常(chang)采用隔離法。
4.同(tong)類(lei)對(dui)調(diao)法(fa)用同(tong)功(gong)能的(de)備用板替換被懷疑有故障(zhang)的(de)模(mo)板，或將功(gong)能相同(tong)的(de)模(mo)板或單元相互交(jiao)換。
5.功能程序測試法(fa)將G，M，S，T，功能的(de)全部(bu)指令編寫一些(xie)小程序，在(zai)診斷(duan)故障時運行(xing)這些(xie)程序，即(ji)可判斷(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(ji)械故障(zhang)導(dao)致加工精度異常
故(gu)障現象：一臺SV-1000立式加工中心，采用Frank系統。在加工(gong)連桿模具過程中，忽然發現Z軸(zhou)進給異常，造成至(zhi)少1mm的切削誤差量（Z方向過切）。
故障診斷：調查中了解(jie)到(dao)，故障是忽然發生的。機床在點動(dong)，在手動(dong)輸入數據方式操作(zuo)下各(ge)個軸運(yun)行正(zheng)常，且回(hui)參考點正(zheng)常，無任(ren)何報警提示，電氣控制部(bu)分硬故障的可能性排除。應主要(yao)對以下幾(ji)個方面(mian)逐一進行檢查。
檢(jian)查機床精(jing)度異(yi)常時正在運行的加工(gong)程序段(duan)，特別是刀具長度補償，加工(gong)坐標系（G54-G59）的校對(dui)和計算。
在點(dian)動方式下(xia)，反復(fu)運動Z軸(zhou)，經過視，觸，聽，對其運動狀態診斷(duan)，發現(xian)Z向運動噪音(yin)異(yi)常(chang)，特別是快速點(dian)動，噪音(yin)更加(jia)明(ming)顯(xian)。由此(ci)判斷(duan)，機械方面可能存在隱患。
檢查(cha)機床Z軸精度。用手搖脈沖發生器移動(dong)Z軸，（將其倍率定為1×100的擋位，即每變化一步，電機進(jin)給0.1mm），配合百分表觀察Z軸(zhou)的(de)(de)運(yun)(yun)動(dong)(dong)情況。在單向運(yun)(yun)動(dong)(dong)保(bao)持(chi)正(zheng)常后作為(wei)起始點的(de)(de)正(zheng)向運(yun)(yun)動(dong)(dong)，脈沖器每變化一步(bu)，機(ji)床(chuang)Z軸(zhou)運(yun)(yun)動(dong)(dong)的(de)(de)實(shi)際(ji)距(ju)離(li)(li)d=d1=d2=d3=…=0.1mm，說明(ming)電機(ji)運(yun)(yun)行良(liang)好(hao)，定位精(jing)度(du)也良(liang)好(hao)。而返回機(ji)床(chuang)實(shi)際(ji)運(yun)(yun)動(dong)(dong)位移的(de)(de)變化上(shang)，可(ke)以分為(wei)四(si)個(ge)階(jie)段：（1）機(ji)床(chuang)運(yun)(yun)動(dong)(dong)距(ju)離(li)(li)d1>d=0.1mm（斜率大(da)于(yu)1）；（2）表(biao)現出(chu)(chu)為(wei)d1=0.1mm>d2>d3（斜率小(xiao)于(yu)1）；（3）機(ji)床(chuang)機(ji)構實(shi)際(ji)沒移動(dong)(dong)，表(biao)現出(chu)(chu)最標準的(de)(de)反向間隙；（4）機(ji)床(chuang)運(yun)(yun)動(dong)(dong)距(ju)離(li)(li)與脈沖器經定數值相等（斜率等于(yu)1），恢復到機(ji)床(chuang)的(de)(de)正(zheng)常運(yun)(yun)動(dong)(dong)。無(wu)論怎樣對反向間隙進行補償(chang)(chang)，其表(biao)現出(chu)(chu)的(de)(de)特征是(shi)：除了（3）階(jie)段補償(chang)(chang)外(wai)，其他各段變化依然存(cun)在，特別是(shi)（1）階(jie)段嚴重影(ying)響到機(ji)床(chuang)的(de)(de)加工精(jing)度(du)。補償(chang)(chang)中發(fa)現，間隙補償(chang)(chang)越大(da)，（1）階(jie)段移動(dong)(dong)的(de)(de)距(ju)離(li)(li)也越大(da)。
分(fen)析(xi)上(shang)述檢查認為存在幾點可能原因(yin)：一(yi)(yi)是(shi)電(dian)機(ji)有(you)異(yi)常，二是(shi)機(ji)械方(fang)面有(you)故(gu)障，三是(shi)絲(si)杠存在間隙。為了(le)進一(yi)(yi)步診(zhen)斷(duan)故(gu)障，將電(dian)機(ji)和絲(si)杠完(wan)全脫(tuo)開(kai)，分(fen)別對電(dian)機(ji)和機(ji)械部(bu)分(fen)進行檢查。檢查結(jie)果是(shi)電(dian)機(ji)運行正常；在對機(ji)械部(bu)分(fen)診(zhen)斷(duan)中(zhong)發現，用(yong)手(shou)盤(pan)動(dong)絲(si)杠時(shi)，返回運動(dong)初始有(you)很大的(de)(de)空缺感。而(er)正常情況下，應(ying)該能感覺到軸承有(you)序(xu)而(er)平滑(hua)的(de)(de)移動(dong)。
故障處理：經過拆卸(xie)檢查發現該軸承確實受損，且有滾珠脫落。更換后機床恢復正常。
2.控制邏輯不妥(tuo)導致(zhi)加工精度異常
故障(zhang)現象：一臺上海機床廠家生(sheng)產的加工中心，系(xi)統是(shi)Frank.加工過程(cheng)中(zhong)，發(fa)現(xian)(xian)該(gai)機床X軸(zhou)精度(du)(du)異常，精度(du)(du)誤(wu)差(cha)最小為(wei)(wei)0.008mm，最大(da)為(wei)(wei)1.2mm.故(gu)障(zhang)診(zhen)斷：檢查中(zhong)，機床已經按(an)照要求設(she)置了G54工件坐(zuo)(zuo)標系(xi)。在(zai)手動(dong)(dong)(dong)輸入數(shu)據方(fang)(fang)(fang)式(shi)操(cao)作下，以G54坐(zuo)(zuo)標系(xi)運行(xing)一段程(cheng)序即“GOOG90G54X60.OY70.OF150；M30；”，待(dai)機床運行(xing)結束后顯(xian)示(shi)器上(shang)顯(xian)示(shi)的(de)機械(xie)坐(zuo)(zuo)標值(zhi)(zhi)(zhi)為(wei)(wei)（X軸(zhou)）“-1025.243”，記錄下該(gai)數(shu)值(zhi)(zhi)(zhi)。然后在(zai)手動(dong)(dong)(dong)方(fang)(fang)(fang)式(shi)下，將機床點(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)到其(qi)他(ta)任意位置，再次(ci)(ci)在(zai)手動(dong)(dong)(dong)輸入數(shu)據方(fang)(fang)(fang)式(shi)操(cao)作下運行(xing)剛才(cai)的(de)程(cheng)序段，待(dai)機床停止后，發(fa)現(xian)(xian)此(ci)時(shi)機床坐(zuo)(zuo)標數(shu)值(zhi)(zhi)(zhi)顯(xian)示(shi)為(wei)(wei)“-1024.891”，同(tong)(tong)上(shang)一次(ci)(ci)執行(xing)后的(de)數(shu)值(zhi)(zhi)(zhi)比較相差(cha)了0.352mm.按(an)照同(tong)(tong)樣的(de)方(fang)(fang)(fang)法，將X軸(zhou)點(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)移動(dong)(dong)(dong)到不同(tong)(tong)的(de)位置，反(fan)復執行(xing)該(gai)程(cheng)序段，而(er)顯(xian)示(shi)器上(shang)顯(xian)示(shi)的(de)數(shu)值(zhi)(zhi)(zhi)都有所不同(tong)(tong)（不穩定(ding)）。用(yong)百分表對X軸(zhou)進行(xing)仔細檢查，發(fa)現(xian)(xian)機械(xie)位置實際誤(wu)差(cha)同(tong)(tong)數(shu)字顯(xian)示(shi)出(chu)來(lai)的(de)誤(wu)差(cha)基本一致，從而(er)認為(wei)(wei)故(gu)障(zhang)原因為(wei)(wei)X軸(zhou)重復定(ding)位誤(wu)差(cha)過大(da)。對X軸(zhou)的(de)反(fan)向間(jian)隙及定(ding)位精度(du)(du)進行(xing)檢查，重新補償其(qi)誤(wu)差(cha)值(zhi)(zhi)(zhi)，結果起不到任何(he)作用(yong)。因此(ci)懷疑(yi)光柵(zha)尺及系(xi)統參數(shu)等有問(wen)題(ti)。但為(wei)(wei)什么產生(sheng)如此(ci)大(da)的(de)誤(wu)差(cha)，卻又未出(chu)現(xian)(xian)相應(ying)的(de)報警信息進一步檢查發(fa)現(xian)(xian)，此(ci)軸(zhou)為(wei)(wei)垂直(zhi)方(fang)(fang)(fang)向的(de)軸(zhou)，當X軸(zhou)松(song)開時(shi)主軸箱向下掉，造成了誤差。
故障處理(li)：對機床(chuang)的PLC邏輯控制程序做了修改，即(ji)在(zai)X軸松開(kai)時，先把(ba)X軸使能加載，再(zai)把(ba)X軸松開(kai)；而在(zai)X軸夾(jia)(jia)緊(jin)時，先把(ba)X軸夾(jia)(jia)緊(jin)后(hou)，再(zai)把(ba)使能去掉。調(diao)整后(hou)機床故(gu)障得以解決。
3.機床位置問(wen)題導致加工精度(du)異常
故障(zhang)現象：一臺杭州產的立式數控銑床，配備北京KND-10M系統。在點動或(huo)加工(gong)過(guo)程中，發現Z軸異(yi)常。
故(gu)障診(zhen)斷：檢查(cha)發(fa)(fa)現(xian)，Z軸(zhou)上(shang)下(xia)(xia)(xia)移動(dong)(dong)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)均(jun)(jun)勻且(qie)有噪(zao)聲(sheng)，且(qie)存在(zai)一(yi)定間隙(xi)。電(dian)機(ji)啟動(dong)(dong)時(shi)(shi)，在(zai)點動(dong)(dong)方式下(xia)(xia)(xia)Z軸(zhou)向上(shang)運(yun)動(dong)(dong)存在(zai)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)穩(wen)定的(de)(de)(de)噪(zao)聲(sheng)及受力不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)均(jun)(jun)勻，且(qie)感覺(jue)電(dian)機(ji)抖動(dong)(dong)比(bi)較厲(li)害；而向下(xia)(xia)(xia)運(yun)動(dong)(dong)時(shi)(shi)，就沒(mei)有抖動(dong)(dong)得(de)(de)這(zhe)么(me)明(ming)顯；停(ting)止時(shi)(shi)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)抖動(dong)(dong)，在(zai)加工(gong)(gong)過程(cheng)中(zhong)表現(xian)得(de)(de)比(bi)較明(ming)顯。分析認為，故(gu)障原(yuan)因有三(san)點：一(yi)是絲杠反(fan)向間隙(xi)很(hen)大；二是Z軸(zhou)電(dian)機(ji)工(gong)(gong)作異(yi)(yi)常(chang)(chang)；三(san)是皮帶(dai)輪(lun)受損至受力不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)均(jun)(jun)。但有一(yi)個問(wen)題要注意的(de)(de)(de)是，停(ting)止時(shi)(shi)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)抖動(dong)(dong)，上(shang)下(xia)(xia)(xia)運(yun)動(dong)(dong)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)均(jun)(jun)勻，所以電(dian)機(ji)工(gong)(gong)作異(yi)(yi)常(chang)(chang)這(zhe)個問(wen)題可以排除(chu)。因此先(xian)對(dui)機(ji)械(xie)部分診(zhen)斷，在(zai)診(zhen)斷測試過程(cheng)中(zhong)沒(mei)有發(fa)(fa)現(xian)異(yi)(yi)常(chang)(chang)，在(zai)公差之內。利(li)用排除(chu)法(fa)則，余下(xia)(xia)(xia)的(de)(de)(de)只(zhi)有皮帶(dai)問(wen)題了，在(zai)檢測皮帶(dai)時(shi)(shi)，發(fa)(fa)覺(jue)這(zhe)條(tiao)皮帶(dai)剛換(huan)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)久，但在(zai)細心檢測皮帶(dai)時(shi)(shi)，發(fa)(fa)現(xian)皮帶(dai)內側出(chu)現(xian)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)同程(cheng)度的(de)(de)(de)受損，很(hen)明(ming)顯是受力不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)均(jun)(jun)所至，是什么(me)原(yuan)因造成的(de)(de)(de)呢在(zai)診(zhen)斷中(zhong)發(fa)(fa)現(xian)電(dian)機(ji)放置(zhi)有問(wen)題，即裝夾的(de)(de)(de)角度位(wei)置(zhi)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)對(dui)稱(cheng)造成受力不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)均(jun)(jun)。
故(gu)障處理(li)：只要將電(dian)機(ji)重裝(zhuang)，對準角度(du)(du)，測量好(hao)距離（電(dian)機(ji)與(yu)Z軸的(de)軸承），皮帶兩邊(bian)（長度(du)(du)）要均勻。這樣(yang)，Z軸上下移動(dong)不均勻且有噪聲及抖動(dong)現象就(jiu)消除(chu)了，Z軸加工恢復(fu)正常。
4.系統參(can)數未優化，電機運行異常(chang)
導致加(jia)(jia)工精度(du)異常系統參數主要包括機(ji)床進(jin)給單(dan)位，零(ling)點偏(pian)置，反(fan)向間(jian)隙等。例如Frank數控系統，其進(jin)給單(dan)位有公(gong)制和英(ying)制兩種。在機(ji)床修(xiu)(xiu)理過(guo)程中對于(yu)局(ju)部處理，常常影響到零(ling)點偏(pian)置和間(jian)隙的(de)(de)變化(hua)，故障處理完(wan)畢(bi)后(hou)應作適(shi)時的(de)(de)調整和修(xiu)(xiu)改；另一方面(mian)，由于(yu)機(ji)械磨損嚴重或連接(jie)位松動也(ye)可能造(zao)成參數實(shi)測值的(de)(de)變化(hua)，需(xu)要對參數做相(xiang)應的(de)(de)修(xiu)(xiu)改才能滿足(zu)機(ji)床加(jia)(jia)工精度(du)的(de)(de)要求(qiu)。
故(gu)障現象：一(yi)臺杭州(zhou)產的(de)立式數控銑床，配備北京KND-10M系統(tong)。在加(jia)工過程中，發(fa)現X軸精度異常。
故障診斷：檢查發現X軸存(cun)在一定間隙，且電機啟動(dong)(dong)時存(cun)在不(bu)穩(wen)定的現象。用手觸摸X軸電機時感覺電機拉(la)動(dong)(dong)比較(jiao)(jiao)厲(li)害，停(ting)止時拉(la)動(dong)(dong)不(bu)明(ming)顯，尤其是(shi)點(dian)動(dong)(dong)方式下比較(jiao)(jiao)明(ming)顯。分析(xi)認為(wei)，故障原因(yin)有兩點(dian)：一是(shi)絲杠反間隙很大(da)；二(er)是(shi)X軸電機工作異常。
故障處理：利用KND-10M系統(tong)(tong)的(de)參數功能(neng)，對電(dian)機進(jin)行(xing)調試。首先(xian)對存在的(de)間隙(xi)進(jin)行(xing)補(bu)償，再調整伺(si)服系統(tong)(tong)參數及(ji)脈沖抑制功能(neng)參數，X軸電(dian)機的(de)抖動消除，機床加工精度恢復正常。 |
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