| 淺析數控機床加工精度降低的原因 |
造成加工(gong)精度異常故障的原因隱(yin)蔽性強，診(zhen)斷難(nan)度比較大，歸(gui)納出五(wu)個主要原因：機床進給(gei)單位被改動或(huo)變化；機床各個軸的零點(dian)偏置異常；軸向的反(fan)向間隙異常；電機運行狀態異常，即電氣(qi)及控制部分(fen)異常；機械故(gu)障，如絲杠，軸承，軸聯(lian)器等部件。另外加(jia)工程(cheng)序的編(bian)制，刀具的選擇及人為因素，也(ye)可能導致加工精度異(yi)常。
一、造成加工精度異常故障的原因
造成加(jia)工(gong)(gong)精度(du)異(yi)常(chang)(chang)故障(zhang)的(de)原因隱蔽性(xing)強，診斷難度(du)比較大，歸(gui)納(na)出(chu)五個主要原因：機床(chuang)進給單(dan)位被改(gai)動或(huo)變化；機床(chuang)各個軸的(de)零點(dian)偏(pian)置異(yi)常(chang)(chang)；軸向(xiang)(xiang)的(de)反向(xiang)(xiang)間隙異(yi)常(chang)(chang)；電機運行狀(zhuang)態異(yi)常(chang)(chang)，即電氣(qi)及(ji)控制部分異(yi)常(chang)(chang)；機械故障(zhang)，如絲杠，軸承(cheng)，軸聯器等部件。另外加(jia)工(gong)(gong)程序的(de)編(bian)制，刀具的(de)選(xuan)擇及(ji)人為因素，也可(ke)能導致加(jia)工(gong)(gong)精度(du)異(yi)常(chang)(chang)。
二、數控機床故障診斷原則
1.先外部后內部數控機床(chuang)是集(ji)機械，液壓(ya)，電氣為(wei)一體的(de)機床(chuang)，故其(qi)故障的(de)發生也(ye)會由這三者綜合(he)反映出來。維(wei)修人(ren)員應先由外向內逐一進行排查，盡(jin)量避(bi)免隨意地啟封，拆卸，否(fou)則會擴大故障，使機床(chuang)喪(sang)失精度，降低(di)性能(neng)。
2.先機械后電(dian)氣(qi)一般來說，機械故障較(jiao)易(yi)發覺(jue)，而數控系統故障的診(zhen)斷則難度較(jiao)大些(xie)。在故障檢修之前，首先注意排除機械性的故障，往(wang)往(wang)可達到事半功(gong)倍的效果。
3.先(xian)靜后動(dong)先(xian)在(zai)機(ji)床斷電(dian)的(de)靜止(zhi)狀(zhuang)態(tai)(tai)下，通(tong)過了解(jie)，觀察(cha)(cha)，測試(shi)，分析，確(que)認為非破(po)壞性(xing)故(gu)障后，方可給機(ji)床通(tong)電(dian)；在(zai)運行(xing)工(gong)況下，進行(xing)動(dong)態(tai)(tai)的(de)觀察(cha)(cha)，檢驗和測試(shi)，查(cha)找故(gu)障。而對破(po)壞性(xing)故(gu)障，必須先(xian)排(pai)除危險后，方可通(tong)電(dian)。
4.先簡單后(hou)復雜當出現多種故障互相交織掩蓋(gai)，一時無從下手時，應先解(jie)(jie)決容易的問題，后(hou)解(jie)(jie)決難度(du)較大的問題。往(wang)往(wang)簡單問題解(jie)(jie)決后(hou)，難度(du)大的問題也可能變得容易。
三、數控機床故障診斷方法
1.直(zhi)觀法：（望聞(wen)問(wen)切）問(wen)-機床的故障現(xian)象，加工(gong)狀況等(deng)；看-CRT報警(jing)信(xin)息，報警(jing)指示(shi)燈，電容器等(deng)元(yuan)件(jian)變形煙熏燒焦，保(bao)護器脫(tuo)扣(kou)等(deng)；聽-異常(chang)聲(sheng)響；聞(wen)-電氣元(yuan)件(jian)焦糊(hu)味(wei)及其它異味；摸-發熱，振動(dong)，接觸不良等。
2.參(can)(can)數檢查法：參(can)(can)數通常是存放(fang)在RAM中，有(you)時(shi)電(dian)池電(dian)壓不足，系統長期不通電(dian)或外部干擾都會使參(can)(can)數丟(diu)失或混亂(luan)，應根(gen)據故(gu)障(zhang)特征，檢查和(he)校對有(you)關參(can)(can)數。
3.隔離法(fa)：一些(xie)故障，難以區分是(shi)數控(kong)部分，還是(shi)伺服系統或機械部分造成的，常(chang)采用隔離法。
4.同(tong)(tong)類對調(diao)法用(yong)同(tong)(tong)功能(neng)的(de)備用(yong)板替換被懷疑有故障(zhang)的(de)模(mo)板，或將功能(neng)相同(tong)(tong)的(de)模(mo)板或單元相互交換。
5.功(gong)能程(cheng)(cheng)序(xu)測(ce)試(shi)法將G，M，S，T，功(gong)能的(de)全部指令編(bian)寫一(yi)些(xie)小程(cheng)(cheng)序(xu)，在(zai)診(zhen)斷故障(zhang)時運行這些(xie)程(cheng)(cheng)序(xu)，即可(ke)判斷功(gong)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(zhi)加工(gong)精度(du)異常
故障現(xian)象(xiang)：一臺SV-1000立式加工中心，采(cai)用Frank系統。在(zai)加工連桿(gan)模具過程中，忽然發現Z軸進給異(yi)常，造成至少1mm的(de)切削誤差量（Z方向(xiang)過切）。
故(gu)障(zhang)診(zhen)斷：調查(cha)中了(le)解到，故(gu)障(zhang)是(shi)忽然發生的。機(ji)床在點動(dong)，在手動(dong)輸入數(shu)據方式操作下各個軸運行正(zheng)常(chang)(chang)，且回參(can)考點正(zheng)常(chang)(chang)，無任(ren)何(he)報警提示，電氣(qi)控制(zhi)部分硬故(gu)障(zhang)的可能性排除(chu)。應主要對以下幾個方面逐一進行檢查(cha)。
檢查機床精度(du)異常時正(zheng)在運(yun)行的加工程序段(duan)，特別是刀具長度(du)補償，加工坐標(biao)系（G54-G59）的校對和計算。
在點動(dong)(dong)方式下(xia)，反復運動(dong)(dong)Z軸，經過視，觸，聽(ting)，對其運動(dong)(dong)狀態診(zhen)斷，發現Z向(xiang)運動(dong)(dong)噪音異常，特(te)別是快速點動(dong)(dong)，噪音更加明(ming)顯。由(you)此判斷，機械方面可能存在隱(yin)患。
檢查(cha)機(ji)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(bian)化(hua)一步，電機(ji)進(jin)給0.1mm），配合百分表觀察Z軸的(de)運動(dong)(dong)情況。在單向(xiang)(xiang)運動(dong)(dong)保持(chi)正常后作為起始點的(de)正向(xiang)(xiang)運動(dong)(dong)，脈(mo)沖(chong)器每變化(hua)一(yi)步，機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)Z軸運動(dong)(dong)的(de)實(shi)際距(ju)離(li)(li)d=d1=d2=d3=…=0.1mm，說(shuo)明電機(ji)(ji)運行良(liang)好，定位精(jing)度也良(liang)好。而返(fan)回機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)實(shi)際運動(dong)(dong)位移的(de)變化(hua)上，可以分為四(si)個階(jie)段(duan)(duan)：（1）機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)運動(dong)(dong)距(ju)離(li)(li)d1>d=0.1mm（斜率(lv)大于(yu)(yu)1）；（2）表現(xian)出(chu)為d1=0.1mm>d2>d3（斜率(lv)小于(yu)(yu)1）；（3）機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)機(ji)(ji)構實(shi)際沒移動(dong)(dong)，表現(xian)出(chu)最標準的(de)反向(xiang)(xiang)間隙；（4）機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)運動(dong)(dong)距(ju)離(li)(li)與脈(mo)沖(chong)器經定數值相等（斜率(lv)等于(yu)(yu)1），恢復到機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)的(de)正常運動(dong)(dong)。無論(lun)怎樣對反向(xiang)(xiang)間隙進行補(bu)償，其表現(xian)出(chu)的(de)特征是(shi)：除(chu)了（3）階(jie)段(duan)(duan)補(bu)償外，其他(ta)各(ge)段(duan)(duan)變化(hua)依(yi)然存在，特別是(shi)（1）階(jie)段(duan)(duan)嚴重(zhong)影響到機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)的(de)加工精(jing)度。補(bu)償中發現(xian)，間隙補(bu)償越(yue)(yue)大，（1）階(jie)段(duan)(duan)移動(dong)(dong)的(de)距(ju)離(li)(li)也越(yue)(yue)大。
分(fen)(fen)析上述(shu)檢(jian)查(cha)認為(wei)存在幾點可能原(yuan)因(yin)：一是(shi)電(dian)機(ji)(ji)(ji)有異常(chang)，二是(shi)機(ji)(ji)(ji)械方面有故(gu)障，三(san)是(shi)絲杠(gang)存在間隙。為(wei)了進一步診斷(duan)故(gu)障，將電(dian)機(ji)(ji)(ji)和(he)(he)絲杠(gang)完全脫開(kai)，分(fen)(fen)別對電(dian)機(ji)(ji)(ji)和(he)(he)機(ji)(ji)(ji)械部分(fen)(fen)進行檢(jian)查(cha)。檢(jian)查(cha)結(jie)果是(shi)電(dian)機(ji)(ji)(ji)運行正常(chang)；在對機(ji)(ji)(ji)械部分(fen)(fen)診斷(duan)中發現，用手盤動(dong)絲杠(gang)時(shi)，返回(hui)運動(dong)初始有很大的空缺感。而(er)正常(chang)情況下，應該能感覺(jue)到(dao)軸(zhou)承有序而(er)平滑(hua)的移動(dong)。
故(gu)障處理：經過(guo)拆(chai)卸檢查(cha)發現該(gai)軸承確(que)實受損，且有滾珠脫(tuo)落(luo)。更(geng)換后機床(chuang)恢(hui)復正常。
2.控制(zhi)邏(luo)輯(ji)不(bu)妥導(dao)致加(jia)工精度異(yi)常
故(gu)障現象：一臺上海機(ji)床廠家生(sheng)產(chan)的加工中心，系(xi)(xi)統是Frank.加工(gong)過程中，發(fa)(fa)(fa)現該(gai)機(ji)(ji)(ji)(ji)床X軸(zhou)精(jing)度(du)異(yi)常，精(jing)度(du)誤(wu)差(cha)最(zui)小為(wei)(wei)(wei)0.008mm，最(zui)大為(wei)(wei)(wei)1.2mm.故障診斷：檢(jian)查中，機(ji)(ji)(ji)(ji)床已經按(an)(an)照要求(qiu)設置(zhi)了(le)G54工(gong)件坐標系(xi)(xi)。在手(shou)動(dong)輸入數(shu)據方式操(cao)作下，以G54坐標系(xi)(xi)運(yun)行一段程序即“GOOG90G54X60.OY70.OF150；M30；”，待(dai)機(ji)(ji)(ji)(ji)床運(yun)行結(jie)束后(hou)(hou)顯(xian)示(shi)器上顯(xian)示(shi)的(de)機(ji)(ji)(ji)(ji)械(xie)坐標值(zhi)(zhi)(zhi)為(wei)(wei)(wei)（X軸(zhou)）“-1025.243”，記錄下該(gai)數(shu)值(zhi)(zhi)(zhi)。然(ran)后(hou)(hou)在手(shou)動(dong)方式下，將機(ji)(ji)(ji)(ji)床點動(dong)到其他任意(yi)位(wei)置(zhi)，再次在手(shou)動(dong)輸入數(shu)據方式操(cao)作下運(yun)行剛才的(de)程序段，待(dai)機(ji)(ji)(ji)(ji)床停止后(hou)(hou)，發(fa)(fa)(fa)現此時機(ji)(ji)(ji)(ji)床坐標數(shu)值(zhi)(zhi)(zhi)顯(xian)示(shi)為(wei)(wei)(wei)“-1024.891”，同(tong)(tong)上一次執行后(hou)(hou)的(de)數(shu)值(zhi)(zhi)(zhi)比(bi)較相差(cha)了(le)0.352mm.按(an)(an)照同(tong)(tong)樣的(de)方法(fa)，將X軸(zhou)點動(dong)移(yi)動(dong)到不同(tong)(tong)的(de)位(wei)置(zhi)，反(fan)復執行該(gai)程序段，而顯(xian)示(shi)器上顯(xian)示(shi)的(de)數(shu)值(zhi)(zhi)(zhi)都(dou)有所不同(tong)(tong)（不穩定(ding)）。用百分(fen)表對X軸(zhou)進(jin)行仔細檢(jian)查，發(fa)(fa)(fa)現機(ji)(ji)(ji)(ji)械(xie)位(wei)置(zhi)實(shi)際誤(wu)差(cha)同(tong)(tong)數(shu)字顯(xian)示(shi)出來(lai)的(de)誤(wu)差(cha)基本一致，從而認為(wei)(wei)(wei)故障原因為(wei)(wei)(wei)X軸(zhou)重復定(ding)位(wei)誤(wu)差(cha)過大。對X軸(zhou)的(de)反(fan)向(xiang)間隙及定(ding)位(wei)精(jing)度(du)進(jin)行檢(jian)查，重新補(bu)償(chang)其誤(wu)差(cha)值(zhi)(zhi)(zhi)，結(jie)果起不到任何作用。因此懷疑(yi)光柵尺及系(xi)(xi)統參數(shu)等有問題。但為(wei)(wei)(wei)什么產生如此大的(de)誤(wu)差(cha)，卻又(you)未出現相應的(de)報警信息進(jin)一步檢(jian)查發(fa)(fa)(fa)現，此軸(zhou)為(wei)(wei)(wei)垂(chui)直方向(xiang)的(de)軸(zhou)，當X軸(zhou)松開時主軸箱向下掉，造成了誤差。
故障處理：對機(ji)床的PLC邏輯(ji)控制程序做了修改，即在X軸松開時，先把(ba)X軸使(shi)能加載，再把(ba)X軸松開；而在X軸夾(jia)緊(jin)時，先把(ba)X軸夾(jia)緊(jin)后(hou)，再把(ba)使(shi)能去掉。調整后(hou)機床故障得以解決。
3.機(ji)床位置問題導致加工精度(du)異常(chang)
故障現(xian)象：一臺杭州產的立式數(shu)控銑床，配備北京KND-10M系(xi)統。在點動(dong)或(huo)加(jia)工過程中，發現(xian)Z軸異(yi)常(chang)。
故障診斷：檢查(cha)發現(xian)(xian)，Z軸(zhou)(zhou)(zhou)上下(xia)(xia)(xia)移動(dong)不均(jun)(jun)勻(yun)且有(you)噪(zao)聲(sheng)(sheng)，且存在(zai)一定間隙。電(dian)機(ji)啟動(dong)時(shi)(shi)，在(zai)點動(dong)方式下(xia)(xia)(xia)Z軸(zhou)(zhou)(zhou)向(xiang)上運動(dong)存在(zai)不穩定的(de)(de)噪(zao)聲(sheng)(sheng)及受力(li)不均(jun)(jun)勻(yun)，且感覺電(dian)機(ji)抖(dou)動(dong)比較(jiao)厲(li)害；而(er)向(xiang)下(xia)(xia)(xia)運動(dong)時(shi)(shi)，就沒有(you)抖(dou)動(dong)得(de)這(zhe)么(me)明顯(xian)(xian)；停止(zhi)時(shi)(shi)不抖(dou)動(dong)，在(zai)加工過(guo)程(cheng)(cheng)中表現(xian)(xian)得(de)比較(jiao)明顯(xian)(xian)。分析(xi)認為，故障原(yuan)因(yin)有(you)三點：一是絲杠反向(xiang)間隙很(hen)大；二是Z軸(zhou)(zhou)(zhou)電(dian)機(ji)工作異常(chang)；三是皮帶(dai)(dai)輪受損(sun)至受力(li)不均(jun)(jun)。但有(you)一個問題要注意的(de)(de)是，停止(zhi)時(shi)(shi)不抖(dou)動(dong)，上下(xia)(xia)(xia)運動(dong)不均(jun)(jun)勻(yun)，所以電(dian)機(ji)工作異常(chang)這(zhe)個問題可以排除(chu)。因(yin)此先對(dui)機(ji)械部(bu)分診斷，在(zai)診斷測(ce)試過(guo)程(cheng)(cheng)中沒有(you)發現(xian)(xian)異常(chang)，在(zai)公差之(zhi)內(nei)。利用排除(chu)法(fa)則，余下(xia)(xia)(xia)的(de)(de)只(zhi)有(you)皮帶(dai)(dai)問題了，在(zai)檢測(ce)皮帶(dai)(dai)時(shi)(shi)，發覺這(zhe)條皮帶(dai)(dai)剛換不久，但在(zai)細心(xin)檢測(ce)皮帶(dai)(dai)時(shi)(shi)，發現(xian)(xian)皮帶(dai)(dai)內(nei)側出現(xian)(xian)不同程(cheng)(cheng)度的(de)(de)受損(sun)，很(hen)明顯(xian)(xian)是受力(li)不均(jun)(jun)所至，是什么(me)原(yuan)因(yin)造(zao)成(cheng)的(de)(de)呢在(zai)診斷中發現(xian)(xian)電(dian)機(ji)放置有(you)問題，即裝夾的(de)(de)角度位(wei)置不對(dui)稱(cheng)造(zao)成(cheng)受力(li)不均(jun)(jun)。
故障處理(li)：只要(yao)將(jiang)電機重裝，對準(zhun)角度，測(ce)量好(hao)距離（電機與Z軸(zhou)的軸(zhou)承），皮(pi)帶兩(liang)邊（長度）要(yao)均勻。這(zhe)樣(yang)，Z軸(zhou)上下移(yi)動不均勻且有(you)噪聲及抖動現象就消除了，Z軸(zhou)加工恢復(fu)正(zheng)常(chang)。
4.系統參數未優化(hua)，電機運行異常
導致加(jia)工精度異常(chang)(chang)系(xi)(xi)統(tong)參數(shu)(shu)主要(yao)包括機(ji)(ji)床進給(gei)單(dan)位(wei)，零(ling)點偏置(zhi)，反(fan)向(xiang)間(jian)隙等(deng)。例如Frank數(shu)(shu)控系(xi)(xi)統(tong)，其進給(gei)單(dan)位(wei)有公(gong)制和英(ying)制兩種。在機(ji)(ji)床修(xiu)理過程中對于(yu)局(ju)部處(chu)理，常(chang)(chang)常(chang)(chang)影(ying)響到零(ling)點偏置(zhi)和間(jian)隙的變化，故(gu)障處(chu)理完畢后應作適時(shi)的調整(zheng)和修(xiu)改；另一方(fang)面，由于(yu)機(ji)(ji)械磨損嚴重或連接位(wei)松動也可能(neng)造成參數(shu)(shu)實測值的變化，需要(yao)對參數(shu)(shu)做相應的修(xiu)改才能(neng)滿足機(ji)(ji)床加(jia)工精度的要(yao)求。
故(gu)障現(xian)象(xiang)：一臺杭州產(chan)的立式數控(kong)銑床，配備北(bei)京KND-10M系統。在加工(gong)過程(cheng)中，發現(xian)X軸(zhou)精度異常。
故障(zhang)診斷(duan)：檢查發(fa)現(xian)X軸(zhou)存(cun)在(zai)一(yi)定間(jian)隙，且電機(ji)啟(qi)動(dong)(dong)時(shi)(shi)存(cun)在(zai)不(bu)穩定的現(xian)象。用手觸(chu)摸(mo)X軸(zhou)電機(ji)時(shi)(shi)感(gan)覺電機(ji)拉(la)動(dong)(dong)比(bi)較(jiao)厲害，停止時(shi)(shi)拉(la)動(dong)(dong)不(bu)明顯(xian)(xian)，尤(you)其是(shi)(shi)(shi)點(dian)動(dong)(dong)方式(shi)下(xia)比(bi)較(jiao)明顯(xian)(xian)。分析認為，故障(zhang)原因(yin)有兩點(dian)：一(yi)是(shi)(shi)(shi)絲杠反間(jian)隙很(hen)大；二是(shi)(shi)(shi)X軸(zhou)電機(ji)工作異常。
故障處(chu)理：利用KND-10M系統的(de)參(can)數(shu)功(gong)能(neng)，對電機(ji)(ji)進行(xing)調試。首先對存(cun)在的(de)間隙(xi)進行(xing)補償(chang)，再調整伺服系統參(can)數(shu)及脈沖抑制功(gong)能(neng)參(can)數(shu)，X軸電機(ji)(ji)的(de)抖動消(xiao)除，機(ji)(ji)床加工精度恢(hui)復正常。 |
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