| 淺析數控機床加工精度降低的原因 |
造成加工精度(du)異常故障的原(yuan)因隱(yin)蔽性強，診斷(duan)難度(du)比較(jiao)大，歸納出五個主要原(yuan)因：機床進給(gei)單位被改動(dong)或變化；機床各個軸的(de)零點偏(pian)置異(yi)常；軸向的(de)反向間隙異(yi)常；電(dian)機運行狀態異(yi)常，即電(dian)氣及控制部(bu)分異(yi)常；機械故障，如絲杠，軸承，軸聯器(qi)等(deng)部件。另外加工程序的編制(zhi)，刀具的選擇及人(ren)為因素，也可能導致(zhi)加工精度異常。
一、造成加工精度異常故障的原因
造成加(jia)工(gong)精度(du)異(yi)(yi)常故障的(de)(de)原因隱蔽性強，診斷難度(du)比較大，歸(gui)納出五個主要(yao)原因：機(ji)床進給單位被改動或變化；機(ji)床各個軸的(de)(de)零點(dian)偏置異(yi)(yi)常；軸向(xiang)的(de)(de)反向(xiang)間隙異(yi)(yi)常；電(dian)機(ji)運(yun)行狀態異(yi)(yi)常，即電(dian)氣及控制(zhi)部(bu)分(fen)異(yi)(yi)常；機(ji)械故障，如絲杠(gang)，軸承，軸聯器等部(bu)件。另(ling)外(wai)加(jia)工(gong)程序的(de)(de)編(bian)制(zhi)，刀具的(de)(de)選(xuan)擇及人為因素(su)，也(ye)可(ke)能導致加(jia)工(gong)精度(du)異(yi)(yi)常。
二、數控機床故障診斷原則
1.先外部后內(nei)部數(shu)控(kong)機床是(shi)集(ji)機械(xie)，液壓，電氣為一(yi)體(ti)的機床，故(gu)(gu)其(qi)故(gu)(gu)障(zhang)(zhang)的發生也(ye)會(hui)由這(zhe)三者(zhe)綜合反(fan)映出來。維修人員應先由外向(xiang)內(nei)逐一(yi)進行排查，盡量避免隨意(yi)地(di)啟封，拆(chai)卸(xie)，否則會(hui)擴(kuo)大故(gu)(gu)障(zhang)(zhang)，使機床喪失(shi)精度(du)，降(jiang)低(di)性(xing)能。
2.先機械后電氣一般來說，機械故障較(jiao)易發覺，而數控系統故(gu)障(zhang)的(de)診斷則難(nan)度(du)較大(da)些。在(zai)故(gu)障(zhang)檢(jian)修之前，首(shou)先注意排除機械性的(de)故(gu)障(zhang)，往往可達到事(shi)半功(gong)倍的(de)效果。
3.先靜后(hou)(hou)動(dong)先在機(ji)床斷電(dian)的(de)靜止狀態下(xia)，通(tong)過(guo)了解，觀察，測試，分析，確認為非(fei)破(po)壞(huai)性(xing)故障(zhang)后(hou)(hou)，方可給機(ji)床通(tong)電(dian)；在運行工況下(xia)，進行動(dong)態的(de)觀察，檢驗(yan)和測試，查找故障(zhang)。而(er)對破(po)壞(huai)性(xing)故障(zhang)，必須先排除危險(xian)后(hou)(hou)，方可通(tong)電(dian)。
4.先簡(jian)單(dan)后復雜當出(chu)現多種(zhong)故障互(hu)相交織掩蓋，一時無(wu)從下手時，應(ying)先解(jie)決(jue)容(rong)易(yi)的(de)問(wen)(wen)題(ti)，后解(jie)決(jue)難(nan)度(du)(du)較大(da)的(de)問(wen)(wen)題(ti)。往往簡(jian)單(dan)問(wen)(wen)題(ti)解(jie)決(jue)后，難(nan)度(du)(du)大(da)的(de)問(wen)(wen)題(ti)也可能變(bian)得容(rong)易(yi)。
三、數控機床故障診斷方法
1.直觀法：（望(wang)聞(wen)問(wen)切）問(wen)-機床的故障現(xian)象，加(jia)工狀況等(deng)；看-CRT報警(jing)信(xin)息，報警(jing)指示燈，電(dian)容(rong)器(qi)等(deng)元件(jian)變形煙熏燒焦(jiao)，保(bao)護器(qi)脫扣等(deng)；聽-異(yi)常聲響；聞(wen)-電(dian)氣元件(jian)焦(jiao)糊(hu)味及其它異味；摸-發熱，振動，接(jie)觸不良等。
2.參(can)數(shu)(shu)檢(jian)查法：參(can)數(shu)(shu)通(tong)常是存(cun)放在RAM中，有時電池電壓不(bu)足，系統長期不(bu)通(tong)電或外部干擾都會使參(can)數(shu)(shu)丟失或混亂，應根據故障特征，檢(jian)查和(he)校對有關參(can)數(shu)(shu)。
3.隔離法(fa)：一些故障，難以區(qu)分(fen)是數(shu)控部分(fen)，還是伺服系統或機械部(bu)分造成(cheng)的，常采用(yong)隔離(li)法。
4.同(tong)類對(dui)調法用同(tong)功(gong)能(neng)的(de)備用板(ban)替(ti)換被懷疑有故障(zhang)的(de)模板(ban)，或(huo)將功(gong)能(neng)相同(tong)的(de)模板(ban)或(huo)單元相互(hu)交換。
5.功能程(cheng)序(xu)測試法(fa)將G，M，S，T，功能的全部指令(ling)編(bian)寫一些小程(cheng)序(xu)，在診斷(duan)(duan)故障時運行(xing)這些程(cheng)序(xu)，即可判(pan)斷(duan)(duan)功能的缺失。
四、加工精度異常故障診斷和處理實例
1.機(ji)械(xie)故障(zhang)導致加工精度異常
故障(zhang)現象：一臺SV-1000立式加工中心，采用(yong)Frank系統。在加工連桿(gan)模具(ju)過程(cheng)中，忽(hu)然發現Z軸進給(gei)異常，造成至少1mm的切削誤(wu)差量（Z方向過切）。
故障診斷：調查中了解到，故障是(shi)忽(hu)然發生的(de)。機床在點動，在手動輸入數據方(fang)式操(cao)作下各個(ge)軸(zhou)運行正常(chang)，且(qie)回參(can)考點正常(chang)，無任何(he)報(bao)警提示，電氣控制部分硬故障的(de)可能(neng)性排(pai)除。應主要對以下幾(ji)個(ge)方(fang)面逐一進(jin)行檢查。
檢(jian)查機(ji)床(chuang)精(jing)度異常時正(zheng)在運行(xing)的加(jia)工程序段，特別是刀具長度補償，加(jia)工坐標系（G54-G59）的校對和計算(suan)。
在點(dian)動(dong)(dong)(dong)方式下，反復(fu)運(yun)動(dong)(dong)(dong)Z軸(zhou)，經過視，觸，聽，對其運(yun)動(dong)(dong)(dong)狀態診斷，發現Z向運(yun)動(dong)(dong)(dong)噪(zao)(zao)音異常，特別是(shi)快速點(dian)動(dong)(dong)(dong)，噪(zao)(zao)音更加明顯(xian)。由此判斷，機械方面(mian)可能存在隱患(huan)。
檢查(cha)機床Z軸(zhou)精度。用手搖脈(mo)沖(chong)發生(sheng)器移(yi)動(dong)Z軸(zhou)，（將其(qi)倍率(lv)定(ding)為(wei)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軸的(de)(de)(de)(de)運(yun)(yun)動(dong)(dong)情況。在單(dan)向運(yun)(yun)動(dong)(dong)保持正(zheng)常(chang)后作為(wei)(wei)起始(shi)點的(de)(de)(de)(de)正(zheng)向運(yun)(yun)動(dong)(dong)，脈(mo)沖器每變化(hua)一(yi)步，機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)Z軸運(yun)(yun)動(dong)(dong)的(de)(de)(de)(de)實際(ji)(ji)距離(li)d=d1=d2=d3=…=0.1mm，說明(ming)電機(ji)(ji)(ji)運(yun)(yun)行良好，定位精(jing)度(du)也良好。而返回機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)實際(ji)(ji)運(yun)(yun)動(dong)(dong)位移(yi)(yi)的(de)(de)(de)(de)變化(hua)上，可以(yi)分(fen)為(wei)(wei)四個(ge)階(jie)段(duan)(duan)：（1）機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)運(yun)(yun)動(dong)(dong)距離(li)d1>d=0.1mm（斜率大于1）；（2）表(biao)(biao)現出(chu)為(wei)(wei)d1=0.1mm>d2>d3（斜率小于1）；（3）機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)機(ji)(ji)(ji)構(gou)實際(ji)(ji)沒移(yi)(yi)動(dong)(dong)，表(biao)(biao)現出(chu)最標準的(de)(de)(de)(de)反(fan)向間(jian)隙；（4）機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)運(yun)(yun)動(dong)(dong)距離(li)與脈(mo)沖器經定數值相等（斜率等于1），恢(hui)復(fu)到(dao)機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)的(de)(de)(de)(de)正(zheng)常(chang)運(yun)(yun)動(dong)(dong)。無論怎樣對反(fan)向間(jian)隙進行補償(chang)，其表(biao)(biao)現出(chu)的(de)(de)(de)(de)特征是(shi)(shi)：除了(le)（3）階(jie)段(duan)(duan)補償(chang)外，其他各段(duan)(duan)變化(hua)依然存在，特別(bie)是(shi)(shi)（1）階(jie)段(duan)(duan)嚴重影響到(dao)機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)的(de)(de)(de)(de)加工精(jing)度(du)。補償(chang)中(zhong)發(fa)現，間(jian)隙補償(chang)越(yue)大，（1）階(jie)段(duan)(duan)移(yi)(yi)動(dong)(dong)的(de)(de)(de)(de)距離(li)也越(yue)大。
分(fen)析上述檢查(cha)認為存(cun)在幾(ji)點可能原因：一(yi)是電(dian)機(ji)有(you)異常，二是機(ji)械(xie)(xie)方(fang)面有(you)故(gu)障(zhang)，三是絲(si)杠存(cun)在間隙(xi)。為了進一(yi)步診斷故(gu)障(zhang)，將電(dian)機(ji)和(he)絲(si)杠完全脫開(kai)，分(fen)別對電(dian)機(ji)和(he)機(ji)械(xie)(xie)部分(fen)進行檢查(cha)。檢查(cha)結(jie)果是電(dian)機(ji)運(yun)行正(zheng)常；在對機(ji)械(xie)(xie)部分(fen)診斷中發現，用(yong)手盤動(dong)(dong)絲(si)杠時，返回運(yun)動(dong)(dong)初始有(you)很大(da)的空缺感。而正(zheng)常情況下，應該(gai)能感覺到軸承有(you)序(xu)而平滑的移動(dong)(dong)。
故障(zhang)處理：經過拆卸檢查發現該軸承確實受損，且有滾(gun)珠(zhu)脫落。更(geng)換后機(ji)床恢復(fu)正常。
2.控制邏輯不妥(tuo)導(dao)致加工精度異常(chang)
故(gu)障現象：一(yi)臺(tai)上(shang)海機床廠家生產(chan)的加工中心，系(xi)(xi)統是Frank.加工(gong)過程(cheng)中(zhong)，發(fa)現(xian)該(gai)機(ji)(ji)床X軸(zhou)精度異常(chang)，精度誤差(cha)最小(xiao)為(wei)(wei)0.008mm，最大(da)為(wei)(wei)1.2mm.故(gu)障診斷：檢(jian)(jian)查(cha)中(zhong)，機(ji)(ji)床已經(jing)按(an)照(zhao)要求設(she)置(zhi)了G54工(gong)件坐(zuo)標(biao)系(xi)(xi)。在(zai)(zai)手動輸入數(shu)(shu)(shu)據方(fang)式操作下，以G54坐(zuo)標(biao)系(xi)(xi)運(yun)行(xing)一(yi)段程(cheng)序即“GOOG90G54X60.OY70.OF150；M30；”，待機(ji)(ji)床運(yun)行(xing)結束后(hou)顯(xian)示(shi)(shi)器(qi)上顯(xian)示(shi)(shi)的(de)(de)(de)機(ji)(ji)械坐(zuo)標(biao)值(zhi)(zhi)為(wei)(wei)（X軸(zhou)）“-1025.243”，記錄(lu)下該(gai)數(shu)(shu)(shu)值(zhi)(zhi)。然后(hou)在(zai)(zai)手動方(fang)式下，將(jiang)機(ji)(ji)床點(dian)動到(dao)其他任意位(wei)(wei)置(zhi)，再(zai)次在(zai)(zai)手動輸入數(shu)(shu)(shu)據方(fang)式操作下運(yun)行(xing)剛才的(de)(de)(de)程(cheng)序段，待機(ji)(ji)床停止后(hou)，發(fa)現(xian)此(ci)時機(ji)(ji)床坐(zuo)標(biao)數(shu)(shu)(shu)值(zhi)(zhi)顯(xian)示(shi)(shi)為(wei)(wei)“-1024.891”，同(tong)(tong)上一(yi)次執行(xing)后(hou)的(de)(de)(de)數(shu)(shu)(shu)值(zhi)(zhi)比較相差(cha)了0.352mm.按(an)照(zhao)同(tong)(tong)樣(yang)的(de)(de)(de)方(fang)法，將(jiang)X軸(zhou)點(dian)動移動到(dao)不(bu)(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)(de)位(wei)(wei)置(zhi)，反復(fu)執行(xing)該(gai)程(cheng)序段，而顯(xian)示(shi)(shi)器(qi)上顯(xian)示(shi)(shi)的(de)(de)(de)數(shu)(shu)(shu)值(zhi)(zhi)都有(you)所不(bu)(bu)同(tong)(tong)（不(bu)(bu)穩(wen)定）。用百分表(biao)對X軸(zhou)進(jin)(jin)行(xing)仔(zi)細檢(jian)(jian)查(cha)，發(fa)現(xian)機(ji)(ji)械位(wei)(wei)置(zhi)實際誤差(cha)同(tong)(tong)數(shu)(shu)(shu)字顯(xian)示(shi)(shi)出(chu)來的(de)(de)(de)誤差(cha)基本一(yi)致(zhi)，從而認(ren)為(wei)(wei)故(gu)障原因為(wei)(wei)X軸(zhou)重復(fu)定位(wei)(wei)誤差(cha)過大(da)。對X軸(zhou)的(de)(de)(de)反向間隙及定位(wei)(wei)精度進(jin)(jin)行(xing)檢(jian)(jian)查(cha)，重新補償其誤差(cha)值(zhi)(zhi)，結果起不(bu)(bu)到(dao)任何作用。因此(ci)懷疑光柵尺及系(xi)(xi)統參(can)數(shu)(shu)(shu)等有(you)問題(ti)。但為(wei)(wei)什(shen)么產生如此(ci)大(da)的(de)(de)(de)誤差(cha)，卻又未(wei)出(chu)現(xian)相應的(de)(de)(de)報(bao)警信息進(jin)(jin)一(yi)步檢(jian)(jian)查(cha)發(fa)現(xian)，此(ci)軸(zhou)為(wei)(wei)垂直方(fang)向的(de)(de)(de)軸(zhou)，當X軸(zhou)松開時主軸箱向下掉，造成(cheng)了誤(wu)差。
故(gu)障處理(li)：對機床的PLC邏輯控制程序做(zuo)了修改，即(ji)在X軸(zhou)松開時，先把(ba)X軸(zhou)使能加載，再把(ba)X軸(zhou)松開；而在X軸(zhou)夾緊時，先把(ba)X軸(zhou)夾緊后，再把(ba)使能去掉。調整后機(ji)床故障得以解(jie)決(jue)。
3.機床位(wei)置(zhi)問題導致加工(gong)精度異常(chang)
故障現象(xiang)：一臺杭州產的立式數控(kong)銑床，配備北京KND-10M系統。在點動或加工過程中，發現Z軸異(yi)常。
故障診斷：檢查發現(xian)(xian)，Z軸(zhou)上(shang)下(xia)(xia)(xia)移動(dong)(dong)(dong)不(bu)(bu)(bu)(bu)均(jun)勻且(qie)有(you)噪(zao)聲，且(qie)存在(zai)一定(ding)間隙。電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)啟動(dong)(dong)(dong)時(shi)(shi)，在(zai)點動(dong)(dong)(dong)方式下(xia)(xia)(xia)Z軸(zhou)向上(shang)運(yun)動(dong)(dong)(dong)存在(zai)不(bu)(bu)(bu)(bu)穩定(ding)的(de)(de)(de)噪(zao)聲及受(shou)力(li)不(bu)(bu)(bu)(bu)均(jun)勻，且(qie)感覺電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)抖(dou)(dou)動(dong)(dong)(dong)比較(jiao)厲害(hai)；而(er)向下(xia)(xia)(xia)運(yun)動(dong)(dong)(dong)時(shi)(shi)，就沒(mei)有(you)抖(dou)(dou)動(dong)(dong)(dong)得這(zhe)么明顯(xian)；停止(zhi)時(shi)(shi)不(bu)(bu)(bu)(bu)抖(dou)(dou)動(dong)(dong)(dong)，在(zai)加工過(guo)程中(zhong)表現(xian)(xian)得比較(jiao)明顯(xian)。分析(xi)認為，故障原因有(you)三點：一是(shi)絲杠反向間隙很大(da)；二是(shi)Z軸(zhou)電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)工作異(yi)(yi)常(chang)；三是(shi)皮(pi)帶(dai)輪受(shou)損至受(shou)力(li)不(bu)(bu)(bu)(bu)均(jun)。但有(you)一個(ge)問題要注意的(de)(de)(de)是(shi)，停止(zhi)時(shi)(shi)不(bu)(bu)(bu)(bu)抖(dou)(dou)動(dong)(dong)(dong)，上(shang)下(xia)(xia)(xia)運(yun)動(dong)(dong)(dong)不(bu)(bu)(bu)(bu)均(jun)勻，所(suo)以電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)工作異(yi)(yi)常(chang)這(zhe)個(ge)問題可以排(pai)除。因此先(xian)對(dui)(dui)機(ji)(ji)械部分診斷，在(zai)診斷測(ce)試(shi)過(guo)程中(zhong)沒(mei)有(you)發現(xian)(xian)異(yi)(yi)常(chang)，在(zai)公(gong)差之內。利用排(pai)除法則，余下(xia)(xia)(xia)的(de)(de)(de)只有(you)皮(pi)帶(dai)問題了(le)，在(zai)檢測(ce)皮(pi)帶(dai)時(shi)(shi)，發覺這(zhe)條皮(pi)帶(dai)剛換(huan)不(bu)(bu)(bu)(bu)久，但在(zai)細心檢測(ce)皮(pi)帶(dai)時(shi)(shi)，發現(xian)(xian)皮(pi)帶(dai)內側出(chu)現(xian)(xian)不(bu)(bu)(bu)(bu)同(tong)程度的(de)(de)(de)受(shou)損，很明顯(xian)是(shi)受(shou)力(li)不(bu)(bu)(bu)(bu)均(jun)所(suo)至，是(shi)什(shen)么原因造成的(de)(de)(de)呢在(zai)診斷中(zhong)發現(xian)(xian)電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)放置有(you)問題，即裝(zhuang)夾的(de)(de)(de)角度位置不(bu)(bu)(bu)(bu)對(dui)(dui)稱造成受(shou)力(li)不(bu)(bu)(bu)(bu)均(jun)。
故(gu)障(zhang)處理(li)：只(zhi)要(yao)將電機重裝(zhuang)，對準角度(du)，測量好距離(li)（電機與Z軸的軸承(cheng)），皮帶兩邊（長(chang)度(du)）要(yao)均勻(yun)(yun)。這樣，Z軸上下移(yi)動(dong)(dong)不均勻(yun)(yun)且(qie)有噪聲及抖動(dong)(dong)現象就消除了，Z軸加(jia)工恢(hui)復正常(chang)。
4.系(xi)統參數(shu)未優化(hua)，電(dian)機運(yun)行異常
導致加(jia)工精(jing)度異常(chang)系(xi)統參數(shu)(shu)主要包括機床(chuang)進(jin)給單(dan)位，零點偏(pian)(pian)置，反向(xiang)間(jian)隙(xi)等。例(li)如Frank數(shu)(shu)控系(xi)統，其進(jin)給單(dan)位有(you)公制和英制兩(liang)種。在機床(chuang)修(xiu)理(li)過(guo)程中對于局部(bu)處理(li)，常(chang)常(chang)影(ying)響到零點偏(pian)(pian)置和間(jian)隙(xi)的(de)(de)(de)變(bian)化，故障處理(li)完畢后應(ying)作(zuo)適時的(de)(de)(de)調整和修(xiu)改；另一方面，由(you)于機械磨損嚴(yan)重或連接位松動也可能(neng)造成參數(shu)(shu)實測(ce)值的(de)(de)(de)變(bian)化，需要對參數(shu)(shu)做相應(ying)的(de)(de)(de)修(xiu)改才能(neng)滿足機床(chuang)加(jia)工精(jing)度的(de)(de)(de)要求。
故(gu)障現(xian)象：一臺杭州產的(de)立式數控(kong)銑床，配備北京KND-10M系(xi)統。在(zai)加工過程中(zhong)，發現(xian)X軸精度異常。
故(gu)障診(zhen)斷：檢查發現(xian)X軸存在(zai)一定間(jian)隙，且電(dian)機啟動(dong)時(shi)(shi)存在(zai)不穩定的現(xian)象。用手觸摸X軸電(dian)機時(shi)(shi)感覺電(dian)機拉動(dong)比較厲害(hai)，停(ting)止時(shi)(shi)拉動(dong)不明顯，尤其(qi)是點(dian)動(dong)方式下比較明顯。分析(xi)認為，故(gu)障原因(yin)有(you)兩點(dian)：一是絲杠(gang)反間(jian)隙很大；二是X軸電(dian)機工作異常(chang)。
故障處理：利(li)用KND-10M系統的參數功(gong)能，對電(dian)機(ji)(ji)進(jin)行調試(shi)。首(shou)先對存在的間隙(xi)進(jin)行補償，再調整伺服(fu)系統參數及脈沖(chong)抑制功(gong)能參數，X軸電(dian)機(ji)(ji)的抖動(dong)消除(chu)，機(ji)(ji)床加工(gong)精度恢復正常。 |
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