| 淺析數控機床加工精度降低的原因 |
造成加工精度異常故障的原(yuan)因(yin)隱蔽性強(qiang)，診斷難度比較大，歸納出五個主要(yao)原(yuan)因(yin)：機床進給(gei)單位被改動(dong)或變化；機床(chuang)各個(ge)軸的零(ling)點偏置(zhi)異常(chang)；軸向(xiang)的反向(xiang)間(jian)隙異常(chang)；電機運(yun)行狀態(tai)異常(chang)，即電氣及控制部分異常(chang)；機械故障，如絲杠，軸承，軸聯器等部件。另外加(jia)工程(cheng)序的編制，刀具的選擇(ze)及人(ren)為(wei)因素，也可能(neng)導(dao)致加(jia)工精度(du)異(yi)常(chang)。
一、造成加工精度異常故障的原因
造成(cheng)加(jia)工(gong)精度(du)異(yi)(yi)常故障(zhang)的(de)原(yuan)因隱(yin)蔽性(xing)強(qiang)，診斷難度(du)比較大，歸納出五個主要原(yuan)因：機(ji)床進給單(dan)位被改動或(huo)變化；機(ji)床各(ge)個軸的(de)零點偏置(zhi)異(yi)(yi)常；軸向的(de)反向間隙異(yi)(yi)常；電機(ji)運行狀態異(yi)(yi)常，即電氣及控制部(bu)分異(yi)(yi)常；機(ji)械故障(zhang)，如絲杠，軸承，軸聯器等部(bu)件。另外加(jia)工(gong)程序(xu)的(de)編制，刀具的(de)選擇及人為因素，也可(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(bu)后(hou)內部(bu)數控機(ji)床是集機(ji)械(xie)，液壓，電氣為一體的機(ji)床，故(gu)其(qi)故(gu)障(zhang)的發生也會(hui)由(you)這(zhe)三(san)者綜合(he)反(fan)映(ying)出來。維修(xiu)人員(yuan)應先由(you)外向內逐一進行(xing)排查，盡量避免隨意(yi)地啟封，拆(chai)卸(xie)，否則會(hui)擴(kuo)大故(gu)障(zhang)，使機(ji)床喪(sang)失精度，降(jiang)低性能。
2.先機械后電氣一般來(lai)說(shuo)，機械故障較(jiao)易發(fa)覺，而數控系統故障的(de)診(zhen)斷則(ze)難度較大些(xie)。在(zai)故障檢(jian)修之前，首先注意(yi)排除機械性的(de)故障，往往可達到事(shi)半功倍的(de)效果。
3.先靜后動(dong)先在(zai)機床斷電的(de)靜止(zhi)狀態下，通(tong)過了解，觀(guan)察，測(ce)試(shi)(shi)，分析，確(que)認(ren)為非破壞(huai)性故障(zhang)后，方可給機床通(tong)電；在(zai)運行(xing)工況下，進行(xing)動(dong)態的(de)觀(guan)察，檢驗和測(ce)試(shi)(shi)，查找故障(zhang)。而對破壞(huai)性故障(zhang)，必須(xu)先排(pai)除(chu)危險后，方可通(tong)電。
4.先簡(jian)單后復雜當出(chu)現多種故障互相交織掩蓋，一時無從下手時，應先解(jie)決(jue)容(rong)易的問(wen)題，后解(jie)決(jue)難度較大的問(wen)題。往(wang)往(wang)簡(jian)單問(wen)題解(jie)決(jue)后，難度大的問(wen)題也可能(neng)變得容(rong)易。
三、數控機床故障診斷方法
1.直觀法：（望聞(wen)(wen)問(wen)切）問(wen)-機床的(de)故障現(xian)象，加工(gong)狀況等；看(kan)-CRT報警信息，報警指示燈，電容器等元(yuan)件變形煙熏燒焦，保護器脫扣等；聽-異常聲響；聞(wen)(wen)-電氣元(yuan)件焦糊味及其它異味(wei)；摸-發熱，振動，接(jie)觸(chu)不(bu)良(liang)等。
2.參(can)(can)數(shu)檢(jian)查法：參(can)(can)數(shu)通常是存放在RAM中，有時電池(chi)電壓不(bu)足(zu)，系統長期不(bu)通電或(huo)(huo)外部(bu)干(gan)擾都(dou)會使參(can)(can)數(shu)丟失或(huo)(huo)混亂，應(ying)根據故(gu)障特征，檢(jian)查和校(xiao)對(dui)有關參(can)(can)數(shu)。
3.隔離法：一些故障，難以區(qu)分(fen)是(shi)數控部分(fen)，還是(shi)伺服系統或機械(xie)部分造(zao)成(cheng)的，常(chang)采用隔(ge)離法。
4.同類對調法用同功(gong)能的備(bei)用板替換被(bei)懷疑有故障的模板，或將(jiang)功(gong)能相同的模板或單(dan)元相互(hu)交換。
5.功能程序(xu)測試法將G，M，S，T，功能的全部指令編寫一些小程序(xu)，在診斷故(gu)障(zhang)時運行這些程序(xu)，即可(ke)判斷功能的缺(que)失(shi)。
四、加工精度異常故障診斷和處理實例
1.機械故障導致加工精度(du)異常
故障現象：一臺SV-1000立式加工中心，采用(yong)Frank系統。在加工連桿模具(ju)過程中，忽然發現Z軸進給(gei)異常，造成(cheng)至少1mm的切(qie)削誤差量（Z方向過切(qie)）。
故(gu)障(zhang)診(zhen)斷：調查中(zhong)了解到，故(gu)障(zhang)是忽然發生的。機床在點(dian)動，在手動輸入數據方(fang)式(shi)操作下各個軸(zhou)運(yun)行(xing)正常，且回參考(kao)點(dian)正常，無任何報(bao)警提示，電(dian)氣控制(zhi)部分(fen)硬故(gu)障(zhang)的可能性排(pai)除。應主要(yao)對以下幾個方(fang)面逐一進(jin)行(xing)檢查。
檢查機床精度異常時正在運行的加工程序(xu)段(duan)，特(te)別是(shi)刀具長度補償，加工坐標系(xi)（G54-G59）的校對和計算。
在(zai)點(dian)動方(fang)式下(xia)，反(fan)復(fu)運動Z軸，經過視，觸，聽(ting)，對其運動狀態診斷，發(fa)現Z向運動噪音異常，特別是快(kuai)速(su)點(dian)動，噪音更加明顯。由此判斷，機械方(fang)面可(ke)能存在(zai)隱(yin)患。
檢(jian)查機(ji)床Z軸(zhou)精度。用手搖(yao)脈(mo)沖發生(sheng)器移動Z軸(zhou)，（將其(qi)倍率(lv)定為(wei)1×100的擋位，即每(mei)變(bian)化(hua)一步，電機(ji)進給0.1mm），配合百分表觀察Z軸的(de)運(yun)(yun)動(dong)情況。在(zai)單向(xiang)(xiang)運(yun)(yun)動(dong)保持(chi)正常后作為起始點的(de)正向(xiang)(xiang)運(yun)(yun)動(dong)，脈沖器每變化一步，機(ji)(ji)床Z軸運(yun)(yun)動(dong)的(de)實際距(ju)離(li)(li)d=d1=d2=d3=…=0.1mm，說(shuo)明電(dian)機(ji)(ji)運(yun)(yun)行良好，定位精(jing)度(du)也(ye)良好。而返回機(ji)(ji)床實際運(yun)(yun)動(dong)位移的(de)變化上，可以分為四(si)個階(jie)段：（1）機(ji)(ji)床運(yun)(yun)動(dong)距(ju)離(li)(li)d1>d=0.1mm（斜率大(da)于(yu)1）；（2）表(biao)現(xian)(xian)出為d1=0.1mm>d2>d3（斜率小于(yu)1）；（3）機(ji)(ji)床機(ji)(ji)構實際沒移動(dong)，表(biao)現(xian)(xian)出最標(biao)準的(de)反(fan)向(xiang)(xiang)間隙；（4）機(ji)(ji)床運(yun)(yun)動(dong)距(ju)離(li)(li)與(yu)脈沖器經定數值相等（斜率等于(yu)1），恢(hui)復到(dao)機(ji)(ji)床的(de)正常運(yun)(yun)動(dong)。無論怎樣對反(fan)向(xiang)(xiang)間隙進行補(bu)償(chang)，其(qi)表(biao)現(xian)(xian)出的(de)特(te)征是：除了（3）階(jie)段補(bu)償(chang)外，其(qi)他各(ge)段變化依然存(cun)在(zai)，特(te)別是（1）階(jie)段嚴重影響到(dao)機(ji)(ji)床的(de)加(jia)工(gong)精(jing)度(du)。補(bu)償(chang)中發現(xian)(xian)，間隙補(bu)償(chang)越大(da)，（1）階(jie)段移動(dong)的(de)距(ju)離(li)(li)也(ye)越大(da)。
分析(xi)上述(shu)檢(jian)查(cha)(cha)(cha)認為存(cun)在(zai)幾點可能原(yuan)因：一(yi)是電機(ji)(ji)有(you)異常，二是機(ji)(ji)械(xie)方面(mian)有(you)故障，三是絲杠(gang)存(cun)在(zai)間(jian)隙。為了進一(yi)步診斷(duan)故障，將電機(ji)(ji)和(he)絲杠(gang)完(wan)全脫(tuo)開，分別對電機(ji)(ji)和(he)機(ji)(ji)械(xie)部(bu)分進行(xing)檢(jian)查(cha)(cha)(cha)。檢(jian)查(cha)(cha)(cha)結果是電機(ji)(ji)運行(xing)正(zheng)常；在(zai)對機(ji)(ji)械(xie)部(bu)分診斷(duan)中發現，用手盤動(dong)絲杠(gang)時，返(fan)回(hui)運動(dong)初始有(you)很大(da)的空缺感。而正(zheng)常情(qing)況下，應該能感覺到軸承(cheng)有(you)序(xu)而平滑(hua)的移動(dong)。
故障處理：經(jing)過拆卸檢查發現該軸承確實(shi)受損，且有滾珠脫落。更換后機床恢復正常。
2.控制邏輯不妥導致加工精度異常(chang)
故(gu)障現象：一臺上海機(ji)床廠(chang)家生產的(de)加工中心，系統是Frank.加(jia)工(gong)過(guo)程中，發(fa)現(xian)該(gai)(gai)機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)X軸(zhou)(zhou)精(jing)度(du)(du)異常，精(jing)度(du)(du)誤差(cha)(cha)(cha)最小(xiao)為(wei)(wei)0.008mm，最大為(wei)(wei)1.2mm.故(gu)(gu)障診斷：檢(jian)查(cha)中，機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)已經(jing)按照(zhao)要求(qiu)設置了(le)G54工(gong)件坐(zuo)標系。在(zai)手(shou)動(dong)(dong)輸(shu)入數(shu)據方(fang)式(shi)操作(zuo)(zuo)下(xia)，以G54坐(zuo)標系運(yun)行(xing)一段程序即“GOOG90G54X60.OY70.OF150；M30；”，待(dai)機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)運(yun)行(xing)結束后顯示(shi)器上(shang)顯示(shi)的機(ji)(ji)(ji)(ji)械(xie)坐(zuo)標值(zhi)(zhi)(zhi)為(wei)(wei)（X軸(zhou)(zhou)）“-1025.243”，記錄下(xia)該(gai)(gai)數(shu)值(zhi)(zhi)(zhi)。然后在(zai)手(shou)動(dong)(dong)方(fang)式(shi)下(xia)，將(jiang)機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)點動(dong)(dong)到(dao)(dao)其他任意位置，再次在(zai)手(shou)動(dong)(dong)輸(shu)入數(shu)據方(fang)式(shi)操作(zuo)(zuo)下(xia)運(yun)行(xing)剛才的程序段，待(dai)機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)停止后，發(fa)現(xian)此(ci)時機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)坐(zuo)標數(shu)值(zhi)(zhi)(zhi)顯示(shi)為(wei)(wei)“-1024.891”，同(tong)上(shang)一次執行(xing)后的數(shu)值(zhi)(zhi)(zhi)比較相差(cha)(cha)(cha)了(le)0.352mm.按照(zhao)同(tong)樣的方(fang)法，將(jiang)X軸(zhou)(zhou)點動(dong)(dong)移動(dong)(dong)到(dao)(dao)不同(tong)的位置，反復執行(xing)該(gai)(gai)程序段，而(er)顯示(shi)器上(shang)顯示(shi)的數(shu)值(zhi)(zhi)(zhi)都(dou)有所不同(tong)（不穩定(ding)(ding)）。用(yong)(yong)百分(fen)表對X軸(zhou)(zhou)進行(xing)仔細檢(jian)查(cha)，發(fa)現(xian)機(ji)(ji)(ji)(ji)械(xie)位置實際(ji)誤差(cha)(cha)(cha)同(tong)數(shu)字顯示(shi)出(chu)來的誤差(cha)(cha)(cha)基本一致(zhi)，從(cong)而(er)認為(wei)(wei)故(gu)(gu)障原因為(wei)(wei)X軸(zhou)(zhou)重復定(ding)(ding)位誤差(cha)(cha)(cha)過(guo)大。對X軸(zhou)(zhou)的反向間隙及定(ding)(ding)位精(jing)度(du)(du)進行(xing)檢(jian)查(cha)，重新補償其誤差(cha)(cha)(cha)值(zhi)(zhi)(zhi)，結果(guo)起不到(dao)(dao)任何作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)。因此(ci)懷疑光柵尺及系統參數(shu)等(deng)有問題。但為(wei)(wei)什么產生如此(ci)大的誤差(cha)(cha)(cha)，卻又未出(chu)現(xian)相應(ying)的報警信(xin)息進一步檢(jian)查(cha)發(fa)現(xian)，此(ci)軸(zhou)(zhou)為(wei)(wei)垂直(zhi)方(fang)向的軸(zhou)(zhou)，當X軸(zhou)(zhou)松開時主軸箱向下掉，造(zao)成了誤差(cha)。
故障處理：對機床(chuang)的(de)PLC邏輯控制程序做了(le)修(xiu)改，即在(zai)X軸(zhou)松(song)開時，先把X軸(zhou)使(shi)能加載，再把X軸(zhou)松(song)開；而(er)在(zai)X軸(zhou)夾緊時，先把X軸(zhou)夾緊后(hou)，再把使(shi)能去掉。調(diao)整后(hou)機床(chuang)故障得以解決。
3.機床(chuang)位置問(wen)題(ti)導致(zhi)加工(gong)精度(du)異常(chang)
故障(zhang)現(xian)象：一臺杭州產(chan)的立式數控(kong)銑床，配備北京(jing)KND-10M系(xi)統。在點動(dong)或加工過程中，發現Z軸異常。
故障(zhang)診(zhen)斷(duan)：檢查發現(xian)，Z軸上(shang)下(xia)移動不(bu)(bu)(bu)均(jun)勻(yun)且(qie)有(you)(you)噪聲，且(qie)存在(zai)一(yi)定間隙。電(dian)(dian)機(ji)啟動時，在(zai)點動方式下(xia)Z軸向上(shang)運動存在(zai)不(bu)(bu)(bu)穩定的(de)噪聲及受(shou)(shou)力(li)不(bu)(bu)(bu)均(jun)勻(yun)，且(qie)感覺(jue)電(dian)(dian)機(ji)抖(dou)動比較(jiao)(jiao)厲害(hai)；而向下(xia)運動時，就沒有(you)(you)抖(dou)動得這(zhe)么(me)(me)明顯；停(ting)(ting)止(zhi)時不(bu)(bu)(bu)抖(dou)動，在(zai)加工(gong)過程中(zhong)表(biao)現(xian)得比較(jiao)(jiao)明顯。分析認為，故障(zhang)原(yuan)因(yin)有(you)(you)三(san)點：一(yi)是(shi)絲杠反向間隙很大；二是(shi)Z軸電(dian)(dian)機(ji)工(gong)作(zuo)異常(chang)；三(san)是(shi)皮(pi)帶輪受(shou)(shou)損(sun)至受(shou)(shou)力(li)不(bu)(bu)(bu)均(jun)。但(dan)有(you)(you)一(yi)個問題(ti)要注意的(de)是(shi)，停(ting)(ting)止(zhi)時不(bu)(bu)(bu)抖(dou)動，上(shang)下(xia)運動不(bu)(bu)(bu)均(jun)勻(yun)，所以電(dian)(dian)機(ji)工(gong)作(zuo)異常(chang)這(zhe)個問題(ti)可以排除。因(yin)此先對(dui)機(ji)械部分診(zhen)斷(duan)，在(zai)診(zhen)斷(duan)測試過程中(zhong)沒有(you)(you)發現(xian)異常(chang)，在(zai)公差之內。利用(yong)排除法則，余下(xia)的(de)只有(you)(you)皮(pi)帶問題(ti)了(le)，在(zai)檢測皮(pi)帶時，發覺(jue)這(zhe)條皮(pi)帶剛換不(bu)(bu)(bu)久，但(dan)在(zai)細(xi)心(xin)檢測皮(pi)帶時，發現(xian)皮(pi)帶內側出現(xian)不(bu)(bu)(bu)同程度的(de)受(shou)(shou)損(sun)，很明顯是(shi)受(shou)(shou)力(li)不(bu)(bu)(bu)均(jun)所至，是(shi)什么(me)(me)原(yuan)因(yin)造成的(de)呢在(zai)診(zhen)斷(duan)中(zhong)發現(xian)電(dian)(dian)機(ji)放置(zhi)有(you)(you)問題(ti)，即裝(zhuang)夾的(de)角度位置(zhi)不(bu)(bu)(bu)對(dui)稱造成受(shou)(shou)力(li)不(bu)(bu)(bu)均(jun)。
故障處理：只要(yao)(yao)將電機(ji)重(zhong)裝(zhuang)，對準角度(du)，測量好(hao)距離（電機(ji)與Z軸(zhou)的軸(zhou)承(cheng)），皮帶兩邊(bian)（長度(du)）要(yao)(yao)均(jun)勻。這(zhe)樣，Z軸(zhou)上下移動不均(jun)勻且(qie)有(you)噪聲及抖動現象就消除了，Z軸(zhou)加工恢復正常。
4.系統參(can)數未(wei)優(you)化，電機運行異(yi)常
導致(zhi)加工(gong)(gong)精度異常(chang)系統參(can)數(shu)主要包括機床(chuang)進給單(dan)位(wei)，零點偏(pian)置(zhi)(zhi)，反(fan)向間(jian)隙等。例如Frank數(shu)控系統，其進給單(dan)位(wei)有公(gong)制和(he)英制兩種。在(zai)機床(chuang)修理過程(cheng)中對(dui)于局部(bu)處理，常(chang)常(chang)影響到零點偏(pian)置(zhi)(zhi)和(he)間(jian)隙的(de)變化，故障處理完畢后應(ying)作(zuo)適時(shi)的(de)調整和(he)修改；另(ling)一方面，由于機械磨損嚴重(zhong)或連(lian)接位(wei)松(song)動也可能造成參(can)數(shu)實測值的(de)變化，需(xu)要對(dui)參(can)數(shu)做(zuo)相應(ying)的(de)修改才能滿足機床(chuang)加工(gong)(gong)精度的(de)要求(qiu)。
故障現(xian)象：一臺(tai)杭州產(chan)的立式(shi)數控銑床(chuang)，配備北京KND-10M系(xi)統(tong)。在(zai)加工過程中，發現(xian)X軸精(jing)度異常。
故(gu)障(zhang)診斷：檢查發(fa)現X軸(zhou)存(cun)在一定(ding)間(jian)隙，且(qie)電機(ji)啟動時存(cun)在不穩定(ding)的現象。用手觸摸X軸(zhou)電機(ji)時感覺電機(ji)拉(la)動比較厲(li)害(hai)，停(ting)止時拉(la)動不明顯，尤其是點動方式下比較明顯。分(fen)析認為，故(gu)障(zhang)原因有兩點：一是絲(si)杠(gang)反間(jian)隙很大；二是X軸(zhou)電機(ji)工作異常(chang)。
故障(zhang)處理：利用KND-10M系統(tong)的參(can)數(shu)功(gong)能(neng)，對電機(ji)進行調試。首(shou)先對存在的間隙進行補償，再調整伺服系統(tong)參(can)數(shu)及脈沖抑(yi)制功(gong)能(neng)參(can)數(shu)，X軸電機(ji)的抖動消除(chu)，機(ji)床加工精度(du)恢復(fu)正常。 |
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