| 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(yin)隱蔽性強，診斷(duan)難度比(bi)較大，歸(gui)納出(chu)五個主要原因(yin)：機床進給單(dan)位被改動或變化(hua)；機床各(ge)個軸(zhou)的(de)零(ling)點偏(pian)置異(yi)常(chang)；軸(zhou)向(xiang)的(de)反向(xiang)間隙異(yi)常(chang)；電(dian)機運行狀態異(yi)常(chang)，即電(dian)氣及控(kong)制部分異(yi)常(chang)；機械故(gu)障(zhang)，如絲杠，軸承，軸聯器等(deng)部件。另(ling)外加工程序的編制(zhi)，刀具的(de)選擇及人為因素，也可能導致加工精(jing)度異常。
一、造成加工精度異常故障的原因
造(zao)成加工(gong)(gong)精(jing)度異(yi)常(chang)故障的(de)(de)(de)原因(yin)隱蔽(bi)性強，診(zhen)斷難度比(bi)較(jiao)大，歸(gui)納出(chu)五個主要原因(yin)：機床進給單位被(bei)改動(dong)或變(bian)化；機床各個軸的(de)(de)(de)零點(dian)偏(pian)置異(yi)常(chang)；軸向的(de)(de)(de)反向間隙異(yi)常(chang)；電機運(yun)行狀態(tai)異(yi)常(chang)，即電氣及(ji)控制部分異(yi)常(chang)；機械故障，如絲杠，軸承，軸聯器(qi)等部件。另外加工(gong)(gong)程序的(de)(de)(de)編制，刀(dao)具的(de)(de)(de)選擇及(ji)人為因(yin)素(su)，也可能導致(zhi)加工(gong)(gong)精(jing)度異(yi)常(chang)。
二、數控機床故障診斷原則
1.先外(wai)部(bu)后內部(bu)數控(kong)機(ji)床是集機(ji)械，液壓，電(dian)氣(qi)為一體的機(ji)床，故(gu)(gu)其(qi)故(gu)(gu)障的發生(sheng)也會由(you)這三(san)者綜合反映出來。維(wei)修人員應先由(you)外(wai)向內逐一進行排查，盡量避(bi)免隨(sui)意地(di)啟封，拆卸，否(fou)則會擴大故(gu)(gu)障，使機(ji)床喪失精度，降低性能(neng)。
2.先(xian)機(ji)械(xie)后電(dian)氣一般來說，機(ji)械(xie)故(gu)障較易(yi)發覺，而數控系統故(gu)(gu)障(zhang)(zhang)的(de)診斷則難(nan)度較大些。在故(gu)(gu)障(zhang)(zhang)檢(jian)修(xiu)之前，首先注(zhu)意排除機械性的(de)故(gu)(gu)障(zhang)(zhang)，往(wang)往(wang)可達到(dao)事半功(gong)倍的(de)效(xiao)果。
3.先靜(jing)后(hou)動(dong)(dong)先在機床(chuang)斷電(dian)的靜(jing)止狀態(tai)下(xia)，通過了解，觀察(cha)，測(ce)(ce)試(shi)，分(fen)析，確認為非(fei)破壞性故(gu)障后(hou)，方可(ke)給機床(chuang)通電(dian)；在運行工(gong)況下(xia)，進(jin)行動(dong)(dong)態(tai)的觀察(cha)，檢驗和測(ce)(ce)試(shi)，查找故(gu)障。而(er)對破壞性故(gu)障，必須先排除危險(xian)后(hou)，方可(ke)通電(dian)。
4.先簡單(dan)后(hou)(hou)復雜當出現(xian)多種故障互(hu)相交(jiao)織掩蓋，一時無從下手時，應先解(jie)決容易的問(wen)(wen)題(ti)，后(hou)(hou)解(jie)決難(nan)度較大(da)的問(wen)(wen)題(ti)。往往簡單(dan)問(wen)(wen)題(ti)解(jie)決后(hou)(hou)，難(nan)度大(da)的問(wen)(wen)題(ti)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)問切）問-機(ji)床(chuang)的故障現象，加工狀況等；看-CRT報警信(xin)息，報警指(zhi)示燈，電(dian)容器等元件變形煙熏燒焦，保(bao)護器脫(tuo)扣等；聽-異(yi)常聲響；聞(wen)-電(dian)氣元件焦糊味(wei)及其它異(yi)味；摸-發熱，振動，接(jie)觸不良等。
2.參(can)(can)數(shu)檢查法：參(can)(can)數(shu)通(tong)常是(shi)存放在RAM中，有(you)時電(dian)(dian)池電(dian)(dian)壓(ya)不足，系統長期不通(tong)電(dian)(dian)或外部干擾(rao)都會(hui)使參(can)(can)數(shu)丟失或混亂，應根據故障特征，檢查和校對(dui)有(you)關參(can)(can)數(shu)。
3.隔離法(fa)：一些故障，難(nan)以區分(fen)是數控部分(fen)，還是伺服系統或(huo)機械(xie)部(bu)分造(zao)成(cheng)的，常(chang)采用(yong)隔(ge)離法。
4.同(tong)類對調法用同(tong)功能的(de)(de)備(bei)用板(ban)替換(huan)被懷疑有故(gu)障的(de)(de)模板(ban)，或(huo)將功能相同(tong)的(de)(de)模板(ban)或(huo)單元相互交換(huan)。
5.功(gong)能(neng)程序測(ce)試(shi)法將(jiang)G，M，S，T，功(gong)能(neng)的全部指令編寫一些小程序，在診斷故障時(shi)運行這些程序，即可判斷功(gong)能(neng)的缺失(shi)。
四、加工精度異常故障診斷和處理實例
1.機(ji)械故障(zhang)導致加工精度異常
故障現象(xiang)：一臺SV-1000立式加工中心，采用(yong)Frank系統。在加工(gong)連(lian)桿模(mo)具過(guo)程中，忽然發現Z軸(zhou)進(jin)給異常，造成至少1mm的切(qie)削誤差(cha)量(liang)（Z方向過(guo)切(qie)）。
故障診斷：調查(cha)中了解到，故障是(shi)忽(hu)然發生的。機(ji)床在點動，在手動輸入數據方(fang)式操作(zuo)下(xia)(xia)各個軸運(yun)行正常(chang)，且回(hui)參考點正常(chang)，無任何(he)報警(jing)提(ti)示，電氣控制部分硬故障的可能性(xing)排除。應主要對以下(xia)(xia)幾(ji)個方(fang)面(mian)逐一進行檢查(cha)。
檢查機(ji)床精度(du)異常時正在(zai)運行的加(jia)工程(cheng)序段，特別(bie)是刀具長度(du)補(bu)償，加(jia)工坐標(biao)系(xi)（G54-G59）的校對和計算。
在(zai)點動(dong)(dong)(dong)方(fang)(fang)式下，反復(fu)運動(dong)(dong)(dong)Z軸(zhou)，經過視(shi)，觸(chu)，聽，對其(qi)運動(dong)(dong)(dong)狀態診(zhen)斷，發現Z向運動(dong)(dong)(dong)噪音異常，特別是快速點動(dong)(dong)(dong)，噪音更加明顯。由此判斷，機械方(fang)(fang)面可能存在(zai)隱患。
檢查機(ji)床Z軸精(jing)度。用手搖脈沖(chong)發生器移動Z軸，（將其倍率定為1×100的擋位(wei)，即每變(bian)化一步，電機(ji)進給0.1mm），配(pei)合百分表觀(guan)察Z軸的(de)(de)運動(dong)情況。在單向(xiang)(xiang)運動(dong)保持正常(chang)(chang)后作(zuo)為(wei)起始點的(de)(de)正向(xiang)(xiang)運動(dong)，脈沖器每變化一步，機(ji)(ji)(ji)床(chuang)Z軸運動(dong)的(de)(de)實(shi)(shi)際距離(li)(li)d=d1=d2=d3=…=0.1mm，說明電機(ji)(ji)(ji)運行良(liang)好，定位精度(du)也(ye)良(liang)好。而返回機(ji)(ji)(ji)床(chuang)實(shi)(shi)際運動(dong)位移(yi)的(de)(de)變化上(shang)，可(ke)以分為(wei)四個階段(duan)：（1）機(ji)(ji)(ji)床(chuang)運動(dong)距離(li)(li)d1>d=0.1mm（斜率(lv)大于(yu)1）；（2）表(biao)現(xian)出為(wei)d1=0.1mm>d2>d3（斜率(lv)小于(yu)1）；（3）機(ji)(ji)(ji)床(chuang)機(ji)(ji)(ji)構實(shi)(shi)際沒移(yi)動(dong)，表(biao)現(xian)出最標準的(de)(de)反向(xiang)(xiang)間隙；（4）機(ji)(ji)(ji)床(chuang)運動(dong)距離(li)(li)與(yu)脈沖器經定數值(zhi)相等(deng)（斜率(lv)等(deng)于(yu)1），恢復到(dao)機(ji)(ji)(ji)床(chuang)的(de)(de)正常(chang)(chang)運動(dong)。無論(lun)怎樣對反向(xiang)(xiang)間隙進行補償，其表(biao)現(xian)出的(de)(de)特(te)征是(shi)：除了（3）階段(duan)補償外，其他各段(duan)變化依然存(cun)在，特(te)別是(shi)（1）階段(duan)嚴重影(ying)響到(dao)機(ji)(ji)(ji)床(chuang)的(de)(de)加工精度(du)。補償中發(fa)現(xian)，間隙補償越大，（1）階段(duan)移(yi)動(dong)的(de)(de)距離(li)(li)也(ye)越大。
分(fen)析上(shang)述檢(jian)查認(ren)為存(cun)在(zai)幾點可能原因：一是(shi)電機(ji)有異常，二是(shi)機(ji)械方面有故障(zhang)，三是(shi)絲杠存(cun)在(zai)間隙。為了進一步診斷(duan)(duan)故障(zhang)，將(jiang)電機(ji)和絲杠完全脫(tuo)開，分(fen)別對(dui)電機(ji)和機(ji)械部分(fen)進行(xing)檢(jian)查。檢(jian)查結(jie)果是(shi)電機(ji)運行(xing)正常；在(zai)對(dui)機(ji)械部分(fen)診斷(duan)(duan)中發現，用(yong)手盤動(dong)絲杠時，返(fan)回運動(dong)初始有很大的空缺感。而正常情況下，應該能感覺到(dao)軸承有序而平滑的移動(dong)。
故障處理(li)：經過拆(chai)卸檢查發現該軸承確實(shi)受(shou)損(sun)，且有滾珠(zhu)脫(tuo)落。更(geng)換后機床恢(hui)復(fu)正常(chang)。
2.控(kong)制邏(luo)輯不(bu)妥導致加(jia)工精度(du)異常
故障現象：一臺(tai)上海機床(chuang)廠家生產(chan)的加工中心，系(xi)統是(shi)Frank.加工過程(cheng)中(zhong)(zhong)，發(fa)現該機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)X軸(zhou)精度異(yi)常，精度誤(wu)差(cha)最(zui)小為0.008mm，最(zui)大(da)(da)為1.2mm.故障(zhang)(zhang)診斷：檢(jian)查中(zhong)(zhong)，機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)已經按照要求(qiu)設置了(le)G54工件坐(zuo)標(biao)系(xi)。在(zai)手動(dong)(dong)輸入(ru)數據方(fang)(fang)(fang)式操(cao)作(zuo)(zuo)(zuo)下(xia)，以G54坐(zuo)標(biao)系(xi)運行(xing)一段程(cheng)序即“GOOG90G54X60.OY70.OF150；M30；”，待機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)運行(xing)結束后顯(xian)示(shi)器(qi)(qi)上顯(xian)示(shi)的(de)機(ji)(ji)械坐(zuo)標(biao)值(zhi)為（X軸(zhou)）“-1025.243”，記(ji)錄下(xia)該數值(zhi)。然后在(zai)手動(dong)(dong)方(fang)(fang)(fang)式下(xia)，將(jiang)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)點動(dong)(dong)到其(qi)他任意位置，再次(ci)在(zai)手動(dong)(dong)輸入(ru)數據方(fang)(fang)(fang)式操(cao)作(zuo)(zuo)(zuo)下(xia)運行(xing)剛才的(de)程(cheng)序段，待機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)停止后，發(fa)現此(ci)時(shi)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)坐(zuo)標(biao)數值(zhi)顯(xian)示(shi)為“-1024.891”，同上一次(ci)執行(xing)后的(de)數值(zhi)比(bi)較(jiao)相差(cha)了(le)0.352mm.按照同樣的(de)方(fang)(fang)(fang)法，將(jiang)X軸(zhou)點動(dong)(dong)移動(dong)(dong)到不(bu)同的(de)位置，反復(fu)執行(xing)該程(cheng)序段，而(er)顯(xian)示(shi)器(qi)(qi)上顯(xian)示(shi)的(de)數值(zhi)都有所不(bu)同（不(bu)穩定(ding)）。用(yong)百分表對(dui)X軸(zhou)進行(xing)仔細檢(jian)查，發(fa)現機(ji)(ji)械位置實際誤(wu)差(cha)同數字顯(xian)示(shi)出(chu)來的(de)誤(wu)差(cha)基(ji)本一致，從而(er)認(ren)為故障(zhang)(zhang)原因(yin)為X軸(zhou)重(zhong)復(fu)定(ding)位誤(wu)差(cha)過大(da)(da)。對(dui)X軸(zhou)的(de)反向間隙及定(ding)位精度進行(xing)檢(jian)查，重(zhong)新補(bu)償其(qi)誤(wu)差(cha)值(zhi)，結果起不(bu)到任何作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)。因(yin)此(ci)懷(huai)疑光柵(zha)尺及系(xi)統參(can)數等有問(wen)題。但為什(shen)么(me)產(chan)生如此(ci)大(da)(da)的(de)誤(wu)差(cha)，卻又未出(chu)現相應的(de)報警信(xin)息進一步檢(jian)查發(fa)現，此(ci)軸(zhou)為垂(chui)直方(fang)(fang)(fang)向的(de)軸(zhou)，當X軸(zhou)松開時(shi)主軸箱(xiang)向(xiang)下掉，造成(cheng)了誤差(cha)。
故障(zhang)處理：對機(ji)床的(de)PLC邏輯控制程序做了修改，即在X軸(zhou)松開(kai)(kai)時，先(xian)(xian)把(ba)X軸(zhou)使能(neng)加載(zai)，再把(ba)X軸(zhou)松開(kai)(kai)；而在X軸(zhou)夾(jia)緊時，先(xian)(xian)把(ba)X軸(zhou)夾(jia)緊后(hou)，再把(ba)使能(neng)去掉。調(diao)整后(hou)機床(chuang)故障得以解(jie)決。
3.機床(chuang)位置(zhi)問題導致(zhi)加工精度異常
故障現象：一臺杭(hang)州產的立式數控(kong)銑床，配備(bei)北京(jing)KND-10M系(xi)統(tong)。在點動或加工(gong)過程中，發現Z軸(zhou)異常。
故障診斷(duan)：檢(jian)查(cha)發(fa)(fa)現(xian)(xian)，Z軸(zhou)(zhou)上下(xia)(xia)(xia)移動(dong)(dong)(dong)不(bu)(bu)均勻且有噪聲，且存在(zai)(zai)一定間隙。電機啟動(dong)(dong)(dong)時(shi)，在(zai)(zai)點動(dong)(dong)(dong)方(fang)式下(xia)(xia)(xia)Z軸(zhou)(zhou)向上運動(dong)(dong)(dong)存在(zai)(zai)不(bu)(bu)穩(wen)定的噪聲及受力(li)不(bu)(bu)均勻，且感覺電機抖動(dong)(dong)(dong)比(bi)較厲害；而向下(xia)(xia)(xia)運動(dong)(dong)(dong)時(shi)，就沒有抖動(dong)(dong)(dong)得這么明顯(xian)(xian)；停止時(shi)不(bu)(bu)抖動(dong)(dong)(dong)，在(zai)(zai)加(jia)工過(guo)程中(zhong)(zhong)(zhong)表現(xian)(xian)得比(bi)較明顯(xian)(xian)。分析認為，故障原因有三(san)點：一是絲(si)杠反向間隙很大；二是Z軸(zhou)(zhou)電機工作異常(chang)；三(san)是皮(pi)(pi)帶輪受損至(zhi)受力(li)不(bu)(bu)均。但(dan)有一個問(wen)(wen)(wen)題要注意的是，停止時(shi)不(bu)(bu)抖動(dong)(dong)(dong)，上下(xia)(xia)(xia)運動(dong)(dong)(dong)不(bu)(bu)均勻，所以(yi)電機工作異常(chang)這個問(wen)(wen)(wen)題可(ke)以(yi)排除。因此(ci)先對(dui)機械部分診斷(duan)，在(zai)(zai)診斷(duan)測(ce)(ce)試過(guo)程中(zhong)(zhong)(zhong)沒有發(fa)(fa)現(xian)(xian)異常(chang)，在(zai)(zai)公差之(zhi)內。利用排除法則，余(yu)下(xia)(xia)(xia)的只有皮(pi)(pi)帶問(wen)(wen)(wen)題了，在(zai)(zai)檢(jian)測(ce)(ce)皮(pi)(pi)帶時(shi)，發(fa)(fa)覺這條(tiao)皮(pi)(pi)帶剛(gang)換不(bu)(bu)久，但(dan)在(zai)(zai)細心檢(jian)測(ce)(ce)皮(pi)(pi)帶時(shi)，發(fa)(fa)現(xian)(xian)皮(pi)(pi)帶內側出現(xian)(xian)不(bu)(bu)同程度的受損，很明顯(xian)(xian)是受力(li)不(bu)(bu)均所至(zhi)，是什么原因造成(cheng)的呢在(zai)(zai)診斷(duan)中(zhong)(zhong)(zhong)發(fa)(fa)現(xian)(xian)電機放置(zhi)有問(wen)(wen)(wen)題，即裝夾的角度位置(zhi)不(bu)(bu)對(dui)稱造成(cheng)受力(li)不(bu)(bu)均。
故障(zhang)處理：只(zhi)要將電(dian)機(ji)重裝(zhuang)，對(dui)準角(jiao)度，測(ce)量(liang)好距(ju)離（電(dian)機(ji)與Z軸(zhou)的軸(zhou)承），皮帶兩(liang)邊（長度）要均勻。這(zhe)樣，Z軸(zhou)上(shang)下移動(dong)不均勻且有噪聲及(ji)抖動(dong)現(xian)象就(jiu)消除了，Z軸(zhou)加(jia)工恢復正常。
4.系(xi)統(tong)參(can)數未優化(hua)，電機運行異常
導致(zhi)加(jia)工精度(du)異常系(xi)統(tong)(tong)參(can)(can)數(shu)(shu)主要(yao)包(bao)括機床進(jin)給(gei)單位，零(ling)(ling)點(dian)偏置，反向間(jian)隙(xi)等。例如Frank數(shu)(shu)控系(xi)統(tong)(tong)，其進(jin)給(gei)單位有公制和(he)英制兩種。在機床修(xiu)理(li)過程(cheng)中對(dui)(dui)于局部處(chu)理(li)，常常影響(xiang)到(dao)零(ling)(ling)點(dian)偏置和(he)間(jian)隙(xi)的(de)變化，故障處(chu)理(li)完(wan)畢后應(ying)(ying)作(zuo)適(shi)時(shi)的(de)調整和(he)修(xiu)改(gai)；另一方面，由于機械磨損(sun)嚴重或連接(jie)位松動也(ye)可能造(zao)成參(can)(can)數(shu)(shu)實測值的(de)變化，需要(yao)對(dui)(dui)參(can)(can)數(shu)(shu)做(zuo)相應(ying)(ying)的(de)修(xiu)改(gai)才能滿足機床加(jia)工精度(du)的(de)要(yao)求。
故障現象：一臺杭(hang)州(zhou)產的立(li)式數控銑(xian)床，配備北京KND-10M系(xi)統。在加工過程中，發現X軸精度異(yi)常(chang)。
故障診斷：檢查發(fa)現X軸(zhou)存在(zai)一(yi)定(ding)間隙，且電機啟動(dong)(dong)時存在(zai)不穩定(ding)的現象。用手觸摸X軸(zhou)電機時感(gan)覺(jue)電機拉動(dong)(dong)比較厲(li)害，停止時拉動(dong)(dong)不明顯(xian)，尤其是點動(dong)(dong)方(fang)式下(xia)比較明顯(xian)。分析(xi)認(ren)為，故障原因有兩點：一(yi)是絲(si)杠(gang)反(fan)間隙很(hen)大；二是X軸(zhou)電機工作異常(chang)。
故障(zhang)處理：利用(yong)KND-10M系統的(de)參數(shu)功能(neng)，對電(dian)機(ji)(ji)(ji)進(jin)行調(diao)試。首(shou)先(xian)對存在的(de)間(jian)隙進(jin)行補償(chang)，再調(diao)整伺(si)服系統參數(shu)及脈沖抑(yi)制功能(neng)參數(shu)，X軸電(dian)機(ji)(ji)(ji)的(de)抖(dou)動(dong)消除，機(ji)(ji)(ji)床加(jia)工(gong)精度恢復(fu)正常。 |
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