| 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因(yin)隱(yin)蔽性強，診斷(duan)難度比(bi)較大，歸納出五(wu)個主要原因(yin)：機床進(jin)給(gei)單位被改動或變化；機(ji)床各(ge)個軸(zhou)的(de)零點偏置異常(chang)(chang)；軸(zhou)向的(de)反向間隙異常(chang)(chang)；電機(ji)運行狀態(tai)異常(chang)(chang)，即電氣及控(kong)制部分異常(chang)(chang)；機(ji)械(xie)故障，如絲杠，軸承，軸聯器(qi)等部件。另外加工程序的編制，刀具的選擇及人為(wei)因(yin)素，也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(zao)成加工(gong)精(jing)度異(yi)常(chang)故障的(de)原因(yin)隱蔽性強(qiang)，診(zhen)斷難度比較大，歸納出五個主要原因(yin)：機(ji)床(chuang)(chuang)進給單位被改(gai)動或(huo)變化；機(ji)床(chuang)(chuang)各個軸(zhou)的(de)零點(dian)偏置異(yi)常(chang)；軸(zhou)向(xiang)的(de)反向(xiang)間隙異(yi)常(chang)；電機(ji)運行狀態異(yi)常(chang)，即電氣及(ji)控制部(bu)分異(yi)常(chang)；機(ji)械故障，如絲(si)杠，軸(zhou)承，軸(zhou)聯(lian)器等部(bu)件(jian)。另外加工(gong)程序的(de)編制，刀(dao)具的(de)選擇及(ji)人為(wei)因(yin)素，也可能導致(zhi)加工(gong)精(jing)度異(yi)常(chang)。
二、數控機床故障診斷原則
1.先外部后內部數控機(ji)床是(shi)集機(ji)械，液(ye)壓，電氣為一體(ti)的(de)機(ji)床，故(gu)(gu)其故(gu)(gu)障(zhang)的(de)發生也會(hui)(hui)由(you)這三(san)者綜合反(fan)映出來。維(wei)修(xiu)人員應先由(you)外向內逐一進行(xing)排查，盡(jin)量避免(mian)隨(sui)意地啟封(feng)，拆卸(xie)，否則會(hui)(hui)擴大故(gu)(gu)障(zhang)，使機(ji)床喪失精度，降低性(xing)能。
2.先機(ji)械(xie)后電氣(qi)一般來(lai)說，機(ji)械(xie)故障較易發覺(jue)，而數控系統故障(zhang)的(de)診斷則難(nan)度較(jiao)大些。在(zai)故障(zhang)檢修之前，首先注意排除機械性的(de)故障(zhang)，往(wang)往(wang)可達到事半(ban)功倍的(de)效(xiao)果。
3.先靜后(hou)動先在機(ji)床斷電(dian)的(de)靜止狀態下，通(tong)過了解，觀察，測(ce)試(shi)，分析，確認(ren)為非破壞性(xing)故障(zhang)后(hou)，方可給(gei)機(ji)床通(tong)電(dian)；在運行工況下，進行動態的(de)觀察，檢驗和測(ce)試(shi)，查找(zhao)故障(zhang)。而對破壞性(xing)故障(zhang)，必須先排除危險后(hou)，方可通(tong)電(dian)。
4.先簡單后復雜當出(chu)現(xian)多種故(gu)障互相交織(zhi)掩蓋，一(yi)時無從(cong)下手時，應先解決(jue)容(rong)易的問(wen)(wen)題，后解決(jue)難度較大的問(wen)(wen)題。往往簡單問(wen)(wen)題解決(jue)后，難度大的問(wen)(wen)題也(ye)可(ke)能變得容(rong)易。
三、數控機床故障診斷方法
1.直(zhi)觀法：（望聞問(wen)切）問(wen)-機床的故障現象，加工狀況等；看-CRT報警信息(xi)，報警指示(shi)燈，電容器(qi)等元(yuan)件變形(xing)煙熏燒焦，保護器(qi)脫扣等；聽-異常聲響；聞-電氣元(yuan)件焦糊味及其它異味；摸-發熱(re)，振(zhen)動，接觸不良等。
2.參(can)(can)數檢查法(fa)：參(can)(can)數通常是存放(fang)在RAM中，有時電(dian)池電(dian)壓不足，系統長期不通電(dian)或外部(bu)干擾都會(hui)使參(can)(can)數丟失或混亂，應根據故障特征，檢查和(he)校對有關(guan)參(can)(can)數。
3.隔離法：一些故障(zhang)，難以區(qu)分是數控部分，還是伺服系統或機(ji)械部分造成(cheng)的，常(chang)采用隔離法。
4.同類對調法用(yong)同功能(neng)的(de)(de)備(bei)用(yong)板替換被(bei)懷疑有故障的(de)(de)模(mo)板，或將功能(neng)相同的(de)(de)模(mo)板或單元相互交換。
5.功(gong)(gong)能(neng)程(cheng)序(xu)測試法(fa)將(jiang)G，M，S，T，功(gong)(gong)能(neng)的(de)全部(bu)指(zhi)令編(bian)寫一些小程(cheng)序(xu)，在(zai)診斷故障時運行(xing)這些程(cheng)序(xu)，即可判斷功(gong)(gong)能(neng)的(de)缺失(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異常(chang)
故障(zhang)現象：一臺SV-1000立式加工中心，采用Frank系統。在加工連(lian)桿模具過程中(zhong)，忽(hu)然發現(xian)Z軸(zhou)進給(gei)異常，造成至少1mm的(de)切(qie)削誤差量（Z方向過切(qie)）。
故(gu)障(zhang)(zhang)診斷：調查中了(le)解到，故(gu)障(zhang)(zhang)是忽然發生的。機床(chuang)在(zai)點(dian)動，在(zai)手動輸入(ru)數(shu)據(ju)方(fang)式操作下(xia)各個(ge)軸運行(xing)正常(chang)，且回(hui)參考點(dian)正常(chang)，無任何報警提(ti)示，電氣控制部(bu)分(fen)硬故(gu)障(zhang)(zhang)的可能性排除。應主要對以(yi)下(xia)幾個(ge)方(fang)面逐(zhu)一進行(xing)檢(jian)查。
檢查機床(chuang)精度(du)異常(chang)時正在運行的加工(gong)(gong)程(cheng)序段(duan)，特別是刀具長(chang)度(du)補償，加工(gong)(gong)坐標系(xi)（G54-G59）的校(xiao)對和計算(suan)。
在點(dian)動(dong)(dong)(dong)方式下(xia)，反復運(yun)動(dong)(dong)(dong)Z軸，經(jing)過(guo)視，觸，聽(ting)，對其運(yun)動(dong)(dong)(dong)狀態(tai)診斷，發現Z向運(yun)動(dong)(dong)(dong)噪音(yin)異常，特別是(shi)快速點(dian)動(dong)(dong)(dong)，噪音(yin)更(geng)加明顯。由(you)此判斷，機械方面可(ke)能存在隱患。
檢查機床Z軸精度(du)。用手搖脈沖發(fa)生器(qi)移動Z軸，（將其倍率定(ding)為1×100的擋位，即每變化一步，電機進給0.1mm），配合百分表觀察Z軸(zhou)的(de)(de)運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)情況(kuang)。在(zai)單向(xiang)運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)保持(chi)正(zheng)常(chang)后作(zuo)為(wei)起始(shi)點(dian)的(de)(de)正(zheng)向(xiang)運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)，脈沖(chong)器每變化(hua)一步(bu)，機(ji)(ji)(ji)床Z軸(zhou)運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)的(de)(de)實(shi)(shi)際(ji)距(ju)(ju)離(li)d=d1=d2=d3=…=0.1mm，說明(ming)電機(ji)(ji)(ji)運(yun)(yun)行(xing)(xing)良好(hao)，定位精度也良好(hao)。而返回機(ji)(ji)(ji)床實(shi)(shi)際(ji)運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)位移的(de)(de)變化(hua)上(shang)，可以分為(wei)四個階段：（1）機(ji)(ji)(ji)床運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)距(ju)(ju)離(li)d1>d=0.1mm（斜率(lv)大于1）；（2）表(biao)現出為(wei)d1=0.1mm>d2>d3（斜率(lv)小(xiao)于1）；（3）機(ji)(ji)(ji)床機(ji)(ji)(ji)構實(shi)(shi)際(ji)沒移動(dong)(dong)(dong)(dong)，表(biao)現出最標準的(de)(de)反向(xiang)間隙；（4）機(ji)(ji)(ji)床運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)距(ju)(ju)離(li)與脈沖(chong)器經(jing)定數值(zhi)相(xiang)等（斜率(lv)等于1），恢(hui)復到(dao)機(ji)(ji)(ji)床的(de)(de)正(zheng)常(chang)運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)。無論怎樣對(dui)反向(xiang)間隙進行(xing)(xing)補(bu)償(chang)，其表(biao)現出的(de)(de)特(te)征是(shi)：除了（3）階段補(bu)償(chang)外(wai)，其他(ta)各段變化(hua)依然(ran)存在(zai)，特(te)別是(shi)（1）階段嚴重影響到(dao)機(ji)(ji)(ji)床的(de)(de)加工精度。補(bu)償(chang)中發現，間隙補(bu)償(chang)越大，（1）階段移動(dong)(dong)(dong)(dong)的(de)(de)距(ju)(ju)離(li)也越大。
分析上述檢查認(ren)為存(cun)在幾(ji)點可能(neng)原(yuan)因(yin)：一是電機(ji)(ji)有(you)異常，二(er)是機(ji)(ji)械(xie)方面有(you)故(gu)(gu)障，三(san)是絲(si)杠存(cun)在間隙(xi)。為了(le)進一步診斷故(gu)(gu)障，將電機(ji)(ji)和絲(si)杠完全(quan)脫開，分別對電機(ji)(ji)和機(ji)(ji)械(xie)部分進行檢查。檢查結果是電機(ji)(ji)運行正常；在對機(ji)(ji)械(xie)部分診斷中發現(xian)，用手盤(pan)動(dong)(dong)(dong)絲(si)杠時(shi)，返回(hui)運動(dong)(dong)(dong)初始(shi)有(you)很大的空缺感。而正常情況下，應該能(neng)感覺(jue)到軸承有(you)序而平滑的移動(dong)(dong)(dong)。
故障處(chu)理：經過(guo)拆(chai)卸(xie)檢查發(fa)現該軸承確實受損，且有(you)滾珠脫落(luo)。更換后機床恢復正(zheng)常(chang)。
2.控制(zhi)邏輯(ji)不妥導致(zhi)加工精度異常
故障現象：一(yi)臺上海機床廠(chang)家生(sheng)產的加工中心，系(xi)統是(shi)Frank.加工過(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)(zhong)，發現(xian)(xian)該(gai)機床(chuang)X軸精度異(yi)常(chang)，精度誤(wu)差最小為0.008mm，最大(da)為1.2mm.故障診斷：檢(jian)查中(zhong)(zhong)，機床(chuang)已經按照要求設置(zhi)了(le)G54工件坐標(biao)系(xi)。在手動(dong)輸入(ru)數據方式操作下(xia)，以G54坐標(biao)系(xi)運(yun)行(xing)(xing)一段程(cheng)(cheng)序(xu)即“GOOG90G54X60.OY70.OF150；M30；”，待機床(chuang)運(yun)行(xing)(xing)結束后(hou)(hou)顯(xian)(xian)示(shi)器上顯(xian)(xian)示(shi)的(de)(de)機械坐標(biao)值(zhi)(zhi)為（X軸）“-1025.243”，記錄下(xia)該(gai)數值(zhi)(zhi)。然后(hou)(hou)在手動(dong)方式下(xia)，將(jiang)機床(chuang)點動(dong)到(dao)其他任(ren)意位(wei)(wei)置(zhi)，再次在手動(dong)輸入(ru)數據方式操作下(xia)運(yun)行(xing)(xing)剛(gang)才的(de)(de)程(cheng)(cheng)序(xu)段，待機床(chuang)停止后(hou)(hou)，發現(xian)(xian)此(ci)時機床(chuang)坐標(biao)數值(zhi)(zhi)顯(xian)(xian)示(shi)為“-1024.891”，同(tong)(tong)上一次執(zhi)行(xing)(xing)后(hou)(hou)的(de)(de)數值(zhi)(zhi)比較相(xiang)差了(le)0.352mm.按照同(tong)(tong)樣的(de)(de)方法，將(jiang)X軸點動(dong)移動(dong)到(dao)不(bu)(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)位(wei)(wei)置(zhi)，反(fan)復執(zhi)行(xing)(xing)該(gai)程(cheng)(cheng)序(xu)段，而顯(xian)(xian)示(shi)器上顯(xian)(xian)示(shi)的(de)(de)數值(zhi)(zhi)都有所不(bu)(bu)同(tong)(tong)（不(bu)(bu)穩(wen)定(ding)）。用百分表對(dui)X軸進(jin)(jin)行(xing)(xing)仔細檢(jian)查，發現(xian)(xian)機械位(wei)(wei)置(zhi)實際誤(wu)差同(tong)(tong)數字(zi)顯(xian)(xian)示(shi)出來的(de)(de)誤(wu)差基(ji)本一致(zhi)，從(cong)而認為故障原(yuan)因(yin)為X軸重(zhong)復定(ding)位(wei)(wei)誤(wu)差過(guo)大(da)。對(dui)X軸的(de)(de)反(fan)向(xiang)間隙及(ji)定(ding)位(wei)(wei)精度進(jin)(jin)行(xing)(xing)檢(jian)查，重(zhong)新補償(chang)其誤(wu)差值(zhi)(zhi)，結果起不(bu)(bu)到(dao)任(ren)何作用。因(yin)此(ci)懷(huai)疑光(guang)柵尺及(ji)系(xi)統參數等有問題(ti)。但為什么產生如(ru)此(ci)大(da)的(de)(de)誤(wu)差，卻又未出現(xian)(xian)相(xiang)應的(de)(de)報(bao)警信息進(jin)(jin)一步檢(jian)查發現(xian)(xian)，此(ci)軸為垂直方向(xiang)的(de)(de)軸，當X軸松(song)開時主軸箱向下掉，造成了誤(wu)差。
故障處理：對機(ji)床的PLC邏(luo)輯控(kong)制(zhi)程(cheng)序做了修(xiu)改，即在X軸(zhou)松開(kai)時，先(xian)把X軸(zhou)使(shi)能加(jia)載，再把X軸(zhou)松開(kai)；而(er)在X軸(zhou)夾(jia)緊時，先(xian)把X軸(zhou)夾(jia)緊后(hou)，再把使(shi)能去掉。調整后(hou)機床故障(zhang)得以解決。
3.機床位置問(wen)題導致加工精度異常
故障現象：一臺杭州(zhou)產的立式數控(kong)銑床，配備北京KND-10M系統。在點動(dong)或加工過程中，發(fa)現Z軸(zhou)異(yi)常。
故(gu)障(zhang)(zhang)診斷(duan)：檢查發(fa)(fa)現(xian)，Z軸(zhou)上(shang)下移動(dong)不均勻(yun)且有(you)噪(zao)聲，且存在(zai)(zai)一定間隙。電(dian)機啟(qi)動(dong)時(shi)，在(zai)(zai)點動(dong)方式下Z軸(zhou)向(xiang)上(shang)運(yun)動(dong)存在(zai)(zai)不穩定的(de)(de)噪(zao)聲及(ji)受(shou)(shou)力不均勻(yun)，且感(gan)覺電(dian)機抖(dou)動(dong)比(bi)較厲害；而向(xiang)下運(yun)動(dong)時(shi)，就沒(mei)有(you)抖(dou)動(dong)得這(zhe)(zhe)么明顯；停止時(shi)不抖(dou)動(dong)，在(zai)(zai)加工過程(cheng)中表現(xian)得比(bi)較明顯。分析認為，故(gu)障(zhang)(zhang)原(yuan)因有(you)三點：一是(shi)絲杠反向(xiang)間隙很大(da)；二(er)是(shi)Z軸(zhou)電(dian)機工作(zuo)異常(chang)；三是(shi)皮(pi)(pi)帶(dai)(dai)(dai)輪受(shou)(shou)損至受(shou)(shou)力不均。但(dan)有(you)一個問(wen)(wen)題要注意的(de)(de)是(shi)，停止時(shi)不抖(dou)動(dong)，上(shang)下運(yun)動(dong)不均勻(yun)，所(suo)(suo)以電(dian)機工作(zuo)異常(chang)這(zhe)(zhe)個問(wen)(wen)題可(ke)以排(pai)除。因此先對(dui)機械部分診斷(duan)，在(zai)(zai)診斷(duan)測試過程(cheng)中沒(mei)有(you)發(fa)(fa)現(xian)異常(chang)，在(zai)(zai)公差之內。利用排(pai)除法則，余(yu)下的(de)(de)只(zhi)有(you)皮(pi)(pi)帶(dai)(dai)(dai)問(wen)(wen)題了，在(zai)(zai)檢測皮(pi)(pi)帶(dai)(dai)(dai)時(shi)，發(fa)(fa)覺這(zhe)(zhe)條皮(pi)(pi)帶(dai)(dai)(dai)剛換不久，但(dan)在(zai)(zai)細心檢測皮(pi)(pi)帶(dai)(dai)(dai)時(shi)，發(fa)(fa)現(xian)皮(pi)(pi)帶(dai)(dai)(dai)內側出現(xian)不同程(cheng)度的(de)(de)受(shou)(shou)損，很明顯是(shi)受(shou)(shou)力不均所(suo)(suo)至，是(shi)什(shen)么原(yuan)因造成(cheng)的(de)(de)呢在(zai)(zai)診斷(duan)中發(fa)(fa)現(xian)電(dian)機放置有(you)問(wen)(wen)題，即裝夾的(de)(de)角度位置不對(dui)稱造成(cheng)受(shou)(shou)力不均。
故障處理：只要將電機重(zhong)裝，對準角(jiao)度，測(ce)量好距離（電機與Z軸(zhou)的軸(zhou)承），皮帶兩邊（長度）要均(jun)勻。這樣，Z軸(zhou)上下移動不均(jun)勻且有噪聲及抖動現象(xiang)就(jiu)消除了，Z軸(zhou)加工恢復正常。
4.系統(tong)參數未優(you)化，電機運行異常
導致加(jia)工精(jing)度(du)異常系統(tong)參數(shu)(shu)主要(yao)(yao)包括機床進給單位，零點偏置，反(fan)向間隙等。例(li)如Frank數(shu)(shu)控系統(tong)，其進給單位有公(gong)制(zhi)和(he)英制(zhi)兩種(zhong)。在機床修理過程中對(dui)于(yu)局部處理，常常影響(xiang)到零點偏置和(he)間隙的變化(hua)，故(gu)障處理完畢后(hou)應作適時(shi)的調整(zheng)和(he)修改(gai)；另(ling)一方面(mian)，由于(yu)機械磨損嚴重或連接位松(song)動(dong)也可能造成參數(shu)(shu)實測值的變化(hua)，需要(yao)(yao)對(dui)參數(shu)(shu)做相應的修改(gai)才能滿(man)足(zu)機床加(jia)工精(jing)度(du)的要(yao)(yao)求。
故障現象：一臺杭州產的立式數控銑床，配(pei)備北京KND-10M系(xi)統。在(zai)加(jia)工過(guo)程中，發現X軸精度異常(chang)。
故障診斷：檢查發現X軸(zhou)存(cun)在一定(ding)間隙，且電(dian)機(ji)啟(qi)動時(shi)存(cun)在不(bu)穩(wen)定(ding)的現象(xiang)。用手(shou)觸(chu)摸X軸(zhou)電(dian)機(ji)時(shi)感覺電(dian)機(ji)拉(la)動比較厲害，停止時(shi)拉(la)動不(bu)明顯，尤(you)其是點(dian)動方式下比較明顯。分(fen)析認為，故障原因有兩點(dian)：一是絲杠(gang)反(fan)間隙很大(da)；二是X軸(zhou)電(dian)機(ji)工(gong)作(zuo)異(yi)常。
故障處(chu)理：利用KND-10M系(xi)統的參數功能，對電機進(jin)行調(diao)試。首先對存在的間隙進(jin)行補償，再調(diao)整伺服(fu)系(xi)統參數及脈沖抑制功能參數，X軸電機的抖動消除(chu)，機床(chuang)加工精度(du)恢復正(zheng)常(chang)。 |
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