| 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(zhang)的原因隱蔽性強，診斷難度(du)比較大，歸納(na)出(chu)五個主要原因：機床進(jin)給單(dan)位被改動或變化(hua)；機(ji)床(chuang)各個軸的零點偏置異(yi)常(chang)(chang)；軸向的反向間隙異(yi)常(chang)(chang)；電(dian)機(ji)運(yun)行(xing)狀(zhuang)態異(yi)常(chang)(chang)，即電(dian)氣及控制(zhi)部分異(yi)常(chang)(chang)；機(ji)械故障，如絲杠，軸承，軸聯(lian)器等(deng)部件。另(ling)外(wai)加工程序的編制，刀具的(de)選擇及(ji)人為因素，也可能導致加工精度異常。
一、造成加工精度異常故障的原因
造成加工精(jing)度(du)異(yi)常故障的原因隱蔽性強，診斷難度(du)比(bi)較大，歸納出(chu)五個主(zhu)要原因：機(ji)床進給單位(wei)被改(gai)動或(huo)變化；機(ji)床各(ge)個軸的零點偏置異(yi)常；軸向的反向間隙(xi)異(yi)常；電(dian)機(ji)運行狀態(tai)異(yi)常，即電(dian)氣(qi)及(ji)控制(zhi)部分異(yi)常；機(ji)械故障，如絲杠，軸承(cheng)，軸聯器等(deng)部件。另外加工程序的編(bian)制(zhi)，刀具的選擇及(ji)人為因素(su)，也可(ke)能導致加工精(jing)度(du)異(yi)常。
二、數控機床故障診斷原則
1.先外(wai)(wai)部(bu)后(hou)內(nei)部(bu)數(shu)控機(ji)(ji)(ji)床(chuang)是集機(ji)(ji)(ji)械(xie)，液壓(ya)，電(dian)氣為(wei)一體的機(ji)(ji)(ji)床(chuang)，故(gu)其(qi)故(gu)障(zhang)的發生(sheng)也會由(you)這(zhe)三(san)者綜合(he)反映出來。維修人員(yuan)應先由(you)外(wai)(wai)向內(nei)逐一進行(xing)排查，盡量避免(mian)隨意地啟(qi)封，拆卸，否則會擴大故(gu)障(zhang)，使機(ji)(ji)(ji)床(chuang)喪失精度，降低(di)性能。
2.先機械(xie)后電氣一般來說(shuo)，機械(xie)故(gu)障較(jiao)易發覺，而數控系統故(gu)障(zhang)的(de)(de)(de)診斷則難度較大些。在故(gu)障(zhang)檢修之前，首先注意排除機械性(xing)的(de)(de)(de)故(gu)障(zhang)，往往可達(da)到事半(ban)功倍的(de)(de)(de)效果。
3.先靜后動(dong)先在機床斷電的靜止狀態下，通過了解，觀察，測試，分析，確認為非破壞性(xing)故障后，方可給機床通電；在運行工況下，進行動(dong)態的觀察，檢驗和測試，查(cha)找故障。而(er)對破壞性(xing)故障，必須先排除危險后，方可通電。
4.先(xian)簡(jian)(jian)單后復雜當出現多種故障(zhang)互相交織(zhi)掩蓋，一時(shi)(shi)無從下手時(shi)(shi)，應先(xian)解(jie)決(jue)容易的(de)問(wen)(wen)題(ti)，后解(jie)決(jue)難度較大(da)的(de)問(wen)(wen)題(ti)。往往簡(jian)(jian)單問(wen)(wen)題(ti)解(jie)決(jue)后，難度大(da)的(de)問(wen)(wen)題(ti)也(ye)可能變得容易。
三、數控機床故障診斷方法
1.直觀(guan)法：（望聞問(wen)切）問(wen)-機床(chuang)的故障現(xian)象，加工狀況(kuang)等；看-CRT報警(jing)信息，報警(jing)指示燈，電(dian)(dian)容(rong)器等元件變形煙熏燒焦，保護器脫扣等；聽-異常聲響；聞-電(dian)(dian)氣元件焦糊味及(ji)其它異(yi)味；摸-發(fa)熱，振動，接觸(chu)不(bu)良等。
2.參數檢(jian)查法(fa)：參數通(tong)常是存放在(zai)RAM中，有時電(dian)池電(dian)壓不(bu)足，系統長期不(bu)通(tong)電(dian)或外(wai)部干擾都會使參數丟(diu)失或混亂，應根(gen)據故(gu)障特征，檢(jian)查和校(xiao)對有關參數。
3.隔離法：一些故障，難以(yi)區分(fen)是(shi)數控部分(fen)，還是(shi)伺服系統或(huo)機械部(bu)分造成的，常采用隔離(li)法。
4.同(tong)類對調法用同(tong)功能(neng)的(de)備用板(ban)替換(huan)(huan)被懷疑有故障的(de)模板(ban)，或將功能(neng)相同(tong)的(de)模板(ban)或單元相互交換(huan)(huan)。
5.功(gong)能程(cheng)序(xu)(xu)測試法將G，M，S，T，功(gong)能的(de)(de)全(quan)部指令編(bian)寫(xie)一些小程(cheng)序(xu)(xu)，在診斷(duan)故障時運(yun)行這些程(cheng)序(xu)(xu)，即可判斷(duan)功(gong)能的(de)(de)缺(que)失。
四、加工精度異常故障診斷和處理實例
1.機械(xie)故障(zhang)導致加工精度異常
故障現象：一臺SV-1000立式加工中心，采用Frank系統(tong)。在加工連(lian)桿模具過(guo)程中，忽然發現Z軸(zhou)進給異(yi)常，造成至少1mm的切削(xue)誤差量（Z方向過(guo)切）。
故(gu)障(zhang)診(zhen)斷：調查(cha)中了(le)解到，故(gu)障(zhang)是忽然發生的(de)(de)。機床在(zai)點(dian)動，在(zai)手動輸(shu)入數據方(fang)式操作下各個軸(zhou)運行正(zheng)常，且回(hui)參考點(dian)正(zheng)常，無任何報警提示，電(dian)氣控制部分(fen)硬故(gu)障(zhang)的(de)(de)可能性排除。應(ying)主要對以下幾(ji)個方(fang)面逐(zhu)一進行檢查(cha)。
檢(jian)查機床精(jing)度異常(chang)時正在運行的加工(gong)(gong)程序段(duan)，特別是刀具長度補償，加工(gong)(gong)坐標系（G54-G59）的校對和計(ji)算。
在點(dian)動(dong)(dong)方式下，反(fan)復運動(dong)(dong)Z軸(zhou)，經過視，觸，聽，對其(qi)運動(dong)(dong)狀態(tai)診斷，發(fa)現Z向運動(dong)(dong)噪(zao)音(yin)異常，特別(bie)是(shi)快(kuai)速(su)點(dian)動(dong)(dong)，噪(zao)音(yin)更加明顯(xian)。由此判斷，機械方面(mian)可能(neng)存在隱患。
檢查機(ji)床Z軸精(jing)度。用手搖脈沖發生(sheng)器(qi)移動Z軸，（將其倍(bei)率定為1×100的擋位，即每變(bian)化一步，電機(ji)進給(gei)0.1mm），配合百分表觀察Z軸的(de)(de)運(yun)動(dong)(dong)(dong)情況。在單向運(yun)動(dong)(dong)(dong)保持正(zheng)常后作為起(qi)始點的(de)(de)正(zheng)向運(yun)動(dong)(dong)(dong)，脈沖器每變(bian)(bian)化(hua)(hua)一步，機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)Z軸運(yun)動(dong)(dong)(dong)的(de)(de)實(shi)(shi)際距(ju)離(li)d=d1=d2=d3=…=0.1mm，說明電機(ji)(ji)(ji)運(yun)行良好(hao)，定位精度(du)也良好(hao)。而返回機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)實(shi)(shi)際運(yun)動(dong)(dong)(dong)位移(yi)的(de)(de)變(bian)(bian)化(hua)(hua)上，可以分為四個階段(duan)：（1）機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)運(yun)動(dong)(dong)(dong)距(ju)離(li)d1>d=0.1mm（斜(xie)(xie)率(lv)(lv)大于(yu)1）；（2）表現出(chu)為d1=0.1mm>d2>d3（斜(xie)(xie)率(lv)(lv)小于(yu)1）；（3）機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)機(ji)(ji)(ji)構實(shi)(shi)際沒移(yi)動(dong)(dong)(dong)，表現出(chu)最標(biao)準的(de)(de)反(fan)向間隙(xi)；（4）機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)運(yun)動(dong)(dong)(dong)距(ju)離(li)與脈沖器經定數值相(xiang)等（斜(xie)(xie)率(lv)(lv)等于(yu)1），恢(hui)復到機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)的(de)(de)正(zheng)常運(yun)動(dong)(dong)(dong)。無論(lun)怎樣對反(fan)向間隙(xi)進行補償，其表現出(chu)的(de)(de)特征是(shi)：除了（3）階段(duan)補償外(wai)，其他各段(duan)變(bian)(bian)化(hua)(hua)依然(ran)存(cun)在，特別是(shi)（1）階段(duan)嚴重影響到機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)的(de)(de)加工精度(du)。補償中發現，間隙(xi)補償越(yue)大，（1）階段(duan)移(yi)動(dong)(dong)(dong)的(de)(de)距(ju)離(li)也越(yue)大。
分析上(shang)述檢(jian)查認(ren)為存在幾點可能(neng)原(yuan)因：一是(shi)電(dian)(dian)機(ji)(ji)有(you)異常(chang)，二(er)是(shi)機(ji)(ji)械方面有(you)故障，三是(shi)絲(si)杠(gang)(gang)存在間隙。為了進一步診斷故障，將電(dian)(dian)機(ji)(ji)和絲(si)杠(gang)(gang)完(wan)全脫(tuo)開，分別對(dui)電(dian)(dian)機(ji)(ji)和機(ji)(ji)械部(bu)分進行檢(jian)查。檢(jian)查結(jie)果是(shi)電(dian)(dian)機(ji)(ji)運行正(zheng)(zheng)常(chang)；在對(dui)機(ji)(ji)械部(bu)分診斷中發現，用手盤動絲(si)杠(gang)(gang)時，返回運動初始有(you)很(hen)大(da)的(de)空缺感。而正(zheng)(zheng)常(chang)情況下，應該能(neng)感覺到軸承有(you)序而平滑的(de)移動。
故障處理(li)：經過(guo)拆卸檢查發(fa)現該軸承確(que)實受損，且有滾珠脫落。更換后機(ji)床恢復正常。
2.控(kong)制邏輯(ji)不妥導致加工精度異常
故障現象：一臺上海機床廠(chang)家生(sheng)產的加工中心，系統(tong)是Frank.加(jia)工過(guo)程中(zhong)，發(fa)現該(gai)機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)X軸(zhou)精度(du)異(yi)常(chang)，精度(du)誤(wu)差(cha)(cha)(cha)最小為(wei)(wei)(wei)0.008mm，最大為(wei)(wei)(wei)1.2mm.故障診斷：檢查中(zhong)，機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)已經按(an)照要求(qiu)設(she)置(zhi)了(le)G54工件坐標系。在手(shou)(shou)動(dong)(dong)輸(shu)入數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)方(fang)(fang)式操作下(xia)，以(yi)G54坐標系運行(xing)(xing)一(yi)段(duan)(duan)(duan)程序即(ji)“GOOG90G54X60.OY70.OF150；M30；”，待機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)運行(xing)(xing)結(jie)束后顯(xian)(xian)示器上(shang)(shang)顯(xian)(xian)示的(de)(de)(de)機(ji)(ji)(ji)械(xie)坐標值(zhi)(zhi)為(wei)(wei)(wei)（X軸(zhou)）“-1025.243”，記錄(lu)下(xia)該(gai)數(shu)(shu)(shu)(shu)值(zhi)(zhi)。然后在手(shou)(shou)動(dong)(dong)方(fang)(fang)式下(xia)，將機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)點(dian)動(dong)(dong)到其他任意位(wei)(wei)置(zhi)，再次在手(shou)(shou)動(dong)(dong)輸(shu)入數(shu)(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)方(fang)(fang)式操作下(xia)運行(xing)(xing)剛才的(de)(de)(de)程序段(duan)(duan)(duan)，待機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)停止后，發(fa)現此(ci)時(shi)機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)坐標數(shu)(shu)(shu)(shu)值(zhi)(zhi)顯(xian)(xian)示為(wei)(wei)(wei)“-1024.891”，同上(shang)(shang)一(yi)次執(zhi)行(xing)(xing)后的(de)(de)(de)數(shu)(shu)(shu)(shu)值(zhi)(zhi)比較相差(cha)(cha)(cha)了(le)0.352mm.按(an)照同樣的(de)(de)(de)方(fang)(fang)法，將X軸(zhou)點(dian)動(dong)(dong)移動(dong)(dong)到不同的(de)(de)(de)位(wei)(wei)置(zhi)，反(fan)復(fu)執(zhi)行(xing)(xing)該(gai)程序段(duan)(duan)(duan)，而顯(xian)(xian)示器上(shang)(shang)顯(xian)(xian)示的(de)(de)(de)數(shu)(shu)(shu)(shu)值(zhi)(zhi)都有所(suo)不同（不穩定）。用(yong)百分表對(dui)X軸(zhou)進行(xing)(xing)仔細(xi)檢查，發(fa)現機(ji)(ji)(ji)械(xie)位(wei)(wei)置(zhi)實際誤(wu)差(cha)(cha)(cha)同數(shu)(shu)(shu)(shu)字顯(xian)(xian)示出(chu)來(lai)的(de)(de)(de)誤(wu)差(cha)(cha)(cha)基(ji)本一(yi)致，從而認為(wei)(wei)(wei)故障原因為(wei)(wei)(wei)X軸(zhou)重復(fu)定位(wei)(wei)誤(wu)差(cha)(cha)(cha)過(guo)大。對(dui)X軸(zhou)的(de)(de)(de)反(fan)向間隙及定位(wei)(wei)精度(du)進行(xing)(xing)檢查，重新補(bu)償(chang)其誤(wu)差(cha)(cha)(cha)值(zhi)(zhi)，結(jie)果起不到任何作用(yong)。因此(ci)懷疑光柵尺及系統(tong)參數(shu)(shu)(shu)(shu)等有問題。但為(wei)(wei)(wei)什(shen)么(me)產生如此(ci)大的(de)(de)(de)誤(wu)差(cha)(cha)(cha)，卻又未出(chu)現相應(ying)的(de)(de)(de)報警信息進一(yi)步檢查發(fa)現，此(ci)軸(zhou)為(wei)(wei)(wei)垂直(zhi)方(fang)(fang)向的(de)(de)(de)軸(zhou)，當X軸(zhou)松開時(shi)主軸箱向下掉，造成了誤差。
故障處理：對機床的(de)PLC邏輯(ji)控制(zhi)程序(xu)做了(le)修改，即在X軸(zhou)松開時，先(xian)把X軸(zhou)使能(neng)加載，再(zai)把X軸(zhou)松開；而在X軸(zhou)夾緊時，先(xian)把X軸(zhou)夾緊后(hou)，再(zai)把使能(neng)去掉。調(diao)整后(hou)機(ji)床故(gu)障得以解決。
3.機床位置(zhi)問題導致加(jia)工(gong)精(jing)度異(yi)常
故障現(xian)象：一臺杭州產的立式數控(kong)銑床，配備北京KND-10M系統(tong)。在點動或加工(gong)過程中，發現Z軸異常。
故障診斷：檢(jian)查發(fa)(fa)現(xian)(xian)，Z軸上(shang)下(xia)移動(dong)不(bu)(bu)均(jun)勻且(qie)(qie)(qie)有噪(zao)聲，且(qie)(qie)(qie)存(cun)在(zai)(zai)一(yi)定(ding)間隙(xi)(xi)。電機(ji)啟動(dong)時(shi)，在(zai)(zai)點動(dong)方式下(xia)Z軸向(xiang)上(shang)運(yun)動(dong)存(cun)在(zai)(zai)不(bu)(bu)穩定(ding)的(de)(de)噪(zao)聲及受(shou)(shou)(shou)力(li)不(bu)(bu)均(jun)勻，且(qie)(qie)(qie)感覺電機(ji)抖(dou)動(dong)比較(jiao)厲害(hai)；而向(xiang)下(xia)運(yun)動(dong)時(shi)，就沒有抖(dou)動(dong)得(de)這么明顯(xian)；停止時(shi)不(bu)(bu)抖(dou)動(dong)，在(zai)(zai)加工過(guo)程中(zhong)表現(xian)(xian)得(de)比較(jiao)明顯(xian)。分析認為，故障原因有三(san)點：一(yi)是(shi)絲杠反向(xiang)間隙(xi)(xi)很(hen)大；二是(shi)Z軸電機(ji)工作異(yi)常；三(san)是(shi)皮帶(dai)(dai)輪受(shou)(shou)(shou)損至受(shou)(shou)(shou)力(li)不(bu)(bu)均(jun)。但(dan)有一(yi)個(ge)問(wen)(wen)(wen)題(ti)要注意的(de)(de)是(shi)，停止時(shi)不(bu)(bu)抖(dou)動(dong)，上(shang)下(xia)運(yun)動(dong)不(bu)(bu)均(jun)勻，所(suo)以電機(ji)工作異(yi)常這個(ge)問(wen)(wen)(wen)題(ti)可以排除。因此先對機(ji)械部分診斷，在(zai)(zai)診斷測(ce)試(shi)過(guo)程中(zhong)沒有發(fa)(fa)現(xian)(xian)異(yi)常，在(zai)(zai)公差(cha)之內。利用排除法則，余下(xia)的(de)(de)只有皮帶(dai)(dai)問(wen)(wen)(wen)題(ti)了，在(zai)(zai)檢(jian)測(ce)皮帶(dai)(dai)時(shi)，發(fa)(fa)覺這條皮帶(dai)(dai)剛換不(bu)(bu)久，但(dan)在(zai)(zai)細心檢(jian)測(ce)皮帶(dai)(dai)時(shi)，發(fa)(fa)現(xian)(xian)皮帶(dai)(dai)內側出現(xian)(xian)不(bu)(bu)同(tong)程度(du)的(de)(de)受(shou)(shou)(shou)損，很(hen)明顯(xian)是(shi)受(shou)(shou)(shou)力(li)不(bu)(bu)均(jun)所(suo)至，是(shi)什么原因造成的(de)(de)呢(ni)在(zai)(zai)診斷中(zhong)發(fa)(fa)現(xian)(xian)電機(ji)放置有問(wen)(wen)(wen)題(ti)，即(ji)裝夾的(de)(de)角度(du)位置不(bu)(bu)對稱造成受(shou)(shou)(shou)力(li)不(bu)(bu)均(jun)。
故障(zhang)處理(li)：只要將電機(ji)重(zhong)裝(zhuang)，對準角度，測量好距離（電機(ji)與Z軸(zhou)(zhou)的軸(zhou)(zhou)承），皮帶兩(liang)邊（長(chang)度）要均勻。這樣，Z軸(zhou)(zhou)上下(xia)移(yi)動不均勻且(qie)有噪(zao)聲及抖動現象就消除了，Z軸(zhou)(zhou)加工恢復正常(chang)。
4.系(xi)統參數未優(you)化，電機運行(xing)異常
導(dao)致加工(gong)精度(du)異常系統參(can)數(shu)主要(yao)包括機(ji)床進給單位(wei)(wei)，零點偏(pian)置，反向間隙等。例如(ru)Frank數(shu)控(kong)系統，其進給單位(wei)(wei)有公制(zhi)和英制(zhi)兩種。在機(ji)床修(xiu)理(li)過(guo)程中對(dui)于局部處理(li)，常常影響到零點偏(pian)置和間隙的(de)變化(hua)(hua)，故障處理(li)完畢后應(ying)作適時(shi)的(de)調整(zheng)和修(xiu)改；另一(yi)方面，由于機(ji)械(xie)磨損嚴重(zhong)或(huo)連接位(wei)(wei)松動也可能(neng)造成參(can)數(shu)實測(ce)值的(de)變化(hua)(hua)，需要(yao)對(dui)參(can)數(shu)做相應(ying)的(de)修(xiu)改才能(neng)滿(man)足機(ji)床加工(gong)精度(du)的(de)要(yao)求。
故障現(xian)象：一臺杭州產(chan)的立式數控銑床，配備(bei)北京KND-10M系統(tong)。在加(jia)工(gong)過程(cheng)中，發現(xian)X軸(zhou)精度異常。
故障診斷(duan)：檢查(cha)發現X軸存在一(yi)定間(jian)隙，且電(dian)機啟(qi)動(dong)時存在不穩定的現象。用(yong)手觸摸X軸電(dian)機時感(gan)覺電(dian)機拉動(dong)比較厲害(hai)，停止時拉動(dong)不明顯(xian)，尤其是(shi)(shi)點動(dong)方式下比較明顯(xian)。分析(xi)認為，故障原因有兩點：一(yi)是(shi)(shi)絲杠反間(jian)隙很大(da)；二是(shi)(shi)X軸電(dian)機工作(zuo)異常。
故障處理：利用KND-10M系(xi)統的參數功(gong)(gong)能，對(dui)電機進(jin)行調試。首先對(dui)存在的間隙進(jin)行補償，再調整伺服系(xi)統參數及脈(mo)沖抑制功(gong)(gong)能參數，X軸電機的抖動(dong)消除(chu)，機床(chuang)加(jia)工精度恢復(fu)正常。 |
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