| 淺析數控機床加工精度降低的原因 |
造成加工精(jing)度異常故(gu)障的原因(yin)(yin)隱蔽性強，診(zhen)斷難度比較大(da)，歸納出五個主(zhu)要原因(yin)(yin)：機床進(jin)給單位被改動(dong)或變化；機床各個軸的零點偏置異常；軸向的反向間隙異常；電(dian)機運(yun)行狀態異常，即電(dian)氣及(ji)控制部分(fen)異常；機械(xie)故障，如絲杠，軸承，軸(zhou)聯器等部件。另(ling)外(wai)加(jia)工程(cheng)序的(de)編制，刀具的選擇(ze)及人(ren)為因素(su)，也可能導致(zhi)加(jia)工(gong)精度異常。
一、造成加工精度異常故障的原因
造成加工精度異(yi)(yi)(yi)常(chang)(chang)故障(zhang)的(de)(de)原因隱(yin)蔽性強，診斷難(nan)度比較大，歸納出五個主要原因：機床進給單(dan)位被改動或變化；機床各個軸(zhou)的(de)(de)零點偏置異(yi)(yi)(yi)常(chang)(chang)；軸(zhou)向的(de)(de)反向間隙異(yi)(yi)(yi)常(chang)(chang)；電機運行狀(zhuang)態異(yi)(yi)(yi)常(chang)(chang)，即電氣及控制部分異(yi)(yi)(yi)常(chang)(chang)；機械故障(zhang)，如絲杠，軸(zhou)承(cheng)，軸(zhou)聯器(qi)等部件(jian)。另外加工程(cheng)序(xu)的(de)(de)編制，刀具的(de)(de)選擇(ze)及人為因素，也可能導致加工精度異(yi)(yi)(yi)常(chang)(chang)。
二、數控機床故障診斷原則
1.先外(wai)部后內部數控機(ji)床是集機(ji)械，液壓(ya)，電氣為一體的機(ji)床，故其故障的發生(sheng)也會(hui)由這三者綜合(he)反映出來。維修人員(yuan)應(ying)先由外(wai)向內逐一進行排查，盡(jin)量避免(mian)隨意地(di)啟封，拆卸，否則(ze)會(hui)擴大故障，使機(ji)床喪失精度，降低性能。
2.先機械后(hou)電氣一(yi)般(ban)來(lai)說，機械故障較(jiao)易發(fa)覺(jue)，而數控系統故障的(de)診斷則難度(du)較大些。在故障檢修之前，首(shou)先注(zhu)意排除機械性的(de)故障，往(wang)往(wang)可達(da)到事半(ban)功倍的(de)效(xiao)果。
3.先靜(jing)后(hou)(hou)動(dong)先在(zai)機床(chuang)斷電(dian)的(de)靜(jing)止狀態下，通過了解，觀察(cha)，測試(shi)，分析，確(que)認為非(fei)破(po)壞性故障后(hou)(hou)，方可給機床(chuang)通電(dian)；在(zai)運行(xing)(xing)工況下，進行(xing)(xing)動(dong)態的(de)觀察(cha)，檢驗和測試(shi)，查找故障。而對破(po)壞性故障，必(bi)須先排除(chu)危險后(hou)(hou)，方可通電(dian)。
4.先簡單后(hou)復雜(za)當出現多種故(gu)障互相交織(zhi)掩蓋，一時無從下(xia)手時，應先解(jie)決容易的(de)(de)問(wen)題，后(hou)解(jie)決難(nan)度(du)較(jiao)大的(de)(de)問(wen)題。往往簡單問(wen)題解(jie)決后(hou)，難(nan)度(du)大的(de)(de)問(wen)題也可(ke)能變(bian)得容易。
三、數控機床故障診斷方法
1.直觀法：（望聞(wen)問切(qie)）問-機床的故(gu)障現象，加工狀況(kuang)等(deng)；看(kan)-CRT報(bao)(bao)警(jing)信(xin)息，報(bao)(bao)警(jing)指示燈，電(dian)容(rong)器等(deng)元件(jian)變(bian)形煙熏燒焦(jiao)，保(bao)護器脫扣等(deng)；聽-異常(chang)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，接觸(chu)不良等。
2.參(can)數(shu)(shu)檢查(cha)法：參(can)數(shu)(shu)通(tong)常(chang)是存放在RAM中，有時電池電壓不足(zu)，系統長(chang)期不通(tong)電或外部(bu)干擾都會使參(can)數(shu)(shu)丟失或混亂，應(ying)根據故障(zhang)特征(zheng)，檢查(cha)和校(xiao)對有關(guan)參(can)數(shu)(shu)。
3.隔離法：一些故障，難以(yi)區分(fen)是數控部分(fen)，還是伺服系統或機械部(bu)分造成的，常(chang)采用隔(ge)離法。
4.同類對(dui)調法用(yong)同功能(neng)的備用(yong)板(ban)替(ti)換(huan)(huan)被懷疑(yi)有故障的模(mo)板(ban)，或將功能(neng)相(xiang)同的模(mo)板(ban)或單元相(xiang)互交(jiao)換(huan)(huan)。
5.功(gong)(gong)能程序測試法將G，M，S，T，功(gong)(gong)能的全部指令編寫一些小程序，在診斷故障時運行這些程序，即可判(pan)斷功(gong)(gong)能的缺失。
四、加工精度異常故障診斷和處理實例
1.機械故障導(dao)致(zhi)加(jia)工精度異常
故障現象：一(yi)臺SV-1000立式加工中心，采用Frank系統。在(zai)加工連桿模具過程中，忽(hu)然發現Z軸進(jin)給異(yi)常，造成(cheng)至少1mm的切(qie)削(xue)誤差量（Z方向過切(qie)）。
故(gu)障(zhang)診斷：調查(cha)中了解到，故(gu)障(zhang)是忽然發生的。機床在(zai)點(dian)動，在(zai)手動輸入數據方式(shi)操作(zuo)下各個(ge)軸運行(xing)正常，且回參(can)考點(dian)正常，無任何報警提示，電氣控制部分硬故(gu)障(zhang)的可(ke)能性排除(chu)。應主(zhu)要對以(yi)下幾個(ge)方面逐(zhu)一進行(xing)檢查(cha)。
檢查機床精度(du)異常時正在運行(xing)的加工程序段，特別是刀具(ju)長度(du)補(bu)償，加工坐標系（G54-G59）的校對和計算(suan)。
在點動(dong)(dong)方式下，反復運(yun)動(dong)(dong)Z軸，經過視，觸，聽，對其運(yun)動(dong)(dong)狀態診斷(duan)，發現(xian)Z向運(yun)動(dong)(dong)噪音異常，特(te)別是快速點動(dong)(dong)，噪音更加明顯。由(you)此(ci)判斷(duan)，機械方面(mian)可能(neng)存在隱患。
檢查機床Z軸精度。用手搖脈沖發生器移動(dong)Z軸，（將(jiang)其(qi)倍率(lv)定為1×100的擋位，即每變化一(yi)步，電機進給0.1mm），配合(he)百分表觀(guan)察Z軸(zhou)的(de)(de)(de)運(yun)(yun)動(dong)情況。在單向(xiang)運(yun)(yun)動(dong)保持正(zheng)(zheng)(zheng)常后作為(wei)起始點的(de)(de)(de)正(zheng)(zheng)(zheng)向(xiang)運(yun)(yun)動(dong)，脈沖器每(mei)變(bian)(bian)化一(yi)步(bu)，機(ji)(ji)床(chuang)Z軸(zhou)運(yun)(yun)動(dong)的(de)(de)(de)實際距離d=d1=d2=d3=…=0.1mm，說(shuo)明電機(ji)(ji)運(yun)(yun)行(xing)良好，定位精(jing)(jing)度(du)也良好。而(er)返回機(ji)(ji)床(chuang)實際運(yun)(yun)動(dong)位移的(de)(de)(de)變(bian)(bian)化上，可(ke)以(yi)分為(wei)四個階段(duan)：（1）機(ji)(ji)床(chuang)運(yun)(yun)動(dong)距離d1>d=0.1mm（斜(xie)率大(da)于(yu)1）；（2）表現出為(wei)d1=0.1mm>d2>d3（斜(xie)率小于(yu)1）；（3）機(ji)(ji)床(chuang)機(ji)(ji)構實際沒(mei)移動(dong)，表現出最標準的(de)(de)(de)反向(xiang)間隙(xi)；（4）機(ji)(ji)床(chuang)運(yun)(yun)動(dong)距離與脈沖器經定數值相等（斜(xie)率等于(yu)1），恢復到機(ji)(ji)床(chuang)的(de)(de)(de)正(zheng)(zheng)(zheng)常運(yun)(yun)動(dong)。無論怎(zen)樣對反向(xiang)間隙(xi)進行(xing)補(bu)償，其(qi)表現出的(de)(de)(de)特征是：除(chu)了（3）階段(duan)補(bu)償外(wai)，其(qi)他各段(duan)變(bian)(bian)化依然(ran)存在，特別是（1）階段(duan)嚴重(zhong)影響(xiang)到機(ji)(ji)床(chuang)的(de)(de)(de)加工(gong)精(jing)(jing)度(du)。補(bu)償中發現，間隙(xi)補(bu)償越大(da)，（1）階段(duan)移動(dong)的(de)(de)(de)距離也越大(da)。
分析上述檢(jian)查認為存在(zai)幾點可能(neng)(neng)原(yuan)因：一是(shi)(shi)電機有(you)異(yi)常(chang)(chang)，二是(shi)(shi)機械(xie)方(fang)面有(you)故障，三是(shi)(shi)絲(si)杠存在(zai)間(jian)隙。為了進(jin)一步診斷(duan)故障，將電機和(he)絲(si)杠完全脫(tuo)開，分別對(dui)電機和(he)機械(xie)部(bu)(bu)分進(jin)行(xing)檢(jian)查。檢(jian)查結果是(shi)(shi)電機運行(xing)正常(chang)(chang)；在(zai)對(dui)機械(xie)部(bu)(bu)分診斷(duan)中發現(xian)，用手盤(pan)動絲(si)杠時，返回運動初(chu)始有(you)很大的空缺感。而正常(chang)(chang)情況下，應該(gai)能(neng)(neng)感覺到(dao)軸(zhou)承有(you)序而平滑的移動。
故(gu)障(zhang)處理(li)：經過拆卸檢(jian)查發現該軸承確實受損，且(qie)有(you)滾珠(zhu)脫落。更換(huan)后機床(chuang)恢(hui)復正常。
2.控制邏(luo)輯(ji)不妥(tuo)導致(zhi)加工(gong)精(jing)度異常
故障現象：一臺上海(hai)機床廠家(jia)生產的(de)加工中心，系統(tong)是Frank.加(jia)工(gong)過(guo)程中，發(fa)現(xian)該(gai)機(ji)(ji)(ji)床(chuang)X軸(zhou)(zhou)(zhou)精度異常，精度誤差(cha)最小為(wei)0.008mm，最大(da)為(wei)1.2mm.故障診斷：檢查中，機(ji)(ji)(ji)床(chuang)已(yi)經按照(zhao)要求設置了G54工(gong)件坐標系。在手動(dong)(dong)(dong)輸入數(shu)據方(fang)式操作(zuo)下(xia)，以G54坐標系運(yun)(yun)行(xing)一(yi)段程序即“GOOG90G54X60.OY70.OF150；M30；”，待機(ji)(ji)(ji)床(chuang)運(yun)(yun)行(xing)結(jie)束(shu)后顯(xian)(xian)示(shi)器上顯(xian)(xian)示(shi)的(de)(de)(de)機(ji)(ji)(ji)械坐標值(zhi)為(wei)（X軸(zhou)(zhou)(zhou)）“-1025.243”，記(ji)錄(lu)下(xia)該(gai)數(shu)值(zhi)。然后在手動(dong)(dong)(dong)方(fang)式下(xia)，將機(ji)(ji)(ji)床(chuang)點動(dong)(dong)(dong)到其(qi)他任意位(wei)(wei)置，再次在手動(dong)(dong)(dong)輸入數(shu)據方(fang)式操作(zuo)下(xia)運(yun)(yun)行(xing)剛才的(de)(de)(de)程序段，待機(ji)(ji)(ji)床(chuang)停止后，發(fa)現(xian)此(ci)(ci)時機(ji)(ji)(ji)床(chuang)坐標數(shu)值(zhi)顯(xian)(xian)示(shi)為(wei)“-1024.891”，同(tong)(tong)(tong)上一(yi)次執行(xing)后的(de)(de)(de)數(shu)值(zhi)比較(jiao)相差(cha)了0.352mm.按照(zhao)同(tong)(tong)(tong)樣的(de)(de)(de)方(fang)法，將X軸(zhou)(zhou)(zhou)點動(dong)(dong)(dong)移動(dong)(dong)(dong)到不(bu)同(tong)(tong)(tong)的(de)(de)(de)位(wei)(wei)置，反復執行(xing)該(gai)程序段，而(er)顯(xian)(xian)示(shi)器上顯(xian)(xian)示(shi)的(de)(de)(de)數(shu)值(zhi)都有所不(bu)同(tong)(tong)(tong)（不(bu)穩定）。用百分表對X軸(zhou)(zhou)(zhou)進(jin)行(xing)仔(zi)細檢查，發(fa)現(xian)機(ji)(ji)(ji)械位(wei)(wei)置實(shi)際誤差(cha)同(tong)(tong)(tong)數(shu)字(zi)顯(xian)(xian)示(shi)出(chu)來的(de)(de)(de)誤差(cha)基本一(yi)致，從而(er)認(ren)為(wei)故障原(yuan)因為(wei)X軸(zhou)(zhou)(zhou)重(zhong)復定位(wei)(wei)誤差(cha)過(guo)大(da)。對X軸(zhou)(zhou)(zhou)的(de)(de)(de)反向(xiang)間隙(xi)及(ji)定位(wei)(wei)精度進(jin)行(xing)檢查，重(zhong)新(xin)補償(chang)其(qi)誤差(cha)值(zhi)，結(jie)果起不(bu)到任何(he)作(zuo)用。因此(ci)(ci)懷(huai)疑光柵尺及(ji)系統(tong)參(can)數(shu)等有問題。但為(wei)什么產生如此(ci)(ci)大(da)的(de)(de)(de)誤差(cha)，卻又未(wei)出(chu)現(xian)相應的(de)(de)(de)報警信息進(jin)一(yi)步檢查發(fa)現(xian)，此(ci)(ci)軸(zhou)(zhou)(zhou)為(wei)垂直方(fang)向(xiang)的(de)(de)(de)軸(zhou)(zhou)(zhou)，當X軸(zhou)(zhou)(zhou)松(song)開(kai)時主軸箱向下(xia)掉，造(zao)成(cheng)了(le)誤差。
故障處理：對機床(chuang)的PLC邏輯控制(zhi)程序做了修改，即在X軸(zhou)松開(kai)時，先(xian)把X軸(zhou)使(shi)能加載，再把X軸(zhou)松開(kai)；而在X軸(zhou)夾(jia)緊時，先(xian)把X軸(zhou)夾(jia)緊后，再把使(shi)能去掉(diao)。調整后機床故障得(de)以解(jie)決。
3.機床位置問(wen)題導致加工精度異常(chang)
故障現(xian)象：一臺杭州產的立(li)式數(shu)控銑床，配備北(bei)京KND-10M系統(tong)。在點(dian)動或(huo)加工過程中(zhong)，發現Z軸異常。
故(gu)障(zhang)診斷(duan)：檢(jian)(jian)查(cha)發(fa)現，Z軸上下(xia)移(yi)動(dong)(dong)(dong)(dong)不(bu)(bu)(bu)均(jun)(jun)(jun)勻(yun)(yun)且(qie)(qie)有(you)(you)(you)(you)(you)(you)噪聲，且(qie)(qie)存(cun)在(zai)(zai)(zai)(zai)一定間隙。電(dian)機(ji)啟動(dong)(dong)(dong)(dong)時(shi)，在(zai)(zai)(zai)(zai)點動(dong)(dong)(dong)(dong)方式下(xia)Z軸向(xiang)上運動(dong)(dong)(dong)(dong)存(cun)在(zai)(zai)(zai)(zai)不(bu)(bu)(bu)穩定的(de)噪聲及受(shou)(shou)力不(bu)(bu)(bu)均(jun)(jun)(jun)勻(yun)(yun)，且(qie)(qie)感覺電(dian)機(ji)抖動(dong)(dong)(dong)(dong)比較厲害；而(er)向(xiang)下(xia)運動(dong)(dong)(dong)(dong)時(shi)，就沒有(you)(you)(you)(you)(you)(you)抖動(dong)(dong)(dong)(dong)得這(zhe)么明顯(xian)；停止時(shi)不(bu)(bu)(bu)抖動(dong)(dong)(dong)(dong)，在(zai)(zai)(zai)(zai)加工(gong)過程中表(biao)現得比較明顯(xian)。分(fen)(fen)析認(ren)為，故(gu)障(zhang)原(yuan)因有(you)(you)(you)(you)(you)(you)三點：一是(shi)(shi)絲(si)杠反向(xiang)間隙很大；二是(shi)(shi)Z軸電(dian)機(ji)工(gong)作(zuo)異常(chang)；三是(shi)(shi)皮帶(dai)(dai)輪受(shou)(shou)損至受(shou)(shou)力不(bu)(bu)(bu)均(jun)(jun)(jun)。但(dan)有(you)(you)(you)(you)(you)(you)一個問(wen)(wen)題(ti)(ti)要注意的(de)是(shi)(shi)，停止時(shi)不(bu)(bu)(bu)抖動(dong)(dong)(dong)(dong)，上下(xia)運動(dong)(dong)(dong)(dong)不(bu)(bu)(bu)均(jun)(jun)(jun)勻(yun)(yun)，所以(yi)電(dian)機(ji)工(gong)作(zuo)異常(chang)這(zhe)個問(wen)(wen)題(ti)(ti)可以(yi)排除(chu)。因此(ci)先對(dui)機(ji)械部分(fen)(fen)診斷(duan)，在(zai)(zai)(zai)(zai)診斷(duan)測試過程中沒有(you)(you)(you)(you)(you)(you)發(fa)現異常(chang)，在(zai)(zai)(zai)(zai)公差之內。利(li)用(yong)排除(chu)法則(ze)，余下(xia)的(de)只有(you)(you)(you)(you)(you)(you)皮帶(dai)(dai)問(wen)(wen)題(ti)(ti)了，在(zai)(zai)(zai)(zai)檢(jian)(jian)測皮帶(dai)(dai)時(shi)，發(fa)覺這(zhe)條皮帶(dai)(dai)剛換不(bu)(bu)(bu)久，但(dan)在(zai)(zai)(zai)(zai)細(xi)心檢(jian)(jian)測皮帶(dai)(dai)時(shi)，發(fa)現皮帶(dai)(dai)內側出現不(bu)(bu)(bu)同程度的(de)受(shou)(shou)損，很明顯(xian)是(shi)(shi)受(shou)(shou)力不(bu)(bu)(bu)均(jun)(jun)(jun)所至，是(shi)(shi)什么原(yuan)因造成的(de)呢(ni)在(zai)(zai)(zai)(zai)診斷(duan)中發(fa)現電(dian)機(ji)放置(zhi)有(you)(you)(you)(you)(you)(you)問(wen)(wen)題(ti)(ti)，即(ji)裝夾的(de)角度位置(zhi)不(bu)(bu)(bu)對(dui)稱造成受(shou)(shou)力不(bu)(bu)(bu)均(jun)(jun)(jun)。
故(gu)障處理：只要將電機重裝，對準(zhun)角度，測量好(hao)距離（電機與Z軸(zhou)的軸(zhou)承），皮(pi)帶(dai)兩(liang)邊（長度）要均勻。這樣(yang)，Z軸(zhou)上(shang)下(xia)移動不均勻且有噪聲(sheng)及抖動現象就消(xiao)除(chu)了，Z軸(zhou)加工(gong)恢復正(zheng)常。
4.系統參(can)數未(wei)優化(hua)，電機運行(xing)異常
導致加工(gong)精度異常(chang)系統(tong)參(can)(can)數(shu)主要(yao)包括機(ji)床(chuang)(chuang)進(jin)給單位，零點(dian)偏置，反向(xiang)間隙等。例如Frank數(shu)控系統(tong)，其進(jin)給單位有(you)公(gong)制(zhi)和(he)英制(zhi)兩種。在機(ji)床(chuang)(chuang)修理(li)過程中對于(yu)(yu)局部處理(li)，常(chang)常(chang)影(ying)響到零點(dian)偏置和(he)間隙的變化，故障處理(li)完畢后應作適時的調整和(he)修改；另一方面(mian)，由(you)于(yu)(yu)機(ji)械磨損嚴重(zhong)或(huo)連接(jie)位松動也(ye)可能(neng)造成(cheng)參(can)(can)數(shu)實(shi)測值的變化，需(xu)要(yao)對參(can)(can)數(shu)做(zuo)相應的修改才能(neng)滿足機(ji)床(chuang)(chuang)加工(gong)精度的要(yao)求。
故障現(xian)象：一(yi)臺杭州(zhou)產的(de)立式(shi)數控(kong)銑(xian)床，配備北京KND-10M系統。在(zai)加工過(guo)程中，發現(xian)X軸精度異常。
故障(zhang)(zhang)診斷：檢查發現(xian)X軸(zhou)存(cun)在一定(ding)間隙，且(qie)電(dian)機啟動時(shi)存(cun)在不(bu)穩定(ding)的現(xian)象。用手觸摸X軸(zhou)電(dian)機時(shi)感覺電(dian)機拉(la)動比較(jiao)厲害(hai)，停止時(shi)拉(la)動不(bu)明顯(xian)，尤(you)其是點(dian)動方式下比較(jiao)明顯(xian)。分析認(ren)為，故障(zhang)(zhang)原因有兩點(dian)：一是絲杠反間隙很(hen)大；二是X軸(zhou)電(dian)機工作異(yi)常。
故障(zhang)處理：利用(yong)KND-10M系(xi)統的(de)參(can)數功能，對(dui)電(dian)機進行調(diao)試。首先對(dui)存在(zai)的(de)間隙進行補償，再(zai)調(diao)整伺服系(xi)統參(can)數及(ji)脈沖抑制功能參(can)數，X軸電(dian)機的(de)抖動消(xiao)除，機床加(jia)工精度恢復正常(chang)。 |
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