| 淺析數控機床加工精度降低的原因 |
造成加工精度(du)異常故障的原(yuan)因(yin)(yin)隱蔽(bi)性強，診斷(duan)難度(du)比較大(da)，歸(gui)納出五個主要原(yuan)因(yin)(yin)：機床進(jin)給單位被改動或變化；機床各(ge)個(ge)軸的零點(dian)偏置異常；軸向的反向間隙(xi)異常；電機運行狀態異常，即(ji)電氣及控制部分異常；機械故(gu)障，如絲(si)杠，軸承，軸聯(lian)器等部件。另外加工程(cheng)序的編制，刀具的選擇及人為(wei)因(yin)素，也可(ke)能導(dao)致加(jia)工精度異常(chang)。
一、造成加工精度異常故障的原因
造成加(jia)(jia)工精度異(yi)(yi)常(chang)故障的(de)(de)原因(yin)隱蔽(bi)性強，診斷難度比較大，歸納出五個主要(yao)原因(yin)：機(ji)床(chuang)進給單位(wei)被改動或變化；機(ji)床(chuang)各個軸(zhou)的(de)(de)零點(dian)偏(pian)置異(yi)(yi)常(chang)；軸(zhou)向(xiang)的(de)(de)反向(xiang)間隙(xi)異(yi)(yi)常(chang)；電機(ji)運行狀態異(yi)(yi)常(chang)，即電氣及(ji)控制部分異(yi)(yi)常(chang)；機(ji)械故障，如絲杠，軸(zhou)承，軸(zhou)聯器等(deng)部件。另外加(jia)(jia)工程序的(de)(de)編制，刀(dao)具(ju)的(de)(de)選擇及(ji)人為(wei)因(yin)素，也可能導(dao)致加(jia)(jia)工精度異(yi)(yi)常(chang)。
二、數控機床故障診斷原則
1.先外部后內(nei)部數控機床(chuang)是集機械(xie)，液壓，電氣為一體的(de)(de)機床(chuang)，故(gu)其故(gu)障的(de)(de)發生也會(hui)(hui)由這三者綜合反映出來。維修人員應先由外向內(nei)逐(zhu)一進(jin)行排查，盡量避免隨意地啟封，拆卸，否則(ze)會(hui)(hui)擴大(da)故(gu)障，使機床(chuang)喪失精(jing)度，降低性(xing)能(neng)。
2.先(xian)機(ji)械后電氣一般來說，機(ji)械故障較易發覺，而數控系統故障(zhang)(zhang)的(de)診(zhen)斷則難(nan)度較大些。在故障(zhang)(zhang)檢(jian)修之前，首(shou)先注(zhu)意排除機械性的(de)故障(zhang)(zhang)，往往可(ke)達到事半功(gong)倍的(de)效果(guo)。
3.先(xian)靜后動(dong)先(xian)在機床斷電的(de)靜止狀(zhuang)態下，通過了解，觀察，測(ce)試(shi)，分析，確認為非破壞(huai)性故(gu)障(zhang)(zhang)后，方可(ke)(ke)給機床通電；在運(yun)行工況下，進(jin)行動(dong)態的(de)觀察，檢(jian)驗和測(ce)試(shi)，查找故(gu)障(zhang)(zhang)。而對破壞(huai)性故(gu)障(zhang)(zhang)，必須先(xian)排除危險后，方可(ke)(ke)通電。
4.先(xian)簡(jian)單(dan)后復雜(za)當出現(xian)多種(zhong)故障互相交織掩蓋，一時無(wu)從下手時，應先(xian)解決(jue)容易(yi)的(de)問題，后解決(jue)難度(du)較大的(de)問題。往往簡(jian)單(dan)問題解決(jue)后，難度(du)大的(de)問題也可能變得容易(yi)。
三、數控機床故障診斷方法
1.直觀法：（望聞問切）問-機(ji)床(chuang)的故障現象，加工狀況等；看(kan)-CRT報警(jing)信息，報警(jing)指示(shi)燈，電容(rong)器(qi)等元件(jian)變形(xing)煙熏燒焦，保護器(qi)脫(tuo)扣(kou)等；聽(ting)-異常聲響；聞-電氣元件(jian)焦糊味及(ji)其它異(yi)味；摸-發熱，振動，接(jie)觸不(bu)良等。
2.參(can)(can)數(shu)(shu)檢查法：參(can)(can)數(shu)(shu)通常是存放在RAM中，有時電(dian)池(chi)電(dian)壓不(bu)足，系統長期不(bu)通電(dian)或(huo)(huo)外部干擾(rao)都會使參(can)(can)數(shu)(shu)丟失(shi)或(huo)(huo)混亂，應(ying)根(gen)據故障特征，檢查和校對(dui)有關參(can)(can)數(shu)(shu)。
3.隔(ge)離法：一些故(gu)障(zhang)，難(nan)以(yi)區分(fen)是數控部(bu)分(fen)，還(huan)是伺服系統或機械部(bu)分造成(cheng)的，常(chang)采用隔離法(fa)。
4.同(tong)類對調(diao)法用(yong)同(tong)功(gong)能的備用(yong)板替換被懷(huai)疑有故障(zhang)的模板，或(huo)將功(gong)能相(xiang)同(tong)的模板或(huo)單元相(xiang)互交換。
5.功(gong)能(neng)(neng)程序測試(shi)法將(jiang)G，M，S，T，功(gong)能(neng)(neng)的全(quan)部指令編(bian)寫一些(xie)小程序，在診(zhen)斷(duan)故障時運行這些(xie)程序，即可(ke)判斷(duan)功(gong)能(neng)(neng)的缺(que)失。
四、加工精度異常故障診斷和處理實例
1.機械故障導致加(jia)工精度異(yi)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(cheng)中，忽(hu)然發現Z軸進給異(yi)常(chang)，造成至少(shao)1mm的切削誤(wu)差量（Z方向(xiang)過切）。
故障(zhang)診斷：調(diao)查中了解到，故障(zhang)是忽然發生的。機床在點動(dong)，在手動(dong)輸入(ru)數據方式操作下(xia)各個軸(zhou)運行(xing)(xing)正常，且回參考點正常，無任何報警提示，電氣(qi)控制(zhi)部分硬故障(zhang)的可能性排除。應主要(yao)對以下(xia)幾(ji)個方面逐一進行(xing)(xing)檢查。
檢查機床(chuang)精度異常時(shi)正(zheng)在運行的加(jia)工(gong)程序段(duan)，特(te)別是刀具長度補償，加(jia)工(gong)坐標系（G54-G59）的校對和(he)計(ji)算。
在點動(dong)方式下，反復運(yun)(yun)動(dong)Z軸，經過視，觸，聽(ting)，對其(qi)運(yun)(yun)動(dong)狀態診斷，發現Z向運(yun)(yun)動(dong)噪音異常(chang)，特別是快速點動(dong)，噪音更(geng)加明(ming)顯。由此判斷，機械方面可能存在隱患。
檢查機床Z軸精度。用手搖(yao)脈沖發生(sheng)器移動Z軸，（將其倍率定為1×100的(de)擋位，即每變(bian)化一(yi)步，電機進給0.1mm），配合百分表觀(guan)察Z軸(zhou)的運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)情況。在(zai)單(dan)向運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)保持正常后作為(wei)起始點(dian)的正向運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)，脈沖器(qi)每(mei)變(bian)化一步，機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)Z軸(zhou)運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)的實際距離d=d1=d2=d3=…=0.1mm，說(shuo)明電機(ji)(ji)(ji)運(yun)(yun)行(xing)良好，定(ding)位精(jing)度也(ye)良好。而返回機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)實際運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)位移的變(bian)化上，可(ke)以(yi)分為(wei)四個階(jie)段(duan)：（1）機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)距離d1>d=0.1mm（斜率(lv)大(da)于(yu)1）；（2）表(biao)現(xian)出(chu)為(wei)d1=0.1mm>d2>d3（斜率(lv)小于(yu)1）；（3）機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)機(ji)(ji)(ji)構(gou)實際沒(mei)移動(dong)(dong)(dong)(dong)，表(biao)現(xian)出(chu)最標準的反向間隙；（4）機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)距離與(yu)脈沖器(qi)經定(ding)數值相等（斜率(lv)等于(yu)1），恢復到機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)的正常運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)。無論怎樣(yang)對反向間隙進(jin)行(xing)補(bu)償(chang)(chang)(chang)，其表(biao)現(xian)出(chu)的特征是：除了（3）階(jie)段(duan)補(bu)償(chang)(chang)(chang)外(wai)，其他各段(duan)變(bian)化依然(ran)存在(zai)，特別是（1）階(jie)段(duan)嚴重影響到機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)的加(jia)工精(jing)度。補(bu)償(chang)(chang)(chang)中(zhong)發現(xian)，間隙補(bu)償(chang)(chang)(chang)越大(da)，（1）階(jie)段(duan)移動(dong)(dong)(dong)(dong)的距離也(ye)越大(da)。
分析上述(shu)檢(jian)(jian)查(cha)認為存(cun)(cun)在幾點(dian)可能(neng)原因：一(yi)是(shi)(shi)(shi)電機有異常，二是(shi)(shi)(shi)機械方面有故障，三是(shi)(shi)(shi)絲(si)杠存(cun)(cun)在間(jian)隙。為了(le)進(jin)一(yi)步診斷(duan)故障，將電機和(he)絲(si)杠完全脫(tuo)開(kai)，分別對電機和(he)機械部(bu)分進(jin)行(xing)檢(jian)(jian)查(cha)。檢(jian)(jian)查(cha)結果是(shi)(shi)(shi)電機運行(xing)正(zheng)常；在對機械部(bu)分診斷(duan)中發現，用(yong)手盤(pan)動絲(si)杠時(shi)，返回運動初始有很大的空缺感。而正(zheng)常情(qing)況下，應該能(neng)感覺到軸承有序(xu)而平滑的移動。
故障處理：經(jing)過拆卸(xie)檢查發(fa)現(xian)該軸承(cheng)確實受(shou)損(sun)，且(qie)有滾珠(zhu)脫落(luo)。更換后機床恢復正常。
2.控制邏輯(ji)不妥導(dao)致(zhi)加(jia)工精度異常
故障現象：一臺上海機床廠家生產的加工中心，系(xi)(xi)統是(shi)Frank.加工過程(cheng)中，發(fa)現該機(ji)(ji)床X軸(zhou)(zhou)(zhou)精度異(yi)常，精度誤(wu)(wu)(wu)差最小為(wei)(wei)0.008mm，最大為(wei)(wei)1.2mm.故障(zhang)診斷：檢查(cha)(cha)中，機(ji)(ji)床已經按(an)照要求設置了(le)G54工件(jian)坐標系(xi)(xi)。在(zai)手(shou)(shou)動(dong)輸(shu)入數(shu)據方式操(cao)作下(xia)，以G54坐標系(xi)(xi)運(yun)行(xing)(xing)(xing)一段程(cheng)序即“GOOG90G54X60.OY70.OF150；M30；”，待機(ji)(ji)床運(yun)行(xing)(xing)(xing)結束后(hou)顯(xian)示(shi)(shi)器上(shang)(shang)顯(xian)示(shi)(shi)的(de)(de)機(ji)(ji)械(xie)(xie)坐標值為(wei)(wei)（X軸(zhou)(zhou)(zhou)）“-1025.243”，記錄下(xia)該數(shu)值。然后(hou)在(zai)手(shou)(shou)動(dong)方式下(xia)，將機(ji)(ji)床點動(dong)到其(qi)他任(ren)意位(wei)置，再次在(zai)手(shou)(shou)動(dong)輸(shu)入數(shu)據方式操(cao)作下(xia)運(yun)行(xing)(xing)(xing)剛才的(de)(de)程(cheng)序段，待機(ji)(ji)床停(ting)止(zhi)后(hou)，發(fa)現此(ci)時機(ji)(ji)床坐標數(shu)值顯(xian)示(shi)(shi)為(wei)(wei)“-1024.891”，同上(shang)(shang)一次執行(xing)(xing)(xing)后(hou)的(de)(de)數(shu)值比較(jiao)相差了(le)0.352mm.按(an)照同樣的(de)(de)方法，將X軸(zhou)(zhou)(zhou)點動(dong)移動(dong)到不同的(de)(de)位(wei)置，反復執行(xing)(xing)(xing)該程(cheng)序段，而顯(xian)示(shi)(shi)器上(shang)(shang)顯(xian)示(shi)(shi)的(de)(de)數(shu)值都有(you)所不同（不穩定(ding)(ding)）。用百分表對(dui)X軸(zhou)(zhou)(zhou)進行(xing)(xing)(xing)仔細檢查(cha)(cha)，發(fa)現機(ji)(ji)械(xie)(xie)位(wei)置實際誤(wu)(wu)(wu)差同數(shu)字顯(xian)示(shi)(shi)出來的(de)(de)誤(wu)(wu)(wu)差基本(ben)一致，從而認為(wei)(wei)故障(zhang)原因為(wei)(wei)X軸(zhou)(zhou)(zhou)重(zhong)復定(ding)(ding)位(wei)誤(wu)(wu)(wu)差過大。對(dui)X軸(zhou)(zhou)(zhou)的(de)(de)反向(xiang)間(jian)隙(xi)及(ji)定(ding)(ding)位(wei)精度進行(xing)(xing)(xing)檢查(cha)(cha)，重(zhong)新補(bu)償其(qi)誤(wu)(wu)(wu)差值，結果起不到任(ren)何(he)作用。因此(ci)懷疑光柵尺及(ji)系(xi)(xi)統參數(shu)等有(you)問(wen)題。但為(wei)(wei)什么產生如此(ci)大的(de)(de)誤(wu)(wu)(wu)差，卻又(you)未(wei)出現相應的(de)(de)報(bao)警信息進一步檢查(cha)(cha)發(fa)現，此(ci)軸(zhou)(zhou)(zhou)為(wei)(wei)垂直方向(xiang)的(de)(de)軸(zhou)(zhou)(zhou)，當(dang)X軸(zhou)(zhou)(zhou)松開時主軸箱向下掉，造成了誤差。
故障(zhang)處理：對機床的PLC邏輯(ji)控制程(cheng)序做了修改，即在X軸松開時(shi)，先把X軸使(shi)能加載(zai)，再(zai)把X軸松開；而在X軸夾緊(jin)時(shi)，先把X軸夾緊(jin)后，再(zai)把使(shi)能去(qu)掉。調整后機床故障得以解決。
3.機床(chuang)位置問題導致加工精度異常
故障現象(xiang)：一臺杭(hang)州產的立式數(shu)控銑床，配備北京KND-10M系統。在(zai)點動或(huo)加工過程中(zhong)，發現Z軸異常。
故障(zhang)診(zhen)斷：檢(jian)(jian)查發(fa)現(xian)，Z軸(zhou)上下(xia)移動(dong)(dong)不(bu)(bu)(bu)均勻(yun)(yun)(yun)且有(you)(you)(you)噪聲(sheng)，且存(cun)在(zai)一(yi)定(ding)間(jian)隙(xi)。電(dian)(dian)機啟(qi)動(dong)(dong)時(shi)，在(zai)點動(dong)(dong)方式下(xia)Z軸(zhou)向(xiang)(xiang)上運(yun)動(dong)(dong)存(cun)在(zai)不(bu)(bu)(bu)穩定(ding)的(de)噪聲(sheng)及受(shou)力(li)不(bu)(bu)(bu)均勻(yun)(yun)(yun)，且感覺電(dian)(dian)機抖動(dong)(dong)比較厲(li)害；而向(xiang)(xiang)下(xia)運(yun)動(dong)(dong)時(shi)，就沒有(you)(you)(you)抖動(dong)(dong)得這么(me)明(ming)顯(xian)；停止時(shi)不(bu)(bu)(bu)抖動(dong)(dong)，在(zai)加工過程(cheng)中(zhong)表現(xian)得比較明(ming)顯(xian)。分析認為，故障(zhang)原因(yin)有(you)(you)(you)三點：一(yi)是(shi)絲杠反向(xiang)(xiang)間(jian)隙(xi)很大；二是(shi)Z軸(zhou)電(dian)(dian)機工作(zuo)異常；三是(shi)皮(pi)帶(dai)輪受(shou)損至(zhi)(zhi)受(shou)力(li)不(bu)(bu)(bu)均。但(dan)有(you)(you)(you)一(yi)個(ge)(ge)問題要注(zhu)意的(de)是(shi)，停止時(shi)不(bu)(bu)(bu)抖動(dong)(dong)，上下(xia)運(yun)動(dong)(dong)不(bu)(bu)(bu)均勻(yun)(yun)(yun)，所以電(dian)(dian)機工作(zuo)異常這個(ge)(ge)問題可以排(pai)除。因(yin)此先對機械部分診(zhen)斷，在(zai)診(zhen)斷測試過程(cheng)中(zhong)沒有(you)(you)(you)發(fa)現(xian)異常，在(zai)公(gong)差(cha)之(zhi)內。利用排(pai)除法(fa)則，余下(xia)的(de)只有(you)(you)(you)皮(pi)帶(dai)問題了，在(zai)檢(jian)(jian)測皮(pi)帶(dai)時(shi)，發(fa)覺這條皮(pi)帶(dai)剛換不(bu)(bu)(bu)久，但(dan)在(zai)細心檢(jian)(jian)測皮(pi)帶(dai)時(shi)，發(fa)現(xian)皮(pi)帶(dai)內側出現(xian)不(bu)(bu)(bu)同程(cheng)度的(de)受(shou)損，很明(ming)顯(xian)是(shi)受(shou)力(li)不(bu)(bu)(bu)均所至(zhi)(zhi)，是(shi)什么(me)原因(yin)造成的(de)呢在(zai)診(zhen)斷中(zhong)發(fa)現(xian)電(dian)(dian)機放(fang)置有(you)(you)(you)問題，即裝夾的(de)角度位置不(bu)(bu)(bu)對稱(cheng)造成受(shou)力(li)不(bu)(bu)(bu)均。
故障處(chu)理：只要將電機重裝，對(dui)準角度，測量好距離（電機與Z軸(zhou)(zhou)的軸(zhou)(zhou)承），皮(pi)帶兩邊(bian)（長度）要均(jun)勻。這樣，Z軸(zhou)(zhou)上下移動不均(jun)勻且(qie)有(you)噪(zao)聲及抖動現(xian)象(xiang)就(jiu)消除了，Z軸(zhou)(zhou)加工(gong)恢復正(zheng)常。
4.系統參數未優化(hua)，電機(ji)運行異常
導致加(jia)工(gong)精(jing)度異(yi)常系統參數(shu)主要(yao)包括(kuo)機床進(jin)給單位(wei)，零點(dian)偏置，反(fan)向(xiang)間隙等(deng)。例如Frank數(shu)控系統，其進(jin)給單位(wei)有公制(zhi)和英(ying)制(zhi)兩種。在機床修(xiu)理過(guo)程(cheng)中(zhong)對(dui)于(yu)局部(bu)處(chu)理，常常影響到零點(dian)偏置和間隙的(de)(de)(de)(de)變(bian)化，故障處(chu)理完畢后應作適時的(de)(de)(de)(de)調整和修(xiu)改；另一方面，由于(yu)機械(xie)磨損嚴重或連(lian)接位(wei)松動也可能造(zao)成參數(shu)實(shi)測(ce)值的(de)(de)(de)(de)變(bian)化，需要(yao)對(dui)參數(shu)做(zuo)相應的(de)(de)(de)(de)修(xiu)改才能滿(man)足機床加(jia)工(gong)精(jing)度的(de)(de)(de)(de)要(yao)求(qiu)。
故障現(xian)象：一(yi)臺杭州產(chan)的立式數控銑(xian)床(chuang)，配備北(bei)京KND-10M系統(tong)。在加工(gong)過(guo)程(cheng)中，發(fa)現(xian)X軸精度異常。
故障(zhang)診斷：檢查發(fa)現X軸存在(zai)一定間隙，且電機(ji)(ji)啟動時(shi)(shi)存在(zai)不(bu)穩定的現象。用(yong)手觸摸X軸電機(ji)(ji)時(shi)(shi)感(gan)覺(jue)電機(ji)(ji)拉動比較厲害，停止時(shi)(shi)拉動不(bu)明顯(xian)，尤(you)其是(shi)點動方式下比較明顯(xian)。分析認為，故障(zhang)原因有兩點：一是(shi)絲(si)杠反間隙很大(da)；二是(shi)X軸電機(ji)(ji)工(gong)作異常。
故障(zhang)處(chu)理(li)：利用KND-10M系統(tong)的參(can)數功能，對電機(ji)進行調(diao)(diao)試。首先對存在(zai)的間隙進行補(bu)償，再調(diao)(diao)整伺(si)服系統(tong)參(can)數及脈沖(chong)抑制功能參(can)數，X軸(zhou)電機(ji)的抖動消除，機(ji)床加工精度恢復正(zheng)常。 |
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