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    淺析數控機床加工精度降低的原因
    造成加工精(jing)度異常故障(zhang)的(de)原(yuan)(yuan)因(yin)(yin)隱蔽(bi)性強,診斷難(nan)度比較大(da),歸(gui)納出五個主要原(yuan)(yuan)因(yin)(yin):機床進給(gei)單(dan)位被改動或(huo)變(bian)化;機床(chuang)各(ge)個(ge)軸的零點偏置異(yi)(yi)常(chang);軸向的反(fan)向間隙異(yi)(yi)常(chang);電機運行(xing)狀態(tai)異(yi)(yi)常(chang),即電氣及控制(zhi)部分(fen)異(yi)(yi)常(chang);機械(xie)故障,如絲杠(gang),軸承,軸聯器等部(bu)件(jian)。另(ling)外(wai)加(jia)工程序的編制,刀具的選擇及人為(wei)因素(su),也可能導(dao)致(zhi)加工(gong)精度異常。 

    一、造成加工精度異常故障的原因 
     
    造(zao)成(cheng)加工(gong)精度(du)異常(chang)(chang)故障(zhang)的(de)原(yuan)因隱蔽性強(qiang),診斷難(nan)度(du)比較大,歸(gui)納出五(wu)個主要原(yuan)因:機(ji)床進給單位被改動或變化;機(ji)床各個軸(zhou)的(de)零點(dian)偏(pian)置異常(chang)(chang);軸(zhou)向的(de)反(fan)向間隙(xi)異常(chang)(chang);電機(ji)運(yun)行狀態異常(chang)(chang),即電氣(qi)及控制部分(fen)異常(chang)(chang);機(ji)械故障(zhang),如絲杠,軸(zhou)承,軸(zhou)聯器等(deng)部件。另外加工(gong)程序的(de)編制,刀具的(de)選(xuan)擇及人(ren)為因素,也(ye)可能導致加工(gong)精度(du)異常(chang)(chang)。 
     
    二、數控機床故障診斷原則 
     
    1.先外部(bu)后(hou)內部(bu)數(shu)控機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)是集機(ji)(ji)械,液壓,電氣為一(yi)體(ti)的機(ji)(ji)床(chuang)(chuang),故其故障的發(fa)生也會由(you)這三者綜合(he)反映出來。維修(xiu)人員應先由(you)外向內逐一(yi)進行排(pai)查,盡(jin)量避免隨意地啟封,拆卸,否(fou)則會擴大(da)故障,使機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)喪失精(jing)度,降低(di)性能。 
     
    2.先機械后(hou)電氣一般來說,機械故障較易(yi)發(fa)覺,而數控系統故障(zhang)的(de)診斷則難度較大些。在故障(zhang)檢修之(zhi)前,首先注意(yi)排(pai)除機械性的(de)故障(zhang),往往可達到事半功倍的(de)效果。 
     
    3.先靜(jing)后(hou)動(dong)先在機(ji)床(chuang)斷電的(de)(de)靜(jing)止狀態下,通(tong)(tong)過了解(jie),觀(guan)察,測(ce)試,分析,確認為非(fei)破壞性(xing)故障(zhang)后(hou),方可給機(ji)床(chuang)通(tong)(tong)電;在運行工(gong)況(kuang)下,進(jin)行動(dong)態的(de)(de)觀(guan)察,檢(jian)驗(yan)和測(ce)試,查找(zhao)故障(zhang)。而對(dui)破壞性(xing)故障(zhang),必須先排除危(wei)險后(hou),方可通(tong)(tong)電。 
     
    4.先簡單后復雜(za)當出現(xian)多種故障互相交織掩蓋,一時(shi)無從下(xia)手時(shi),應先解決(jue)(jue)容易的問(wen)題(ti)(ti),后解決(jue)(jue)難(nan)度(du)較大的問(wen)題(ti)(ti)。往往簡單問(wen)題(ti)(ti)解決(jue)(jue)后,難(nan)度(du)大的問(wen)題(ti)(ti)也可(ke)能(neng)變得容易。 
     
    三、數控機床故障診斷方法 
     
    1.直觀法:(望聞問(wen)切)問(wen)-機床的故障現(xian)象,加工狀況等;看-CRT報警信息,報警指示燈,電容器等元(yuan)件變形煙熏燒焦,保護(hu)器脫扣(kou)等;聽(ting)-異常聲響;聞-電氣(qi)元(yuan)件焦糊味及其它異味(wei);摸(mo)-發熱,振(zhen)動,接觸不(bu)良等。 
     
    2.參數檢(jian)查(cha)(cha)法(fa):參數通常是存放在RAM中,有時電池電壓不(bu)足,系統(tong)長期(qi)不(bu)通電或外部干擾都會使參數丟失或混亂,應根據(ju)故(gu)障(zhang)特征,檢(jian)查(cha)(cha)和校對有關參數。 
     
    3.隔離法:一(yi)些故(gu)障(zhang),難以區分(fen)(fen)是數控部分(fen)(fen),還(huan)是伺服系統或機(ji)械部分造(zao)成的,常(chang)采用隔(ge)離(li)法。 
     
    4.同類(lei)對調法(fa)用(yong)同功(gong)能(neng)的備用(yong)板替(ti)換被懷疑(yi)有故障的模板,或(huo)將功(gong)能(neng)相(xiang)同的模板或(huo)單(dan)元(yuan)相(xiang)互交換。 
     
    5.功(gong)(gong)能程序測(ce)試法將(jiang)G,M,S,T,功(gong)(gong)能的全部指令編寫(xie)一些小程序,在診斷(duan)故障時運行這些程序,即可判斷(duan)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(zhang)導致加(jia)工精度異常 
     
    故障現象(xiang):一(yi)臺SV-1000立式加工中心,采用(yong)Frank系統。在加工連桿模具過程中,忽然發現(xian)Z軸進給異常,造成(cheng)至少1mm的切削(xue)誤(wu)差量(Z方向過切)。 
     
    故(gu)(gu)障(zhang)診斷(duan):調查中(zhong)了解(jie)到(dao),故(gu)(gu)障(zhang)是忽然發生(sheng)的(de)。機(ji)床在點動(dong)(dong),在手動(dong)(dong)輸入數據方(fang)(fang)式操作下各個軸運行正常,且回(hui)參(can)考(kao)點正常,無任何報警提(ti)示(shi),電氣控制部分硬故(gu)(gu)障(zhang)的(de)可能性排除。應主要(yao)對(dui)以下幾(ji)個方(fang)(fang)面逐一進行檢查。 
     
    檢查機床精度(du)異(yi)常(chang)時正在運行的(de)加工程序段,特別是刀具長度(du)補償,加工坐標系(G54-G59)的(de)校對和計算。 
     
    在點(dian)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(zhen)斷,發現Z向運(yun)動(dong)(dong)噪(zao)音(yin)異常,特(te)別(bie)是快速點(dian)動(dong)(dong),噪(zao)音(yin)更加明顯(xian)。由此判斷,機械方面可能(neng)存(cun)在隱患。 
     
    檢查機(ji)床Z軸精(jing)度(du)。用手搖脈沖發生器(qi)移動Z軸,(將其倍率(lv)定為1×100的擋(dang)位,即每變(bian)化(hua)一步(bu),電機(ji)進給0.1mm),配(pei)合(he)百分表觀察Z軸(zhou)的(de)運(yun)動(dong)(dong)情況。在(zai)單向運(yun)動(dong)(dong)保(bao)持(chi)正(zheng)(zheng)常后作為起始(shi)點的(de)正(zheng)(zheng)向運(yun)動(dong)(dong),脈(mo)沖器每變(bian)化一步,機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)Z軸(zhou)運(yun)動(dong)(dong)的(de)實際距離(li)d=d1=d2=d3=…=0.1mm,說(shuo)明電機(ji)(ji)運(yun)行良(liang)好(hao),定位(wei)精度也(ye)良(liang)好(hao)。而返回機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)實際運(yun)動(dong)(dong)位(wei)移的(de)變(bian)化上,可以分為四(si)個(ge)階(jie)段:(1)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)運(yun)動(dong)(dong)距離(li)d1>d=0.1mm(斜(xie)率(lv)大(da)于1);(2)表(biao)現(xian)出為d1=0.1mm>d2>d3(斜(xie)率(lv)小于1);(3)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)機(ji)(ji)構實際沒移動(dong)(dong),表(biao)現(xian)出最標準的(de)反向間隙;(4)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)運(yun)動(dong)(dong)距離(li)與(yu)脈(mo)沖器經定數值相(xiang)等(斜(xie)率(lv)等于1),恢(hui)復到(dao)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)的(de)正(zheng)(zheng)常運(yun)動(dong)(dong)。無論怎樣(yang)對反向間隙進行補償(chang),其表(biao)現(xian)出的(de)特征(zheng)是(shi)(shi):除了(3)階(jie)段補償(chang)外,其他(ta)各(ge)段變(bian)化依然存在(zai),特別是(shi)(shi)(1)階(jie)段嚴(yan)重影響到(dao)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)的(de)加工(gong)精度。補償(chang)中發現(xian),間隙補償(chang)越大(da),(1)階(jie)段移動(dong)(dong)的(de)距離(li)也(ye)越大(da)。 
     
    分(fen)析(xi)上述檢查認為(wei)存在(zai)幾點(dian)可能原因:一是(shi)(shi)電機(ji)有(you)異(yi)常,二是(shi)(shi)機(ji)械方面有(you)故(gu)障(zhang)(zhang),三是(shi)(shi)絲杠(gang)存在(zai)間(jian)隙。為(wei)了進一步(bu)診(zhen)斷故(gu)障(zhang)(zhang),將電機(ji)和絲杠(gang)完全脫開,分(fen)別(bie)對電機(ji)和機(ji)械部分(fen)進行檢查。檢查結果是(shi)(shi)電機(ji)運(yun)行正常;在(zai)對機(ji)械部分(fen)診(zhen)斷中(zhong)發現,用手盤(pan)動(dong)絲杠(gang)時,返回運(yun)動(dong)初始有(you)很大的空缺感。而正常情況(kuang)下,應該能感覺(jue)到軸(zhou)承有(you)序而平滑的移動(dong)。 
     
    故障(zhang)處理:經(jing)過拆卸檢查發現該(gai)軸(zhou)承確實(shi)受損,且有滾珠脫落。更換(huan)后機床(chuang)恢復正常。 
     
    2.控制邏(luo)輯不(bu)妥導致加工精度異常(chang) 
     
    故障現象(xiang):一臺(tai)上(shang)海機床廠家生產(chan)的(de)加工中心,系(xi)統是Frank.加工(gong)過程中,發現該(gai)(gai)機床(chuang)X軸(zhou)精度(du)異常,精度(du)誤(wu)(wu)差最(zui)小(xiao)為(wei)(wei)0.008mm,最(zui)大(da)(da)為(wei)(wei)1.2mm.故障診斷:檢查(cha)中,機床(chuang)已經按照要求設置(zhi)了G54工(gong)件坐(zuo)(zuo)標系(xi)。在(zai)手(shou)動(dong)輸入數(shu)據方式(shi)(shi)操作(zuo)下,以(yi)G54坐(zuo)(zuo)標系(xi)運(yun)行一段程序(xu)即“GOOG90G54X60.OY70.OF150;M30;”,待機床(chuang)運(yun)行結(jie)束后顯(xian)(xian)示(shi)器上(shang)顯(xian)(xian)示(shi)的機械(xie)坐(zuo)(zuo)標值(zhi)為(wei)(wei)(X軸(zhou))“-1025.243”,記錄下該(gai)(gai)數(shu)值(zhi)。然后在(zai)手(shou)動(dong)方式(shi)(shi)下,將機床(chuang)點動(dong)到(dao)其(qi)他任意位(wei)置(zhi),再(zai)次(ci)在(zai)手(shou)動(dong)輸入數(shu)據方式(shi)(shi)操作(zuo)下運(yun)行剛才的程序(xu)段,待機床(chuang)停止后,發現此時(shi)機床(chuang)坐(zuo)(zuo)標數(shu)值(zhi)顯(xian)(xian)示(shi)為(wei)(wei)“-1024.891”,同上(shang)一次(ci)執行后的數(shu)值(zhi)比(bi)較相差了0.352mm.按照同樣的方法,將X軸(zhou)點動(dong)移動(dong)到(dao)不(bu)同的位(wei)置(zhi),反復執行該(gai)(gai)程序(xu)段,而(er)顯(xian)(xian)示(shi)器上(shang)顯(xian)(xian)示(shi)的數(shu)值(zhi)都(dou)有所不(bu)同(不(bu)穩定)。用百(bai)分表對(dui)X軸(zhou)進(jin)行仔細檢查(cha),發現機械(xie)位(wei)置(zhi)實際誤(wu)(wu)差同數(shu)字顯(xian)(xian)示(shi)出來的誤(wu)(wu)差基本一致,從而(er)認為(wei)(wei)故障原因為(wei)(wei)X軸(zhou)重復定位(wei)誤(wu)(wu)差過大(da)(da)。對(dui)X軸(zhou)的反向(xiang)間隙及定位(wei)精度(du)進(jin)行檢查(cha),重新(xin)補償(chang)其(qi)誤(wu)(wu)差值(zhi),結(jie)果起不(bu)到(dao)任何作(zuo)用。因此懷疑光柵尺(chi)及系(xi)統參數(shu)等有問題。但為(wei)(wei)什么產生如此大(da)(da)的誤(wu)(wu)差,卻又未出現相應的報警信息進(jin)一步檢查(cha)發現,此軸(zhou)為(wei)(wei)垂直方向(xiang)的軸(zhou),當X軸(zhou)松開時(shi)主軸箱向下掉,造(zao)成(cheng)了(le)誤差(cha)。 
     
    故(gu)障處理:對機(ji)床的(de)PLC邏輯控(kong)制程序做了修改,即在X軸(zhou)松開時(shi),先(xian)把(ba)X軸(zhou)使能加載,再(zai)把(ba)X軸(zhou)松開;而在X軸(zhou)夾緊時(shi),先(xian)把(ba)X軸(zhou)夾緊后,再(zai)把(ba)使能去掉。調整(zheng)后機床故障(zhang)得以(yi)解決。 
     
    3.機床位置問(wen)題導致(zhi)加工精度異常(chang) 
     
    故障(zhang)現象:一臺杭州產的立式數(shu)控銑床,配備(bei)北(bei)京KND-10M系統。在點動或(huo)加工過程(cheng)中,發(fa)現Z軸異(yi)常(chang)。 
     
    故障(zhang)診(zhen)斷(duan):檢(jian)查發(fa)現(xian)(xian),Z軸(zhou)上(shang)下(xia)移動(dong)(dong)(dong)不(bu)(bu)(bu)均(jun)勻(yun)且(qie)(qie)有(you)(you)噪聲,且(qie)(qie)存在(zai)(zai)一定(ding)間隙。電(dian)(dian)機啟動(dong)(dong)(dong)時(shi),在(zai)(zai)點動(dong)(dong)(dong)方(fang)式下(xia)Z軸(zhou)向(xiang)(xiang)上(shang)運(yun)動(dong)(dong)(dong)存在(zai)(zai)不(bu)(bu)(bu)穩定(ding)的噪聲及受(shou)(shou)(shou)力(li)不(bu)(bu)(bu)均(jun)勻(yun),且(qie)(qie)感覺電(dian)(dian)機抖動(dong)(dong)(dong)比較厲害(hai);而向(xiang)(xiang)下(xia)運(yun)動(dong)(dong)(dong)時(shi),就沒有(you)(you)抖動(dong)(dong)(dong)得這(zhe)(zhe)么明(ming)顯;停止(zhi)時(shi)不(bu)(bu)(bu)抖動(dong)(dong)(dong),在(zai)(zai)加工過程中表現(xian)(xian)得比較明(ming)顯。分(fen)析(xi)認為,故障(zhang)原因有(you)(you)三點:一是(shi)(shi)絲杠反向(xiang)(xiang)間隙很大(da);二是(shi)(shi)Z軸(zhou)電(dian)(dian)機工作異常;三是(shi)(shi)皮(pi)帶(dai)輪受(shou)(shou)(shou)損至受(shou)(shou)(shou)力(li)不(bu)(bu)(bu)均(jun)。但(dan)有(you)(you)一個(ge)(ge)問題(ti)要注意的是(shi)(shi),停止(zhi)時(shi)不(bu)(bu)(bu)抖動(dong)(dong)(dong),上(shang)下(xia)運(yun)動(dong)(dong)(dong)不(bu)(bu)(bu)均(jun)勻(yun),所以電(dian)(dian)機工作異常這(zhe)(zhe)個(ge)(ge)問題(ti)可以排除(chu)。因此先對(dui)機械部(bu)分(fen)診(zhen)斷(duan),在(zai)(zai)診(zhen)斷(duan)測試(shi)過程中沒有(you)(you)發(fa)現(xian)(xian)異常,在(zai)(zai)公差(cha)之內。利用(yong)排除(chu)法則,余下(xia)的只有(you)(you)皮(pi)帶(dai)問題(ti)了,在(zai)(zai)檢(jian)測皮(pi)帶(dai)時(shi),發(fa)覺這(zhe)(zhe)條皮(pi)帶(dai)剛換不(bu)(bu)(bu)久,但(dan)在(zai)(zai)細心檢(jian)測皮(pi)帶(dai)時(shi),發(fa)現(xian)(xian)皮(pi)帶(dai)內側出現(xian)(xian)不(bu)(bu)(bu)同程度(du)(du)的受(shou)(shou)(shou)損,很明(ming)顯是(shi)(shi)受(shou)(shou)(shou)力(li)不(bu)(bu)(bu)均(jun)所至,是(shi)(shi)什(shen)么原因造成(cheng)(cheng)的呢在(zai)(zai)診(zhen)斷(duan)中發(fa)現(xian)(xian)電(dian)(dian)機放置(zhi)有(you)(you)問題(ti),即裝(zhuang)夾(jia)的角度(du)(du)位(wei)置(zhi)不(bu)(bu)(bu)對(dui)稱(cheng)造成(cheng)(cheng)受(shou)(shou)(shou)力(li)不(bu)(bu)(bu)均(jun)。 
     
    故障(zhang)處理:只要將電(dian)機重裝(zhuang),對準角度,測量好距離(電(dian)機與Z軸的軸承),皮(pi)帶兩邊(長度)要均(jun)勻(yun)。這樣,Z軸上下移動不均(jun)勻(yun)且有噪聲及(ji)抖(dou)動現象就消除了,Z軸加工恢(hui)復正(zheng)常。 
     
    4.系統參數未(wei)優化,電機(ji)運行異常 
     
    導(dao)致加工(gong)精(jing)度異常系(xi)統參(can)數(shu)主要包括機床進給單位,零(ling)點偏(pian)置(zhi),反(fan)向間(jian)隙(xi)等。例如Frank數(shu)控系(xi)統,其進給單位有公制(zhi)(zhi)和(he)英制(zhi)(zhi)兩種(zhong)。在機床修(xiu)(xiu)理過程中對于局部處(chu)理,常常影響(xiang)到零(ling)點偏(pian)置(zhi)和(he)間(jian)隙(xi)的變化,故障處(chu)理完畢后應作適時的調整和(he)修(xiu)(xiu)改;另一方(fang)面,由于機械(xie)磨損(sun)嚴重(zhong)或(huo)連接位松(song)動(dong)也可能(neng)造成(cheng)參(can)數(shu)實(shi)測值(zhi)的變化,需(xu)要對參(can)數(shu)做相應的修(xiu)(xiu)改才(cai)能(neng)滿足機床加工(gong)精(jing)度的要求。 
     
    故障(zhang)現象:一臺杭州產的立式(shi)數控銑床(chuang),配備北京KND-10M系統。在加工過程中,發現X軸精度異常。 
     
    故障(zhang)診斷(duan):檢查發現X軸(zhou)存(cun)在(zai)一(yi)定間(jian)隙(xi),且電機啟動時(shi)存(cun)在(zai)不穩定的現象。用手觸摸X軸(zhou)電機時(shi)感覺電機拉動比較厲害,停止時(shi)拉動不明(ming)顯(xian),尤(you)其(qi)是點動方式下比較明(ming)顯(xian)。分析(xi)認為,故障(zhang)原因有兩點:一(yi)是絲杠反(fan)間(jian)隙(xi)很大(da);二是X軸(zhou)電機工作異常。 
     
    故障處理:利用KND-10M系統的參數功能(neng),對電(dian)機(ji)進行(xing)調試。首(shou)先對存在(zai)的間隙進行(xing)補(bu)償,再調整伺服系統參數及脈沖抑(yi)制功能(neng)參數,X軸電(dian)機(ji)的抖動消(xiao)除(chu),機(ji)床加(jia)工(gong)精(jing)度恢復正(zheng)常。