數(shù)控機(jī)床加工精度異常的原因及解決方法

　　一、造成加工精度異常故障的原因

　　造成加工精度異常故障的原因隱蔽性強(qiáng)，診斷難度比較大。筆者根據(jù)多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，歸納出五個(gè)主要原因：機(jī)床進(jìn)給單位被改動(dòng)或變化;機(jī)床各個(gè)軸的零點(diǎn)偏置異常;軸向的反向間隙異常;電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)異常，即電氣及控制部分異常;機(jī)械故障，如絲杠，軸承，軸聯(lián)器等部件。另外加工程序的編制，刀具的選擇及人為因素，也可能導(dǎo)致加工精度異常。金屬加工微信，內(nèi)容不錯(cuò)，值得關(guān)注。

　　二、數(shù)控機(jī)床故障診斷原則

　　1.先外部后內(nèi)部數(shù)控機(jī)床是集機(jī)械，液壓，電氣為一體的機(jī)床，故其故障的發(fā)生也會(huì)由這三者綜合反映出來(lái)。維修人員應(yīng)先由外向內(nèi)逐一進(jìn)行排查，盡量避免隨意地啟封，拆卸，否則會(huì)擴(kuò)大故障，使機(jī)床喪失精度，降低性能。

　　2.先機(jī)械后電氣一般來(lái)說(shuō)，機(jī)械故障較易發(fā)覺(jué)，而數(shù)控系統(tǒng)故障的診斷則難度較大些。在故障檢修之前，首先注意排除機(jī)械性的故障，往往可達(dá)到事半功倍的效果。

　　3.先靜后動(dòng)先在機(jī)床斷電的靜止?fàn)顟B(tài)下，通過(guò)了解，觀察，測(cè)試，分析，確認(rèn)為非破壞性故障后，方可給機(jī)床通電;在運(yùn)行工況下，進(jìn)行動(dòng)態(tài)的觀察，檢驗(yàn)和測(cè)試，查找故障。

　　而對(duì)破壞性故障，必須先排除危險(xiǎn)后，方可通電。

　　4.先簡(jiǎn)單后復(fù)雜當(dāng)出現(xiàn)多種故障互相交織掩蓋，一時(shí)無(wú)從下手時(shí)，應(yīng)先解決容易的問(wèn)題，后解決難度較大的問(wèn)題。往往簡(jiǎn)單問(wèn)題解決后，難度大的問(wèn)題也可能變得容易。

　　三、數(shù)控機(jī)床故障診斷方法

　　1.直觀法(望聞問(wèn)切)問(wèn)-機(jī)床的故障現(xiàn)象，加工狀況等;看-CRT報(bào)警信息，報(bào)警指示燈，電容器等元件變形煙熏燒焦，保護(hù)器脫扣等;聽(tīng)-異常聲響;聞-電氣元件焦糊味及其它異味;摸-發(fā)熱，振動(dòng)，接觸不良等。金屬加工微信，內(nèi)容不錯(cuò)，值得關(guān)注。

　　2.參數(shù)檢查法參數(shù)通常是存放在RAM中，有時(shí)電池電壓不足，系統(tǒng)長(zhǎng)期不通電或外部干擾都會(huì)使參數(shù)丟失或混亂，應(yīng)根據(jù)故障特征，檢查和校對(duì)有關(guān)參數(shù)。

　　3.隔離法一些故障，難以區(qū)分是數(shù)控部分，還是伺服系統(tǒng)或機(jī)械部分造成的，常采用隔離法。

　　4.同類(lèi)對(duì)調(diào)法用同功能的備用板替換被懷疑有故障的模板，或?qū)⒐δ芟嗤哪０寤騿卧嗷ソ粨Q。

　　5.功能程序測(cè)試法將G，M，S，T，功能的全部指令編寫(xiě)一些小程序，在診斷故障時(shí)運(yùn)行這些程序，即可判斷功能的缺失。

　　四、加工精度異常故障診斷和處理實(shí)例

　　1.機(jī)械故障導(dǎo)致加工精度異常故障現(xiàn)象：一臺(tái)SV-1000立式加工中心，采用Frank系統(tǒng)。在加工連桿模具過(guò)程中，忽然發(fā)現(xiàn)Z軸進(jìn)給異常，造成至少1mm的切削誤差量(Z方向過(guò)切)。

　　故障診斷：調(diào)查中了解到，故障是忽然發(fā)生的。機(jī)床在點(diǎn)動(dòng)，在手動(dòng)輸入數(shù)據(jù)方式操作下各個(gè)軸運(yùn)行正常，且回參考點(diǎn)正常，無(wú)任何報(bào)警提示，電氣控制部分硬故障的可能性排除。應(yīng)主要對(duì)以下幾個(gè)方面逐一進(jìn)行檢查。金屬加工微信，內(nèi)容不錯(cuò)，值得關(guān)注。

　　檢查機(jī)床精度異常時(shí)正在運(yùn)行的加工程序段，特別是刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償，加工坐標(biāo)系(G54-G59)的校對(duì)和計(jì)算。

　　在點(diǎn)動(dòng)方式下，反復(fù)運(yùn)動(dòng)Z軸，經(jīng)過(guò)視，觸，聽(tīng)，對(duì)其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)診斷，發(fā)現(xiàn)Z向運(yùn)動(dòng)噪音異常，特別是快速點(diǎn)動(dòng)，噪音更加明顯。由此判斷，機(jī)械方面可能存在隱患。

　　檢查機(jī)床Z軸精度。用手搖脈沖發(fā)生器移動(dòng)Z軸，(將其倍率定為1×100的擋位，即每變化一步，電機(jī)進(jìn)給0.1mm)，配合百分表觀察Z軸的運(yùn)動(dòng)情況。在單向運(yùn)動(dòng)保持正常后作為起始點(diǎn)的正向運(yùn)動(dòng)，脈沖器每變化一步，機(jī)床Z軸運(yùn)動(dòng)的實(shí)際距離d=d1=d2=d3=…=0.1mm，說(shuō)明電機(jī)運(yùn)行良好，定位精度也良好。而返回機(jī)床實(shí)際運(yùn)動(dòng)位移的變化上，可以分為四個(gè)階段：(1)機(jī)床運(yùn)動(dòng)距離d1>d=0.1mm(斜率大于1);(2)表現(xiàn)出為d1=0.1mm>d2>d3(斜率小于1);(3)機(jī)床機(jī)構(gòu)實(shí)際沒(méi)移動(dòng)，表現(xiàn)出標(biāo)準(zhǔn)的反向間隙;(4)機(jī)床運(yùn)動(dòng)距離與脈沖器經(jīng)定數(shù)值相等(斜率等于1)，恢復(fù)到機(jī)床的正常運(yùn)動(dòng)。無(wú)論怎樣對(duì)反向間隙進(jìn)行補(bǔ)償，其表現(xiàn)出的特征是：除了(3)階段補(bǔ)償外，其他各段變化依然存在，特別是(1)階段嚴(yán)重影響到機(jī)床的加工精度。補(bǔ)償中發(fā)現(xiàn)，間隙補(bǔ)償越大，(1)階段移動(dòng)的距離也越大。金屬加工微信，內(nèi)容不錯(cuò)，值得關(guān)注。

　　分析上述檢查認(rèn)為存在幾點(diǎn)可能原因：一是電機(jī)有異常，二是機(jī)械方面有故障，三是絲杠存在間隙。為了進(jìn)一步診斷故障，將電機(jī)和絲杠完全脫開(kāi)，分別對(duì)電機(jī)和機(jī)械部分進(jìn)行檢查。檢查結(jié)果是電機(jī)運(yùn)行正常;在對(duì)機(jī)械部分診斷中發(fā)現(xiàn)，用手盤(pán)動(dòng)絲杠時(shí)，返回運(yùn)動(dòng)初始有很大的空缺感。而正常情況下，應(yīng)該能感覺(jué)到軸承有序而平滑的移動(dòng)。

　　故障處理：經(jīng)過(guò)拆卸檢查發(fā)現(xiàn)該軸承確實(shí)受損，且有滾珠脫落。更換后機(jī)床恢復(fù)正常。

　　2.控制邏輯不妥導(dǎo)致加工精度異常

　　故障現(xiàn)象：一臺(tái)上海機(jī)床廠家生產(chǎn)的加工中心，系統(tǒng)是Frank.加工過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)該機(jī)床X軸精度異常，精度誤差小為0.008mm，大為1.2mm.故障診斷：檢查中，機(jī)床已經(jīng)按照要求設(shè)置了G54工件坐標(biāo)系。在手動(dòng)輸入數(shù)據(jù)方式操作下，以G54坐標(biāo)系運(yùn)行一段程序即“GOOG90G54X60.OY70.OF150;M30;”，待機(jī)床運(yùn)行結(jié)束后顯示器上顯示的機(jī)械坐標(biāo)值為(X軸)“-1025.243”，記錄下該數(shù)值。然后在手動(dòng)方式下，將機(jī)床點(diǎn)動(dòng)到其他任意位置，再次在手動(dòng)輸入數(shù)據(jù)方式操作下運(yùn)行剛才的程序段，待機(jī)床停止后，發(fā)現(xiàn)此時(shí)機(jī)床坐標(biāo)數(shù)值顯示為“-1024.891”，同上一次執(zhí)行后的數(shù)值比較相差了0.352mm.按照同樣的方法，將X軸點(diǎn)動(dòng)移動(dòng)到不同的位置，反復(fù)執(zhí)行該程序段，而顯示器上顯示的數(shù)值都有所不同(不穩(wěn)定)。金屬加工微信，內(nèi)容不錯(cuò)，值得關(guān)注。用百分表對(duì)X軸進(jìn)行仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)機(jī)械位置實(shí)際誤差同數(shù)字顯示出來(lái)的誤差基本一致，從而認(rèn)為故障原因?yàn)閄軸重復(fù)定位誤差過(guò)大。對(duì)X軸的反向間隙及定位精度進(jìn)行檢查，重新補(bǔ)償其誤差值，結(jié)果起不到任何作用。因此懷疑光柵尺及系統(tǒng)參數(shù)等有問(wèn)題。但為什么產(chǎn)生如此大的誤差，卻又未出現(xiàn)相應(yīng)的報(bào)警信息進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，此軸為垂直方向的軸，當(dāng)X軸松開(kāi)時(shí)主軸箱向下掉，造成了誤差。

　　故障處理：對(duì)機(jī)床的PLC邏輯控制程序做了修改，即在X軸松開(kāi)時(shí)，先把X軸使能加載，再把X軸松開(kāi);而在X軸夾緊時(shí)，先把X軸夾緊后，再把使能去掉。調(diào)整后機(jī)床故障得以解決。

　　3.機(jī)床位置問(wèn)題導(dǎo)致加工精度異常

　　故障現(xiàn)象：一臺(tái)杭州產(chǎn)的立式數(shù)控銑床，配備北京KND-10M系統(tǒng)。在點(diǎn)動(dòng)或加工過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)Z軸異常。

　　故障診斷：檢查發(fā)現(xiàn)，Z軸上下移動(dòng)不均勻且有噪聲，且存在一定間隙。電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，在點(diǎn)動(dòng)方式下Z軸向上運(yùn)動(dòng)存在不穩(wěn)定的噪聲及受力不均勻，且感覺(jué)電機(jī)抖動(dòng)比較厲害;而向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，就沒(méi)有抖動(dòng)得這么明顯;停止時(shí)不抖動(dòng)，在加工過(guò)程中表現(xiàn)得比較明顯。分析認(rèn)為，故障原因有三點(diǎn)：一是絲杠反向間隙很大;二是Z軸電機(jī)工作異常;三是皮帶輪受損至受力不均。但有一個(gè)問(wèn)題要注意的是，停止時(shí)不抖動(dòng)，上下運(yùn)動(dòng)不均勻，所以電機(jī)工作異常這個(gè)問(wèn)題可以排除。金屬加工微信，內(nèi)容不錯(cuò)，值得關(guān)注。因此先對(duì)機(jī)械部分診斷，在診斷測(cè)試過(guò)程中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常，在公差之內(nèi)。利用排除法則，余下的只有皮帶問(wèn)題了，在檢測(cè)皮帶時(shí)，發(fā)覺(jué)這條皮帶剛換不久，但在細(xì)心檢測(cè)皮帶時(shí)，發(fā)現(xiàn)皮帶內(nèi)側(cè)出現(xiàn)不同程度的受損，很明顯是受力不均所至，是什么原因造成的呢在診斷中發(fā)現(xiàn)電機(jī)放置有問(wèn)題，即裝夾的角度位置不對(duì)稱(chēng)造成受力不均。

　　故障處理：只要將電機(jī)重裝，對(duì)準(zhǔn)角度，測(cè)量好距離(電機(jī)與Z軸的軸承)，皮帶兩邊(長(zhǎng)度)要均勻。這樣，Z軸上下移動(dòng)不均勻且有噪聲及抖動(dòng)現(xiàn)象就消除了，Z軸加工恢復(fù)正常。

　　4.系統(tǒng)參數(shù)未優(yōu)化，電機(jī)運(yùn)行異常

　　導(dǎo)致加工精度異常系統(tǒng)參數(shù)主要包括機(jī)床進(jìn)給單位，零點(diǎn)偏置，反向間隙等。例如Frank數(shù)控系統(tǒng)，其進(jìn)給單位有公制和英制兩種。在機(jī)床修理過(guò)程中對(duì)于局部處理，常常影響到零點(diǎn)偏置和間隙的變化，故障處理完畢后應(yīng)作適時(shí)的調(diào)整和修改;另一方面，由于機(jī)械磨損嚴(yán)重或連接位松動(dòng)也可能造成參數(shù)實(shí)測(cè)值的變化，需要對(duì)參數(shù)做相應(yīng)的修改才能滿(mǎn)足機(jī)床加工精度的要求。

　　故障現(xiàn)象：一臺(tái)杭州產(chǎn)的立式數(shù)控銑床，配備北京KND-10M系統(tǒng)。在加工過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)X軸精度異常。

　　故障診斷：檢查發(fā)現(xiàn)X軸存在一定間隙，且電機(jī)啟動(dòng)時(shí)存在不穩(wěn)定的現(xiàn)象。用手觸摸X軸電機(jī)時(shí)感覺(jué)電機(jī)拉動(dòng)比較厲害，停止時(shí)拉動(dòng)不明顯，尤其是點(diǎn)動(dòng)方式下比較明顯。分析認(rèn)為，故障原因有兩點(diǎn)：一是絲杠反間隙很大;二是X軸電機(jī)工作異常。

　　故障處理：利用KND-10M系統(tǒng)的參數(shù)功能，對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)試。首先對(duì)存在的間隙進(jìn)行補(bǔ)償，再調(diào)整伺服系統(tǒng)參數(shù)及脈沖抑制功能參數(shù)，X軸電機(jī)的抖動(dòng)消除，機(jī)床加工精度恢復(fù)正常。

　　通過(guò)對(duì)數(shù)控機(jī)床加工精度異常故障診斷和處理方法的探討，把實(shí)習(xí)生產(chǎn)中所遇到的實(shí)際問(wèn)題及解決方法加以歸納，充實(shí)了教學(xué)內(nèi)容并滲透到生產(chǎn)實(shí)踐中，不但讓學(xué)生掌握了解決問(wèn)題的方法，更重要的是培養(yǎng)了學(xué)生實(shí)際操作能力，運(yùn)用知識(shí)分析和解決問(wèn)題的能力，達(dá)到技工學(xué)校教育教學(xué)的目標(biāo)，使學(xué)生成為適應(yīng)市場(chǎng)需求的實(shí)用型人才。