淺析數控機床加工精度降低的原因
2023.04.12
編輯： 南京眾博機械
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造成加工精度異常故障的原因隱蔽性強，診斷難度比較大，歸納出五個主要原因：機床進給單位被改動或變化；機床各個軸的零點偏置異常；軸向的反向間隙異常；電機運行狀態異常，即電氣及控制部分異常；機械故障，如絲杠，軸承，軸聯器等部件。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 造成加工精度異常故障的原因隱蔽性強，診斷難度比較大，歸納出五個主要原因：機床進給單位被改動或變化；機床各個軸的零點偏置異常；軸向的反向間隙異常；電機運行狀態異常，即電氣及控制部分異常；機械故障，如絲杠，軸承，軸聯器等部件。另外加工程序的編制，刀具的選擇及人為因素，也可能導致加工精度異常。 二、數控機床故障診斷原則 1.先外部后內部數控機床是集機械，液壓，電氣為一體的機床，故其故障的發生也會由這三者綜合反映出來。維修人員應先由外向內逐一進行排查，盡量避免隨意地啟封，拆卸，否則會擴大故障，使機床喪失精度，降低性能。 2.先機械后電氣一般來說，機械故障較易發覺，而數控系統故障的診斷則難度較大些。在故障檢修之前，首先注意排除機械性的故障，往往可達到事半功倍的效果。 3.先靜后動先在機床斷電的靜止狀態下，通過了解，觀察，測試，分析，確認為非破壞性故障后，方可給機床通電；在運行工況下，進行動態的觀察，檢驗和測試，查找故障。而對破壞性故障，必須先排除危險后，方可通電。 4.先簡單后復雜當出現多種故障互相交織掩蓋，一時無從下手時，應先解決容易的問題，后解決難度較大的問題。往往簡單問題解決后，難度大的問題也可能變得容易。 三、數控機床故障診斷方法 1.直觀法：（望聞問切）問-機床的故障現象，加工狀況等；看-CRT報警信息，報警指示燈，電容器等元件變形煙熏燒焦，保護器脫扣等；聽-異常聲響；聞-電氣元件焦糊味及其它異味；摸-發熱，振動，接觸不良等。 2.參數檢查法：參數通常是存放在RAM中，有時電池電壓不足，系統長期不通電或外部干擾都會使參數丟失或混亂，應根據故障特征，檢查和校對有關參數。 3.隔離法：一些故障，難以區分是數控部分，還是伺服系統或機械部分造成的，常采用隔離法。 4.同類對調法用同功能的備用板替換被懷疑有故障的模板，或將功能相同的模板或單元相互交換。 5.功能程序測試法將G，M，S，T，功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，即可判斷功能的缺失。 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。在加工連桿模具過程中，忽然發現Z軸進給異常，造成至少1mm的切削誤差量（Z方向過切）。 故障診斷：調查中了解到，故障是忽然發生的。機床在點動，在手動輸入數據方式操作下各個軸運行正常，且回參考點正常，無任何報警提示，電氣控制部分硬故障的可能性排除。應主要對以下幾個方面逐一進行檢查。 檢查機床精度異常時正在運行的加工程序段，特別是刀具長度補償，加工坐標系（G54-G59）的校對和計算。 在點動方式下，反復運動Z軸，經過視，觸，聽，對其運動狀態診斷，發現Z向運動噪音異常，特別是快速點動，噪音更加明顯。由此判斷，機械方面可能存在隱患。 檢查機床Z軸精度。用手搖脈沖發生器移動Z軸，（將其倍率定為1×100的擋位，即每變化一步，電機進給0.1mm），配合百分表觀察Z軸的運動情況。在單向運動保持正常后作為起始點的正向運動，脈沖器每變化一步，機床Z軸運動的實際距離d=d1=d2=d3=…=0.1mm，說明電機運行良好，定位精度也良好。而返回機床實際運動位移的變化上，可以分為四個階段：（1）機床運動距離d1>d=0.1mm（斜率大于1）；（2）表現出為d1=0.1mm>d2>d3（斜率小于1）；（3）機床機構實際沒移動，表現出最標準的反向間隙；（4）機床運動距離與脈沖器經定數值相等（斜率等于1），恢復到機床的正常運動。無論怎樣對反向間隙進行補償，其表現出的特征是：除了（3）階段補償外，其他各段變化依然存在，特別是（1）階段嚴重影響到機床的加工精度。補償中發現，間隙補償越大，（1）階段移動的距離也越大。 分析上述檢查認為存在幾點可能原因：一是電機有異常，二是機械方面有故障，三是絲杠存在間隙。為了進一步診斷故障，將電機和絲杠完全脫開，分別對電機和機械部分進行檢查。檢查結果是電機運行正常；在對機械部分診斷中發現，用手盤動絲杠時，返回運動初始有很大的空缺感。而正常情況下，應該能感覺到軸承有序而平滑的移動。 故障處理：經過拆卸檢查發現該軸承確實受損，且有滾珠脫落。更換后機床恢復正常。 2.控制邏輯不妥導致加工精度異常 故障現象：一臺上海機床廠家生產的加工中心，系統是Frank.加工過程中，發現該機床X軸精度異常，精度誤差最小為0.008mm，最大為1.2mm.故障診斷：檢查中，機床已經按照要求設置了G54工件坐標系。在手動輸入數據方式操作下，以G54坐標系運行一段程序即“GOOG90G54X60.OY70.OF150；M30；”，待機床運行結束后顯示器上顯示的機械坐標值為（X軸）“-1025.243”，記錄下該數值。然后在手動方式下，將機床點動到其他任意位置，再次在手動輸入數據方式操作下運行剛才的程序段，待機床停止后，發現此時機床坐標數值顯示為“-1024.891”，同上一次執行后的數值比較相差了0.352mm.按照同樣的方法，將X軸點動移動到不同的位置，反復執行該程序段，而顯示器上顯示的數值都有所不同（不穩定）。用百分表對X軸進行仔細檢查，發現機械位置實際誤差同數字顯示出來的誤差基本一致，從而認為故障原因為X軸重復定位誤差過大。對X軸的反向間隙及定位精度進行檢查，重新補償其誤差值，結果起不到任何作用。因此懷疑光柵尺及系統參數等有問題。但為什么產生如此大的誤差，卻又未出現相應的報警信息進一步檢查發現，此軸為垂直方向的軸，當X軸松開時主軸箱向下掉，造成了誤差。 故障處理：對機床的PLC邏輯控制程序做了修改，即在X軸松開時，先把X軸使能加載，再把X軸松開；而在X軸夾緊時，先把X軸夾緊后，再把使能去掉。調整后機床故障得以解決。 3.機床位置問題導致加工精度異常 故障現象：一臺杭州產的立式數控銑床，配備北京KND-10M系統。在點動或加工過程中，發現Z軸異常。 故障診斷：檢查發現，Z軸上下移動不均勻且有噪聲，且存在一定間隙。電機啟動時，在點動方式下Z軸向上運動存在不穩定的噪聲及受力不均勻，且感覺電機抖動比較厲害；而向下運動時，就沒有抖動得這么明顯；停止時不抖動，在加工過程中表現得比較明顯。分析認為，故障原因有三點：一是絲杠反向間隙很大；二是Z軸電機工作異常；三是皮帶輪受損至受力不均。但有一個問題要注意的是，停止時不抖動，上下運動不均勻，所以電機工作異常這個問題可以排除。因此先對機械部分診斷，在診斷測試過程中沒有發現異常，在公差之內。利用排除法則，余下的只有皮帶問題了，在檢測皮帶時，發覺這條皮帶剛換不久，但在細心檢測皮帶時，發現皮帶內側出現不同程度的受損，很明顯是受力不均所至，是什么原因造成的呢在診斷中發現電機放置有問題，即裝夾的角度位置不對稱造成受力不均。 故障處理：只要將電機重裝，對準角度，測量好距離（電機與Z軸的軸承），皮帶兩邊（長度）要均勻。這樣，Z軸上下移動不均勻且有噪聲及抖動現象就消除了，Z軸加工恢復正常。 4.系統參數未優化，電機運行異常 導致加工精度異常系統參數主要包括機床進給單位，零點偏置，反向間隙等。例如Frank數控系統，其進給單位有公制和英制兩種。在機床修理過程中對于局部處理，常常影響到零點偏置和間隙的變化，故障處理完畢后應作適時的調整和修改；另一方面，由于機械磨損嚴重或連接位松動也可能造成參數實測值的變化，需要對參數做相應的修改才能滿足機床加工精度的要求。 故障現象：一臺杭州產的立式數控銑床，配備北京KND-10M系統。在加工過程中，發現X軸精度異常。 故障診斷：檢查發現X軸存在一定間隙，且電機啟動時存在不穩定的現象。用手觸摸X軸電機時感覺電機拉動比較厲害，停止時拉動不明顯，尤其是點動方式下比較明顯。分析認為，故障原因有兩點：一是絲杠反間隙很大；二是X軸電機工作異常。 故障處理：利用KND-10M系統的參數功能，對電機進行調試。首先對存在的間隙進行補償，再調整伺服系統參數及脈沖抑制功能參數，X軸電機的抖動消除，機床加工精度恢復正常。
