數(shù)控機(jī)床加工精度異常故障的診斷和處理
摘要 ： 系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化或改動(dòng)，機(jī)械故障，機(jī)床電氣參數(shù)未優(yōu)化電機(jī)運(yùn)行異常，機(jī)床位置環(huán)異�；蚩刂七壿嫴煌�，是生產(chǎn)中數(shù)控機(jī)床加工精度異常故障的常見(jiàn)原因。
關(guān)鍵詞 ：數(shù)控機(jī)床 加工精度異常 故障診斷
生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到數(shù)控機(jī)床加工精度異常的故障。此類(lèi)故障隱蔽性強(qiáng)，診斷難度比較大。形成這類(lèi)故障的原因主要有五個(gè)方面：{1}機(jī)床進(jìn)給單位被改動(dòng)或變化。{2}機(jī)床各個(gè)軸的零點(diǎn)偏置[NULL OFFSET]異常。{3}軸向的反向間隙[BACK LASH]異常。{4}電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)異常，即電氣及控制部分異常。{5}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。
1． 系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化或改動(dòng)
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SIMENS，F(xiàn)ANUC數(shù)系統(tǒng)，其進(jìn)給單位有公制和英制兩種。機(jī)床修理過(guò)程中某些處理，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)重或連結(jié)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)的修改才能滿足機(jī)床加工精度的要求。
2． 機(jī)械故障導(dǎo)致的加工精度異常
一臺(tái)THM6350立式加工中心，采用SIMENS 840D系統(tǒng)。在加工聯(lián)桿模具過(guò)程中，忽然發(fā)現(xiàn)Z軸進(jìn)給異常，造成至少1毫米的切削誤差量（Z向過(guò)切）。調(diào)查中了解到：故障是忽然發(fā)生的`。機(jī)床在點(diǎn)動(dòng)，MDI（手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入方式）操作方式下各個(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。分析認(rèn)為，主要應(yīng)對(duì)以下幾個(gè)方面逐一進(jìn)行檢查。
[1]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。
[2]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。
[3]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1X100的擋位，即每變化一步，電機(jī)進(jìn)給0.1毫米），配合百分表觀察Z軸的運(yùn)動(dòng)情況。在單向運(yùn)動(dòng)精度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=dl=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=0.1>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)出最標(biāo)準(zhǔn)的反向間隙；④機(jī)床運(yùn)動(dòng)距離與脈沖器給定數(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（參數(shù)1851）進(jìn)行補(bǔ)償，其表現(xiàn)出的特征是：除了③階段能夠補(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。
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)初始有非常明顯的空缺感。而正常情況下，應(yīng)能感覺(jué)到軸承有序而平滑的移動(dòng)。經(jīng)過(guò)拆卸檢查發(fā)現(xiàn)其軸承確實(shí)受損，且有滾珠脫落。更換后機(jī)床恢復(fù)正常。
3． 機(jī)床電氣參數(shù)未優(yōu)化電機(jī)運(yùn)行異常
有一臺(tái)北京產(chǎn)的立式數(shù)控銑床，配備SIMENS840D系統(tǒng)。在加工過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)X軸精度異常。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。有手觸摸X軸電機(jī)時(shí)感覺(jué)電機(jī)抖動(dòng)比較厲害，停止是抖動(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)，一是絲杠反向間隙很大；二是X軸電機(jī)工作異常。利用SIMENS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；調(diào)整伺服增益參數(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。
4． 機(jī)床位置環(huán)異�；蚩刂七壿嫴煌�
一臺(tái)TH61140加工中心，系統(tǒng)是FANUC18I，全閉環(huán)控制方式。加工過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)該機(jī)床Y軸精度異常，精度誤差最小為0.006mm，最大為1.4mm。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MDI（手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入方式）方式下，以G54坐標(biāo)系運(yùn)行一段程序即“G00G90G54Y80F100；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“-1046.605”，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MDI方式下運(yùn)行上次的程序段，待機(jī)床停止后，發(fā)現(xiàn)此時(shí)機(jī)床機(jī)械坐標(biāo)數(shù)值顯示為“-1046.992”，同第一次執(zhí)行后的數(shù)值相比差了0.387mm。按照同樣的方法，將Y軸點(diǎn)動(dòng)到不同的位置，反復(fù)執(zhí)行該程序段顯示器上顯示的數(shù)值不定。用百分表對(duì)Y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)顯顯示出的誤差基本一致，從而認(rèn)為故障原因?yàn)閅軸重復(fù)定位誤差過(guò)大。對(duì)Y軸的反向間隙及定位精度進(jìn)行檢查，重新做補(bǔ)償，均無(wú)效果。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，卻未出現(xiàn)相應(yīng)的報(bào)警信息呢？進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，次軸為垂直方向的軸，當(dāng)Y軸松開(kāi)時(shí)主軸箱向下掉，造成了誤差。
對(duì)機(jī)床的PLC邏輯控制程序做了修改，即在Y軸松開(kāi)時(shí)，先把Y軸使能加載，再把Y軸松開(kāi)；而在夾緊時(shí)，先把軸夾緊后，再把Y軸使能去掉。調(diào)整后機(jī)床故障得以解決。
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