數(shù)控機(jī)床加工精度異常的常見原因及處理

　　生產(chǎn)中經(jīng)常會遇到數(shù)控機(jī)床加工精度異常的故障。此類故障隱蔽性強(qiáng)、診斷難度大。導(dǎo)致此類故障的原因主要有五個方面:

(1)機(jī)床進(jìn)給單位被改動或變化。 

 (2)機(jī)床各軸的零點(diǎn)偏置(NULL OFFSET)異常。 

(3)軸向的反向間隙(BACKLASH)異常。 

(4)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)異常，即電氣及控制部分故障。 

 (5)機(jī)械故障，如絲桿、軸承、軸聯(lián)器等部件。

　　此外，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

　　系統(tǒng)參數(shù)主要包括機(jī)床進(jìn)給單位、零點(diǎn)偏置、反向間隙等等。例如SIEMENS、FANUC數(shù)控系統(tǒng)，其進(jìn)給單位有公制和英制兩種。機(jī)床修理過程中某些處理，常常影響到零點(diǎn)偏置和間隙的變化，故障處理完畢應(yīng)作適時地調(diào)整和修改;另一方面，由于機(jī)械磨損嚴(yán)重或連結(jié)松動也可能造成參數(shù)實測值的變化，需對參數(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THM6350臥式加工中心，采用FANUC 0i-MA數(shù)控系統(tǒng)。一次在銑削汽輪機(jī)葉片的過程中，突然發(fā)現(xiàn)Z軸進(jìn)給異常，造成至少1mm的切削誤差量(Z向過切)。調(diào)查中了解到:故障是突然發(fā)生的。機(jī)床在點(diǎn)動、MDI操作方式下各軸運(yùn)行正常，且回參考點(diǎn)正常;無任何報警提示，電氣控制部分硬故障的可能性排除。分析認(rèn)為，主要應(yīng)對以下幾方面逐一進(jìn)行檢查。  　　

1)檢查機(jī)床精度異常時正運(yùn)行的加工程序段，特別是刀具長度補(bǔ)償、加工坐標(biāo)系(G54～G59)的校對及計算。  　　

2)在點(diǎn)動方式下，反復(fù)運(yùn)動Z軸，經(jīng)過視、觸、聽對其運(yùn)動狀態(tài)診斷，發(fā)現(xiàn)Z向運(yùn)動聲音異常，特別是快速點(diǎn)動，噪聲更加明顯。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。用手脈發(fā)生器移動Z軸，(將手脈倍率定為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)動情況。在單向運(yùn)動精度保持正常后作為起始點(diǎn)的正向運(yùn)動，手脈每變化一步，機(jī)床Z軸運(yùn)動的實際距離d=d1=d2=d3…=0.1mm，說明電機(jī)運(yùn)行良好，定位精度良好。而返回機(jī)床實際運(yùn)動位移的變化上，可以分為四個階段:①機(jī)床運(yùn)動距離d1>d=0.1mm(斜率大于1);②表現(xiàn)出為d=0.1mm>d2>d3(斜率小于1);③機(jī)床機(jī)構(gòu)實際未移動，表現(xiàn)出最標(biāo)準(zhǔn)的反向間隙;④機(jī)床運(yùn)動距離與手脈給定值相等(斜率等于1)，恢復(fù)到機(jī)床的正常運(yùn)動。  　　

　　無論怎樣對反向間隙(參數(shù)1851)進(jìn)行補(bǔ)償，其表現(xiàn)出的特征是:除第③階段能夠補(bǔ)償外，其他各段變化仍然存在，特別是第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，第①段的移動距離也越大。  　　

　　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;三是存在一定的間隙。為了進(jìn)一步診斷故障，將電機(jī)和絲杠完全脫開，分別對電機(jī)和機(jī)械部分進(jìn)行檢查。電機(jī)運(yùn)行正常;在對機(jī)械部分診斷中發(fā)現(xiàn)，用手盤動絲杠時，返回運(yùn)動初始有非常明顯的空缺感。而正常情況下，應(yīng)能感覺到軸承有序而平滑的移動。經(jīng)拆檢發(fā)現(xiàn)其軸承確已受損，且有一顆滾珠脫落。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  　　

　　一臺數(shù)控立式銑床，配置FANUC 0-MJ數(shù)控系統(tǒng)。在加工過程中，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)啟動時存在不穩(wěn)定現(xiàn)象。用手觸摸X軸電機(jī)時感覺電機(jī)抖動比較嚴(yán)重，啟停時不太明顯，JOG方式下較明顯。  　　分析認(rèn)為，故障原因有兩點(diǎn)，一是機(jī)械反向間隙較大;二是X軸電機(jī)工作異常。利用FANUC系統(tǒng)的參數(shù)功能，對電機(jī)進(jìn)行調(diào)試。首先對存在的間隙進(jìn)行了補(bǔ)償;調(diào)整伺服增益參數(shù)及N脈沖抑制功能參數(shù)，X軸電機(jī)的抖動消除，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TH61140鏜銑床加工中心，數(shù)控系統(tǒng)為FANUC 18i，全閉環(huán)控制方式。加工過程中，發(fā)現(xiàn)該機(jī)床Y軸精度異常，精度誤差最小在0.006mm左右，最大誤差可達(dá)到1.400mm。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方式下，以G54坐標(biāo)系運(yùn)行一段程序即“G90 G54 Y80 F100;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”，記錄下該值。然后在手動方式下，將機(jī)床Y軸點(diǎn)動到其他任意位置，再次在MDI方式下執(zhí)行上面的語句，待機(jī)床停止后，發(fā)現(xiàn)此時機(jī)床機(jī)械坐標(biāo)數(shù)顯值為“-1046.992”，同第一次執(zhí)行后的數(shù)顯示值相比相差了0.387mm。按照同樣的方法，將Y軸點(diǎn)動到不同的位置，反復(fù)執(zhí)行該語句，數(shù)顯的示值不定。用百分表對Y軸進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)機(jī)械位置實際誤差同數(shù)顯顯示出的誤差基本一致，從而認(rèn)為故障原因為Y軸重復(fù)定位誤差過大。對Y軸的反向間隙及定位精度進(jìn)行仔細(xì)檢查，重新作補(bǔ)償，均無效果。因此懷疑光柵尺及系統(tǒng)參數(shù)等有問題，但為什么產(chǎn)生如此大的誤差，卻未出現(xiàn)相應(yīng)的報警信息呢?進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，該軸為垂直方向的軸，當(dāng) Y軸松開時，主軸箱向下掉，造成了超差。  　　

　　對機(jī)床的PLC邏輯控制程序做了修改，即在Y軸松開時，先把Y軸使能加載，再把Y軸松開;而在夾緊時，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。