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如何解決數(shù)控機(jī)床加工精度異常的故障
閱讀：2934 發(fā)布時間：2014-5-13
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以下方面：
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（NULLOFFSET）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）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(shí)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FANUC0i-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(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(jì)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(shí)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(shí)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(shí)際未移動，表現(xiàn)出zui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，數(shù)控技工培訓(xùn)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*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FANUC0-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)異常或控制邏輯不妥
一臺TH61140鏜銑床加工中心，數(shù)控系統(tǒng)為FANUC18i，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zui小在0.006mm左右，zui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“G90G54Y80F100；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*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(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(bào)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。
上海邁勃機(jī)械設(shè)備有限公司以車床為主，車床高、中、低檔結(jié)構(gòu)齊全。
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（NULLOFFSET）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）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(shí)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FANUC0i-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(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(jì)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(shí)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(shí)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(shí)際未移動，表現(xiàn)出zui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，數(shù)控技工培訓(xùn)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*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FANUC0-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)異常或控制邏輯不妥
一臺TH61140鏜銑床加工中心，數(shù)控系統(tǒng)為FANUC18i，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zui小在0.006mm左右，zui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“G90G54Y80F100；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*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(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(bào)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。
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