數(shù)控機(jī)床加工精度異常故障的診斷與處理

    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)異常或控制邏輯不妥，是生產(chǎn)中數(shù)控機(jī)床加工精度異常故障的常見原因，找出相關(guān)故障點(diǎn)并進(jìn)行處理，機(jī)床均可恢復(fù)正常。 
        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(gè)方面：(1)機(jī)床進(jìn)給單位被改動(dòng)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(BACK LASH）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(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(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)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(dòng)也可能造成參數(shù)實(shí)測(cè)值的變化，需對(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臥式加工中心，采用FANUC Oi一MA數(shù)控系統(tǒng)。在銑削汽輪機(jī)葉片的過(guò)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(guò)切）。調(diào)查中了解到：故障是突然發(fā)生的。機(jī)床在點(diǎn)動(dòng)、MDI操作方式下各軸運(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)以下幾方面逐一進(jìn)行檢查。 
        (1)檢查機(jī)床精度異常時(shí)正運(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（G54一G59)的校對(duì)及計(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、聽對(duì)其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)診斷，發(fā)現(xiàn)Z向運(yùn)動(dòng)聲音異常，特別是快速點(diǎn)動(dòng)，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(dòng)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(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)，手脈每變化一步，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dl>d= O.lmm（斜率大于1)；②表現(xiàn)出為d＝O.1mm>d2>d3（斜率小于1)；③機(jī)床機(jī)構(gòu)實(shí)際未移動(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(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(dòng)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(duì)電機(jī)和機(jī)械部分進(jìn)行檢查。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)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(tái)數(shù)控立式銑床，配置FANUC 0一MJ數(shù)控系統(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)定現(xiàn)象。用手觸摸X軸電機(jī)時(shí)感覺(jué)電機(jī)抖動(dòng)比較嚴(yán)重，啟停時(shí)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(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)試。首先對(duì)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(dòng)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(tái)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(guò)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(dòng)方式下，將機(jī)床Y軸點(diǎn)動(dòng)到其他任意位置，再次在MDI方式下執(zhí)行上面的語(yǔ)句，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)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(dòng)到不同的位置，反復(fù)執(zhí)行該語(yǔ)句，數(shù)顯的示值不定。用百分表對(duì)y軸進(jìn)行檢測(cè)，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)閥軸重復(fù)定位誤差過(guò)大。對(duì)Y軸的反向間隙及定位精度進(jìn)行仔細(xì)檢查，重新作補(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)，該軸為垂直方向的軸，當(dāng)Y軸松開時(shí)，主軸箱向下掉，造成了超差。
對(duì)機(jī)床的PLC邏輯控制程序做了修改，即在Y軸松開時(shí)，先把Y軸使能加載，再把y軸松開；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。