數(shù)控機床加工精度異常故障的診斷與處理

系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化或改動、機械故障、機床電氣參數(shù)未優(yōu)化電機運行異常、機床位置環(huán)異常或控制邏輯不妥，是生產中數(shù)控機床加工精度異常故障的常見原因，找出相關故障點并進行處理，機床均可恢復正常。

　　生產中經常會遇到數(shù)控機床加工精度異常的故障。此類故障隱蔽性強、診斷難度大。導致此類故障的原因主要有五個方面:（1）機床進給單位被改動或變化。（2）機床各軸的零點偏置(NULL OFFSET)異常。（3）軸向的反向間隙(BACKLASH)異常。（4）電機運行狀態(tài)異常，即電氣及控制部分故障。（5）機械故障，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)主要包括機床進給單位、零點偏置、反向間隙等等。例如SIEMENS、FANUC數(shù)控系統(tǒng)，其進給單位有公制和英制兩種。機床修理過程中某些處理，常常影響到零點偏置和間隙的變化，故障處理完畢應作適時地調整和修改；另一方面，由于機械磨損嚴重或連結松動也可能造成參數(shù)實測值的變化，需對參數(shù)做相應的修改才能滿足機床加工精度的要求。

　　2.機械故障導致的加工精度異常

　　一臺THM6350臥式加工中心，采用FANUC 0i-MA數(shù)控系統(tǒng)。一次在銑削汽輪機葉片的過程中，突然發(fā)現(xiàn)Z軸進給異常，造成至少1mm的切削誤差量(Z向過切)。調查中了解到：故障是突然發(fā)生的。機床在點動、MDI操作方式下各軸運行正常，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。分析認為，主要應對以下幾方面逐一進行檢查。

　　（1）檢查機床精度異常時正運行的加工程序段，特別是刀具長度補償、加工坐標系(G54～G59)的校對及計算。

　　（2）在點動方式下，反復運動Z軸，經過視、觸、聽對其運動狀態(tài)診斷，發(fā)現(xiàn)Z向運動聲音異常，特別是快速點動，噪聲更加明顯。由此判斷，機械方面可能存在隱患。

　　（3）檢查機床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，電機進給0.1mm），配合百分表觀察Z軸的運動情況。在單向運動精度保持正常后作為起始點的正向運動，手脈每變化一步，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(xiàn)出為d=0.1mm＞d2＞d3(斜率小于1)；③機床機構實際未移動，表現(xiàn)出最標準的反向間隙；④機床運動距離與手脈給定值相等(斜率等于1)，恢復到機床的正常運動。

　　無論怎樣對反向間隙(參數(shù)1851)進行補償，其表現(xiàn)出的特征是：除第③階段能夠補償外，其他各段變化仍然存在，特別是第①階段嚴重影響到機床的加工精度。補償中發(fā)現(xiàn)，間隙補償越大，第①段的移動距離也越大。

　　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；三是存在一定的間隙。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。電機運行正常；在對機械部分診斷中發(fā)現(xiàn)，用手盤動絲杠時，返回運動初始有非常明顯的空缺感。而正常情況下，應能感覺到軸承有序而平滑的移動。經拆檢發(fā)現(xiàn)其軸承確已受損，且有一顆滾珠脫落。更換后機床恢復正常。

　　3.機床電氣參數(shù)未優(yōu)化電機運行異常

　　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，且電機啟動時存在不穩(wěn)定現(xiàn)象。用手觸摸X軸電機時感覺電機抖動比較嚴重，啟停時不太明顯，JOG方式下較明顯。

分析認為，故障原因有兩點，一是機械反向間隙較大；二是X軸電機工作異常。利用FANUC系統(tǒng)的參數(shù)功能，對電機進行調試。首先對存在的間隙進行了補償；調整伺服增益參數(shù)及N脈沖抑制功能參數(shù)，X軸電機的抖動消除，機床加工精度恢復正常。

　　4.機床位置環(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FANUC 18i，全閉環(huán)控制方式。加工過程中，發(fā)現(xiàn)該機床Y軸精度異常，精度誤差最小在0.006mm左右，最大誤差可達到1.400mm。檢查中，機床已經按照要求設置了G54工件坐標系。在MDI方式下，以G54坐標系運行一段程序即“G90 G54 Y80 F100；M30；”，待機床運行結束后顯示器上顯示的機械坐標值為“-1046.605”，記錄下該值。然后在手動方式下，將機床Y軸點動到其他任意位置，再次在MDI方式下執(zhí)行上面的語句，待機床停止后，發(fā)現(xiàn)此時機床機械坐標數(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軸點動到不同的位置，反復執(zhí)行該語句，數(shù)顯的示值不定。用百分表對Y軸進行檢測，發(fā)現(xiàn)機械位置實際誤差同數(shù)顯顯示出的誤差基本一致，從而認為故障原因為Y軸重復定位誤差過大。對Y軸的反向間隙及定位精度進行仔細檢查，重新作補償，均無效果。因此懷疑光柵尺及系統(tǒng)參數(shù)等有問題，但為什么產生如此大的誤差，卻未出現(xiàn)相應的報警信息呢？進一步檢查發(fā)現(xiàn)，該軸為垂直方向的軸，當 Y軸松開時，主軸箱向下掉，造成了超差。

　　對機床的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。調整后機床故障得以解決。