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浅析数控机床加工精度降低的原因

2015年12月03日 09:06中国机床商务网点击:7028

  【中国机床商务网 科技动态】造成加工精度异常故障的原因隐蔽性强,诊断难度比较大,归纳出五个主要原因:机床进给单位被改动或变化;机床各个轴的零点偏置异常;轴向的反向间隙异常;电机运行状态异常,即电气及控制部分异常;机械故障,如丝杠轴承,轴联器等部件。另外加工程序的编制,刀具的选择及人为因素,也可能导致加工精度异常。
  


图片来源于百度图片
 
  一、造成加工精度异常故障的原因
  
  造成加工精度异常故障的原因隐蔽性强,诊断难度比较大,归纳出五个主要原因:机床进给单位被改动或变化;机床各个轴的零点偏置异常;轴向的反向间隙异常;电机运行状态异常,即电气及控制部分异常;机械故障,如丝杠,轴承,轴联器等部件。另外加工程序的编制,刀具的选择及人为因素,也可能导致加工精度异常。
  
  二、数控机床故障诊断原则
  
  1.先外部后内部数控机床是集机械,液压,电气为一体的机床,故其故障的发生也会由这三者综合反映出来。维修人员应先由外向内逐一进行排查,尽量避免随意地启封,拆卸,否则会扩大故障,使机床丧失精度,降低性能。
  
  2.先机械后电气一般来说,机械故障较易发觉,而数控系统故障的诊断则难度较大些。在故障检修之前,首先注意排除机械性的故障,往往可达到事半功倍的效果。
  
  3.先静后动先在机床断电的静止状态下,通过了解,观察,测试,分析,确认为非破坏性故障后,方可给机床通电;在运行工况下,进行动态的观察,检验和测试,查找故障。而对破坏性故障,必须先排除危险后,方可通电。
  
  4.先简单后复杂当出现多种故障互相交织掩盖,一时无从下手时,应先解决容易的问题,后解决难度较大的问题。往往简单问题解决后,难度大的问题也可能变得容易。
  
  三、数控机床故障诊断方法
  
  1.直观法:(望闻问切)问-机床的故障现象,加工状况等;看-CRT报警信息,报警指示灯,电容器等元件变形烟熏烧焦,保护器脱扣等;听-异常声响;闻-电气元件焦糊味及其它异味;摸-发热,振动,接触不良等。
  
  2.参数检查法:参数通常是存放在RAM中,有时电池电压不足,系统长期不通电或外部干扰都会使参数丢失或混乱,应根据故障特征,检查和校对有关参数。
  
  3.隔离法:一些故障,难以区分是数控部分,还是伺服系统或机械部分造成的,常采用隔离法。
  
  4.同类对调法用同功能的备用板替换被怀疑有故障的模板,或将功能相同的模板或单元相互交换。
  
  5.功能程序测试法将G,M,S,T,功能的全部指令编写一些小程序,在诊断故障时运行这些程序,即可判断功能的缺失。
  
  四、加工精度异常故障诊断和处理实例
  
  1.机械故障导致加工精度异常
  
  故障现象:一台SV-1000立式加工中心,采用Frank系统。在加工连杆模具过程中,忽然发现Z轴进给异常,造成至少1mm的切削误差量(Z方向过切)。
  
  故障诊断:调查中了解到,故障是忽然发生的。机床在点动,在手动输入数据方式操作下各个轴运行正常,且回参考点正常,无任何报警提示,电气控制部分硬故障的可能性排除。应主要对以下几个方面逐一进行检查。
  
  检查机床精度异常时正在运行的加工程序段,特别是刀具长度补偿,加工坐标系(G54-G59)的校对和计算。
  
  在点动方式下,反复运动Z轴,经过视,触,听,对其运动状态诊断,发现Z向运动噪音异常,特别是快速点动,噪音更加明显。由此判断,机械方面可能存在隐患。
  
  检查机床Z轴精度。用手摇脉冲发生器移动Z轴,(将其倍率定为1×100的挡位,即每变化一步,电机进给0.1mm),配合百分表观察Z轴的运动情况。在单向运动保持正常后作为起始点的正向运动,脉冲器每变化一步,机床Z轴运动的实际距离d=d1=d2=d3=…=0.1mm,说明电机运行良好,定位精度也良好。而返回机床实际运动位移的变化上,可以分为四个阶段:(1)机床运动距离d1>d=0.1mm(斜率大于1);(2)表现出为d1=0.1mm>d2>d3(斜率小于1);(3)机床机构实际没移动,表现出最标准的反向间隙;(4)机床运动距离与脉冲器经定数值相等(斜率等于1),恢复到机床的正常运动。无论怎样对反向间隙进行补偿,其表现出的特征是:除了(3)阶段补偿外,其他各段变化依然存在,特别是(1)阶段严重影响到机床的加工精度。补偿中发现,间隙补偿越大,(1)阶段移动的距离也越大。
  
  分析上述检查认为存在几点可能原因:一是电机有异常,二是机械方面有故障,三是丝杠存在间隙。为了进一步诊断故障,将电机和丝杠完全脱开,分别对电机和机械部分进行检查。检查结果是电机运行正常;在对机械部分诊断中发现,用手盘动丝杠时,返回运动初始有很大的空缺感。而正常情况下,应该能感觉到轴承有序而平滑的移动。
  
  故障处理:经过拆卸检查发现该轴承确实受损,且有滚珠脱落。更换后机床恢复正常。
  
  2.控制逻辑不妥导致加工精度异常
  
  故障现象:一台上海机床厂家生产的加工中心,系统是Frank.加工过程中,发现该机床X轴精度异常,精度误差最小为0.008mm,最大为1.2mm.故障诊断:检查中,机床已经按照要求设置了G54工件坐标系。在手动输入数据方式操作下,以G54坐标系运行一段程序即“GOOG90G54X60.OY70.OF150;M30;”,待机床运行结束后显示器上显示的机械坐标值为(X轴)“-1025.243”,记录下该数值。然后在手动方式下,将机床点动到其他任意位置,再次在手动输入数据方式操作下运行刚才的程序段,待机床停止后,发现此时机床坐标数值显示为“-1024.891”,同上一次执行后的数值比较相差了0.352mm.按照同样的方法,将X轴点动移动到不同的位置,反复执行该程序段,而显示器上显示的数值都有所不同(不稳定)。用百分表对X轴进行仔细检查,发现机械位置实际误差同数字显示出来的误差基本一致,从而认为故障原因为X轴重复定位误差过大。对X轴的反向间隙及定位精度进行检查,重新补偿其误差值,结果起不到任何作用。因此怀疑光栅尺及系统参数等有问题。但为什么产生如此大的误差,却又未出现相应的报警信息进一步检查发现,此轴为垂直方向的轴,当X轴松开时主轴箱向下掉,造成了误差。
  
  故障处理:对机床的PLC逻辑控制程序做了修改,即在X轴松开时,先把X轴使能加载,再把X轴松开;而在X轴夹紧时,先把X轴夹紧后,再把使能去掉。调整后机床故障得以解决。
  
  3.机床位置问题导致加工精度异常
  
  故障现象:一台杭州产的立式数控铣床,配备北京KND-10M系统。在点动或加工过程中,发现Z轴异常。
  
  故障诊断:检查发现,Z轴上下移动不均匀且有噪声,且存在一定间隙。电机启动时,在点动方式下Z轴向上运动存在不稳定的噪声及受力不均匀,且感觉电机抖动比较厉害;而向下运动时,就没有抖动得这么明显;停止时不抖动,在加工过程中表现得比较明显。分析认为,故障原因有三点:一是丝杠反向间隙很大;二是Z轴电机工作异常;三是皮带轮受损至受力不均。但有一个问题要注意的是,停止时不抖动,上下运动不均匀,所以电机工作异常这个问题可以排除。因此先对机械部分诊断,在诊断测试过程中没有发现异常,在公差之内。利用排除法则,余下的只有皮带问题了,在检测皮带时,发觉这条皮带刚换不久,但在细心检测皮带时,发现皮带内侧出现不同程度的受损,很明显是受力不均所至,是什么原因造成的呢在诊断中发现电机放置有问题,即装夹的角度位置不对称造成受力不均。
  
  故障处理:只要将电机重装,对准角度,测量好距离(电机与Z轴的轴承),皮带两边(长度)要均匀。这样,Z轴上下移动不均匀且有噪声及抖动现象就消除了,Z轴加工恢复正常。
  
  4.系统参数未优化,电机运行异常
  
  导致加工精度异常系统参数主要包括机床进给单位,零点偏置,反向间隙等。例如Frank数控系统,其进给单位有公制和英制两种。在机床修理过程中对于局部处理,常常影响到零点偏置和间隙的变化,故障处理完毕后应作适时的调整和修改;另一方面,由于机械磨损严重或连接位松动也可能造成参数实测值的变化,需要对参数做相应的修改才能满足机床加工精度的要求。
  
  故障现象:一台杭州产的立式数控铣床,配备北京KND-10M系统。在加工过程中,发现X轴精度异常。
  
  故障诊断:检查发现X轴存在一定间隙,且电机启动时存在不稳定的现象。用手触摸X轴电机时感觉电机拉动比较厉害,停止时拉动不明显,尤其是点动方式下比较明显。分析认为,故障原因有两点:一是丝杠反间隙很大;二是X轴电机工作异常。
  
  故障处理:利用KND-10M系统的参数功能,对电机进行调试。首先对存在的间隙进行补偿,再调整伺服系统参数及脉冲抑制功能参数,X轴电机的抖动消除,机床加工精度恢复正常。
(来源:金属加工网)

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