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数控机床加工精度异常故障的诊断和处理

更新时间 2009-2-9 15:35:24 点击数:

摘要 : 系统参数发生变化或改动,机械故障,机床电气参数未优化电机运行异常,机床位置环异常或控制逻辑不妥,是生产中数控机床加工精度异常故障的常见原因。

  关键词 :数控机床 加工精度异常 故障诊断
    生产中经常会遇到数控机床加工精度异常的故障。此类故障隐蔽性强,诊断难度比较大。形成这类故障的原因主要有五个方面:{1}机床进给单位被改动或变化。{2}机床各个轴的零点偏置[NULL OFFSET]异常。{3}轴向的反向间隙[BACK LASH]异常。{4}电机运行状态异常,即电气及控制部分异常。{5}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。

1. 系统参数发生变化或改动
    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SIMENS,FANUC数系统,其进给单位有公制和英制两种。机床修理过程中某些处理,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结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。
2. 机械故障导致的加工精度异常
    一台THM6350立式加工中心,采用SIMENS 840D系统。在加工联杆模具过程中,忽然发现Z轴进给异常,造成至少1毫米的切削误差量(Z向过切)。调查中了解到:故障是忽然发生的。机床在点动,MDI(手动数据输入方式)操作方式下各个轴运行正常,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。分析认为,主要应对以下几个方面逐一进行检查。
    [1]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。
    [2]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。
    [3]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1X100的挡位,即每变化一步,电机进给0.1毫米),配合百分表观察Z轴的运动情况。在单向运动精度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=dl=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=0.1>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给定数值相等(斜率等于1),恢复到机床的正常运动。
    无论怎样对反向间隙(参数1851)进行补偿,其表现出的特征是:除了③阶段能够补偿外,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,返回运动初始有非常明显的空缺感。而正常情况下,应能感觉到轴承有序而平滑的移动。经过拆卸检查发现其轴承确实受损,且有滚珠脱落。更换后机床恢复正常。

3. 机床电气参数未优化电机运行异常
    有一台北京产的立式数控铣床,配备SIMENS840D系统。在加工过程中,发现X轴精度异常。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。有手触摸X轴电机时感觉电机抖动比较厉害,停止是抖动不明显,尤其是点动方式下比较明显。分析认为,故障原因有两点,一是丝杠反向间隙很大;二是X轴电机工作异常。利用SIMENS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;调整伺服增益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。

4. 机床位置环异常或控制逻辑不妥
    一台TH61140加工中心,系统是FANUC18I,全闭环控制方式。加工过程中,发现该机床Y轴精度异常,精度误差最小为0.006mm,最大为1.4mm。检查中,机床已经按照要求设置了G54工件坐标系。在MDI(手动数据输入方式)方式下,以G54坐标系运行一段程序即“G00G90G54Y80F100;M30;”,待机床运行结束后显示器上显示的机械坐标值为“-1046.605”,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MDI方式下运行上次的程序段,待机床停止后,发现此时机床机械坐标数值显示为“-1046.992”,同第一次执行后的数值相比差了0.387mm。按照同样的方法,将Y轴点动到不同的位置,反复执行该程序段显示器上显示的数值不定。用百分表对Y轴进行仔细检查,发现机械位置实际误差同数显显示出的误差基本一致,从而认为故障原因为Y轴重复定位误差过大。对Y轴的反向间隙及定位精度进行检查,重新做补偿,均无效果。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,却未出现相应的报警信息呢?进一步检查发现,次轴为垂直方向的轴,当Y轴松开时主轴箱向下掉,造成了误差。
    对机床的PLC逻辑控制程序做了修改,即在Y轴松开时,先把Y轴使能加载,再把Y轴松开;而在夹紧时,先把轴夹紧后,再把Y轴使能去掉。调整后机床故障得以解决。

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