数控机床加工精度异常故障的维护
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,找出相关故障点并进
行处理,机床均可恢复正常。
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、诊断难度大。导
致此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)机床各轴的零
点偏置(NULL OFFSET)异常。(3)轴向的反向间隙(BACKLASH)异常。(4)电机运行状态
异常,即电气及控制部分故障。(5)机械故障,如丝杆、轴承、轴联器等部件。此外,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、反向间隙等等。例如 SIEMENS、FANUC 数
控系统,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,故障处理完毕应作适时地调整和修改;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 卧式加工中心,采用 FANUC 0i-MA 数控系统。一次在铣削汽轮机叶片
的过程中,突然发现 Z 轴进给异常,造成至少 1mm 的切削误差量(Z 向过切)。调查中了解
到:故障是突然发生的。机床在点动、MDI 操作方式下各轴运行正常,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,主要应对以下几方面逐一
进行检查。
(1)检查机床精度异常时正运行的加工程序段,特别是刀具长度补偿、加工坐标系(G54
~G59)
的校对及计算。
(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
声音异常,特别是快速点动,噪声更加明显。由此判断,机械方面可能存在隐患。
(3)检查机床 Z 轴精度。用手脉发生器移动 Z 轴,(将手脉倍率定为 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。在单向运动精度保持
正 常 后 作 为 起 始 点 的 正 向 运 动 , 手 脉 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
d=0.1mm>d2>d3(斜率小于 1);③机床机构实际未移动,表现出最标准的反向间隙;④机
床运动距离与手脉给定值相等(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:除第③阶段能够补偿
外,其他各段变化仍然存在,特别是第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,第①段的移动距离也越大。
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
存在一定的间隙。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。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。经拆检发现其轴承
确已受损,且有一颗滚珠脱落。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
一台数控立式铣床,配置 FANUC 0-MJ 数控系统。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现象。用手触摸 X 轴电机时感觉电
机抖动比较严重,启停时不太明显,JOG
方式下较明显。