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(NULLOFFSET)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FANUC0i-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。

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