數(shù)控機(jī)床加工精度異常故障的診斷與處理
摘要 系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化或改動、機(jī)械故障、機(jī)床電氣參數(shù)未優(yōu)化電機(jī)運行異常、機(jī)床位置環(huán)異?;蚩刂七壿嫴煌祝巧a(chǎn)中數(shù)控機(jī)床加工精度異常故障的常見原因,找出相關(guān)故障點并進(jìn)行處理,機(jī)床均可恢復(fù)正常。
關(guān)鍵詞 數(shù)控機(jī)床 加工精度異常 故障診斷
生產(chǎn)中經(jīng)常會遇到數(shù)控機(jī)床加工精度異常的故障。此類故障隱蔽性強(qiáng)、診斷難度大。導(dǎo)致此類故障的原因主要有五個方面:(1)機(jī)床進(jìn)給單位被改動或變化。(2)機(jī)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(jī)運行狀態(tài)異常,即電氣及控制部分故障。(5)機(jī)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(dǎo)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(jī)床進(jìn)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(jìn)給單位有公制和英制兩種。機(jī)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(yīng)作適時地調(diào)整和修改;另一方面,由于機(jī)械磨損嚴(yán)重或連結(jié)松動也可能造成參數(shù)實測值的變化,需對參數(shù)做相應(yīng)的修改才能滿足機(jī)床加工精度的要求。
2.機(jī)械故障導(dǎo)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(jī)葉片的過程中,突然發(fā)現(xiàn)Z軸進(jìn)給異常,造成至少1mm的切削誤差量(Z向過切)。調(diào)查中了解到:故障是突然發(fā)生的。機(jī)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(rèn)為,主要應(yīng)對以下幾方面逐一進(jìn)行檢查。
?。?span>1)檢查機(jī)床精度異常時正運行的加工程序段,特別是刀具長度補(bǔ)償、加工坐標(biāo)系(G54~G59)的校對及計算。
(2)在點動方式下,反復(fù)運動Z軸,經(jīng)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(jī)械方面可能存在隱患。
(3)檢查機(jī)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(jī)進(jìn)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(jī)床Z軸運動的實際距離d=d1=d2=d3…=0.1mm,說明電機(jī)運行良好,定位精度良好。而返回機(jī)床實際運動位移的變化上,可以分為四個階段:①機(jī)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(jī)床機(jī)構(gòu)實際未移動,表現(xiàn)出最標(biāo)準(zhǔn)的反向間隙;④機(jī)床運動距離與手脈給定值相等(斜率等于1),恢復(fù)到機(jī)床的正常運動。
無論怎樣對反向間隙(參數(shù)1851)進(jìn)行補(bǔ)償,其表現(xiàn)出的特征是:除第③階段能夠補(bǔ)償外,其他各段變化仍然存在,特別是第①階段嚴(yán)重影響到機(jī)床的加工精度。補(bǔ)償中發(fā)現(xiàn),間隙補(bǔ)償越大,第①段的移動距離也越大。
分析上述檢查認(rèn)為存在幾點可能原因:一是電機(jī)有異常;二是機(jī)械方面有故障;三是存在一定的間隙。為了進(jìn)一步診斷故障,將電機(jī)和絲杠完全脫開,分別對電機(jī)和機(jī)械部分進(jìn)行檢查。電機(jī)運行正常;在對機(jī)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(yīng)能感覺到軸承有序而平滑的移動。經(jīng)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(jī)床恢復(fù)正常。
3.機(jī)床電氣參數(shù)未優(yōu)化電機(jī)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(jī)啟動時存在不穩(wěn)定現(xiàn)象。用手觸摸X軸電機(jī)時感覺電機(jī)抖動比較嚴(yán)重,啟停時不太明顯,JOG方式下較明顯。
分析認(rèn)為,故障原因有兩點,一是機(jī)械反向間隙較大;二是X軸電機(jī)工作異常。利用FANUC系統(tǒng)的參數(shù)功能,對電機(jī)進(jìn)行調(diào)試。首先對存在的間隙進(jìn)行了補(bǔ)償;調(diào)整伺服增益參數(shù)及N脈沖抑制功能參數(shù),X軸電機(jī)的抖動消除,機(jī)床加工精度恢復(fù)正常。
4.機(jī)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(jī)床Y軸精度異常,精度誤差最小在0.006mm左右,最大誤差可達(dá)到1.400mm。檢查中,機(jī)床已經(jīng)按照要求設(shè)置了G54工件坐標(biāo)系。在MDI方式下,以G54坐標(biāo)系運行一段程序即“G90 G54 Y80 F100;M30;”,待機(jī)床運行結(jié)束后顯示器上顯示的機(jī)械坐標(biāo)值為“-1046.605”,記錄下該值。然后在手動方式下,將機(jī)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(jī)床停止后,發(fā)現(xiàn)此時機(jī)床機(jī)械坐標(biāo)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(fù)執(zhí)行該語句,數(shù)顯的示值不定。用百分表對Y軸進(jìn)行檢測,發(fā)現(xiàn)機(jī)械位置實際誤差同數(shù)顯顯示出的誤差基本一致,從而認(rèn)為故障原因為Y軸重復(fù)定位誤差過大。對Y軸的反向間隙及定位精度進(jìn)行仔細(xì)檢查,重新作補(bǔ)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(chǎn)生如此大的誤差,卻未出現(xiàn)相應(yīng)的報警信息呢?進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn),該軸為垂直方向的軸,當(dāng) Y軸松開時,主軸箱向下掉,造成了超差。
對機(jī)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(diào)整后機(jī)床故障得以解決。
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