数控机床加工精度异常故障的诊断及处理

作者：李山河来源：万方数据

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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