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影响数控铣床加工精度案例分析

      数控铣床属于精密设备,但是在使用过程中难免会遇到数控铣床加工精度异常现象,影响产品的加工精度,形成这类故障的原因主要有四个方面:
  1.系统参数发生变化或改动; 
  2.机床位置环异常; 
  3.电机运行状态异常,即电气及控制部分异常; 
  4.机械故障,如丝杠,轴承,联轴器等部件。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。 
     针对以上常见的故障,下面根据案例一一进行分析及研究 
  1.系统参数发生变化或改动导致加工精度异常 
  一台数控立式铣床,配置FANUC 0i-MC数控系统。在加工批零件时,发现当班加工出来的零件均比要求尺寸小(X轴方向超差-0.03,Y轴方向超差-0.05),而该班之前的零件尺寸均在公差范围内。检查程序、刀具均正常,检查各轴反向间隙,发现X轴间隙刚好为0.03MM,Y轴间隙为0.05MM。进一步了解情况得知,原来前一天技术人员进行常规设备维护时,误将反向间隙参数号1851的单位μm当成了10μm,结果将X轴间隙30μm设成了3μm,Y轴间隙50μm设成了5μm,导致误差的出现。 
  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 
  案例一:一台GSVM6540A立式加工中心,采用FANUC 0i-MC数控系统。一次在铣削模具过程中,突然发现Z轴进给异常,造成至少0.3mm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)检查机床正运行的加工程序段,特别是加工深度设定、刀具长度补偿、加工坐标系(G54~G59)的调用等,检查后并无异常。 
  (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向运动声音并无异常。 
  (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。但在反向运动时,发现明显间隙。将手轮设成1×10挡位,配合百分表反复测量得到Z轴的反向间隙为0.25MM,修改系统1851号参数进行Z轴反向间隙补偿,再用百分表测量Z轴反向间隙,间隙消除,故障初步排除。 
  (4)进行试加工验证。再加工后发现,Z轴误差依然存在,误差值约为0.2MM,由此判断Z轴连结机构存在机械故障。 
  (5)检查Z轴连结机构。经检查发现Z轴丝杆的紧固螺母有松动迹像,造成Z轴丝杆轴向窜动,以致误差的出现。调紧螺母,注意松紧程度,过松会有反向间隙,过紧会使丝杆受力过大,造成振动。再次修改系统1851号参数进行Z轴反向间隙补偿,以致间隙消除。试加工后,故障排除。 
  案例二:一台GSVM6540A立式加工中心,采用FANUC 0i-MC数控系统。在加工一长方形模坯时,发现Y轴方向宽度的精度异常,实测尺寸比要求小0.2-0.3MM,而且右端的实测值要比左端的小,但X轴方向的长度精度正常。分析步骤如下: 
  (1)首先检查零件的CAD造型及加工程序,均无发现错误。 
  (2)用百分表检查Y轴精度,发现Y轴定位精度良好。由可知误差是在有载荷的情况下才出现的。分析可知,故障原因有二:一是Z轴导轨线条松,二是X导轨线条松。根据零件实测值右端比左端小的特点初步认定故障是由X导轨右边的线条松动造成的。 
  (3)拆缷X轴右边防护罩,观察X导轨右边的线条,发现果然有松动的迹像。 
  (4)调紧导轨线条后试加工,精度正常,故障排除。 
  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 0i-MC数控系统。在加工完一模具零件后,用量具测量发现X轴尺寸超差-0.05MM左右。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。 
  分析认为,故障原因有两点,一是机械反向间隙较大;二是X轴电机工作异常,电机抖动导致丢步。利用FANUC系统的参数功能,对电机进行调试。首先对存在的间隙进行了补偿;调整伺服增益参数及N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导致加工精度异常 
  一台TH61140镗铣床加工中心,数控系统为FANUC 18i,全闭环控制方式。加工过程中,发现该机床Y轴精度异常,精度误差最小在0.006mm左右,最大误差可达到1.400mm。检查中,机床已经按照要求设置了G54工件坐标系。在MDI方式下,以G54坐标系运行一段程序即“G90 G54 Y80 F100;M30;”,待机床运行结束后显示器上显示的机械坐标值为“-1046.605”,记录下该值。然后在手动方式下,将机床Y轴点动到其他任意位置,再次在MDI方式下执行上面的语句,待机床停止后,发现此时机床机械坐标数显值为“-1046.992”,同第一次执行后的数显示值相比相差了0.387mm。按照同样的方法,将Y轴点动到不同的位置,反复执行该语句,数显的示值不定。用百分表对Y轴进行检测,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仔细检查,重新作补偿,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,该轴为垂直方向的轴,当 Y轴松开时,主轴箱向下掉,造成了超差。 
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。 
      如果在使用中发现任何异常现象,请及时和厂家售后服务联系,在技术人员的指导下完成操作。

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