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*小在0.006mm左右，*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。