数控机床造成加工精度异常故障的原因及诊断

一、加工精度异常故障的原因

五个主要原因:机床进给单元发生了变化或改变；机床各轴零点偏移异常；轴向反向间隙异常；电机运转不正常，即电气和控制部分不正常；机械故障，如螺杆、轴承、联轴器等部件。此外，加工程序的编制、刀具的选择以及人为因素也可能导致加工精度异常。

二、数控机床故障诊断原理

1.先外后内数控机床是集机械、液压、电气于一体的机床，所以它的故障会由三者来体现。维修人员首先要由外向内逐一检查，尽量避免随意启封和拆卸，否则会使故障扩大，机床失去精度，性能下降。

2.机械优先于电气。一般来说，机械故障比较容易发现，而数控系统故障的诊断比较困难。在排除故障之前，先注意排除机械故障，往往能达到事半功倍的效果。

3.移动前保持安静。机床处于断电静止状态时，通过了解、观察、测试、分析，确认为非破坏性故障后，方可通电；在运行条件下，进行动态观察、检查和测试，以发现故障。对于破坏性故障，必须在通电前消除危险。

4.先简单后复杂。当多种故障交织隐蔽，一时无从下手时，先解决容易的问题，再解决较难的问题。往往简单的问题解决后，困难的问题可能会变得更容易。

三、数控机床故障诊断方法

1.直观法:(看、闻、问、切)问——机床的故障现象和处理状态；Look-CRT报警信息、报警指示灯、电容器等元件变形、冒烟、烧毁，保护器跳闸；听——异常声音；气味-电器元件的烧焦味和其他异味；触摸-发热、振动、接触不良等。

2.参数检查方法:参数通常存储在RAM中。有时，电池电压不足、系统长时间不通电或外部干扰会导致参数丢失或混乱。应根据故障特征检查和校对相关参数。

3.隔离方法:对于某些故障，很难区分是数控部分、伺服系统还是机械部分引起的。常用隔离法。

4.同类型切换方法是用功能相同的备用板替换怀疑有故障的模板，或者互相交换功能相同的模板或单元。

5.功能程序测试法针对G、M、S、T函数的所有指令编写一些小程序，在诊断故障时运行这些程序，从而判断功能的缺失。

四。加工精度异常故障的诊断与处理实例

1.机械故障导致加工精度异常。

故障现象:一台SV-1000立式加工中心，采用Frank系统。连杆模具加工过程中，突然发现Z轴进给异常，导致切割误差至少1mm(Z方向过切)。

故障诊断:据调查，故障发生突然。机床点动时，在手动数据输入模式下，各轴运行正常，参考点正常，无任何报警提示，排除了电气控制部分硬故障的可能。以下几个方面要逐一检查。

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，以及加工坐标系(G54-G59)的校对和计算。

在点动模式下，Z轴重复移动。通过看、摸、听，对运动状态进行诊断，发现Z方向噪音异常，尤其是快速点动时，噪音更明显。由此判断，机械可能存在隐患。

检查机床的z轴精度。用手动脉冲发生器移动Z轴(将其倍率设为1×100档，即电机每变化一步进给0.1mm)，用百分表观察Z轴的移动。单向运动后作为起点的正向运动保持正常，脉冲器每走一步机床Z轴运动的实际距离d = d1 = d2 = d3 = … = 0.1mm变化，说明电机运行良好，定位精度也不错。论机床实际运动位移的变化，可分为四个阶段:(1)机床运动距离d1>d=0.1mm(斜率大于1)；(2) d1=0.1mm>d2>d3(斜率小于1)；(3)机床机构实际不动，显示最标准的反向间隙；(4)机床的运动距离等于脉冲器的预设值(斜率等于1)，机床可以恢复正常运动。无论如何补偿反向间隙，其特点是:除(3)阶段补偿外，其他变化依然存在，尤其是(1)阶段严重影响机床的加工精度。发现间隙补偿越大，工作台移动的距离(1)越大。

根据以上分析检查，可能有以下几种原因:一是电机异常；第二，有机械故障；第三，螺丝有缝隙。为了进一步诊断故障，将电机和丝杠完全断开，分别检查电机和机械部分。检查电机运转是否正常；在对机械部分的诊断中，发现用手转动螺杆时，在回程运动开始时有很大的空感。一般情况下，你应该能感觉到轴承的有序平稳运动。

故障排除:经拆卸检查，发现轴承确实损坏，部分滚珠脱落。更换后机床恢复正常。

2.控制逻辑不当导致加工精度异常。

故障现象:上海机床厂生产的一台加工中心，系统弗兰克。加工过程中发现机床X轴精度异常，最小精度误差0.008mm，最大精度误差1.2mm故障诊断:检查时机床已按要求设定了G54工件坐标系。在手动数据输入模式下，在G54坐标系下运行一个程序，即“GOOG90G54X60。OY70 . OF150；M30”机床运行时，显示器上显示的机械坐标值为(X轴)”-1025.243”，并记录下该值。然后，在手动模式下，将机床移动到任何其他位置，并在手动数据输入模式下再次运行先前的程序段。机床停止后，发现机床坐标值显示为“-1024.891”，与上次执行后的值相差0.352mm。按照同样的方法，将X轴点动移动到不同的位置，重复执行这个程序段，但是显示器上显示的数值不一样(不稳定)。用百分表仔细检查X轴，发现机械位置的实际误差与数字显示的误差基本一致，因此认为故障是由于X轴重复定位误差过大引起的。检查X轴的反向间隙和定位精度，并重新补偿其误差值，但结果不会有任何影响。所以怀疑光栅尺和系统参数有问题。但是，为什么会出现这么大的误差，却没有相应的报警信息？进一步检查发现，这个轴是垂直的，松开X轴，主轴箱就掉下来了，导致了误差。

故障排除:修改机床PLC逻辑控制程序，即X轴释放时，先使能加载X轴，再释放X轴；夹紧X轴时，先夹紧X轴，然后取消启用。经过调整，机床故障得以解决。

3.机床位置问题导致加工精度异常。

故障:杭州产立式数控铣床，配北京KND-10M系统。点动或加工过程中，发现Z轴异常。

故障诊断:检查发现Z轴上下移动不均匀，有噪音，有一定间隙。电机启动时，点动模式下Z轴运动有不稳定噪音，受力不均匀，感觉电机抖动厉害；向下移动时，没有那么明显的抖动；停的时候不抖，在加工过程中很明显。据分析，故障原因有三:一是螺杆反向间隙很大；二是Z轴电机工作异常；第三，滑轮损坏到受力不均。但有一个问题需要注意:停止时没有抖动和上下运动不均匀的现象，所以可以排除电机工作不正常的问题。所以先诊断了机械部分，在诊断测试中没有发现异常，在公差范围内。利用排除法则，剩下的只是带的问题。测试皮带时，发现这条皮带刚换不久。但仔细测试皮带时发现，皮带内侧有不同程度的损坏，很明显是受力不均造成的。是什么原因造成的？在诊断中发现电机摆放有问题，即夹紧角度和位置不对称造成受力不均。

故障排除:只需重新安装电机，对准角度，测量距离(电机与Z轴之间的轴承)，使皮带两侧均匀(长度)。这样就消除了Z轴上下移动不均匀，噪音和抖动，Z轴的加工恢复正常。

4.系统参数未优化，电机运行异常。

引起加工精度异常的系统参数主要有机床进给单元、零点偏置、反向间隙等。比如弗兰克数控系统，它的进给单位是公制和英制。机床修理过程中，局部处理往往影响零点偏置和间隙的变化，故障处理后应及时调整修改；另一方面，由于机械磨损严重或接头松动，参数的测量值也可能发生变化，因此需要对参数进行相应的修改，以满足机床加工精度的要求。

故障:杭州产立式数控铣床，配北京KND-10M系统。在加工过程中，发现X轴精度异常。

故障诊断:发现X轴有一定间隙，启动时电机不稳定。用手摸X轴电机时，感觉电机拉得比较用力，但是停下来的时候不明显，特别是慢跑的时候。据分析，故障原因有两个:一是螺杆的侧隙很大；二是X轴电机工作异常。

故障排除:利用KND-10M系统的参数功能调试电机。首先对存在的间隙进行补偿，然后调整伺服系统参数和脉冲抑制函数参数。X轴电机抖动消除，机床加工精度恢复正常。