1、数控机床加工精度异常故障的诊断和处理系统参数发生变化或改动，机械故障，机床电气参数未优化电机运行异常，机床位置环异常或控制逻辑不妥，是生产中数控机床加工精度异常故障的常见原因。 关键词 ：数控机床 加工精度异常 故障诊断 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
2、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
3、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
4、） ，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：、机床运动距离 d1d=0.1mm(斜率大于 1)；、表现出为 d1=0.1d2d3(斜率小于 1)；、机床机构实际没移动，表现出最标准的反向间隙；、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： 除了阶段能够补偿外，其他各段变化依然存在，特别是阶段严重
5、影响到机床的加工精度。补偿中发现，间隙补偿越大，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
6、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
7、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
8、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。 立式车床的 SINUMERIK802D 数控化改造随着数控技术在我国基础工业中的迅速发展，普通机床的数控化改造应用越来越多，作为世界数控业界巨头的 SIEMENS 公司，凭借在数
9、控系统及驱动产品方面的专业思考与深厚积累，不断制造出机床产品的典范之作，为中国机械工业提供了日趋完美的数控产品与技术支持。不断推出了适用于各种控制领域不同控制需求的数控系统，其中 SINUMERIK 802D 是西门子公司推出的全数字化 CNC 控制系统，是中档数控产品的突出代表。它集成 NCK、PLC、HMI 于一体，通过 PROFIBUS 连接各部件 SIMODRIVE 611U 数字驱动系统。可控制 4 个进给轴、上个数字或模拟主轴、10.4“真彩液晶显示器，中英文显示；集成大量 CNC 功能；提供编程模拟及图形循环支持功能，PC 卡备份数据，可实现一次编程批量安装。SINUMERIK
10、802 系列数控产品以其良好的性价比优势，在我国的普通机床数控化改造中得到了广泛的应用。 2、方案与实施：2.1 主轴电机保留不变，同时留用原有横梁升降电机。增加 X、Y 轴两伺服电机，采用模块化的驱动装置 SIMODRIVE611Ue 配套1FK6 系列伺服电机，取消原来的快速移动电机。 2.2 为了消除原普通车床中丝杆螺母机构间隙对加工精度的影响，改造的 X、Z 两轴在机械上采用滚珠丝杆及同步齿形带传动机构。 2.3 在立刀架滑枕下端增加一个四工位电动自动回转刀台，可安装多把刀具，一次对刀后通过程序编制，可自动选择所需刀具。 2.4 应用标准的 PLC 的编程语言 Micro/WIN 对
11、802D 系统内置的 S7-200 PLC 进行程序编制，使原机床控制内容和功能不变，保持原车床功能、动作和保护等电气逻辑关系不变。 2.5 控制软件与联机调试，断开驱动电源，调试调机程序，定义 NC 和 611U 参数，若能正常执行，则接上驱动电源，确认各轴及刀台运转是否正常，然后，编制程序试运行，并试验其他的数控功能。 2.6 用激光干涉仪等标准测量仪器进行精度测量及误差补偿，通过预紧消隙，使间隙误差限制在 0.010.05 ，并将其作为间隙值输入数控装置进行自动补偿。 2.7 试件切削及验收，在有资格的操作工、编程人员配合下进行试切削，试件切削可验收机床刚度、切削力、噪声、运动轨迹、关联
12、动作等，同时将产品零件加工艺编制好程序进行加工，从整个试加工过程和结果来看，机床运行状态良好。 3、结束语 本机床采用西门子 802D 数控系统改造后，实现了两座标的自动轮廓控制，可加工端面、圆柱面、圆锥面、车螺丝及圆弧面等。零件的加工精度提高到 0.005 ，经检查相同尺寸的重复加工精度均可在0.002 。各项机械和电气性能均 较以前有了大大提高，符合设计要求，用了较低的设备投资费用，就取得了良好的综合效能，也对普通机床的数控化技术改装起到了良好的示范任作用。数控机床中几种无报警故障的修理(适合西门子 中捷)数控机床的控制系统中都有故障自诊断功能，一般情况下发生故障时都有报警信息出现，根据机
13、床所使用的控制系统不同，提供的报警内容多少不一，但按说明书中的故障处理方法检查，大多数的故障都能找到解决方法。机床在实际使用中也有些故障既无报警，现象也不是很明显，对这种情况，处理起来就不像有据可查的那样简单了。另外有些设备出现故障后，不但无报警信息，而且缺乏有关维修所需的资料，有些机床在使用中出现故障后如果稍不注意，还会造成工件批量报废，所以处理时更难。对这种故障处理，当修理人员缺乏一定的工作经验时，处理时常会作出错误的判断，造成不必要的经济损失或延长修理时间。另外有时由于故障出现的频率不高，请特约维修服务部处理时也会遇到很大的麻烦，对这类故障我们认为：必须根据具体情况，仔细检查，从现象的微
14、小之处进行分析，找出它的真正原因。 要查清这类故障的原因首先必须从纵横交错的各种表面现象中找出它的真实现象(这个“现象”是故障的真实情况)，再从确认的故障现象中找出发生的原因。全面地分析一个故障现象是决定判断是否正确的重要因素。在查找故障原因前，首先必须了解以下情况： 、故障是在正常工作中出现还是刚开机就出现的。 、出现的次数，是第一次还是已多次发生。 、确认机床的加工程序不会有错。 、其他人员有否对该机床进行了修理或调整。 、请修时的故障现象与现场的情况是否有差别。 以下是我们在维修中遇到的一些无报警故障的处理分析方法。 数控机床中几种无报警故障的修理(中）分享 故障一 中捷 THY5640
15、 立式加工中心，在工作中发现主轴转速在 500r/min 以下时主轴及变速箱等处有异常声音，观察电机的功率表发现电机的输出功率不稳定，指针摆动很大。但使用 1201r/min 以上时异常声音又消失。开机后，在无旋转指令情况下，电机的功率表会自行摆动，同时电机漂移自行转动，正常运转后制动时间过长，机床无报警。 根据查看到的现象，引起该故障的原因可能有主轴控制器失控，机械变速器或电机上的原因也不能排除。由于拆卸机械部分检查的工作量较大，因此先对电气部分的主轴控制器进行检查，控制器为西门子 6SC-6502。首先检查控制器中预设的参数，再检查控制板，都无异常，经查看电路板较脏，按要求对电路板进行清洗
16、，但装上后开机故障照旧。因此控制器内的故障原因暂时可排除。为确定故障在电机还是在机械传动部分，必须将电机和机械脱离，脱离后开机试车发现给电机转速指令接近 450r/min 时开始出现不间断的异常声音，但给1201r/min 指令时异常声音又消失。为此我们对主轴部分进行了分析，原来低速时给定的 450r/min 指令和高速时的 4500r/min 指令对电机是一样在最高转速，只是低速时通过齿轮进行了减速，所以故障在电机部分基本上可以确定。经分析，异常声音可能是轴承不良引起。将电机拆卸进行检查，发现轴承确已坏，在高速时轴承被卡造成负载增大使功率表摆动不定，出现偏转。而在停止后电机漂移和制动过慢，经
17、检查是编码器的光盘划破，更换轴承和编码器后所有故障全部排除。 该故障主要是主轴旋转时有异常声音，因此在排除时应查清声源，再进行检查。有异常声音常见为机械上相擦，卡阻和轴承损坏。 故障二 加工中心主轴定向不准或错位。 加工中心主轴的定向通常采用三种方式，磁传感器，编码器和机械定向。使用磁传感器和编码器时，除了通过调整元件的位置外，还可通过对机床参数调整。发生定向错误时大都无报警，只能在换刀过程中发生中断时才会被发现。有一次在一台改装过的加工中心上出现了定向不准的故障，开始时机床在工作中经常出现中断，但出现的次数不很多，重新开机又能工作，故障反复出现。经在故障出现后对机床进行了仔细观察，才发现故障
18、的真正原因是主轴在定向后发生位置偏移，奇怪的是主轴在定向后如用手碰一下(和工作中在换刀时当刀具插入主轴时的情况相近)主轴会产生向相反方向漂移，检查电气部分无任何报警，机械部分又很简单。该机床的定向使用编码器，所以从故障的现象和可能发生的部位来看，电气部分的可能性比较小，机械上最主要的是联接。所以决定检查机械联接部分，在检查到编码器的联接时发现编码器上联接套的紧定螺钉松动，使联接套后退造成与主轴的联接部分间隙过大使旋转不同步。将紧定螺钉按要求固定好后故障消除。 发生主轴定向方面的故障应根据机床的具体结构进行分析处理，先检查电气部分，如确认正常后再考虑机械部分。 数控机床中几种无报警故障的修理 (
19、下）分享 故障三 数控车床在使用中出现手动移动正常，自动回零时移动一段距离后不动，重开手动移动又正常。 车床使用经济数控，步进电机，手动移动时由于速度稍慢移动正常，自动回零时快速移动距离较长，出现机械卡住现象。根据故障进行分析，主要是机械原因，后经询问，才得知该机床因发现加工时尺寸不准，将另一台机床上的电机拆来使用，后出现了该故障，经仔细检查是因变速箱中的齿轮间隙太小引起，重新调整后正常。 这是一例人为因素造成的故障，在修理中如不加注意经常会发生，因此在工作中应引起重视，避免这种现象的发生。 故障四 开机后机床屏幕无显示。 对这种故障的排除首先是使屏幕正常工作。有时也会仅仅是显示部分的原因。但
20、在许多时候可能并存着多种故障。 一台日本 H500/50 卧式加工中心，开机时屏幕一片黑，操作面板上的 NC 电源开关已按下，红、绿灯都亮，查看电柜中开关和主要部分无异常，关机后重开，故障一样。经查，故障是由多处损坏造成的，在更换了显示器，显示控制板后屏幕出现了显示，使机床能进入其它的故障维修。泰纳 DM4800 立式加工中心，开机后屏幕无显示。 该加工中心使用三棱 M300 系统，造成屏幕无显示的原因有很多，经对故障进行了检查后确认是因主板故障造成，因此进行了更换，由于主板更换后参数需要重新设置，按系统参数设置步骤，对照机床附带的参数表进行了设置调整后机床正常。 屏幕上无显示的故障原因很多，
21、首先必须找出原因排除，如还有其他故障，根据机床的报警和其他故障信息作出处理。 故障五 在数控设备中，出现无报警故障最多的是机床误差或尺寸不准。 误差故障的现象较多，在各种设备上出现时的表现不一。如数控车床在直径方向出现时大时小的现象较多。在加工中心上垂直轴出现误差的情况较多，常见的是尺寸向下逐渐增大，但也有尺寸向上增大的现象，在水平轴上也经常会有一些较小误差的故障出现，有些经常变化，时好时坏使零件的尺寸难以控制。 造成数控机床中误差故障但又无报警的情况，主要有几种情况：.机床的数控系统较简单，在系统中对误差没有设置检测，因此在机床出现故障时不能有报警显示。.机床中出现的误差情况不在设计时预测的
22、范围内，因此当出现误差时检测不到，由于大多数的数控机床使用的是半闭环系统，因此不能检测到机床的实际位置。.丝杠与电机的联轴器结构对故障发生的频率和可能性不同，出现故障后现象也不同，有些尺寸只会向负方向增加，但有些正负方向变化的可能性都会发生，根据修理中的各种情况，我们得出这样的结论：联轴器中间采用弹性联接的基本上是负向增加的多，而中间使用键联接的两种故障均会发生。.机床的电气系统中回零方式设置不当，回零点不能保证一致，该种故障出现的误差一般较小。除了一般的因减速开关不良造成故障外，回零时的减速距离太短也会使零点偏离。在有些系统中的监控页面中有“删格量”一项，记录并经常核对可及时发现问题。数控机床中的无报警故障大都是一些较难处理的故障。在这些故障中，以机械原因引起的较多，其次是一些综合因素引起的故障，对这些故障的修理一般具有一定的难度，特别是对故障的现象判断尤其重要。在数控机床的修理中，对这方面故障的判断经验只有在实践中进行摸索，不断总结，不断提高，以适应现代工业新型设备维修的需要。
