當前,數(shù)控機床在生產(chǎn)制造行業(yè)得以普遍應(yīng)用。以航空制造業(yè)為例,生產(chǎn)活動離不開數(shù)控機床。在實際應(yīng)用中,機床可能發(fā)生多種多樣的故障,其中加工精度異常是為常見的問題。在生產(chǎn)活動中,常有操作人員反映加工精度異常,不滿足設(shè)計標準要求,直接影響車間正常的生產(chǎn)計劃。本文結(jié)合實際案例,探討加工精度異常的形成原因,提出相應(yīng)的診斷處理和預(yù)防方法。
1 數(shù)控機床加工精度異常的常見原因
1.1 機械傳動部件故障
THM6350臥式加工中心,由寧江機床廠生產(chǎn),數(shù)控系統(tǒng)采用FAGOR8055。機床在銑削殼體時,Z軸進給異常造成過切,切削誤差量為1mm?,F(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn),故障具有突發(fā)性,進給軸處于點動模式、MDI模式,能夠正常進給,而且能正?;氐絽⒖键c,不存在報警信息,因此電氣硬件故障可以排除。故障檢查包括以下幾點:
(1)機床精度異常時的加工程序段,以刀具的長度補償為重點,對加工時設(shè)定的坐標系進行再次計算,以檢驗準確性。
(2)處于點動模式下,對Z軸進行多次運動,此時聽見Z軸出現(xiàn)異常聲響,快速點動狀態(tài)下,這個噪聲更大,可以確定是機械系統(tǒng)出現(xiàn)故障。
(3)檢查Z軸的運動精度,輔助應(yīng)用手搖脈沖發(fā)生器,對Z軸進行移動,將手脈倍率定位為1×100擋,輔助利用百分表,分析Z軸的運動是否正常。首先確定運動精度滿足要求,然后朝著正向進行運動,在手脈變化的同時,Z軸運動距離始終為0.1mm,可見電機正常運動,定位滿足精度要求。
反映到機床的運動位移量上,包括以下四個階段:階段,機床運動距離d1>d=0.1mm;第二階段,電機進給量d-0.1mm>d2>d3;第三階段,機床機構(gòu)沒有發(fā)生實質(zhì)性的移動,表現(xiàn)為反向間隙;第四階段,機床的運動距離與手脈的給定值數(shù)值相等。說明機床運動正常,此時補償反向間隙,表現(xiàn)出以下特征:第三階段能補償,、二、四階段依然存在問題。其中,階段為嚴重,加工精度偏差明顯增大。分析補償過程可見,隨著間隙補償?shù)脑龃?,d1的移動距離也隨之增大,兩者具有正相關(guān)性。
檢查分析后,認為故障原因包括:電機運行故障,機械系統(tǒng)出現(xiàn)故障,系統(tǒng)內(nèi)部的部件有間隙。
為了確定故障部位和原因,打開電機、脫離絲杠,針對各個部件進行檢查。當電機正常運轉(zhuǎn)時,手盤絲杠的返回運動明顯空缺,能感到軸承有序、平滑移動。拆開后發(fā)現(xiàn),軸承發(fā)生損壞,其中一顆滾珠脫落。對此,重新更換軸承后,機床恢復(fù)正常運行,加工精度滿足標準要求。
1.2 機床熱變形
MH800C機床,由德國DMG公司生產(chǎn),批量加工時零件尺寸不穩(wěn)定,影響正常的生產(chǎn)活動?,F(xiàn)場調(diào)查認為故障原因可能如下:
(1)機械部件磨損導(dǎo)致連接松動。檢查各軸反向間隙發(fā)現(xiàn)間隙過大,傳動皮帶的連接緊密。將反向間隙補償?shù)阶鴺溯S,機床重新運行發(fā)現(xiàn)故障依然存在,可以排除這一原因。
(2)驅(qū)動系統(tǒng)受外部干擾。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)接地良好,屏蔽裝置有效,可以排除這一原因。
(3)加工過程中機床發(fā)生變形。檢查顯示各個地腳牢固,沒有出現(xiàn)問題。
對此,終懷疑是熱變形引起的。為了進一步明確故障原因,輔助利用百分表,在機床試運行的同時進行檢測,結(jié)果發(fā)現(xiàn)檢測時的位置坐標一致,但實際位置發(fā)生明顯變化;而且隨著主軸溫度的升高,其變化值也在加大;當主軸冷卻以后,檢測值慢慢恢復(fù)正常。由此可見,故障原因是溫度變化引起的坐標點漂移,處理方法是將漂移值補償?shù)匠绦蛑?。如此,機床運行時,加工精度得以保證,工件尺寸滿足加工要求。
1.3 機床地基和水平不符合要求
DMU70VL立式加工中心,由德國DMG公司生產(chǎn)。為了滿足工藝需要,機床更換了廠房,但運行期間X軸方向出現(xiàn)超差?,F(xiàn)場調(diào)查后認為故障原因可能如下:
(1)X軸的傳動部件松動。例如,絲杠間隙增大,或者絲杠出現(xiàn)軸向竄動。檢查分析后,發(fā)現(xiàn)間隙滿足標準,絲杠兩端也沒有松動現(xiàn)象,重新擰緊后,故障沒有解除。
(2)熱變形問題。觀察溫度表顯示溫度均勻變化,主軸溫度處于38℃左右;結(jié)合以往實踐,由熱變形引起的故障不會只有一個坐標軸出現(xiàn)問題,因此可以排除。
(3)X軸自身變形??紤]到X軸長度約為3m,因此水平要求高,首先檢查地腳螺釘,調(diào)整機床的水平位置,結(jié)果顯示精度差異明顯減小,但一段時間后問題再次出現(xiàn)。為了進一步明確故障原因,輔助利用千分表檢測X軸絲杠,結(jié)果發(fā)現(xiàn)發(fā)生彎曲,終確定是機床地基問題。移開機床發(fā)現(xiàn)地面塌陷,將機床移回原來的廠房,結(jié)果運行恢復(fù)正常。
1.4 機床電氣參數(shù)更改
V600V數(shù)控立式加工中心,由大河機床上生產(chǎn),控制系統(tǒng)采用FANUC0-M。加工運行期間,X軸間隙增大,電機在啟動時穩(wěn)定性不足。操作人員觸摸電機時,發(fā)現(xiàn)電機出現(xiàn)抖動,處于IOB模式下的抖動更加劇烈。調(diào)查分析后,認為故障原因如下:反向間隙過大;X軸電機出現(xiàn)問題。具體檢查時,首先,補償反向間隙,結(jié)果故障沒有解除,因此可以排除這一故障;然后,借助于FANUC系統(tǒng)的參數(shù)功能,調(diào)試電機的伺服增益參數(shù)、脈沖功能參數(shù),結(jié)果電機抖動現(xiàn)象消除,加工精度滿足生產(chǎn)要求。
1.5 系統(tǒng)參數(shù)變化或改動
在數(shù)控機床中,系統(tǒng)參數(shù)主要包括進給單位、反向間隙、零點偏置等。SIEMENS系統(tǒng)或FANUC系統(tǒng)是數(shù)控機床常用的控制系統(tǒng),在進給單位上分為公制、英制兩種類型。我公司內(nèi)的CS-GT儀表車床由美國哈挺公司生產(chǎn),操作人員加工英制螺紋時,首先將進給單位調(diào)整為英制,在加工作業(yè)完成后,沒有將其改回公制單位;而且和下一班組操作人員溝通不暢,結(jié)果導(dǎo)致后期加工的元件不滿足精度要求,甚至出現(xiàn)廢品。此外,機床在修理過程中,因為零點偏置、反向間隙、單位修改等,改變了零件的尺寸,修理完成后卻沒有及時調(diào)整相應(yīng)的參數(shù)。機床隨著應(yīng)用時間的延長,部件之間磨損加大,連接部位也會發(fā)生松動,這也會導(dǎo)致參數(shù)測量值變化,應(yīng)該進行相應(yīng)調(diào)整,以滿足加工精度要求。
1.6 保養(yǎng)管理不善
公司內(nèi)的多臺JICK6116經(jīng)濟性數(shù)控車床在工作運行過程中,橫向尺寸或徑向尺寸出現(xiàn)超差。調(diào)查分析后,發(fā)現(xiàn)問題在于加工產(chǎn)品的公差帶較寬,多在0.03~0.08mm之間,正常范圍則在0.005~0.025mm之間。對比可見,這些車床在加工中,存在精度異常故障。采用跟蹤檢查的形式,結(jié)果發(fā)現(xiàn)除了超差廢品以外,合格產(chǎn)品的尺寸波動范圍滿足要求。對此,分析認為故障原因可能如下:
(1)X軸、伺服電機連接端承的潤滑不到位,尤其是人工潤滑不到位,或者直接使用冷卻液,對潤滑膜造成損害,導(dǎo)致軸承滾珠發(fā)生變形、磨損等現(xiàn)象。在絲杠的傳遞作用下,切削力到達軸承后,導(dǎo)致刀架的橫向竄動量大小不一,因此精度超差。對此,更換新的軸承后,故障解除,滿足精度要求。
(2)滾珠絲杠副磨損不均勻,在切削作用下,刀架定位的精度降低,此時單純預(yù)緊絲杠螺母或者進行間隙補償,是無法有效解決問題的,必須更換絲杠螺母。
(3)X軸托板的導(dǎo)軌面不均勻,或者斜鐵磨損不均勻,此時機床運行特性變差,由于各個部位的摩阻力不一致,在切削作用下,刀架的移動松緊也不一致,就會降低定位精度。對于這種問題,單純調(diào)整尺寸無法解決,應(yīng)該恢復(fù)導(dǎo)軌精度。
(4)刀架的定位銷孔發(fā)生嚴重磨損,由于回轉(zhuǎn)刀架的定位不,加工時的工件尺寸波動,繼而造成精度超差。對此,更換發(fā)生磨損的部件即可。
(5)機床導(dǎo)軌潤滑不足,或者運行中鐵銷進入導(dǎo)軌副之間,此時摩擦阻力明顯加大,影響機床的運動穩(wěn)定性。
實踐證實,因保養(yǎng)管理不善造成的精度異常故障往往具有較強的隱蔽性,由于診斷難度大,要求檢查時必須細致。從診斷處理經(jīng)驗來看,針對此類問題,首先由操作人員進行查詢,了解設(shè)備加工出廢品之前的運行情況,掌握各項產(chǎn)品檢驗數(shù)據(jù),以及關(guān)鍵工序、產(chǎn)品質(zhì)控圖等資料。輔助利用工具設(shè)備,分析加工尺寸的變化趨勢,看波動范圍是否正常。如果波動范圍正常但尺寸超限,此時可以先不處理,時刻監(jiān)測尺寸的變化趨勢;如果波動范圍異常且尺寸超差,此時應(yīng)該及時尋找故障原因,并進行針對性處理。
2 數(shù)控機床故障的診斷原則和方法
2.1 診斷原則
針對數(shù)控機床故障,診斷原則如下:
(1)先外后內(nèi)。數(shù)控機床的外部包括機械、電氣、液壓等,故障發(fā)生后會體現(xiàn)在外部,因此維修人員應(yīng)該從外向內(nèi)排查,不要隨意拆卸或啟封,否則會擴大故障范圍、降低設(shè)備性能。
(2)先靜后動。數(shù)控機床“帶病”運行時,會對其余部件造成損害,因此故障發(fā)生后要及時停止運行,進行觀察和檢驗,明確故障部位和原因。如果是破壞性故障,在保障安全的前提下進行通電檢查。
(3)先機械后電氣。機械和電氣密切相關(guān),其中電氣系統(tǒng)控制機械系統(tǒng),因此發(fā)生故障后應(yīng)該先檢查機械系統(tǒng),然后檢查電氣系統(tǒng),以提高維修效率。
2.2 診斷方法
數(shù)控機床故障診斷的常用方法如下:
(1)直觀法。采用望聞問切四個步驟,觀察機床故障現(xiàn)象,看報警指示燈、電容器等原件是否變形燒焦,看保護器脫扣情況;詢問操作人員機床運行情況;聽運行噪聲和異常聲響;聞有沒有元件燒焦的味道;觸摸機床了解發(fā)熱、振動等情況。
(2)隔離法。針對可能發(fā)生故障的部位進行隔離,逐漸縮小故障范圍。
(3)功能測試法。采用專業(yè)軟件和程序,判斷元件的運行性能。
(4)參數(shù)檢查法。RAM系統(tǒng)中記錄了設(shè)備的運行參數(shù),故障發(fā)生后會對參數(shù)造成影響,出現(xiàn)參數(shù)變動或混亂應(yīng)檢查這些參數(shù),以判斷故障類型和原因。
(5)同類對調(diào)法。使用相同功能的元件代替故障元件,從而明確故障原因。
3 加工精度異常的預(yù)防措施
3.1 加強采購管理,提高機床質(zhì)量
從數(shù)控機床本身來看,如果生產(chǎn)質(zhì)量有缺陷(例如結(jié)構(gòu)剛度低、裝配質(zhì)量差),運行時就會帶來加工精度異常。對此,設(shè)備安裝要嚴格按照說明書,提高地基強度,以滿足承重和抗震要求;科學(xué)接地,電氣柜中的動力線、信號線要分開布設(shè),增強機床的抗干擾能力。
3.2 定期開展維修保養(yǎng)工作
分析以往機床加工精度異常的原因,維修保養(yǎng)不到位是一個重要原因,會導(dǎo)致機床導(dǎo)軌、回轉(zhuǎn)刀架、主軸、分度工作臺等部位的潤滑性差,機床運行期間會增大摩擦和損耗,久而久之造成精度降低。此外,機床操作不合理,存在超負荷運行的情況,也會造成精度異常。
3.3 提高操作人員的技能素質(zhì)
一方面,要樹立高度責(zé)任心,熟練掌握機床的操作流程和技巧,生產(chǎn)過程中觀察機床的運行情況,看有無發(fā)生異常現(xiàn)象,提高加工精度;另一方面,要不斷提升技能水平,企業(yè)應(yīng)該定期開展培訓(xùn)活動,學(xué)習(xí)先進的工藝技術(shù),掌握維修技巧和方法,一旦發(fā)現(xiàn)異常及時處理,避免出現(xiàn)嚴重故障,將經(jīng)濟損失降至低。
4 結(jié)語
綜上所述,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,數(shù)控機床得以在制造行業(yè)普遍應(yīng)用,且獲得行業(yè)青睞。本文結(jié)合實際案例,從機械傳動部件故障、熱變形、地基和水平不符合要求、電氣參數(shù)更改、系統(tǒng)參數(shù)變化或改動、保養(yǎng)管理不善等方面,介紹了加工精度異常的原因和處理方法。在企業(yè)生產(chǎn)中,只有加強采購管理,定期開展維修保養(yǎng)工作,提高操作人員的技能素質(zhì),才能提高加工精度,促進企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。
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