数控坐标磨MK2945C加工孔位置度差故障修理技术方

    故障现象：数控坐标磨MK2945C，经一段时间使用后零件加工位置精度超差。    故障检查与分析：该机床数控系统是西门子840D，其精度检测、调整方法总结如下。    (1)编制机床检测运行程序    假设机床Y坐标检测行程：0～400mm；检测间距：40mm；每运行40mm暂停4s；两端各有1mm越程，该程序编制如下：    G90 G54 G01 Y0 F1000——（初始化：绝对坐标系，运动到Y0）    G04 F4 ——（暂停4s）    MA3：——（标记MA3）    G90 G01 Y-1 F100——（绝对坐标系中运动到Y-1）    G04 F4 ——（暂停4s）    G01 Y0 F100 ——（绝对坐标系中运动到Y0）    G04 F4——（暂停4s）    G91——（相对坐标系）    R1=0——（循环赋值）    MA1：——（标记）    G91 G01Y40 F1000——（相对坐标系，运动到Y40）    G04 F4——（暂停4s）    R1=R1+1——（循环赋值）    IF R1<10 GOTOB MA1——（条件命令）    G01 Y1 F100——（运动到Y1）    G04 F4——（暂停4s）    G01 Y-1 F100——（运动到Y-1）    G04 F4——（暂停4s）    MA2：——（标记）    G91 G01 Y-40 F1000——（相对坐标系，运动到Y-40）    G04 F4——（暂停4s）    R1=R1-1——（循环赋值）    IF R1>0 GOTOB MA2——（条件命令）    GOTOB MA3——（条件转移命令）    M30——（程序结束）    (2)激光测试    ①激光干涉仪测量软件程序设定（见图1）。
    图1    ②激光干涉仪测量位置形状误差（见图2）。
    图2    ③软件分析位置误差补偿值（见图3）。
    图3    故障排除：通过机床软件的螺距误差补偿功能对机床精度进行恢复。    (1)修正螺距误差值    螺距误差补偿相关参数说明如下：    ①反向间隙补偿    参数号（轴MD）：32450，通过或软键选择坐标轴，输入数值，单位：mm，执行软键，返回参考点后生效。    ②螺距误差补偿功能的激活    参数号（轴MD）：32700，设为“0”，关闭写保护，可修改螺补值；设为“1”，激活螺距误差补偿功能，打开写保护，不允许修改误差补偿值。    ③螺距误差补偿点数    参数号（轴MD）：32800，取值范围0～124，设置分配给每个轴的补偿点数。    该参数值修改前要注意机床数据的备份。该参数的修改将影响机床数据位的重新排列，将可能导致某些参数丢失。    螺距误差补偿过程如下（图4中灰底表示软键）：    a．关闭写保护，允许修改误差补偿值（见图4）。
    图4    b．复制螺距误差补偿文件以AX2为例（见图5）。
    图5    c．修改螺距误差补偿文件并运行使之生效（见图6）。
    图6    d．打开写保护，启用螺距误差补偿值（见图7）。
    图7    AX2误差补偿表的具体修改情况见表1。    表1
    该补偿表文件运行生效后，再次进行激光检测，情况如图8所示。
    图8    至此，该坐标的螺距误差补偿工作已完成。    (2)分析及解决X坐标位置精度故障    当对该机床X坐标检测时，发现检测图形如图9所示。
    图9    此种图形单纯依靠软件的补偿功能，无法实现机床的高精度。要获得机床的高精度，需要找出并解决造成这种现象的原因。    该坐标轴装有HEIDENHAIN光栅尺，为全闭环。从原理上讲，此刻机床的位置精度只取决于光栅尺的精度，难道光栅尺存在各点反向量差值不一致，或是光栅尺出问题了？    将该机床改成半闭环系统，脱开光栅尺再次检测，来区分该现象的问题出在哪里。    改半闭环方法如下。    ①修改三个机床参数：    30200 NUM_ENCS    2    1    31040    ENC_IS_DIRECT[1]    1    0    31242 ENC_IS_INDEPENDENT[1]    1    0    ②将电柜里SM321数字输入模块(E1)的输入点I32.3与接线排XT3中的24V短接。    改成半闭环后再次检测，激光检测曲线无明显变化。说明该故障与光栅尺无关，也就是说：光栅尺应该是好的。那么，为什么光栅尺的测量与激光干涉仪的测量不相符呢？    该机床X坐标结构及激光干涉仪检测时，检测仪器摆放如图10所示。    仔细分析原因，发现光栅尺检测位置与激光检测位置不同。这就会造成阿贝误差。其误差产生过程示意图如图11所示。
    图10
    图11    造成这种误差的原因是工作台运动的直线度（在垂直平面内）不好。经使用光学自准直仪检测，数据如表2所示。    表2
    发现导轨直线度明显超差（允差：2.5s，而现在实测值为15s左右），并且影响定位精度的最重要的一点是正向运动与负向运动在同一坐标点时的倾斜角度不一样，其差值就造成了激光测量的反向量差（激光检测高度与加工高度接近，该反向量差将直接反映到零件加工上），该反向量差可按下式近似计算：    δ≈L×α    式中：δ-阿贝误差值（在此处是光栅尺与激光检测距离之差值）；    L-光栅尺与激光移动镜头组之间的距离；    α-两段导轨之间变化的角度差。    在此处，L≈350mm，αmax=7″，则δ≈350×0.035/1000≈0.012mm。    因该设备软件补偿功能只开通单向补偿，所以该反向量差值无法从“螺补”上消除。其反向量差值的曲线可近似绘制如图12所示，明显看出与激光检测曲线近似。验证了分析的可靠性。
    图12    锁定故障原因后，开始着手解决导轨直线度问题，经对机床导轨全面检测与检查，最终发现原因：机床导轨因防护罩破损，致使冷却液及磨粒进入导轨，造成导轨锈蚀及运动的不稳定。经对导轨严格处理，恢复导轨直线度至精度要求范围内，再次检测X轴位置精度，并补偿后，达到了满意结果。其检测结果如图13所示。
    图13    至此，X轴定位精度差的故障现象已消除。