宓方瑋 黃賢超 陳 濱

(中國工程物理研究院機(jī)械制造工藝研究所，四川綿陽 621900)

某公司2007年進(jìn)口的奧地利WFL公司生產(chǎn)的某M系列車銑中心，自投入使用以來一直無法進(jìn)行重量較大的軸類工件的加工，經(jīng)多次維修以及與廠家聯(lián)系均不能解決問題，極大限制了設(shè)備使用效率和技術(shù)能力。我們在接到該公司的維修請求后，通過對機(jī)床性能和技術(shù)資料的深入分析，在較短時間內(nèi)查明故障原因，并恢復(fù)了機(jī)床功能，得到使用單位高度好評。

1 故障現(xiàn)象

機(jī)床在加工重量較大軸類工件時，啟動主軸，主軸出現(xiàn)抖動并伴有嗡嗡的聲響，隨即數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)一長串報(bào)警。

2 故障說明

機(jī)床需要加工的工件重量約400 kg，采用主軸卡盤夾緊，中心架支撐、尾座頂尖頂住的裝夾方式。表1所展示的是設(shè)備允許的最大加工重量。

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在工件裝夾過程中，工件本身經(jīng)過粗加工并進(jìn)行了正確的找正處理，不存在偏心現(xiàn)象，中心架和尾座的狀態(tài)處于正常狀態(tài)，系統(tǒng)報(bào)警也是由于主軸出現(xiàn)報(bào)警后所引發(fā)的一系列后續(xù)報(bào)警，所以基本可以確定故障是由于主軸上裝夾了較大工件所導(dǎo)致的。但是工件的重量遠(yuǎn)遠(yuǎn)在機(jī)床允許的裝夾重量之下，這個現(xiàn)象實(shí)在耐人尋味。

該車銑中心采用的是SINUMERIK840D數(shù)控系統(tǒng)及SIMODRIVE611D驅(qū)動系統(tǒng)。我們首先采取了常規(guī)的檢修手段:對機(jī)床主軸驅(qū)動器和相關(guān)主軸參數(shù)進(jìn)行了細(xì)致檢查，沒有發(fā)現(xiàn)有參數(shù)丟失和異?，F(xiàn)象;更換新的主軸驅(qū)動器，故障依然如故。這就說明在主軸的電氣驅(qū)動方面沒有問題。

3 主軸控制原理及故障分析

3.1 主軸結(jié)構(gòu)及控制原理

通過認(rèn)真查閱相關(guān)技術(shù)資料我們發(fā)現(xiàn):該機(jī)床的主軸在結(jié)構(gòu)方面比較特殊，不同于WFL其它M系列車銑中心。它的主軸由內(nèi)置的水冷三相交流電動機(jī)驅(qū)動，電動機(jī)電樞、主軸、夾頭和被夾持的工件與電氣傳動裝置及其控制設(shè)備一起構(gòu)成一體的“機(jī)電裝置”。很明顯，這樣的主軸結(jié)構(gòu)下，工件特性將對整個系統(tǒng)的特性產(chǎn)生直接的影響，所以當(dāng)主軸所夾持工件重量發(fā)生較重大改變時，必須對傳動控制電路進(jìn)行調(diào)諧以取得最好的動力學(xué)特性，從而獲得最佳切削性能。通常加工過程中機(jī)床使用的是標(biāo)準(zhǔn)調(diào)諧頻率，但是，對于某些工件和夾持位置，標(biāo)準(zhǔn)調(diào)諧可能引起自激的扭轉(zhuǎn)振動。在扭轉(zhuǎn)引起的自然諧振頻率在150～200 Hz范圍內(nèi)且諧振很明顯的工件中，即便刀具沒有動作，通過速度控制電路，這些振動也可能被激發(fā)，只有通過適當(dāng)經(jīng)過匹配的數(shù)字濾波器才能阻止這些振動的發(fā)生?？傊?，這些工件只允許相對較小的夾持直徑，特點(diǎn)是帶有龍頭或軸形前端或在相對較大的離心體后跟有收縮結(jié)構(gòu)。

扭轉(zhuǎn)引起自然諧振頻率約為200 Hz的工件示例(簡化模型，示意了扭桿和離心體)，見圖1所示。

在夾持這樣的工件并啟動主軸后，就有可能在主軸上產(chǎn)生振動，并可以聽到響亮的嗡嗡聲或滴滴聲。

3.2 故障分析

目前該機(jī)床所加工的工件重量約400 kg左右，在主軸夾持并啟動主軸時會產(chǎn)生振動，就在于改變了主軸的動力學(xué)特性，引發(fā)系統(tǒng)激振所致，所以要獲得穩(wěn)定及良好的切削性能必須手動選擇適當(dāng)?shù)目刂齐娐氛{(diào)諧頻率。廠家在MILLTURN診斷菜單(卡盤控制區(qū))設(shè)定了一個操作界面，見圖2所示。通過這個平臺，操作員可以在不同的參數(shù)塊中選擇一個匹配參數(shù)，用于該工件的加工。

按下機(jī)床控制面板上的“診斷”鍵并隨后按下軟件鍵“夾頭”后，圖2所示界面將會出現(xiàn)。在不同的傳動參數(shù)塊之間切換時，首先要將光標(biāo)定位在“傳動參數(shù)塊”區(qū)域內(nèi)，然后按選擇鍵，選擇鍵按一次即跳到相鄰的下一個參數(shù)塊上。

如果在加工過程中，主軸運(yùn)行變得不穩(wěn)定(特別是直徑較小、重量較大的長軸類工件或偏心的重量較大的長軸類工件常有這個問題)，這時可以應(yīng)用M－函數(shù)(對于左主軸，M6=161～164;對于右主軸，M15=161～164，每個參數(shù)各包含KP和CF兩個參數(shù))在NC程序中進(jìn)行參數(shù)塊的切換。

S1主參數(shù)設(shè)定:

M6=161 S1主軸參數(shù)設(shè)定轉(zhuǎn)換1

M6=162 S1主軸參數(shù)設(shè)定轉(zhuǎn)換2

M6=163 S1主軸參數(shù)設(shè)定轉(zhuǎn)換3

M6=164 S1主軸參數(shù)設(shè)定轉(zhuǎn)換4

S2主參數(shù)設(shè)定:

M15=161 S2主軸參數(shù)設(shè)定轉(zhuǎn)換1

M15=162 S2主軸參數(shù)設(shè)定轉(zhuǎn)換2

M15=163 S2主軸參數(shù)設(shè)定轉(zhuǎn)換3

M15=164 S2主軸參數(shù)設(shè)定轉(zhuǎn)換4

弄清上述原理后，我們在MILLTURN診斷菜單去找到了圖2所示的操作界面，但是發(fā)現(xiàn)機(jī)床上該操作界面是灰色的，界面上“主軸1驅(qū)動器參數(shù)模塊”下的可以下拉的數(shù)據(jù)框內(nèi)沒有數(shù)據(jù);在NC程序中加入或在MDI方式下執(zhí)行M6=161～164指令，機(jī)床也沒有相應(yīng)反應(yīng)。這就說明該功能沒有激活。

3.3 得出的結(jié)論

由此我們得出如下結(jié)論:某公司的車銑中心在夾持大型工件時出現(xiàn)主軸振動嘯叫問題，并長期無法進(jìn)行大型軸類工件加工的根源在于:設(shè)備功能缺失。

4 問題的解決方法及過程

我們聯(lián)系了設(shè)備的代理商，把故障現(xiàn)象、自己的分析和判斷，詳細(xì)地與廠家進(jìn)行了反復(fù)溝通，最后廠家確認(rèn)了我們的結(jié)論，承認(rèn)了他們工作的失誤，并把解決方案傳真給我們。

功能恢復(fù)的方法是必須在數(shù)控系統(tǒng)硬盤的C盤下找到“FILTER.INI”的文件，要對該文件內(nèi)容進(jìn)行修改，并保存。進(jìn)行這項(xiàng)工作，需要了解特殊的操作方法和步驟，才能完成，有相當(dāng)?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)(搞不好會導(dǎo)致數(shù)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)丟失甚至癱瘓死機(jī))，而且這種方法和步驟在我們目前的數(shù)控系統(tǒng)資料中都是沒有的，只有在系統(tǒng)商級別才能夠了解。

具體做法是:啟動數(shù)控系統(tǒng)→進(jìn)入Windows啟動菜單→選1進(jìn)入Windows→輸入密碼:SUNRISE→進(jìn)入Windows界面→選擇“我的電腦”→選擇C盤→找到oem文件夾→找到“FILTER.INI”文件→打開“FILTER.INI”文件→找到內(nèi)容為［S1－filter］vorhanden=0→更改vorhanden=1→對“FILTER.INI”文件進(jìn)行修改并保存后，重啟系統(tǒng)。

重啟系統(tǒng)后，發(fā)現(xiàn)新的問題:在漢化版本下依然沒有相應(yīng)界面出現(xiàn)，需要在英文版本下才出現(xiàn)，說明該機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)漢化做得不好，存在問題。處理辦法是先在英文版本下進(jìn)行手動諧振參數(shù)選擇，選擇好匹配的參數(shù)后再切換回中文界面。

恢復(fù)了機(jī)床功能后，我們又與操作工密切合作，對相關(guān)的主軸濾波參數(shù)和工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，匹配出最佳調(diào)整方案，從而使主軸振動現(xiàn)象得以消失。上述工件的加工取得理想效果，并徹底解決了自該車銑中心引進(jìn)后長期困擾的大型軸類工件無法加工的問題。

5 結(jié)語

該車銑中心功能缺失這一維修實(shí)例為我們提供了如下的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn):在維修時，如果不注重對技術(shù)資料的研究并對技術(shù)原理進(jìn)行認(rèn)真分析和理解，僅僅通過表面現(xiàn)象去處理問題，很容易把自己陷入誤區(qū);而在理解技術(shù)原理的基礎(chǔ)上進(jìn)行維修，就會目的性明確，切實(shí)提高維修效率，達(dá)到良好的維修效果和效益。

此次維修工作的亮點(diǎn)在于:我們從原理和實(shí)際現(xiàn)狀方面找出了令使用單位和設(shè)備制造商都信服的證據(jù)，最終使不能正常發(fā)揮功效達(dá)5年之久的進(jìn)口設(shè)備恢復(fù)到正常狀態(tài)，為國家和企業(yè)挽回了損失，為自己贏得了榮譽(yù)。

［1］SINUMERIK 840D數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)說明書［Z］.