孫 瑩

(四川省交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 四川 成都611130)

隨著數(shù)控機(jī)床使用年限的增加，加工工件表面會(huì)出現(xiàn)各種各樣的異常刀紋問(wèn)題。盡管數(shù)控機(jī)床有強(qiáng)大的智能診斷能力，但刀紋問(wèn)題，仍需維修人員自行診斷與解決。刀紋問(wèn)題的產(chǎn)生反映機(jī)床的加工性能出了問(wèn)題。

數(shù)控機(jī)床產(chǎn)生刀紋問(wèn)題的主要原因一般包括:加工程序問(wèn)題、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)問(wèn)題、工作環(huán)境的干擾和振動(dòng)源、工藝裝備問(wèn)題、機(jī)床的綜合性能變化以及原系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置不合理等。有時(shí)是單一因素造成，也有可能是綜合因素造成，通常采用排除法來(lái)分析和解決問(wèn)題。

下面以FANUC Robodrill 小型加工中心(Series_31i 系統(tǒng))出現(xiàn)的幾種典型刀紋問(wèn)題為例，介紹解決刀紋問(wèn)題的思路和方案。

實(shí)例一 側(cè)壁外輪廓直線段和圓弧段交接處存在一條亮線，如圖1 所示

由于該產(chǎn)品已經(jīng)量產(chǎn)1 年，之前沒(méi)有類似的刀紋現(xiàn)象，因此，首先排除加工程序的問(wèn)題。其次，分析異常刀紋的外形特征，刀紋僅是1 條亮線，由此排除機(jī)床自身振動(dòng)或環(huán)境振動(dòng)源的影響。進(jìn)一步分析異常刀紋的位置特征，刀紋存在于直線段與圓弧段的交接處。這個(gè)特殊位置正是各軸的運(yùn)動(dòng)方向和速度產(chǎn)生變化的瞬時(shí)。此時(shí)導(dǎo)致加工表面出現(xiàn)缺陷有兩個(gè)常見(jiàn)的可能性，一是機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)存在反向間隙，二是在運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換瞬間，各軸的加減速產(chǎn)生明顯的滯后或超前現(xiàn)象。這兩個(gè)原因都將會(huì)導(dǎo)致直線和圓弧軌跡的非平滑過(guò)渡，從而呈現(xiàn)出異常刀紋。據(jù)此，把刀紋問(wèn)題的原因鎖定在系統(tǒng)有關(guān)反沖補(bǔ)償功能和加速處理功能的參數(shù)不合理?？紤]到設(shè)備使用有一定年限，因此先修正系統(tǒng)的間隙補(bǔ)償功能，選擇Series_31i 系統(tǒng)提供的Smooth Backlash(補(bǔ)償功能)來(lái)解決問(wèn)題。Smooth Backlash 提供的關(guān)鍵參數(shù)是NO.1847，此參數(shù)為每個(gè)軸設(shè)定從軸移動(dòng)的方向反轉(zhuǎn)位置起到結(jié)束平順?lè)礇_補(bǔ)償?shù)牡? 補(bǔ)償為止的距離。具體操作:將參數(shù)NO.1817#2(平順?lè)礇_補(bǔ)償)置為1，開(kāi)啟Smooth Backlash 反沖補(bǔ)償功能。然后，調(diào)整NO.1847 參數(shù)。本例經(jīng)多次調(diào)整NO.1847 參數(shù)，異常刀紋現(xiàn)象并沒(méi)有得到明顯改觀。這時(shí)，選擇第2個(gè)解決方案，修正系統(tǒng)的加減速處理功能，采用Series_31i 系統(tǒng)提供的Backlash(加速功能)。Backlash提供的關(guān)鍵參數(shù)有NO.2048(背隙加速量)和NO.2071(反沖加速功能有效時(shí)間)。NO.2048 是針對(duì)反沖加速時(shí)，在反轉(zhuǎn)軸的移動(dòng)方向所發(fā)生的誤差調(diào)整，該加速補(bǔ)償值有助于電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)速度環(huán)路積分增益的調(diào)整，利用它可減小反轉(zhuǎn)時(shí)的軌跡誤差。NO.2071 是反沖加速功能的有效時(shí)間，一般初始值設(shè)定為5，此值設(shè)定好之后一般不變。具體操作:將參數(shù)NO.2003#5 置為1，開(kāi)啟Backlash 加速功能。然后，調(diào)整NO.2048(一般初始值設(shè)置為100)參數(shù)值，并試加工工件，觀察工件表面刀紋現(xiàn)象。本例在初調(diào)NO.2048 參數(shù)后，發(fā)現(xiàn)異常刀紋現(xiàn)象有所改善，證實(shí)了此解決方向的正確性。隨后，經(jīng)多次反復(fù)調(diào)整，當(dāng)X、Y的NO.2048 參數(shù)調(diào)至280 時(shí)，工件表面的異常刀紋現(xiàn)象基本消失。

實(shí)例二 整個(gè)工件的3D 面都存在規(guī)律的異常刀紋

首先分析異常刀紋的特征，刀紋產(chǎn)生在整個(gè)3D加工面，且有規(guī)律性，說(shuō)明問(wèn)題具有復(fù)雜性。能夠造成這種3D 加工面上有規(guī)律性的明顯刀紋現(xiàn)象的原因一般有以下幾個(gè)方面:精加工程序、刀具、機(jī)床主軸和振動(dòng)源(如風(fēng)扇和油污吸收器)。首先從精加工程序入手，減小精加工的切削量，由單邊60 μm 的調(diào)整為單邊30 μm，結(jié)果異常刀紋還是存在。又把問(wèn)題鎖定在了刀具系統(tǒng)上，用千分表檢測(cè)刀具系統(tǒng)及主軸工況，檢測(cè)結(jié)果刀刃的偏擺量為7 μm，超出5 μm 的標(biāo)準(zhǔn)值。為此，更換合格刀具，試加工產(chǎn)品，問(wèn)題依然沒(méi)有得到解決。考慮該機(jī)床已使用兩年，同時(shí)，了解到機(jī)床在一年前曾發(fā)生過(guò)撞機(jī)事件，可能當(dāng)時(shí)主軸精度受損，運(yùn)行一段時(shí)間之后主軸精度會(huì)散失，然后，把檢查重點(diǎn)放在了主軸系統(tǒng)上。為了能準(zhǔn)確地判斷故障點(diǎn)，先關(guān)掉機(jī)床可能引起振動(dòng)的風(fēng)扇以及油污吸收器，試加工產(chǎn)品，問(wèn)題還在。最后，采用RT30—300 檢棒檢測(cè)離主軸端部1 500 mm 處主軸的偏擺量，檢測(cè)結(jié)果主軸的偏擺誤差為30 μm，已超出主軸規(guī)定范圍。通過(guò)排除法，最終找到了刀紋問(wèn)題的根源。本例更換了新主軸，并進(jìn)行主軸動(dòng)平衡調(diào)試，試加工工件時(shí)，刀紋問(wèn)題得到徹底解決。

實(shí)例三 某個(gè)特定的位置出現(xiàn)一道明顯的刀紋

分析異常刀紋的特征，刀紋存在于某個(gè)特定部位，并非一直存在，據(jù)此，首先排除刀具、機(jī)床主軸問(wèn)題，以及環(huán)境振動(dòng)源的影響。同時(shí)，根據(jù)維修經(jīng)驗(yàn)，若刀紋比較明顯時(shí)，一般情況下很難通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)調(diào)整得到修復(fù)。由于該產(chǎn)品已經(jīng)量產(chǎn)兩年多，加工程序應(yīng)該沒(méi)有問(wèn)題。因此，將問(wèn)題鎖定在機(jī)床的機(jī)械傳動(dòng)部件上，為此，逐一排查機(jī)械部件。排查機(jī)械部件時(shí)，首先要確認(rèn)機(jī)床的水平問(wèn)題，確保4 個(gè)地腳支撐正常。然后，檢查夾具水平及夾緊方式是否存在問(wèn)題。在夾具無(wú)問(wèn)題的情況下，才開(kāi)始檢查工作臺(tái)的機(jī)械傳動(dòng)部件。針對(duì)機(jī)械傳動(dòng)部件的檢查，首先要檢查工作臺(tái)在移動(dòng)時(shí)是否有抖動(dòng)現(xiàn)象。檢查方法是，讓各軸以2 000 mm/min 快速運(yùn)行，手扶工作臺(tái)感覺(jué)是否有異常，如果在某一段位置出現(xiàn)抖動(dòng)或者間歇性振動(dòng)，一般為軸承損壞，更換軸承;如果運(yùn)行時(shí)有連續(xù)性異響，就應(yīng)檢查X、Y軸的聯(lián)軸器是否松動(dòng)或者損壞。本例通過(guò)上述檢查，并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)機(jī)床抖動(dòng)現(xiàn)象和異響，最后，采用Renishaw Ballbar 20 球桿儀進(jìn)行循圓測(cè)試。球桿儀進(jìn)行循圓測(cè)試時(shí)，球桿儀的一端球頭吸在主軸上，另一端球頭吸在工作臺(tái)上，然后使工作臺(tái)按正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)各進(jìn)行整圓運(yùn)動(dòng)，球桿儀繪出工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)軌跡圖。本例循圓測(cè)試時(shí)球桿儀繪出的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖2 所示。圖中兩個(gè)不同顏色的圓，分別是工作臺(tái)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。由圖可見(jiàn)，兩圓在X方向明顯不重合，而且針對(duì)同一個(gè)圓還存在明顯的圓度誤差，說(shuō)明X軸存在明顯的反向間隙。再觀察球桿儀的測(cè)量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)顯示X軸兩端反向間隙分別是29.2 μm 、31.2 μm，運(yùn)動(dòng)軌跡的圓度值為34 μm，而正常情況下反向間隙不能超過(guò)10 μm，對(duì)于半徑為150 mm 的球桿儀，標(biāo)準(zhǔn)圓度應(yīng)為15 μm。從測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)一步證實(shí)了X軸存在較明顯的反向間隙超差問(wèn)題。拆開(kāi)護(hù)罩，發(fā)現(xiàn)X軸絲杠磨損較嚴(yán)重。本例更換了X軸絲杠，并采用激光干涉儀調(diào)整好螺距補(bǔ)償，再進(jìn)行循圓測(cè)試，此時(shí)，測(cè)試結(jié)果表明，反向間隙和圓度均在允許范圍內(nèi)。再試加工工件時(shí)，明顯的刀紋現(xiàn)象已消失。

通過(guò)上幾個(gè)典型刀紋解決實(shí)例說(shuō)明，針對(duì)多樣化，無(wú)規(guī)律性的復(fù)雜刀紋問(wèn)題，只要能通過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)，即認(rèn)真分析刀紋的外形特征和所處的位置特征，便能有效鎖定問(wèn)題的起因，再結(jié)合熟悉的數(shù)控系統(tǒng)知識(shí)，便能快速準(zhǔn)確地解決刀紋問(wèn)題。

［1］胡輝，王亞玲，魏紅根.加工工件表面波紋問(wèn)題分析［J］. 制造技術(shù)與機(jī)床，2010(2):136 -137.

［2］張旭亮，機(jī)械加工零件表面質(zhì)量控制分析［J］. 科技創(chuàng)業(yè)家，2011(4):107.

［3］李斌，李曦. 數(shù)控技術(shù)［M］. 武漢:華中科技大學(xué)出版社，2011:202 -207.

［4］任國(guó)強(qiáng).數(shù)控加工汽車前軸主銷孔端面時(shí)振刀紋成因分析及解決措施［J］，現(xiàn)代企業(yè)教育，2012(11):242.