張金紅

（中冶陜壓重工設(shè)備有限公司，陜西富平 711711）

XK2316/5數(shù)控鏜銑床的故障分析與處理

張金紅

（中冶陜壓重工設(shè)備有限公司，陜西富平 711711）

XK2316/5鏜銑床采用了西門子840D，611D數(shù)字伺服系統(tǒng)。在加工過(guò)程中出現(xiàn)了報(bào)警“電機(jī)編碼器零標(biāo)記丟失”，“伺服故障”等問(wèn)題，經(jīng)過(guò)分析與處理，保證了生產(chǎn)的正常運(yùn)行。

數(shù)控機(jī)床；故障分析；排除

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.10.14

0 概述

中冶陜壓重工設(shè)備有限公司購(gòu)買的XK2316/5數(shù)控鏜銑床，采用了西門子840D數(shù)控系統(tǒng)，配裝NCK模塊，611UD數(shù)字伺服系統(tǒng)，PLC型號(hào)采用S7-300，I/O模塊等，主傳動(dòng)采用德國(guó)西門子主軸伺服電機(jī)，進(jìn)給系統(tǒng)采用全數(shù)字西門子交流伺服電機(jī)，并裝有HEIDENHAIN光柵尺,構(gòu)成位置和速度信息反饋全閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)，保證了機(jī)床加工時(shí)定位精度和工作精度。設(shè)備結(jié)構(gòu)合理，性能優(yōu)越，廣泛應(yīng)用于精密數(shù)控加工及相關(guān)行業(yè)中。

1 問(wèn)題的提出

XK2316/5數(shù)控鏜銑床幾種故障現(xiàn)象：①在進(jìn)行加工扇形板零件時(shí)，加工的扇形板零件精度誤差過(guò)大。②運(yùn)行較長(zhǎng)時(shí)間后，主軸轉(zhuǎn)速運(yùn)行＜1000 r/min時(shí)，轉(zhuǎn)速正常。主軸轉(zhuǎn)速運(yùn)行＞1000 r/min時(shí)，經(jīng)常報(bào)警電機(jī)編碼器零點(diǎn)標(biāo)記丟失伺服故障。③重新啟動(dòng)后運(yùn)行時(shí)主軸故障依舊。④X軸在移動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)抖動(dòng)現(xiàn)象，Z軸在移動(dòng)過(guò)程中報(bào)警輪廓監(jiān)控。開展了一系列故障分析與處理的技術(shù)攻關(guān)等活動(dòng)，取得了較好效果。

2 故障分析

2.1 誤差過(guò)大及處理方法

（1）故障現(xiàn)象。機(jī)床在進(jìn)行加工扇形板零件時(shí)，加工的扇形板零件精度誤差過(guò)大。

（2）分析和處理方法。扇形板的工藝要求要進(jìn)行很多斜面的加工，在對(duì)工件加工過(guò)的斜面進(jìn)行測(cè)量時(shí)，發(fā)現(xiàn)加工第二個(gè)斜面時(shí)候Z軸的進(jìn)刀位置相對(duì)于加工第一個(gè)斜面的位置有偏差，并且加工精度不達(dá)標(biāo)，機(jī)床X軸和Z軸聯(lián)動(dòng)加工斜面，分析原因是否為Z軸和X軸有間隙引起的加工精度差，用百分表吸在Z軸上，移動(dòng)Z軸將百分表表針壓在工作臺(tái)上，百分表對(duì)零，將Z軸進(jìn)行±1 mm正反向移動(dòng)，監(jiān)測(cè)Z軸間隙的大小。相反，用百分表吸在Z軸上，移動(dòng)Z軸將百分表壓在放置在X軸的工件上，百分表表針對(duì)在垂直于X軸的工件端面上，百分表對(duì)零，將X軸進(jìn)行±1 mm正反向移動(dòng)，監(jiān)測(cè)X軸間隙的大小。發(fā)現(xiàn)X軸與Z軸間隙都不大，符合正常要求范圍。進(jìn)一步分析X軸和Z軸聯(lián)動(dòng)加工斜面出現(xiàn)此故障，懷疑X軸與Z軸幾何精度有問(wèn)題。配合機(jī)械用直尺打X軸與Z軸的垂直度，發(fā)現(xiàn)X軸與Z軸不垂直，將其重新調(diào)至垂直度后，故障消失。

2.2 編碼器故障及處理方法

（1）故障現(xiàn)象。主軸轉(zhuǎn)速運(yùn)行＜1000 r/min，轉(zhuǎn)速正常。主軸轉(zhuǎn)速運(yùn)行＞1000 r/min，主軸經(jīng)常報(bào)警電機(jī)編碼器零點(diǎn)標(biāo)記丟失伺服故障。

（2）分析和處理方法。數(shù)控機(jī)床報(bào)警顯示電機(jī)編碼器零點(diǎn)標(biāo)記丟失伺服故障，結(jié)合數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生報(bào)警的原因有機(jī)械原因和電氣原因，接下來(lái)需要對(duì)這兩方面逐個(gè)排查。機(jī)械過(guò)載，造成電機(jī)的溫度升高，編碼器的溫度也升高，電子元件性能不好造成報(bào)警。需要檢查主軸箱與主電機(jī)連接的聯(lián)軸器是否同心，主軸變速箱的軸承的好壞，主軸齒輪間隙是否過(guò)大，電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)電機(jī)軸有無(wú)擺動(dòng)等。電氣原因主要檢查電機(jī)編碼器的好壞，電機(jī)編碼器反饋電纜是否完好，控制電路板是否正常等。首先確認(rèn)電氣原因：停電后拆除電機(jī)編碼器，檢查編碼器的軸承有沒(méi)有死點(diǎn)，給編碼器加5 V電源，用示波器檢測(cè)編碼器的輸出信號(hào)是否正確。更換一新編碼器后，在MDI方式下編寫M03S1000，運(yùn)行后故障依舊。運(yùn)行M03S900機(jī)床運(yùn)行正常，則說(shuō)明編碼器反饋電纜和控制板沒(méi)有問(wèn)題。在運(yùn)行M03S900的程序中，觀察電機(jī)編碼器，發(fā)現(xiàn)電機(jī)編碼器有擺動(dòng)的現(xiàn)象，分析原因可能是電機(jī)軸承或機(jī)械原因造成的電機(jī)軸擺動(dòng)。拆除電機(jī)和變速箱，由于主軸電機(jī)具有三相異步電機(jī)的特征，將拆下的電機(jī)加380 V電源，旋轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)現(xiàn)主軸電機(jī)內(nèi)部有間斷的響聲，停電后分解電機(jī)檢查，發(fā)現(xiàn)電機(jī)的前后軸承與端蓋的軸承間隙太大，電機(jī)在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于間隙的原因造成電機(jī)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)擺動(dòng)量大，在同軸安裝的高精度的編碼器擺動(dòng)量也大，所以報(bào)警“電機(jī)編碼器零點(diǎn)標(biāo)記丟失”等。將電機(jī)的端蓋進(jìn)行鑲套處理，安裝完成后試車，故障消除。

2.3 X軸抖動(dòng)及處理方法

（1）故障現(xiàn)象。機(jī)床在加工工件時(shí)，執(zhí)行G0X…時(shí)，或正向動(dòng)快速移動(dòng)X軸時(shí)，機(jī)床X軸出現(xiàn)嚴(yán)重的抖動(dòng)現(xiàn)象。

（2）分析和處理方法。X軸采用滾動(dòng)支撐，滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)行，分析X軸的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，產(chǎn)生快速移動(dòng)抖動(dòng)的原因可能有：X軸的滾珠絲杠的間隙太大；X軸的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)設(shè)置不合理；X軸的讀數(shù)頭安裝不牢，或者光柵尺受污染；因機(jī)床使用的乳化液黏度大，機(jī)床的潤(rùn)滑不好，造成摩擦力大。

根據(jù)先易后難的原則，對(duì)有可能產(chǎn)生故障的電氣原因做了檢查，由于機(jī)床出現(xiàn)的故障時(shí)間較長(zhǎng)，動(dòng)態(tài)性能參數(shù)設(shè)置可能不適合現(xiàn)有的傳動(dòng)鏈，修改動(dòng)態(tài)性能參數(shù)位置環(huán)，電流環(huán)的增益參數(shù)MD32200，MD1407和積分時(shí)間MD1409，改變后故障依舊。檢查反饋回路上讀數(shù)頭的安裝和光柵尺的清潔情況，將機(jī)床改為半閉環(huán)，使用HEIDENHAIN檢測(cè)光柵尺的工具PWT18檢測(cè)光柵尺的信號(hào)，檢測(cè)確定光柵尺沒(méi)有受到污染。再對(duì)X軸的滾珠絲杠進(jìn)行間隙檢查，將百分表吸在機(jī)床Z軸，±1 mm移動(dòng)X軸來(lái)檢測(cè)X軸的滾珠絲杠的間隙，發(fā)現(xiàn)X軸的間隙約0.2 mm，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷X軸的間隙太大，造成在移動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)抖動(dòng)現(xiàn)象。根據(jù)滾珠絲杠的特點(diǎn)，要消除絲杠的間隙，得重新配合絲母中間的消隙的墊片，配合合適的墊片后，安裝完成后，將機(jī)床改為全閉環(huán)后試車，故障消除。

2.4 Z軸報(bào)警及處理方法

（1）故障現(xiàn)象。機(jī)床Z軸在移動(dòng)過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)報(bào)警25050“輪廓監(jiān)控”現(xiàn)象。

（2）分析和處理方法。Z軸采用雙閉環(huán)控制，機(jī)械采用電機(jī)皮帶連接滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)主軸箱運(yùn)行，利用平衡缸來(lái)平衡主軸箱的自重，減少Z軸電機(jī)的輸出力矩。機(jī)床出現(xiàn)輪廓監(jiān)控，首先需對(duì)輪廓監(jiān)控的概念有所了解，輪廓監(jiān)控就是對(duì)于一個(gè)機(jī)床軸測(cè)量的實(shí)際位置值和從NC位置設(shè)定值計(jì)算出來(lái)的實(shí)際位置值進(jìn)行比較，大于參數(shù)MD36400的值，就報(bào)警“輪廓監(jiān)控”。根據(jù)Z軸的傳動(dòng)原理，控制原理和輪廓監(jiān)控的原理，分析出現(xiàn)此故障的原因有：聯(lián)軸器松動(dòng)或者皮帶打滑；機(jī)械部分潤(rùn)滑不好，機(jī)械阻力大；機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)絲母的固定松動(dòng)；平衡缸的油壓調(diào)整得不合適；伺服電機(jī)的制動(dòng)器故障；驅(qū)動(dòng)器的性能不好或者信號(hào)異常；動(dòng)態(tài)性能參數(shù)位置環(huán)的增益設(shè)定不合適。

根據(jù)輪廓監(jiān)控的原理分析，出現(xiàn)此類報(bào)警的原因大多是機(jī)械故障。首先對(duì)有可能產(chǎn)生故障的機(jī)械原因進(jìn)行檢查，檢查聯(lián)軸器和皮帶，正常；檢查機(jī)床的潤(rùn)滑系統(tǒng)，油路通暢；檢查平衡缸的壓力，發(fā)現(xiàn)油壓有點(diǎn)偏高，調(diào)整壓力到機(jī)床要求的基礎(chǔ)壓力，試運(yùn)行后故障依舊，判斷不是平衡壓力的故障；將Z軸改為半閉環(huán)，對(duì)Z軸進(jìn)行間隙檢查，將百分表吸在Z軸上，移動(dòng)Z軸將百分表表針壓在工作臺(tái)上，百分表對(duì)零，對(duì)Z軸進(jìn)行±1 mm正反向移動(dòng)來(lái)監(jiān)測(cè)間隙的大小，如果間隙大，則說(shuō)明機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)絲母的松動(dòng)。檢查并緊固絲母和絲杠座，試車后故障依舊。檢查機(jī)械后故障未消除，有可能是電氣故障由于機(jī)床使用時(shí)間較長(zhǎng)，傳動(dòng)鏈磨損，動(dòng)態(tài)性能參數(shù)設(shè)置不適合現(xiàn)有的傳動(dòng)鏈。為此修改動(dòng)態(tài)性能參數(shù)位置環(huán)，電流環(huán)的增益參數(shù)MD32200，MD1407和積分時(shí)間MD1409，改變后故障依舊。故障基本確定在Z軸的驅(qū)動(dòng)裝置，更換Z軸的驅(qū)動(dòng)裝置并安裝完成后，將機(jī)床改為全閉環(huán)后試車，故障消除。打開Z軸的裝置檢查，發(fā)現(xiàn)功率元件的焊點(diǎn)虛接，造成整流逆變沒(méi)有輸出。

3 總結(jié)

通過(guò)對(duì)XK2316/5鏜銑床的主軸旋轉(zhuǎn)經(jīng)常報(bào)警，電機(jī)編碼器零點(diǎn)標(biāo)記丟失伺服故障進(jìn)行分析，在X軸移動(dòng)抖動(dòng)，Z軸運(yùn)行時(shí)報(bào)警“輪廓監(jiān)控”等故障的排除過(guò)程中，不但總結(jié)出維修和排除此類故障的維修流程，縮短了維修時(shí)間，也保證了設(shè)備能夠長(zhǎng)時(shí)間正常和順利地運(yùn)行。

TH17

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〔編輯 王永洲〕