喻曉浩，李金友，劉萃倫

（首都航天機械公司，北京100076）

機床參數(shù)在故障維修中的應用

喻曉浩，李金友，劉萃倫

（首都航天機械公司，北京100076）

機床參數(shù)是指完成數(shù)控系統(tǒng)與機床結(jié)構及各種功能匹配，使機床具有最佳工作性能而設置的數(shù)據(jù)；主要包括系統(tǒng)參數(shù)和用戶參數(shù)。合理利用機床參數(shù)能幫助設備維護人員快速準確定位故障，做好數(shù)控機床的維修工作。

數(shù)控機床；參數(shù)；故障定位

0 引言

隨著制造業(yè)的不斷發(fā)展，數(shù)控機床在現(xiàn)代化生產(chǎn)體系中的普及率越來越高。數(shù)控設備維護人員，需要具備快速定位及排除故障的能力。實踐證明，合理利用機床參數(shù)，能減少故障診斷時間，準確定位故障點，降低機床的故障停機時間。

1 數(shù)控機床參數(shù)

不同的機床，機床制造商需要對其參數(shù)進行不同的設置，來滿足伺服驅(qū)動、檢測反饋系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫娴男枨?。當前主流?shù)控系統(tǒng)主要有德國的SIEMENS、日本的FANUC及國產(chǎn)華中數(shù)控系統(tǒng)。任何型號的數(shù)控系統(tǒng)都有大量的參數(shù)，充分掌握和熟悉理解這些參數(shù)，將會給數(shù)控機床的使用及后期維護帶來便利。

機床參數(shù)主要包括數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)（NC參數(shù)）和用戶參數(shù)。

1.1 系統(tǒng)參數(shù)

系統(tǒng)參數(shù)是數(shù)控系統(tǒng)制造商根據(jù)用戶對系統(tǒng)功能的要求設定。其中一部份參數(shù)對機床的功能有一定的限制,并有高級別的密碼保護,這些參數(shù)用戶不能輕易修改,否則將會丟失某些功能。

1.2 用戶參數(shù)

用戶參數(shù)是供設備制造商及用戶在使用機床時自行設置的參數(shù),可隨時根據(jù)機床使用的情況進行調(diào)整,設置合理可提高設備的效率和加工精度。

（1）與機械機構有關的參數(shù)。比如各坐標軸的反向間隙補償量；絲杠的螺距補償參數(shù)（包括螺補零點、螺補的間隔距離、每點的補償值等）；主軸的換檔速度、準停速度；回參考點的坐標值及運動速度；機床行程極限范圍及原點位置的測量方式等。

（2）與伺服系統(tǒng)有關的參數(shù)。如到位寬度（坐標軸移到這一區(qū)域,就認為到位）；位置誤差極限（機床的各坐標允許的最大位置誤差,超過該值會產(chǎn)生伺服報警）；位置增益（系統(tǒng)的Kv值,該參數(shù)設定時應使各聯(lián)動坐標的Kv相等）；漂移補償值（伺服系統(tǒng)能自動進行漂移補償,該參數(shù)就是舍得的補償量）；快速移動速度（維修時可對該參數(shù)進行修改,以限定坐標移動的快慢）；參考點位置偏移（調(diào)節(jié)各軸參考點位置值）。

（3）與外設有關的參數(shù)。主要參數(shù)為波特率,不同的串行通信方式,外設有不同的波特率,外設與數(shù)控裝置連接時,應根據(jù)外設的波特率值設定數(shù)控裝置的這一參數(shù),使二者的信息傳遞速率一致。

（4）PLC參數(shù)。設置PLC中容許用戶修改的定時、計時、計數(shù)、刀具號及開通PLC中的一些控制功能的參數(shù)。

（5）其他參數(shù)。還有一些如柵格移動量、進給指令限定值等與機床用戶有關的參數(shù),但這些參數(shù)是在設計階段已經(jīng)確定的參數(shù)。

用戶參數(shù)在廠家調(diào)試機床或后期使用、維修時是可以更改的,修改好后應將參數(shù)做好備份，并且進行權限設置。

2 利用機床參數(shù)判斷及維修故障

2.1 利用設定參數(shù)快速判定立式數(shù)控銑床X 軸抖動原因

某進口立式數(shù)控銑床X軸在低速進給時有抖動現(xiàn)象。該機床采用西門子840D數(shù)控系統(tǒng)，各軸均采用全閉環(huán)控制。在全閉環(huán)情況下X軸反向間隙＜0.01 mm，狀態(tài)正常。為判斷抖動原因，將X軸由全閉環(huán)改為半閉環(huán)。機床制造商所提供方法如下：

（1）進入?yún)?shù)界面，找到14512#參數(shù)（參數(shù)解釋：用戶數(shù)據(jù)HEX），該參數(shù)為廠家自行設置，其中14512第［0］至［5］位的6個參數(shù)分別對應X，Y，Z，B，C，W的6個軸光柵尺是否生效。在全閉環(huán)情況下，這6個參數(shù)均未啟用。將14512［0］勾選保存參數(shù)，見圖1和圖2。重啟機床后X軸即由全閉環(huán)改為半閉環(huán)。然后再測量X軸反向間隙，發(fā)現(xiàn)間隙為0.1 mm，確定是X軸機械部分有間隙。檢查機械部分發(fā)現(xiàn)X軸絲杠軸向預緊松動，調(diào)整后恢復正常。再將X軸參數(shù)恢復測試機床，抖動現(xiàn)象消失，故障排除。

2.2 利用伺服驅(qū)動參數(shù)調(diào)整TH5660C立式加工中心主軸定向位置

TH5660C數(shù)控加工中心由于主軸拉刀機械裝置故障，拆卸維修后執(zhí)行M19定位指令，主軸定向的位置發(fā)生誤差。機床采用甩臂式換刀機械結(jié)構，主軸定向不準，必然會影響機床的自動換刀操作。因此必須精確調(diào)整主軸定向參數(shù)。該機床使用西門子810D數(shù)控系統(tǒng)。查西門子系統(tǒng)有關參考點的參數(shù)，NO.34090：參考點偏移/絕對位移編碼器偏移，見圖3。修改機床對應的主軸34090參考點偏移參數(shù)，調(diào)節(jié)完畢后主軸回參考零點。再執(zhí)行主軸定位，保證主軸定位位置與換刀機械手匹配。通過多次修改參數(shù)值，保證定位的精確性，滿足自動換刀時主軸的準確定位，故障排除。

圖1 機床參數(shù)界面

圖2 參數(shù)位編輯 界面

圖3 參考點偏移/絕對位移編碼器偏移截圖

2.3 利用系統(tǒng)參數(shù)解決CK5116D數(shù)控立車系統(tǒng)主板故障

CK5116D數(shù)控立車使用FANUC-0T系統(tǒng)。機床主板出現(xiàn)故障，更換主板備件后，故障排除。但在使用時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)反應速度變慢，執(zhí)行程序時系統(tǒng)界面出現(xiàn)明顯卡頓現(xiàn)象，對加工造成較大的影響。查找FANUC 0系統(tǒng)說明書發(fā)現(xiàn)，該機床主板（型號為A20B-2002-0650/05B）為高速CPU型主印刷電路板。如果采用該型號主板作為主印刷電路板，必須將對應的NO.0398參數(shù)的第四位設置為0。該參數(shù)設置為1時，高速CPU的內(nèi)部處理不以高速進行；設置為0時，高速CPU的內(nèi)部以高速進行。檢查該機床的0398參數(shù)，第四位當前設置為1，高速CPU是以傳統(tǒng)速度運行，導致系統(tǒng)反應較慢。將參數(shù)修改為0，重啟機床，問題得到解決。

2.4 優(yōu)化參數(shù)解決DMU-125P加工中心X軸抖動故障

DMU-125P加工中心X軸局部區(qū)域在低速進給時出現(xiàn)抖動現(xiàn)象，經(jīng)過對機械傳動及電氣控制模塊檢查，故障原因是機床由于長期使用X軸某一區(qū)域，導致該區(qū)域絲杠局部磨損出現(xiàn)間隙。該機床采用全閉環(huán)控制，在磨損區(qū)間，機床進給位置環(huán)和速度環(huán)不匹配造成抖動，徹底排除需要更換整套絲杠絲母?？紤]到生產(chǎn)任務比較緊張，并且絲杠訂貨周期較長，為解決該問題，從位置環(huán)和速度環(huán)兩方面對X軸相關參數(shù)進行優(yōu)化。

（1）位置環(huán)。修改跟隨誤差Kv因子參數(shù)來降低抖動震蕩。Kv因數(shù)即控制環(huán)增益，決定著位置控制環(huán)的放大倍率。必須通過反復試驗確定一個合適的Kv因數(shù)。如果選擇了過高的Kv因數(shù)，跟隨誤差將變得很小，可能會導致產(chǎn)生振蕩；如果選擇了過小的Kv因數(shù)，軸的移動就會過于緩慢。由于軸間互相存在著插補關系，軸間的Kv因數(shù)必須相等以防止輪廓產(chǎn)生偏差。降低跟隨誤差Kv因子參數(shù)，目的是降低進給時振蕩的概率，從而減輕進給軸抖動。通過測試，將跟隨誤差控制的Kv因子參數(shù)1810.0由2調(diào)整為1.5。

（2）速度環(huán)。機床使用的海德漢iTNC530系統(tǒng)集成了6個用于機床軸和主軸的速度控制器。在機床控制中，實際轉(zhuǎn)速值從帶有HEIDENHAIN旋轉(zhuǎn)編碼器的電機處直接測得。由位置控制器供給名義轉(zhuǎn)速值。由名義轉(zhuǎn)速值與實際轉(zhuǎn)速值之差驅(qū)動速度控制器。速度控制器提供做為輸出的名義電流值。原理見圖4。

圖4 海德漢iTNC530系統(tǒng)速度控制原理圖

對于速度控制器，在MP2500.x中輸入一個比例因數(shù)，在MP2510.x中輸入一個積分因數(shù)。調(diào)整階躍響應直到只有一個可見過沖并且沉降時間越小越好。用最大軸向轉(zhuǎn)速輸出一個階躍。在加速階段，名義電流值的波形被顯示極限所斬波。在到達最高轉(zhuǎn)速之后，名義電流值必須沒有振蕩。如果機床抖動，名義電流值有振蕩時，平緩地減少MP2500.0和MP2510.0直至過沖變得最小。通過減少X軸對應的2500.0和2510.0參數(shù)來減輕抖動，具體修改數(shù)據(jù)：軸轉(zhuǎn)速控制器的比例因數(shù)2500.0由60調(diào)整為48；軸轉(zhuǎn)速控制器的積分因數(shù)2510.0由12000調(diào)整為9600。為保證機床直線軸插補的準確性，對另外兩個Y、Z直線軸參數(shù)進行相同修改。修改完畢后測試，X軸抖動情況大幅減輕，滿足加工需求。

3 結(jié)語

從上述幾起故障案例可以看出，數(shù)控機床的參數(shù)在維修中有相當重要的作用。設備維修人員可根據(jù)實際情況對其進行更改、優(yōu)化,以滿足當前的維修需求。需要注意的是，更改參數(shù)必須對該參數(shù)有詳細的了解，清楚參數(shù)的更改會產(chǎn)生什么樣的結(jié)果，與其他參數(shù)是否沖突等，更改前后必須做記錄，以免發(fā)生意外，出現(xiàn)隱患。因此，要做好數(shù)控機床的維修工作，很重要的一點就是將機床正常運轉(zhuǎn)時的各種參數(shù)做好備份，詳細了解各類參數(shù)的意義及作用，這樣在機床發(fā)生故障時能及時高效的發(fā)揮作用。

〔編輯 李波〕

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.01.22