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        淺談數(shù)控機(jī)床主軸故障排除思路

        2018-10-26 01:42:22李兆祥周明鋒
        時(shí)代農(nóng)機(jī) 2018年8期
        關(guān)鍵詞:數(shù)控系統(tǒng)編碼器螺紋

        李兆祥,周明鋒

        (河南工業(yè)技師學(xué)院,河南 鄭州 450007)

        當(dāng)數(shù)控機(jī)床發(fā)生故障時(shí),操作人員進(jìn)行故障的確認(rèn)是很有必要的。不該也不能讓非專業(yè)人員隨意開動(dòng)機(jī)床,特別是出現(xiàn)故障后的機(jī)床,以免故障的進(jìn)一步擴(kuò)大。在充分調(diào)查現(xiàn)場(chǎng)掌握第一手材料的基礎(chǔ)上 把故障問(wèn)題正確地列出來(lái)。俗話說(shuō),能夠把問(wèn)題說(shuō)清楚,就已經(jīng)解決了問(wèn)題的一半。

        1 機(jī)床故障的排除整體思路

        (1)確認(rèn)故障現(xiàn)象,調(diào)查故障現(xiàn)場(chǎng),充分掌握故障信息;

        (2)根據(jù)所掌握故障信息,明確故障的復(fù)雜程度并列出故障部位的全部疑點(diǎn);

        (3)分析故障原因,制定排除故障的方案。分析故障原因時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn):①思路一定要開闊,無(wú)論是數(shù)控系統(tǒng),強(qiáng)電部分,還是機(jī)、液、氣等,都要將有可能引起故障的原因以及每一種可能解決的方法全部列出來(lái),進(jìn)行綜合、判斷和篩選。②在對(duì)故障進(jìn)行深人分析的基礎(chǔ)上,預(yù)測(cè)故障原因并擬定檢查的內(nèi)容、步驟和方法,制定故障排除方案。③在分析故障過(guò)程中,應(yīng)充分利用數(shù)控系統(tǒng)的自診斷功能,如系統(tǒng)的開機(jī)診斷、運(yùn)行診斷、PLC的監(jiān)控功能。根據(jù)需要隨時(shí)檢測(cè)有關(guān)部分的工作狀態(tài)和接口信息。同時(shí)還應(yīng)靈活應(yīng)用數(shù)控系統(tǒng)故障檢查的一些行之有效的方法,如交換法、隔離法等。

        2 機(jī)床主軸的控制原理

        數(shù)控機(jī)床對(duì)主軸要求在很寬范圍內(nèi)轉(zhuǎn)速可調(diào),恒功率范圍寬。要求機(jī)床有螺紋加工功能、準(zhǔn)停功能和恒功率加工等功能時(shí),要對(duì)主軸提出相應(yīng)的速度控制和位置控制要求。

        一般情況下,主軸電動(dòng)機(jī)與主軸并不是直連的,主軸電動(dòng)機(jī)的內(nèi)裝傳感器反饋信號(hào)并不是主軸速度和位置的直接反饋信號(hào)。要實(shí)現(xiàn)主軸的速度和位置的精確控制,必須安裝獨(dú)立編碼器作為主軸的反饋信號(hào)。主軸位置編碼器作用如下:

        (1)實(shí)現(xiàn)主軸定向準(zhǔn)??刂?。主要用于刀具交換,精鏜進(jìn)、退刀及齒輪換擋等場(chǎng)合。有以下3種實(shí)現(xiàn)方式:①機(jī)械準(zhǔn)??刂?。由帶V形槽的定位盤和定位用的液壓缸配合動(dòng)作。②磁性傳感器的電器準(zhǔn)??刂?。發(fā)磁體安裝在主軸后端,磁傳感器安裝在主軸箱上,其安裝位置決定了主軸的準(zhǔn)停點(diǎn),發(fā)磁體和磁傳感器之間的間隙為(1.5±0.5)mm。③編碼器佳的淮??刂啤Mㄟ^(guò)主軸電動(dòng)機(jī)內(nèi)置安裝或在機(jī)床主軸上直接安裝一個(gè)光電編碼器來(lái)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)??刂?,準(zhǔn)停角度可任意設(shè)定。上述準(zhǔn)停均要經(jīng)過(guò)減速的過(guò)程,如減速或增益等,如果參數(shù)設(shè)置不當(dāng),均可引起定位抖動(dòng)。另外,機(jī)械準(zhǔn)??刂茰?zhǔn)停方式中定位液壓缸活塞移動(dòng)的限位開關(guān)失靈,磁性傳感器的電器準(zhǔn)停控制準(zhǔn)停方式中發(fā)磁體和磁傳感器之間的間隙發(fā)生變化或磁傳感器失靈均可引起定位抖動(dòng)。

        (2)實(shí)現(xiàn)主軸與進(jìn)給軸的同步控制。數(shù)控車床車螺紋及數(shù)控銑床、加工中心攻螺紋時(shí),為了滿足切削螺距的需要,要求主軸每轉(zhuǎn)一周,刀具準(zhǔn)確移動(dòng)一個(gè)螺距(導(dǎo)程)。系統(tǒng)通過(guò)主軸編碼器的反饋脈沖信號(hào)實(shí)現(xiàn)主軸旋轉(zhuǎn)與進(jìn)給軸的插補(bǔ)功能,完成主軸位置編碼器的計(jì)數(shù)與進(jìn)給同步控制。

        (3)實(shí)現(xiàn)主軸剛性攻螺紋控制。剛性攻螺紋不使用浮動(dòng)卡頭,它是在主軸上加裝了位置編碼器,把主軸旋轉(zhuǎn)的角度位置反饋給數(shù)控系統(tǒng)形成位置閉環(huán),同時(shí)與進(jìn)給軸建立同步關(guān)系,這樣就嚴(yán)格保證了主軸旋轉(zhuǎn)角度與進(jìn)給軸進(jìn)給尺寸的線性比例關(guān)系。因?yàn)橛辛诉@種同步關(guān)系,即使由于慣量、加減速時(shí)間常數(shù)不同,負(fù)載波動(dòng)而造成的主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角度或進(jìn)給軸移動(dòng)的位置變化也不影響加工精度,因?yàn)橹鬏S轉(zhuǎn)角與進(jìn)給軸進(jìn)給是同步的,在攻螺紋中不論任何一方受到干擾發(fā)生變化,則另一方也會(huì)相應(yīng)變化,并永遠(yuǎn)維持線性比例關(guān)系。從電氣控制的角度來(lái)看,數(shù)控系統(tǒng)只要具有主軸角度位置和同步功能,機(jī)床就能進(jìn)行剛性攻螺紋,當(dāng)然還需要在機(jī)床上加裝反饋主軸角度的位置編碼器。要正確地反映主軸的角度位置,最好把編碼器與主軸同軸連接,如果局限于機(jī)械結(jié)構(gòu)必須通過(guò)傳動(dòng)鏈連接時(shí),要使用1:1的傳動(dòng)比,若用皮帶,則必須選用同步帶。

        3 常見故障原因分析及處理

        (1)主軸定向不停止,出現(xiàn)超時(shí)報(bào)警(機(jī)床廠設(shè)置的報(bào)警)故障。①故障現(xiàn)象:主軸定向不停止,出現(xiàn)超時(shí)報(bào)警。②故障原因:主軸單元沒有收到編碼器信號(hào)或CNC系統(tǒng)沒有收到定向完成信號(hào)。③處理方法:a.用手轉(zhuǎn)動(dòng)主軸或使主軸以一定速度旋轉(zhuǎn),在主軸診斷畫面上觀察主軸速度是否正常,如果沒有顯示,更換位置編碼器或編碼器反饋線。b.檢查位置編碼器的皮帶是否松或斷開。c.如果顯示正常,更換主軸模塊檢測(cè)板。

        (2)螺紋加工出現(xiàn)“亂扣”的故障。①系統(tǒng)工作原理:一般的螺紋加工需要經(jīng)過(guò)多次切削才能完成,每次重復(fù)切削時(shí),開始進(jìn)刀的位置必須相同。為了保證重復(fù)切削不亂扣,數(shù)控系統(tǒng)在接收到主軸編碼器的一轉(zhuǎn)信號(hào)才能開始螺紋切削的計(jì)算。②故障原因及處理方法:當(dāng)系統(tǒng)得到的一轉(zhuǎn)信號(hào)不穩(wěn)定時(shí),就會(huì)出現(xiàn)“亂扣”的故障。產(chǎn)生故障的原因是主軸編碼器的連接不良、主軸編碼器的一轉(zhuǎn)信號(hào)或信號(hào)電纜不良。主軸編碼器內(nèi)部有臟東西或編碼器本身問(wèn)題。如果以上故障排除后系統(tǒng)還亂扣,則需檢查系統(tǒng)或主軸放大器。

        (3)加工中心換刀過(guò)程的掉刀故障及原因分析。①系統(tǒng)工作原理:加工中心換刀時(shí),為了使機(jī)械手對(duì)準(zhǔn)刀柄實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確換刀,主軸必須停止在固定的徑向位置。換刀過(guò)程中出現(xiàn)掉刀現(xiàn)象說(shuō)明主軸準(zhǔn)停不準(zhǔn)或定位位置偏移。②故障原因及處理方法:產(chǎn)生該故障的可能原因是主軸位置編碼器一轉(zhuǎn)信號(hào)不良、主軸機(jī)械調(diào)整不當(dāng)。

        4 典型案例分析

        配置FANUC 0i系統(tǒng)的數(shù)控加工中心,執(zhí)行G01的加工程序不動(dòng),在G00可以正常運(yùn)行,LCD有主軸速度顯示數(shù)值,該機(jī)床無(wú)任何報(bào)警。

        分析與處理過(guò)程:作為銑床或加工中心,執(zhí)行G01時(shí)一定是“進(jìn)給吃刀”的過(guò)程,從工藝上此時(shí)必須有主軸S轉(zhuǎn)速的指令。如果在加工過(guò)程主軸轉(zhuǎn)速掉下來(lái),機(jī)床繼續(xù)吃刀進(jìn)給,則會(huì)給工件造成嚴(yán)重的損壞。因此數(shù)控系統(tǒng)提供一個(gè)制約功能,當(dāng)主軸速度沒有達(dá)到指令轉(zhuǎn)速時(shí),會(huì)限制G01方式進(jìn)給,但是G00運(yùn)行不受此限制。

        對(duì)于FANUC 0i系統(tǒng),設(shè)置機(jī)床參數(shù)3708#0是1,表示檢測(cè)主軸速度到達(dá)信號(hào)(SAR),為0,表示不檢測(cè)主軸速度到達(dá)信號(hào)(SAR)。如果是FANUC 0系統(tǒng)主軸的每轉(zhuǎn)進(jìn)給動(dòng)作與參數(shù)PRM24.2的設(shè)定有關(guān),當(dāng)該位設(shè)定為“0”時(shí),軸進(jìn)給時(shí)不監(jiān)測(cè)“主軸速度到達(dá)”信號(hào);設(shè)定為“1”時(shí),主軸進(jìn)給時(shí)需要檢測(cè)“主軸速度到達(dá)”信號(hào)?,F(xiàn)在為判斷故障,修改機(jī)床參數(shù)3708#0為“0”,再執(zhí)行程序發(fā)現(xiàn)完全可以運(yùn)行。從而可以判斷速度反饋信號(hào)不正常,速度反饋值與S指令值誤差過(guò)大。

        該機(jī)床主軸速度反饋裝置使用磁傳感器。磁傳感器使用較長(zhǎng)時(shí)間后電氣特性會(huì)有所改變,例如外界強(qiáng)磁場(chǎng)、強(qiáng)電場(chǎng)的干擾導(dǎo)致磁傳感器參數(shù)下降,這時(shí)候需要調(diào)整磁傳感器與測(cè)速齒輪的間隙,通常是減少它們之間的間隙。標(biāo)準(zhǔn)間隙量在0.5mm左右,但是磁開關(guān)參數(shù)的降低,數(shù)值還可以減少。調(diào)整它們之間的間隙,直到主軸放大器能夠正常接收到速度反饋信號(hào)。這時(shí)再執(zhí)行G01程序工作正常。

        操作人員必須注意:

        (1)電機(jī)速度反饋信號(hào)是從電機(jī)尾部的磁傳感器輸出到主軸放大器的端子JY2,機(jī)械主軸反饋脈沖是從位置編碼器輸出,脈沖信號(hào)進(jìn)入主軸放大器的端子JY4。此時(shí)LCD顯示器所顯示的“S”數(shù)值應(yīng)該是位置編碼器輸出的機(jī)械主軸轉(zhuǎn)速。所以容易產(chǎn)生一種假象,主軸實(shí)際轉(zhuǎn)速顯示良好,但是實(shí)際上主軸電機(jī)JY2的電機(jī)速度反饋信號(hào)沒有檢測(cè)到。

        (2)注意主軸速度到達(dá)檢測(cè)信號(hào):該信號(hào)是為限制伺服軸進(jìn)給而設(shè)置的,對(duì)于車床如果主軸沒有到達(dá)程序指令的速度,進(jìn)給切削(G01、G02、G03、G32、G33 等)不執(zhí)行。對(duì)于銑床或加工中心,通過(guò)設(shè)置機(jī)床參數(shù)3708#0為1,防止0轉(zhuǎn)速擠刀。該信號(hào)是從PMC發(fā)出的通知給CNC,所以當(dāng)該信號(hào)置1時(shí)一定是PMC程序處理的結(jié)果。其在PMC的診斷地址G29.4。

        #1(SAT)開始執(zhí)行螺紋切削程序段,對(duì)主軸速度到達(dá)信號(hào)SAR的檢測(cè)

        0:按照#0位的設(shè)定

        1:必須進(jìn)行校驗(yàn)

        #0(SAR)

        0:不檢測(cè)主軸速度到達(dá)信號(hào)SAR

        1:檢測(cè)主軸速度到達(dá)信號(hào)SAR

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