林雪玉 劉基國(guó) 秦友

（1江麓機(jī)電集團(tuán)有限公司，湖南 湘潭，411100；2湖北江山華科數(shù)字設(shè)備科技有限公司，湖北 襄陽，441000）

0 引言

大河數(shù)控機(jī)床有限公司生產(chǎn)的V1050D立式加工中心, 原配置FANUC 0i MB數(shù)控系統(tǒng)，控制X、Y、Z、A軸等4個(gè)伺服軸和1個(gè)主軸。機(jī)床經(jīng)過14年的使用，系統(tǒng)功能部件，高低壓電氣元件、線路都已嚴(yán)重老化，同型號(hào)FANUC數(shù)控系統(tǒng)已被淘汰，備件難以采購、周期長(zhǎng)價(jià)格貴；同時(shí)機(jī)床主軸松拉刀機(jī)構(gòu)不靈活，刀庫及機(jī)械手部分損壞，導(dǎo)軌磨損嚴(yán)重，造成機(jī)床精度嚴(yán)重下降。在國(guó)家04重大專項(xiàng)支持下，該設(shè)備被列為換腦改造設(shè)備。

換腦改造中，數(shù)控系統(tǒng)配置華中HNC-818B/M型總線式數(shù)控系統(tǒng)；各軸配置HSV-180UD系列驅(qū)動(dòng)器，X/Y/Z軸型號(hào)為150ST-M23920HMBB伺服電機(jī)，A軸型號(hào)為130ST-M09620LMBBZ伺服電機(jī)；主軸配置HSV-180US系列驅(qū)動(dòng)器，型號(hào)為GM7105-4SB61-0伺服電機(jī)。改造完成后設(shè)備各運(yùn)動(dòng)軸動(dòng)作正常，幾何精度與位置精度基本恢復(fù)到了出廠時(shí)的精度。

在使用一段時(shí)間后，設(shè)備存在如下問題：

1）在安靜環(huán)境下，X軸運(yùn)動(dòng)時(shí)有嘯叫聲音發(fā)出；

2）在運(yùn)行加工程序時(shí)，主軸啟動(dòng)后須等待幾秒鐘，各軸才開始移動(dòng)，加工效率同改造前相比降低；

3）A軸不工作情況下，不定期地出現(xiàn)“SVERR-0030023 A軸伺服-NCUC數(shù)據(jù)幀校驗(yàn)錯(cuò)誤”報(bào)警，驅(qū)動(dòng)器報(bào)警號(hào)為A23，關(guān)機(jī)重啟后設(shè)備恢復(fù)正常。

針對(duì)上述問題，進(jìn)行了HNC-818B/M系統(tǒng)的控制參數(shù)、控制程序及相應(yīng)功能部件的優(yōu)化分析，提出了解決措施，并檢查調(diào)整了相應(yīng)的機(jī)械部件。經(jīng)過后續(xù)的測(cè)試驗(yàn)證，所開展的應(yīng)用優(yōu)化有效，取得了良好效果，達(dá)到了預(yù)期要求。

1 X軸運(yùn)動(dòng)嘯叫

X軸運(yùn)動(dòng)時(shí)存在嘯叫聲，本著先電氣后機(jī)械的檢查原則，通過電氣檢測(cè)，判斷機(jī)械故障點(diǎn)的方法，具體如下：

1）移動(dòng)X軸，觀測(cè)X軸驅(qū)動(dòng)器負(fù)載電流，判斷是否為負(fù)載過大引起電機(jī)嘯叫。在不同倍率下運(yùn)行，負(fù)載電流值在合理范圍內(nèi)，觸摸電機(jī)無明顯抖動(dòng)或發(fā)熱現(xiàn)象，可推斷嘯叫聲不是電機(jī)引起；

圖1 速度環(huán)監(jiān)控曲線圖

圖2 M03,M04,M05指令響應(yīng)優(yōu)化程序

圖3 S指令響應(yīng)優(yōu)化程序

圖4 M03、M04指令響應(yīng)設(shè)置

2）拆開X軸兩邊防護(hù)罩運(yùn)行，嘯叫聲音依然存在，可排除防護(hù)罩的原因；

3）查看X軸導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上有足夠潤(rùn)滑油，排除了導(dǎo)軌干磨發(fā)出的聲音；

4）檢查絲桿兩端的軸承，軸承完好，安裝松緊度適當(dāng)，不存在問題；

5）檢查電機(jī)與絲桿的連接部分，聯(lián)軸器的安裝有點(diǎn)偏，造成伺服電機(jī)軸與絲桿不同心，且聯(lián)軸器安裝過緊。

為此，重新安裝伺服電機(jī)，并調(diào)整聯(lián)軸器位置及安裝松緊度，試機(jī)運(yùn)行，無嘯叫聲。

2 加工效率降低

經(jīng)多次觀察，執(zhí)行加工程序時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速需要幾秒鐘才能達(dá)到預(yù)定轉(zhuǎn)速，同時(shí)只有當(dāng)速度達(dá)到預(yù)定值后，系統(tǒng)才執(zhí)行下一步程序。為提高加工效率，可從兩個(gè)方面入手，一是提高主軸從0速到達(dá)指令要求的速度時(shí)間，二是縮短檢測(cè)主軸速度到達(dá)指令速度的時(shí)間。需要優(yōu)化處理主軸伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù)及數(shù)控系統(tǒng)中與主軸控制有關(guān)參數(shù)；同時(shí)對(duì)PLC控制程序進(jìn)行同步優(yōu)化。

圖5 系統(tǒng)功能部件組態(tài)圖

圖6 A軸始終處于使能狀態(tài)控制程序

基于HNC8系統(tǒng)集成伺服監(jiān)控調(diào)試軟件，伺服調(diào)整界面選擇速度環(huán)，按循環(huán)啟動(dòng)在線對(duì)主軸轉(zhuǎn)速的響應(yīng)速度、加速度進(jìn)行監(jiān)控，監(jiān)控曲線如圖1所示。

針對(duì)圖1監(jiān)控示意圖，將主軸速度響應(yīng)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，讓主軸加速度得到改善，速度到達(dá)時(shí)間更快的到達(dá)指令速度。修改相應(yīng)參數(shù):

1）加工加減速時(shí)間常數(shù)——2ms（根據(jù)加速度計(jì)算公式:1000 mm/60 s=16.666 mm/s;16.667/0.002=8333 mm/s2 =8.33 m/s2;1g=9.8 m/s2;得出 加速度為0.85g）；

2）加工加減速捷度時(shí)間常數(shù)——1ms（根據(jù)參數(shù)加工加速度為0.85g，此參數(shù)加工加減捷度時(shí)間常數(shù)設(shè)為1ms，那么加加速就等于8.33/0.001=8330 m/s3）。

3）105500SP軸方式位置控制比例增益由205修改為200，105501轉(zhuǎn)矩濾波時(shí)間常數(shù)由5修改為4，105502速度控制比例增益由355修改為350，105503速度控制積分時(shí)間常數(shù)由32修改為30，105504速度反饋濾波因子由2修改為1，105506加速時(shí)間常數(shù)由42修改為40，105511速度到達(dá)范圍由6修改為10。

PLC控制程序優(yōu)化如下：

1）機(jī)床主軸M03、M04、M05指令響應(yīng)優(yōu)化后PLC程序；

2）機(jī)床S指令響應(yīng)優(yōu)化后PLC程序；

3）主軸控制指令M03、M04是否需要等待設(shè)置為不等待。

3 A軸不定期報(bào)警

A軸在不工作情況下，不定期地出現(xiàn)“SVERR-0030023 A軸伺服-NCUC數(shù)據(jù)幀校驗(yàn)錯(cuò)誤”現(xiàn)象，查閱華中數(shù)控HSV-180UD系統(tǒng)交流伺服驅(qū)動(dòng)單元使用說明書，提示為總線通訊故障。故障的處理需要從A軸驅(qū)動(dòng)器及參數(shù)、A軸與系統(tǒng)連接、A軸驅(qū)動(dòng)器安裝位置、電氣柜內(nèi)電磁干擾等多方面進(jìn)行綜合分析。

圖7 功能部件安裝位置圖

在數(shù)控系統(tǒng)診斷目錄下，調(diào)出系統(tǒng)與功能部件的組態(tài)網(wǎng)絡(luò)圖，如圖5所示。

設(shè)備數(shù)控系統(tǒng)通訊配置：MCP單元 IO-NET單元 X軸驅(qū)動(dòng)器 Y軸驅(qū)動(dòng)器 Z軸驅(qū)動(dòng)器 A軸驅(qū)動(dòng)器 C軸驅(qū)動(dòng)器 IPC單元網(wǎng)絡(luò)循環(huán)通訊方式。

若系統(tǒng)總線出現(xiàn)故障，每個(gè)模塊都會(huì)識(shí)別不到。因此根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況分析，首先假設(shè)A軸驅(qū)動(dòng)器有軟故障造成的報(bào)警，進(jìn)行了A軸驅(qū)動(dòng)器更換，并對(duì)驅(qū)動(dòng)器參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化處理，同時(shí)把連接驅(qū)動(dòng)器的所有連接總線進(jìn)行了更換。同時(shí)改變A軸控制方式，A軸在未工作情況下，伺服使能也處于使能狀態(tài)，修改PLC控制程序如圖6所示。

經(jīng)上須處理方式觀察，報(bào)警依然偶爾出現(xiàn)，因此分析是否為干擾引起的報(bào)警。檢查電氣線路發(fā)現(xiàn)，機(jī)床供電電源零線N相和地線PE線纜共用，機(jī)床工作時(shí)，當(dāng)電柜空調(diào)工作，空調(diào)電源220V占用地PE當(dāng)交流電源零線使用，因此對(duì)地線PE造成極大干擾。電氣柜內(nèi)功能部件的安裝位置如圖7所示。

A軸驅(qū)動(dòng)器安裝位置是最靠近空調(diào)，因此空調(diào)工作時(shí)引起的干擾對(duì)A軸驅(qū)動(dòng)器的影響也是最大的。為此，將機(jī)床的供電電源更改為正確的三相五線制，內(nèi)部交流220V電源線路進(jìn)行了更正。經(jīng)過以上的優(yōu)化整改后，設(shè)備試運(yùn)行了1個(gè)月，沒有再出現(xiàn)“SVERR-0030023 A軸伺服-NCUC數(shù)據(jù)幀校驗(yàn)錯(cuò)誤”報(bào)警，問題得到了徹底解決。

4 結(jié)語

以華中8型數(shù)控系統(tǒng)為代表的國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，其采用總線式、模塊化、開放式的體系結(jié)構(gòu)，線纜連接最少且簡(jiǎn)單，功能和性能在縱向和橫向比較有了巨大的進(jìn)步，部分智能化工具技術(shù)已經(jīng)超越了國(guó)外產(chǎn)品。但實(shí)際使用過程中，需要借助智能化工具，根據(jù)機(jī)床具體情況調(diào)試參數(shù)，嚴(yán)格按電氣規(guī)范接線配置，才能保障數(shù)控系統(tǒng)穩(wěn)定，提高數(shù)控設(shè)備使用效率。