■ 武漢重型機床集團有限公司 （湖北武漢 430205） 佟 冬

1. 同軸度的影響

數(shù)控機床伺服軸的同軸度是數(shù)控機床出廠前質(zhì)量保證的一個必要條件，尤其對于小微型數(shù)控機床來說，如果伺服軸的同軸度誤差比較大，在加工的過程中會產(chǎn)生抖動現(xiàn)象。

當數(shù)控機床在加工過程中出現(xiàn)抖動情況時，電氣工程師采取的一般性措施是查找伺服軸的共振頻率，增加電子濾波器功能，消除共振，提高伺服軸增益。但優(yōu)化后的效果并不明顯，而當對數(shù)控機床的軸承座、絲母座及電動機座重新認真裝配后，加工中抖動的現(xiàn)象就消失了。其原因在于伺服軸同軸度的裝配很差，不能通過參數(shù)優(yōu)化的手段得以解決，而重新對伺服軸裝配則保證了伺服軸的同軸度。導致數(shù)控機床在出廠前沒有對同軸度進行檢測的原因在于人工檢測效率低，無法實現(xiàn)批量的、快速的檢驗。

2. 數(shù)據(jù)分析

本文中采取一種全新的同軸度檢測方法，其手段是通過數(shù)控系統(tǒng)提供的示波器功能或者函數(shù)庫收集數(shù)控機床的運行數(shù)據(jù)，包括但不局限于伺服軸的速度、位移和轉矩等數(shù)據(jù)，對數(shù)控機床運行數(shù)據(jù)進行分析，通過定性分析的手段找到影響同軸度差的相關數(shù)據(jù)，通過定量的標準認定同軸度差的數(shù)據(jù)標準。

（1）運行程序 本文中介紹的同軸度檢測方法配備有相關的檢驗NC程序，NC程序的內(nèi)容很簡單：讓數(shù)控機床的伺服軸以某一進給從伺服軸的正限位運行到負限位。以X軸為例，其同軸度的驗車程序如下：

G 0 G 9 0 X=$P O S_L I M I T_PLUS[AX1]；X軸快移到正限位

G4X3；等待3s準備采集數(shù)據(jù)

G1F2000X=$P O S_L I M I T_MINUS[AX1]；X軸以F2000的進給運行到負限位，此時收集相關數(shù)據(jù)

（2）數(shù)據(jù)收集 數(shù)據(jù)收集的方法有兩種，一種是利用數(shù)控系統(tǒng)自有的示波器功能直接收集數(shù)據(jù)，另一種是利用數(shù)控系統(tǒng)制造商提供的函數(shù)庫開發(fā)軟件工具在PC端收集數(shù)控機床的運行數(shù)據(jù)。

數(shù)控系統(tǒng)自有的示波器在獲取數(shù)據(jù)時的周期很快，采樣周期通?？梢赃_到1ms。如果是通過數(shù)控系統(tǒng)的函數(shù)庫獲取數(shù)據(jù)，通常掃描周期比較長，以發(fā)那科的函數(shù)庫FOCAS為例，在獲取發(fā)那科系統(tǒng)的數(shù)據(jù)時，采樣周期是33ms左右，在一定程度上影響數(shù)據(jù)的采樣精度，此時需要修改數(shù)控系統(tǒng)的NC參數(shù)，降低FOCAS讀取NC數(shù)據(jù)的采樣時間。

（3）數(shù)據(jù)分析 當收集到數(shù)控機床的運行數(shù)據(jù)后，就要對收集到的數(shù)控機床的運行數(shù)據(jù)進行定性及定量分析。

通過定性分析，找到直接或者間接反映數(shù)控機床同軸度差的數(shù)據(jù)，再通過定量分析找到這些數(shù)據(jù)的具體系數(shù)及補償參數(shù)等數(shù)據(jù)。

1）定性分析。采集同軸度好的數(shù)控機床的運行數(shù)據(jù)與同軸度差的數(shù)控機床的運行數(shù)據(jù)進行對比發(fā)現(xiàn)，同軸度差的伺服軸轉矩數(shù)據(jù)在接近限位的時候，對應的采集的轉矩數(shù)值會呈現(xiàn)緩緩上升或緩緩下降的趨勢，表示由于同軸度差的緣故導致伺服軸的轉矩逐漸增大，而此過程中伺服軸的運行速度并沒有出現(xiàn)波動，位移也是逐漸變化，并沒有異常突變。

由此認定，在伺服軸從正限位運行到負限位的過程中，由于同軸度差的原因，可能使得伺服軸的轉矩在正限位附近逐漸遞減，在負限位附近逐漸增加，且速度等參數(shù)沒有異常，如圖1所示。

圖1中轉矩曲線表示的是正負限位的轉矩異常，表明軸承座、絲母座及電動機座不同軸。

2）定量分析?，F(xiàn)在確定由于同軸度差，會導致伺服軸的限位附近的轉矩數(shù)值逐漸增加。但需要確定的是如何量化限位附近的轉矩值以判定同軸度差。

按照數(shù)控機床的質(zhì)保標準——同軸度10μm的實際裝配精度來獲取限位附近的轉矩值，將其進行數(shù)據(jù)分析后，得到一個準確的計算方法，再人為地反復調(diào)整同軸度，校驗數(shù)據(jù)處理的結果，最終明確一個準確的算法及補償系數(shù)，這樣就能準確地通過轉矩的數(shù)據(jù)來判定同軸度的裝配情況。再將同軸度的分析數(shù)據(jù)生成報告單，作為質(zhì)保的檢測以及出廠報告單。

圖1 轉矩曲線

圖2 某機床X軸轉矩分析結果

（4）批量質(zhì)保檢測 通過數(shù)控機床一個簡單的NC程序的運行，并在運行過程中收集數(shù)控機床的運行數(shù)據(jù)，就可以快速而又準確地分析出伺服軸裝配的同軸度是否符合質(zhì)保標準。以行程為500mm的伺服軸為例，NC程序運行的時間為：500/2000×60＝15（s），而數(shù)據(jù)分析的過程通常為5s之內(nèi)，也就是說同軸度的檢測從準備運行程序到生成報告單數(shù)據(jù)，半分鐘就能全部完成，不僅準確率高，而且遠遠低于人工檢測的時間。圖2為某機床X軸轉矩分析結果。

轉矩分析結果中包含了兩大部分，分別為采樣數(shù)據(jù)的文件信息及采樣數(shù)據(jù)的轉矩分析報告。文件信息包含了采樣時間、伺服軸名稱、文件路徑及分析所使用過的時間；轉矩報告包含了異常轉矩的坐標信息及判定結果。

如果數(shù)控機床裝配良好的話，轉矩報告中“異常轉矩”的坐標區(qū)間與判定結果全部為空。如果數(shù)控機床裝配較差的話，轉矩報告中會包含若干個“異常轉矩”的坐標范圍及判定結果。如果“異常轉矩”的判定結果后標識有“能接受”字樣，表示的是對應坐標區(qū)間的轉矩雖然異常，但屬于裝配精度范圍之內(nèi)，可以不用調(diào)整機床；如果“異常轉矩”的判定結果不包含“能接受”字樣，則需要相關技術人員根據(jù)異常轉矩的坐標范圍及判定結果對數(shù)控機床進行機械上的調(diào)整，直到再次測量的轉矩報告中的“異常轉矩”的坐標區(qū)間與判定結果為空或者“能接受”。

（5）改進制造工藝 根據(jù)收集到的數(shù)控機床的轉矩數(shù)據(jù)，包括但不局限于對同軸度的數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析，就可以發(fā)現(xiàn)數(shù)控機床在制造的過程中裝配工藝是否存在瑕疵或者生產(chǎn)工人是否嚴格按照裝配工藝進行數(shù)控機床的裝配，并根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)來調(diào)整數(shù)控機床的裝配工藝。

3. 結語

通過數(shù)控系統(tǒng)的示波器功能或者二次開發(fā)的軟件工具收集數(shù)控機床的運行數(shù)據(jù)并進行分析，代替?zhèn)鹘y(tǒng)手動的通過“打表”實現(xiàn)的伺服軸的同軸度檢測辦法，其檢測過程不需要拆開數(shù)控機床，檢測過程簡單、結果準確且效率高，極大地提高了生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量，降低企業(yè)的生產(chǎn)成本及售后服務成本。在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的背景下，也可以通過網(wǎng)絡控制數(shù)控機床進行定期自行檢測，極大地方便了機床制造商及客戶了解數(shù)控機床的運行狀態(tài)，做好保養(yǎng)計劃及維修計劃等待，降低企業(yè)的制造成本與客戶的維護成本。