張道東

山東威達(dá)重工股份有限公司 山東滕州 277500

1 序言

在智能生產(chǎn)線中，機(jī)床的預(yù)測(cè)性維護(hù)十分重要，其中數(shù)控機(jī)床進(jìn)給軸傳動(dòng)結(jié)構(gòu)是伺服電動(dòng)機(jī)組件通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，通過(guò)滾珠絲杠上的絲母將伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)改變?yōu)檫M(jìn)給軸的直線運(yùn)動(dòng)，由于數(shù)控機(jī)床進(jìn)給速度較快，如快進(jìn)、快退的速度常規(guī)為10～60m/min，部分甚至達(dá)到60m/min以上，在整個(gè)加工過(guò)程中正反轉(zhuǎn)換頻繁，聯(lián)軸器承受的瞬間沖擊較大，容易引起聯(lián)軸器松動(dòng)和扭轉(zhuǎn)，隨使用時(shí)間的增長(zhǎng)，其松動(dòng)和扭轉(zhuǎn)的情況加劇。在實(shí)際加工時(shí)，主要表現(xiàn)為各方向運(yùn)動(dòng)正常、編碼器反饋也正常、系統(tǒng)無(wú)報(bào)警，而運(yùn)動(dòng)值卻始終無(wú)法與指令值相符合，加工誤差值越來(lái)越大，造成加工零件不合格。傳統(tǒng)的解決辦法是將此數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給軸安裝光柵尺，將進(jìn)給軸的傳動(dòng)方式由半閉環(huán)控制變?yōu)殚]環(huán)控制，此方法缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本特別高，防護(hù)困難。

基于此，設(shè)計(jì)了一種數(shù)控機(jī)床進(jìn)給軸聯(lián)軸器松動(dòng)診斷裝置，并在數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的PLC中通過(guò)做梯形圖與進(jìn)給軸聯(lián)軸器松動(dòng)診斷裝置獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)即時(shí)的報(bào)警，避免因聯(lián)軸器的松動(dòng)，造成加工誤差，實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程中的預(yù)判功能。

2 技術(shù)方案和工作原理

（1）結(jié)構(gòu)組成 進(jìn)給軸聯(lián)軸器松動(dòng)診斷裝置包括伺服電動(dòng)機(jī)、絲杠座、基礎(chǔ)部件、聯(lián)軸器、接近開(kāi)關(guān)、感應(yīng)塊、滾珠絲杠副、絲母座和運(yùn)動(dòng)部件，此外，該診斷裝置還包括信號(hào)收集器、PLC和系統(tǒng)電氣控制部分，結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中伺服電動(dòng)機(jī)通過(guò)螺釘固定安裝在絲杠座端面，絲杠座通過(guò)螺釘固定安裝在基體上，絲杠座內(nèi)腔安裝有軸承，用于支撐滾珠絲杠一端，軸承座通過(guò)螺釘固定安裝在基體另一端，軸承座內(nèi)腔安裝有軸承，用于支撐滾珠絲杠另一端。滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)螺母與絲母座通過(guò)螺釘固定聯(lián)接，絲母座通過(guò)螺釘安裝在運(yùn)動(dòng)部件下部，伺服電動(dòng)機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，通過(guò)滾珠絲杠上的絲母將伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)改變?yōu)檫M(jìn)給軸的直線運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件沿機(jī)床導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床進(jìn)給軸功能。

圖1 進(jìn)給軸聯(lián)軸器松動(dòng)診斷裝置結(jié)構(gòu)

聯(lián)軸器通過(guò)脹套脹緊結(jié)構(gòu)與伺服電動(dòng)機(jī)伸出軸和滾珠絲杠副軸端聯(lián)接，接近開(kāi)關(guān)通過(guò)鎖緊螺母固定安裝到支撐板上，支撐板通過(guò)螺釘固定安裝到絲杠座上，感應(yīng)塊通過(guò)螺釘固定安裝到滾珠絲杠靠近聯(lián)軸器軸端外圓上，感應(yīng)塊與接近開(kāi)關(guān)形成信號(hào)觸發(fā)組件，感應(yīng)塊隨滾珠絲杠每旋轉(zhuǎn)360°，其與接近開(kāi)關(guān)就觸發(fā)一次，并將信號(hào)數(shù)據(jù)發(fā)送至機(jī)床系統(tǒng)。如圖2所示，感應(yīng)塊與接近開(kāi)關(guān)形成觸發(fā)信號(hào)，發(fā)送到信號(hào)收集器，該信號(hào)送入系統(tǒng)輸入信號(hào)接口并入PLC，通過(guò)編制PLC控制邏輯實(shí)現(xiàn)預(yù)判和報(bào)警功能。

圖2 信號(hào)傳遞系統(tǒng)

（2）工作原理 假設(shè)滾珠絲杠的導(dǎo)程為10mm，伺服電動(dòng)機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)360°，伺服電動(dòng)機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠副旋轉(zhuǎn)360°，滾珠絲杠副驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件沿機(jī)床導(dǎo)軌移動(dòng)10mm，此時(shí)接近開(kāi)關(guān)和感應(yīng)塊觸發(fā)一次，如果聯(lián)軸器有松動(dòng)，出現(xiàn)了伺服電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠的異步現(xiàn)象，伺服電動(dòng)機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)360°以上，也就是進(jìn)給軸在系統(tǒng)運(yùn)行的程序中機(jī)械坐標(biāo)值要相差＞10mm以上，接近開(kāi)關(guān)和感應(yīng)塊才會(huì)觸發(fā)一次，我們的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值是運(yùn)行程序中要大于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值的0.1mm以上，表示聯(lián)軸器松開(kāi)的可能性比較大。

在數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的PLC中通過(guò)做梯形圖與進(jìn)給軸聯(lián)軸器松動(dòng)診斷裝置獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較和判斷，實(shí)現(xiàn)即時(shí)的報(bào)警，避免因聯(lián)軸器的松動(dòng)，造成加工誤差，實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程中預(yù)判功能。梯形圖主要邏輯處理如圖3所示。

圖3 梯形圖主要邏輯處理

（3）基本的算法步驟 在感應(yīng)信號(hào)有效時(shí)，將上一坐標(biāo)值從存儲(chǔ)器E2000保存到存儲(chǔ)器E2004中。之后通過(guò)PMC窗口指令讀取軸的機(jī)械坐標(biāo)值，將該坐標(biāo)值存儲(chǔ)在E2000中。E2004用作誤差值計(jì)算的被減數(shù)存儲(chǔ)器，E2000用作誤差值計(jì)算的減數(shù)存儲(chǔ)器。如此持續(xù)循環(huán)。

在感應(yīng)信號(hào)有效時(shí)，計(jì)算當(dāng)前機(jī)械坐標(biāo)值與上一機(jī)械坐標(biāo)值的誤差值。分4種情況，具體見(jiàn)表1。

表1 4種當(dāng)前機(jī)械坐標(biāo)值與上一機(jī)械坐標(biāo)值的誤差值計(jì)算情況

將誤差值取絕對(duì)值，然后判斷：誤差值－公差值＞0，差值＞0則超差。

累計(jì)連續(xù)出現(xiàn)5次超差，則系統(tǒng)出現(xiàn)報(bào)警信息：xx軸聯(lián)軸器松動(dòng)，系統(tǒng)急停。

3 結(jié)束語(yǔ)

采用以上診斷裝置，不僅解決了由于聯(lián)軸器安裝位置封閉，外部診斷困難的問(wèn)題，還解決了原來(lái)老式的閉環(huán)成本過(guò)高，且精度檢測(cè)范圍超出需求過(guò)大的問(wèn)題。該結(jié)構(gòu)已在多臺(tái)機(jī)床使用并得到驗(yàn)證。