數(shù)控機(jī)床故障維修實(shí)例分析
一,、加工中心軸抖動故障三例
1．德國維爾納公司制造的TC-800臥式加工中心 其控制系統(tǒng)是西門子850M。機(jī)床使用一年后發(fā)現(xiàn)在停止?fàn)顟B(tài)下刀鏈(W軸)來回小范圍抖動,。該軸的驅(qū)動與其他各軸一樣采用交流伺服系統(tǒng),，其位置檢測為角度脈沖發(fā)生器。開始時抖動不很嚴(yán)重,，后來越來越厲害并報警停機(jī),。在抖動發(fā)生時，通過測量伺服驅(qū)動的指令值,，發(fā)現(xiàn)該輸入電壓值“+"“-"不斷交化,，與抖動周期—致。從屏幕發(fā)現(xiàn)W軸的實(shí)際位置也不斷地增減變化,，這說明位置反饋是好的,。
那么NC(數(shù)控)部分、伺服驅(qū)動,、電機(jī)這幾個環(huán)節(jié)哪一個有故障呢?首先考慮到的是零點(diǎn)漂移,，但經(jīng)調(diào)整無效。由于是閉環(huán)的數(shù)控系統(tǒng),，各環(huán)節(jié)互相控制,、互相制約，分析起來比較復(fù)雜,。而西門子850系統(tǒng)可分硬件和軟件兩大部分,，軟件部分有許多用戶可以干預(yù)的參數(shù)，關(guān)于伺服軸的參數(shù)也不少,。因此決定先從修改參數(shù)入手,。經(jīng)幾次調(diào)整參數(shù)，最后將NC機(jī)床參數(shù)2604(W軸多項(xiàng)增益)從25500改至15000后,，抖動立即停止,。為使系統(tǒng)有比較高的快速性和較寬的穩(wěn)定裕量，經(jīng)幾次試驗(yàn)將該參數(shù)定為20000。以后刀鏈一直正常運(yùn)行至今,。
分析：軸抖動原因是元件老化,，系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化，而且伺服系統(tǒng)回路的增益太大,。理論上在閉環(huán)系統(tǒng)里開環(huán)增益過大,，系統(tǒng)的穩(wěn)定裕量就小。由于系統(tǒng)某些原因引起參數(shù)發(fā)生變化或干擾造成系統(tǒng)振蕩或不穩(wěn)定,。在全由硬件組成的系統(tǒng)里可以調(diào)整某一環(huán)節(jié)增益得以校正,；而在現(xiàn)代計算機(jī)控制的加工中心往往可以通過修改某一相關(guān)參數(shù)而收到事半功倍的效果。
2.TC-1000臥式加工中心 其控制系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)同上例一樣,。工作臺的移動為X軸,，由于該機(jī)工況比較惡劣，開始機(jī)床偶爾發(fā)生l130報警(X軸夾緊報警),，以后報警越來越頻繁．并段X軸在移動中發(fā)生顫抖現(xiàn)象(即速度不穩(wěn)),。
該機(jī)各軸指令值，跟隨誤差,、瞬時速度等均可通過屏幕觀察,。經(jīng)仔細(xì)觀察，發(fā)生報警時的工況總是在振動最為惡劣的程序段．而X軸移動中的顫抖則發(fā)生在該軸的任何位置,。但只要在移動時加一反向推力,，顫抖將顯著減小。經(jīng)分析認(rèn)為電氣控制系統(tǒng)存在故障的可能性較小,，重點(diǎn)檢查X軸的機(jī)械傳動部件,，檢查發(fā)現(xiàn)滾珠絲杠螺母副存在較大的軸向間隙。將間隙消除并調(diào)整適當(dāng)?shù)念A(yù)緊力,，故障排除,。
分析：這一故障主要是由機(jī)械軸向振動的長期作用和滾珠絲杠螺母副預(yù)緊力太小，使得滾珠絲杠螺母副軸向產(chǎn)生間隙,，反過來由于存在軸向間隙使得工況惡劣時振動加劇,，工作臺釉向竄動大而引起報警，同時由于滾珠絲杠螺母副存在間隙或預(yù)緊力太小,，移動中必然產(chǎn)生顫動,。
3.TC-1000臥式加工中心 由于Z軸(立柱移動方向)位置環(huán)發(fā)生故障，機(jī)床在移動Z軸時立柱突然以很快的速度向反方向沖去,。位置險測回路修復(fù)后Z軸只能以很慢的速度移動(倍率開關(guān)置20％以下),，稍加快點(diǎn)Z軸就抖動。移動越快抖動越嚴(yán)重,。嚴(yán)重時整個立柱幾乎跳起來,。
更換伺服驅(qū)動裝置和速度環(huán)等器件均無效,，由于驅(qū)動電機(jī)有許多保護(hù)環(huán)節(jié)，所以暫不考慮其有故障,，而懷疑機(jī)械傳動有問題,。通過檢查潤滑、軸承,、導(dǎo)軌,、導(dǎo)向塊等各項(xiàng)均良好，且用手轉(zhuǎn)動滾珠絲征,，立柱移動也輕松的R,，滾珠絲杠螺母與立柱連接良好，滾珠絲杠螺母副也無軸向間隙,，預(yù)緊力適度,，進(jìn)而懷疑滾珠絲杠有問題，換上備件,，故障排除。經(jīng)檢測原該珠絲杠彎曲超過0.15mm/m,。
分析：內(nèi)于撞車時速度很快,。滾珠絲杯承受的軸向力很大，結(jié)果引起滾珠絲杠彎曲,。低速時由于扭矩和軸向力都不大,，所以影響不大，而高速時扭矩和鈾網(wǎng)力都較大,，加劇了滾珠絲杠的彎曲,，使阻力大增，以致使Z軸不穩(wěn)定,，引起抖動,。
二、加工中心主軸不能定向
加工中心有—套刀庫系統(tǒng),，機(jī)床在加工工件時能自動進(jìn)行換刀,，而主軸在從刀庫取刀或?qū)⒌毒哐b入刀庫時必須進(jìn)行定向。如XH755加工中心(配FANUC-CME-83系統(tǒng)),，其它定向是靠一個個磁性感應(yīng)開關(guān)與裝在和主軸帶輪上的感應(yīng)元件接通來實(shí)現(xiàn)的(圖10—8),。當(dāng)計算機(jī)發(fā)出主鈾定問信號后．主軸減速，感應(yīng)元件向磁性感應(yīng)開關(guān)靠近,，到達(dá)正確位量時,，磁性感應(yīng)開關(guān)接通，并向計算機(jī)發(fā)出一信號,，計算機(jī)接到此倍號后,，即發(fā)出一制動信號使主軸伺服電機(jī)停止,，至此主軸定向完成。這臺加工中心在加工工件時由于刀具損壞,，致使主軸堵轉(zhuǎn),，Z鈾超載，控制系統(tǒng)發(fā)出報警信號,，機(jī)床停止,。將損壞的刀具處理好后，重新啟動機(jī)床,，主軸箱內(nèi)發(fā)出異響,，并且有時不能定向。
數(shù)控機(jī)床
經(jīng)查是由于主軸堵轉(zhuǎn)時,，傳動帶不能帶動主軸帶輪旋轉(zhuǎn),，皮帶不運(yùn)動，但電機(jī)帶輪仍在旋轉(zhuǎn),，由此造成旋轉(zhuǎn)的電機(jī)帶輪與靜止的皮帶高速摩擦,，并不斷產(chǎn)生熱量，最后將皮帶燒出了一個凹坑,，噪聲即由此發(fā)出,。如果定向時凹坑剛好在帶輪位置，就會產(chǎn)生一個向下的拉力,，使主軸離開定向位置,，如此反復(fù)超過設(shè)定的定向時間就會產(chǎn)生報警。換上新皮帶后,，噪聲消除,，定間也即正常。
但使用不久又發(fā)生了主軸不能定向的故障,，再次檢查皮帶,，屬正常，后經(jīng)反復(fù)觀察發(fā)現(xiàn)安裝伺服電機(jī)的板發(fā)生變形,，致使安裝在電機(jī)上的帶輪與主軸上的帶輪不在同一平面內(nèi),，皮帶被扭曲產(chǎn)生了一個不穩(wěn)定的拉力致使主軸在定向位置，馬達(dá)制動后仍有一個力向下拉主軸帶輪,，使主軸又離開定向位置,，如此反復(fù)使主軸不能定向，加墊片校正后即恢復(fù)正常,。
三,、加工中心Y向尺寸超差
XH755加工中心使用一段時間后，發(fā)現(xiàn)工件的Y向尺寸超差,，這是由于加工時冷卻油將切屑帶人可轉(zhuǎn)動的工作臺底部,，將工作臺墊高造成,。此時須將工作臺拆下，清除里面的切屑方可消除這一現(xiàn)象,。
四,、油路進(jìn)氣，拉刀桿頂不出
如圖10—9所示,，加工中心主軸上刀具的安裝是將錐柄刀桿插入主軸錐孔中,，錐柄刀桿尾部有一拉釘。裝刀時主軸箱后部的油缸動作,，將主軸錐孔內(nèi)的拉刀桿頂出,，刀桿頭部有一可脹開的孔，此時錐柄刀桿尾部的拉釘插入拉刀桿頭部可脹開的孔中,，油缸退回,，拉刀桿在彈簧力的作用下退回到后部較小的孔中，刀柄由拉刀桿頭部孔中的鋼球卡緊,，至此完成了裝刀過程,。
數(shù)控機(jī)床
卸刀時主軸箱后部的油缸動作，將拉刀桿頂出,，其頭部可脹開部分進(jìn)入大孔處,，此時即可將刀取出。由于在卸刀時油缸必須將拉刀桿頂?shù)揭欢ㄎ恢貌拍軐⒌度〕?，也只有這樣才能觸動行程開關(guān)發(fā)出信號進(jìn)行下一步的動作；在加工中,，發(fā)現(xiàn)刀桿沒有頂出,，不能進(jìn)行下一步的動作。經(jīng)查,，故障是由于油路進(jìn)氣,，致使油缸推力不夠而不能將拉刀桿頂?shù)筋A(yù)定位置，拉塊未觸動行程開關(guān)而造成的,，排除油路中的氣泡,，故障消失。
五,、換刀機(jī)械手不能正常工作
立式加工中心具有一套機(jī)械手換刀裝置,，其換刀過程為：刀庫動作，找出所需更換的刀具,，刀套下,；手臂轉(zhuǎn)動75°，兩個手爪同時抓住主軸和刀套上的刀具,；手臂降,，取出主軸和刀套上的刀具,；手臂轉(zhuǎn)動180°，交換主軸和刀套上的刀具,；手臂上,，將交換后的刀具分別插入刀套和主袖錐扎內(nèi)：手臂返回75°；180°油缸空回程,；刀套上,，進(jìn)入刀庫中，至此完成一個換刀過程,。這套系統(tǒng)中共有4個油缸,，它們是：
1．手臂升降油缸，
2．刀套上下油缸,，
3．75°往返油缸,，
4．180°往返油缸。
每個油缸的進(jìn)退都由行程開關(guān)發(fā)出反饋信號,，計算機(jī)只有接到反饋信號后才能進(jìn)行下一步的動作,。當(dāng)發(fā)現(xiàn)換刀過程在某一步停止動作，可檢查行程開關(guān)是否動作,，如行程開關(guān)未動作,，就要調(diào)整撞塊位置或檢查手臂、刀套與氣缸的連接處是否松動,，如是,，將其調(diào)整好再予以鎖緊，故障即可消除,。
六,、一臺CAK-6150數(shù)控車床在加工中零件軸向尺寸經(jīng)常偏大，而且后面加工的零件總比前面的零件還長出0.7mm-0.8mm
顯然這種誤差不可能是絲杠間隙產(chǎn)生的,。因絲杠間隙誤差一般不會這么大,。當(dāng)機(jī)床空轉(zhuǎn)時，車刀回原點(diǎn)后卻幾乎*產(chǎn)生,，說明脈沖生成正常,，光耦沒有問題。當(dāng)加工時,，降低走刀速度,，零件軸向誤差也隨之減小。而且用手摸絲杠,，有時能感覺到輕微振動,，且能發(fā)現(xiàn)車刀有微小停頓。這樣斷定是步進(jìn)電機(jī)阻尼盤松了,。拆開機(jī)床,，打開電機(jī)后端蓋,，果然發(fā)現(xiàn)阻尼盤有松動跡象，重籃彈簧壓板,，加工零件尺寸恢復(fù)正常,。
七、某廠一臺XK5040A數(shù)控銑床(配日本FANUC-3M系統(tǒng)),，加工的工件尺寸超差
經(jīng)分析除了刀具因素外,，如果編制的程序無錯誤，則主要是機(jī)床工作臺行程的尺寸與程序中設(shè)定的尺寸不一樣所造成,，這是由齒輪間隙和絲杠螺母間隙引起的,。一般來說。數(shù)控機(jī)床在控制系統(tǒng)中均設(shè)有齒輪補(bǔ)償,。此時可用干分表測定間隙,、如數(shù)值較小，可在系統(tǒng)中設(shè)定參數(shù)值直接進(jìn)行補(bǔ)償,，如FANUC—3M系統(tǒng)是53,、54、55號參數(shù)．分別對應(yīng)X,、Y及Z抽．其最大值為255μm,。如果問隙超過此值，就要調(diào)整齒輪或絲杠螺母的間隙,。
1.齒輪間隙調(diào)整 在XK5040A數(shù)控銑床上,，其伺服電機(jī)與該珠絲杠間的傳動齒輪帶有消隙裝置，與滾珠絲杠連接的齒輪是由兩片齒輪組成的,，松開4個螺釘,，將兩片齒輪錯開一個微小的角度，再擰緊螺釘即可消除齒輪間隙,。
2．滾珠絲杠間隙的調(diào)整 該珠絲杠螺母的結(jié)構(gòu)如圖10-10所示，其螺母是由左右兩個螺母裝在一基座內(nèi)組成的,，螺母與基座間有墊片,，增加或減少該墊片的厚度，即可消防間隙,。
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