例361.尺寸存在不規則的偏差的故障維修
故障現象由龍門數控銑削中心加工的零件,在檢驗中發現工件Y軸方向的實際尺寸與件程序編制的理論數據存在不規則的偏差。
分析及處理過程:
(1)故障分析  從數控機床控制角度來判斷,Y軸尺寸偏差是由Y軸位置環偏差造成的。該機床數控系統為SINUMERIK 810M,伺服系統為SIMODRIVE 6">

      技術頻道

      進給伺服系統的常見故障及診斷方法

      例361.尺寸存在不規則的偏差的故障維修
      故障現象由龍門數控銑削中心加工的零件,在檢驗中發現工件Y軸方向的實際尺寸與件程序編制的理論數據存在不規則的偏差。
      分析及處理過程:
      (1)故障分析 從數控機床控制角度來判斷,Y軸尺寸偏差是由Y軸位置環偏差造成的。該機床數控系統為SINUMERIK 810M,伺服系統為SIMODRIVE 61lA驅動裝置,Y軸進給電動機為1FT5交流伺服電動機帶內裝式的ROD320。
      1)檢查Y軸有關位置參數,發現反向間隙、夾緊允差等均在要求范圍內,故可排除由于參數設置不當引起故障的因素。
      2)檢查Y軸進給傳動鏈。圖8-8c所示為該機床Y軸進給傳動圖,從圖8-8c所示可以看出,傳動鏈中任何連接部分存在間隙或松動,均可引起位置偏差,從而造成加工零件尺寸超差。
      (2)故障診斷
      1)如圖8-13a所示,將一個千分表座吸在橫梁上,表頭找正主軸Y運動的負方向,并使表頭壓縮到50μm左右,然后把表頭復位到零。
      2)將機床操作面板上的工作方式開關置于增量方式(1NC)的“×10”檔,軸選擇開關置于Y軸檔,按負方向進給鍵,觀察千分表讀數的變化。理論上應該每按一下,千分表讀數增加10μm。經測量,Y軸正、負方向的增量運動都存在不規則的偏差。
      3)找一粒滾珠置于滾珠絲杠的端部中心,用千分表的表頭頂住滾珠,如圖8-13b所示。將機床操作面板上的工作方式開關置于手動方式(JOG),按正、負方向的進給鍵,主軸箱沿Y軸正、負方向連續運動,觀察千分表讀數無明顯變化,故排除滾珠絲杠軸向竄動的司能。
      4)檢查與Y軸伺服電動機和滾珠絲杠聯接的同步齒形帶輪,發現與伺服電動機轉子軸聯接的帶輪錐套有松動,使得進給傳動與伺服電動機驅動不同步。由于在運行中松動是不規則的,從而造成位置偏差的不規則,最終使零件加工尺寸出現不規則的偏差。 例362~例363.位移過程中產生機械抖動的故障維修
      例362.故障現象:某加工中心運行時,工作臺Y軸方向位移過程中產生明顯的機械抖動故障,故障發生時系統不報警。
      分析及處理過程:因故障發生時系統不報警,同時觀察CRT顯示出來的Y軸位移脈沖數字量的速率均勻(通過觀察X軸與Z軸位移脈沖數字量的變化速率比較后得出),故可排除系統軟件參數與硬件控制電路的故障影響。由于故障發生在Y軸方向,故可以采用交換法判斷故障部位。通過交換伺服控制單元,故障沒有轉移,故故障部位應在Y軸伺服電動機與絲杠傳動鏈一側。為區別電動機故障,可折卸電動機與滾珠絲杠之間的彈性聯軸器,單獨通電檢查電動機。檢查結果表明,電動機運轉時無振動現象,顯然故障部位在機械傳動部分。脫開彈性聯軸器,用扳手轉動滾珠絲杠進行手感檢查。通過手感檢查,感覺到這種抖動故障的存在,且絲杠的全行程范圍均有這種異常現象。折下滾珠絲杠檢查,發現滾珠絲杠軸承損壞。換上新的同型號規格的軸承后,故障排除。
      例363.故障現象:某加工中心運行時,工作臺X軸方向位移過程中產生明顯的機械抖動故障,故障發生時系統不報警。
      分析及處理過程:因故障發生時系統不報警,但故障明顯,故采用上例方法,通過交換法檢查,確定故障部位應在X軸伺服電動機與絲杠傳動鏈一側;為區別電動機故障,可折卸電動機與滾珠絲杠之間的彈性聯軸器,單獨通電檢查電動機。檢查結果表明,電動機運轉時無振動現象,顯然故障部位在機械傳動部分。脫開彈性聯軸器,用扳手轉動滾珠絲杠進行手感檢查。通過手感檢查,感覺到這種抖動故障的存在,且絲杠的全行程范圍均有這種異常現象。折下滾珠絲杠檢查,發現滾珠絲杠螺母在絲杠副上轉動不暢,時有卡死現象,故而引起機械轉動過程中的抖動現象。折下滾珠絲杠螺母,發現螺母內的反相器處有臟物和小鐵屑,因此鋼球流動不暢,時有卡死現象。經過認真清洗和修理,重新裝好,故障排除。
      例364.絲杠竄動引起的故障維修
      故障現象:TH6380臥式加工中心,啟動液壓后,手動運行Y軸時,液壓自動中斷,CRT顯示報警,驅動失效,其他各軸正常。
      分析及處理過程:該故障涉及電氣、機械、液壓等部分。任一環節有問題均可導致驅動失效,故障檢查的順序大致如下:
      伺服驅動裝置→電動機及測量器件→電動機與絲杠聯接部分→液壓平衡裝置→開口螺母和滾珠絲杠→軸承→其他機械部分。
      ①檢查驅動裝置外部接線及內部元器件的狀態良好,電動機與測量系統正常;②拆下Y軸液壓抱閘后情況同前,將電動機與絲杠的同步傳動帶脫離,手搖Y軸絲杠,發現絲杠上下竄動;③拆開滾珠絲杠上軸承座正常;④拆開滾珠絲杠下軸承座后發現軸向推力軸承的緊固螺母松動,導致滾珠絲杠上下竄動。
      由于滾珠絲杠上下竄動,造成伺服電動機轉動帶動絲杠空轉約一圈。在數控系統中,當NC指令發出后,測量系統應有反饋信號,若間隙的距離超過了數控系統所規定的范圍,即電動機空走若干個脈沖后光柵尺無任何反饋信號,則數控系統必報警,導致驅動失效,機床不能運行。擰好緊固螺母,滾珠絲杠不再竄動,則故障排除。
      例365.電動機嚴重發熱的故障維修
      故障現象:機床工作臺工作時發現X軸電動機嚴重發熱,無法正常使用。經測電動機電樞電流工作時約為額定電流的60%,但不工作時其電流也有40%左右。
      分析及處理過程:
      1.故障分析及診斷
      該機床的數控系統是北京機床研究所引進日本FANUC公司技術制造的FANUC BESK7CM系統。
      電氣常識告訴我們:直流電動機電流過大,很可能是機械方面的阻力較大,造成電動機負載轉矩過大而引起的。問題是:為什么工作臺不運動時,電動機里也會流過那么大的電流呢?這是一個機械維修人員提出的問題,根據這一現象他斷定故障源在電氣部分。
      為了解決這個謎,我們在邏輯上提出了一系列問題。首先是,在電動機中有較大電流時,機床工作臺真的沒有絲毫的運動嗎?經用百分表檢驗,證明確實沒有任何位移。其次是,在電動機中有較大電流時,電動機真的也沒有絲毫的轉動嗎?經拆卸電動機罩蓋后立即可以看到工作臺不運動時,電動機軸上的旋轉變壓器傳動齒輪在來回轉動(更確切地說是在來回晃動一個可以用肉眼明顯觀察到的角度),而其他電動機卻不能觀察到這一明顯的晃動。接下來我們就要查明:究竟是NC系統有指令要X軸電動機轉動呢,還是電動機自己在晃動?
      FANUC 7M系統數控裝置可以在CRT顯示裝置上顯示系統的各個參數,當查驗表征伺服電動機狀態的23號參數時,發現各軸23號參數值其個位數字都在迅速閃動變化,即使機床不運動時也如此。由于23號參數是速度指令值,所以就容易得出兩點結論:第一,在我們錯認為“機床不運動,電動機也不運動”時,電動機其實始終沒停止過運動;第二,電動機是在作微量的來回晃動。
      直流電動機伺服系統是一個閉環系統,電動機沒有絕對平衡的狀態(除非切斷電源),電動機總是要朝著消除偏差的方向運動,運動過頭了,它又得返回,直至位置誤差等于零或近似為零為止(7M系統用軟件規定運動定位位置與指令位置之差值必須小于0.01mm)。直流伺服電動機在不斷的運動中達到跟蹤誤差為零的相對平衡狀態,這種特性在參數檢查時就表現為:機床無位移指令時,速度命令值仍不會為零,末位有閃動,但始終在某一個很小的范圍內變化。
      問題就清楚了:縱向工作臺即使不處于運動狀態時,電動機仍在作微量的轉動,但電流如此大,很可能是負載轉矩太大的緣故,這應該仍服從一般直流電動機的規律。問題是,縱向工作臺既然未做切削加工,又無位移量,X軸電動機的負載轉矩從何而來?仔細查閱了機床的機械傳動機構,并分析了NC系統中設定的各個跟X軸運動有關的參數。6號參數引起了我們的注意。在7M系統中,這是個反向間隙補償量。設定值X軸為0.28mm,Y軸為0.22mm,Z軸為0.03mm,回轉臺為0.008mm。從機械傳動機構來分析,X軸是直線軸中最簡單的,電動機通過柔性聯軸器跟滾珠絲杠直接聯接,然后通過滾珠絲杠螺母副使縱向工作臺移動,它不像別的直線軸那樣要經過齒輪副等傳動機構。然而,X軸的反向間隙補償量卻比傳動機構比它復雜得多的Z軸大9倍,比負載轉矩大得多的Y軸還大。
      顯而易見,這個反向間隙設定值是在極不正常的條件下測定后設置的。順便提一筆,7M系統中的6號參數,即反向間隙補償量,應理解為齒輪間隙傳動鏈中其他間隙、絲杠與螺母間隙、工作臺負荷、工作臺所處的位置等各種因素的綜合結果。而有些從事數控機床工作的人員把工作臺負荷、工作臺所處的位置這兩個重要因素跟反向間隙的設定則根本沒聯系起來。設想當在工作臺上壓上一個極重的工件時,要讓工作臺移動0.01mm,電動機將轉過比相對于0.01mm更大的角度;滾珠絲杠也相應地要作更大的扭轉去推動螺母帶動工作臺運動。在這種重負載條件下測定反向間隙,所測得的數值必定會比輕負載時大,這是因為滾珠絲杠在重負載下產生了彈性扭轉變形。這種現象叫失動,而少走的距離就叫做失動量。電動機選型正確,機械調整良好的機床,失動量會小到可以忽略的程度;機械調整不良的機床,即使剛性良好的傳動機構也會發生一定的形變而造成失動。
      根據這一原理,從機械傳動圖上立即分析出,X軸電動機的較大負載轉矩只能來自縱向工作臺導軌上的壓板或者是導軌側面的鑲條(假設軸承是好的)。
      為了避免判斷錯誤使機械上做太大的調整,同時也為了證實上面的設想,做了兩個試驗;一是在上班后,機床只通電源,但不做回零操作,因此,由于沒有建立起絕對坐標,6號參數就不起作用。在這種情況下,通電2~3h,機床不作任何運動,觀察X軸電動機是否發熱。第二個試驗是上班后,機床通電,做回零操作,讓6號參數起作用,但只留下Y、Z和第四軸的反向間隙補償值,而人為地把X軸的值設定為零,仍讓機床通電2~3h,機床不作運動,觀察X軸電動機是否發熱。
      試驗的結果是一樣的:X軸電動機與其他電動機一樣,溫度始終正常。
      經過這兩個試驗,證明調整機械的工作是相當重要了。在調整了縱向工作臺的壓板螺釘和鑲條的緊松之后,X軸電動機的電流立即降低了,解決的辦法竟如此簡單!
      現在我們可以將X軸電動機發熱的原因給予更深入一步的解釋了。數控機床制造廠家在出廠之前進行調試時,機械調試人員為了確保機械運動精度不超差,特別是縱向工作臺在運動到行程極限位置時仍能保持工作臺面和主軸中心線的垂直度,所以他們傾向于將工作臺壓板螺釘旋得緊一點,將鑲條也旋得緊一點。這樣,縱向工作臺在極限位置時不至于下垂太多而超差。但是,這么一來就給下一步的反向間隙測量和設定留下了反常的測量條件,即由于壓板和鑲條的正壓力乘上摩擦因數所得的摩擦力太大,人為地制造了一個多余的阻力矩,所以測得的反向間隙比正常情況下的數值要大。由于這種電動機發熱現象并不報警,所以極易被忽視而讓機床出廠,到了用戶手里就成了百思不得其解的難題。機床一旦通電,做過回零操作后,絕對坐標就建立了,6號參數也就開始有效。這意味著電動機只要開始反轉,它就必定要多轉一個相當于6號參數值的角度作為反向間隙補償。在X軸的傳動環節中,由于壓板和鑲條太緊,又由于X軸滾珠絲杠特別長,彈性扭轉變形更易產生,所以錯誤條件下設定的6號參數間隙值要比X軸的絲杠螺母之間的實際間隙大得多。一般滾珠絲杠副的間隙在經過預加載荷處理后最多只有0.0l~0.02mm,而X軸的6號參數竟有0.28mm,這就意味著:伺服電動機雖未得到運動指令,僅在原位左右作來回晃動,但每一次產生反轉動作都必定會使滾珠絲杠螺紋面跟螺母副的螺紋面強烈地貼合摩擦,由于壓板、鑲條太緊,電動機的電流必定很大。這種情況只需維持2-3h,即使工作臺不運動,大電流產生的熱量足以使電動機發燙。
      2.故障處理方法
      維修時,主要進行了以下兩項工作:
      1)正確設置6號參數。FANUC 7CM系統中的6號參數(反向間隙補償值),既然是傳動鏈間隙、工作臺負荷、工作臺位置等諸因素的綜合結果,所以在設定該參數時,不應該機械地測量正反運動之間的間隙,然后將間隙補償到“零對零”,即將間隙補償到極限值。我們的做法是,除非有加工圓弧變換象限時要保證型面光滑的要求或者是其他精度上的高要求,一般情況下,我們都設置到欠補償的狀態。各軸的6號參數值全部按該原則重新調整。
      2)正確調整各軸壓板、鑲條等部件的緊松。各個軸,除了回轉軸外,均有由于壓板和鑲條等機械零件產生的摩擦力而加到電動機上的負載轉矩。壓板、鑲條緊松調整的依據是什么?我們認為既不能太緊,太緊了造成電動機負荷太大;也不能太松,太松了機床運動精度不能保證,產品質量也受影響。經過長期摸索,我們采用了在鉗工調整壓板、鑲條的緊松同時、由電氣人員在伺服板的檢測端子上測量電動機電流的方法進行機電參數匹配的調整。每個軸在以101號參數(手動快速進給率參數)為標準速度運動時,相應的伺服電動機中流過的電流都應根據電動機的負載轉矩大小定出一個數據,然后依據這一數據調整壓板和鑲條的緊松。這種調整應該成為數控銑床二級保養中的重要項目之一。經過以上處理后,機床故障排除

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