數(shù)控機(jī)床故障維修實(shí)例分析

一、加工中心軸抖動(dòng)故障三例

1．德國(guó)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(dòng)。該軸的驅(qū)動(dòng)與其他各軸一樣采用交流伺服系統(tǒng)，其位置檢測(cè)為角度脈沖發(fā)生器。開始時(shí)抖動(dòng)不很嚴(yán)重，后來越來越厲害并報(bào)警停機(jī)。在抖動(dòng)發(fā)生時(shí)，通過測(cè)量伺服驅(qū)動(dòng)的指令值，發(fā)現(xiàn)該輸入電壓值“+"“-"不斷交化，與抖動(dòng)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(dòng)、電機(jī)這幾個(gè)環(huán)節(jié)哪一個(gè)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(dòng)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(dòng)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(jì)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(tái)的移動(dòng)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(bào)警(X軸夾緊報(bào)警)，以后報(bào)警越來越頻繁．并段X軸在移動(dòng)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(shí)速度等均可通過屏幕觀察。經(jīng)仔細(xì)觀察，發(fā)生報(bào)警時(shí)的工況總是在振動(dòng)最為惡劣的程序段．而X軸移動(dòng)中的顫抖則發(fā)生在該軸的任何位置。但只要在移動(dòng)時(shí)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(dòng)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(dòng)的長(zhǎng)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(shí)振動(dòng)加劇，工作臺(tái)釉向竄動(dòng)大而引起報(bào)警，同時(shí)由于滾珠絲杠螺母副存在間隙或預(yù)緊力太小，移動(dòng)中必然產(chǎn)生顫動(dòng)。

3.TC-1000臥式加工中心  由于Z軸(立柱移動(dòng)方向)位置環(huán)發(fā)生故障，機(jī)床在移動(dòng)Z軸時(shí)立柱突然以很快的速度向反方向沖去。位置險(xiǎn)測(cè)回路修復(fù)后Z軸只能以很慢的速度移動(dòng)(倍率開關(guān)置20％以下)，稍加快點(diǎn)Z軸就抖動(dòng)。移動(dòng)越快抖動(dòng)越嚴(yán)重。嚴(yán)重時(shí)整個(gè)立柱幾乎跳起來。

更換伺服驅(qū)動(dòng)裝置和速度環(huán)等器件均無效，由于驅(qū)動(dòng)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(dòng)有問題。通過檢查潤(rùn)滑、軸承、導(dǎo)軌、導(dǎo)向塊等各項(xiàng)均良好，且用手轉(zhuǎn)動(dòng)滾珠絲征，立柱移動(dòng)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(cè)原該珠絲杠彎曲超過0.15mm/m。

分析：內(nèi)于撞車時(shí)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(shí)由于扭矩和軸向力都不大，所以影響不大，而高速時(shí)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(dòng)。

二、加工中心主軸不能定向

加工中心有—套刀庫(kù)系統(tǒng)，機(jī)床在加工工件時(shí)能自動(dòng)進(jìn)行換刀，而主軸在從刀庫(kù)取刀或?qū)⒌毒哐b入刀庫(kù)時(shí)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(gè)個(gè)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(jì)算機(jī)發(fā)出主鈾定問信號(hào)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(shí)，磁性感應(yīng)開關(guān)接通，并向計(jì)算機(jī)發(fā)出一信號(hào)，計(jì)算機(jī)接到此倍號(hào)后，即發(fā)出一制動(dòng)信號(hào)使主軸伺服電機(jī)停止，至此主軸定向完成。這臺(tái)加工中心在加工工件時(shí)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(bào)警信號(hào)，機(jī)床停止。將損壞的刀具處理好后，重新啟動(dòng)機(jī)床，主軸箱內(nèi)發(fā)出異響，并且有時(shí)不能定向。

數(shù)控機(jī)床

經(jīng)查是由于主軸堵轉(zhuǎn)時(shí)，傳動(dòng)帶不能帶動(dòng)主軸帶輪旋轉(zhuǎn)，皮帶不運(yùn)動(dòng)，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(gè)凹坑，噪聲即由此發(fā)出。如果定向時(shí)凹坑剛好在帶輪位置，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)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(shí)間就會(huì)產(chǎn)生報(bào)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(gè)不穩(wěn)定的拉力致使主軸在定向位置，馬達(dá)制動(dòng)后仍有一個(gè)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(shí)間后，發(fā)現(xiàn)工件的Y向尺寸超差，這是由于加工時(shí)冷卻油將切屑帶人可轉(zhuǎn)動(dòng)的工作臺(tái)底部，將工作臺(tái)墊高造成。此時(shí)須將工作臺(tái)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(shí)主軸箱后部的油缸動(dòng)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(shí)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(shí)主軸箱后部的油缸動(dòng)作，將拉刀桿頂出，其頭部可脹開部分進(jìn)入大孔處，此時(shí)即可將刀取出。由于在卸刀時(shí)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(dòng)行程開關(guān)發(fā)出信號(hào)進(jìn)行下一步的動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(kù)動(dòng)作，找出所需更換的刀具，刀套下；手臂轉(zhuǎn)動(dòng)75°，兩個(gè)手爪同時(shí)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(dòng)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(kù)中，至此完成一個(gè)換刀過程。這套系統(tǒng)中共有4個(gè)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(gè)油缸的進(jìn)退都由行程開關(guān)發(fā)出反饋信號(hào)，計(jì)算機(jī)只有接到反饋信號(hào)后才能進(jìn)行下一步的動(dòng)作。當(dāng)發(fā)現(xiàn)換刀過程在某一步停止動(dòng)作，可檢查行程開關(guān)是否動(dòng)作，如行程開關(guān)未動(dòng)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(dòng)，如是，將其調(diào)整好再予以鎖緊，故障即可消除。

六、一臺(tái)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(zhǎng)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(huì)這么大。當(dāng)機(jī)床空轉(zhuǎn)時(shí)，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(shí)，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(shí)能感覺到輕微振動(dòng)，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(dòng)跡象，重籃彈簧壓板，加工零件尺寸恢復(fù)正常。

七、某廠一臺(tái)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(cuò)誤，則主要是機(jī)床工作臺(tái)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(shí)可用干分表測(cè)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(hào)參數(shù)．分別對(duì)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(dòng)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(gè)螺釘，將兩片齒輪錯(cuò)開一個(gè)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(gè)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。