8.2.6 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的常見故障及診斷方法
8.2.6 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的常見故障及診斷方法 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的常見故障有以下幾種： 1．超程 當(dāng)進(jìn)給運動超過由軟件設(shè)定的軟限位或由限位開關(guān)設(shè)定的硬限位時，就會發(fā)生超程報警，一般會在CRT上顯示報警內(nèi)容，根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)說明書，即可排除故障，解除報警。 2．過載 當(dāng)進(jìn)給運動的負(fù)載過大，頻繁正、反向運動以及傳動鏈潤滑狀態(tài)不良時，均會引起過載報警。一般會在CRT上顯示伺服電動機(jī)過載、過熱或過流等報警信息。同時，在強電柜中的進(jìn)給驅(qū)動單元上、指示燈或數(shù)碼管會提示驅(qū)動單元過載、過電流等信息。 3．竄動 在進(jìn)給時出現(xiàn)竄動現(xiàn)象：①測速信號不穩(wěn)定，如測速裝置故障、測速反饋信號干擾等；②速度控制信號不穩(wěn)定或受到干擾；③接線端子接觸不良，如螺釘松動等。當(dāng)竄動發(fā)生在由正方向運動與反向運動的換向瞬間時，一般是由于進(jìn)給傳動鏈的反向間隙或伺服系統(tǒng)增益過大所致。 4．爬行 發(fā)生在起動加速段或低速進(jìn)給時，一般是由于進(jìn)給傳動鏈的潤滑狀態(tài)不良、伺服系統(tǒng)增益低及外加負(fù)載過大等因素所致。尤其要注意的是：伺服電動機(jī)和滾珠絲杠聯(lián)接用的聯(lián)軸器，由于聯(lián)接松動或聯(lián)軸器本身的缺陷，如裂紋等，造成滾珠絲杠轉(zhuǎn)動與伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)動不同步，從而使進(jìn)給運動忽快忽慢，產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。 5．機(jī)床出現(xiàn)振動 機(jī)床以高速運行時，可能產(chǎn)生振動，這時就會出現(xiàn)過流報警。機(jī)床振動問題一般屬于速度問題，所以就應(yīng)去查找速度環(huán)；而機(jī)床速度的整個調(diào)節(jié)過程是由速度調(diào)節(jié)器來完成的，即凡是與速度有關(guān)的問題，應(yīng)該去查找速度調(diào)節(jié)器，因此振動問題應(yīng)查找速度調(diào)節(jié)器。主要從給定信號、反饋信號及速度調(diào)節(jié)器本身這三方面去查找故障。 6．伺服電動機(jī)不轉(zhuǎn) 數(shù)控系統(tǒng)至進(jìn)給驅(qū)動單元除了速度控制信號外，還有使能控制信號，一般為DC+24V繼電器線圈電壓。伺服電動機(jī)不轉(zhuǎn)，常用診斷方法有：①檢查數(shù)控系統(tǒng)是否有速度控制信號輸出；②檢查使能信號是否接通。通過CRT觀察I/O狀態(tài)，分析機(jī)床PLC梯形圖(或流程圖)，以確定進(jìn)給軸的起動條件，如潤滑、冷卻等是否滿足；③對帶電磁制動的伺服電動機(jī)，應(yīng)檢查電磁制動是否釋放；④進(jìn)給驅(qū)動單元故障；⑤伺服電動機(jī)故障。 7．位置誤差 當(dāng)伺服軸運動超過位置允差范圍時，數(shù)控系統(tǒng)就會產(chǎn)生位置誤差過大的報警，包括跟隨誤差、輪廓誤差和定位誤差等。主要原因有：①系統(tǒng)設(shè)定的允差范圍??；②伺服系統(tǒng)增益設(shè)置不當(dāng)；③位置檢測裝置有污染；④進(jìn)給傳動鏈累積誤差過大；⑤主軸箱垂直運動時平衡裝置(如平衡液壓缸等)不穩(wěn)。 8．漂移 當(dāng)指令值為零時，坐標(biāo)軸仍移動，從而造成位置誤差。通過誤差補償和驅(qū)動單元的零速調(diào)整來消除。 9．機(jī)械傳動部件的間隙與松動 在數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動鏈中，常常由于傳動元件的鍵槽與鍵之間的間隙使傳動受到破壞，因此，除了在設(shè)計時慎重選擇鍵聯(lián)結(jié)機(jī)構(gòu)之外，對加工和裝配必須進(jìn)行嚴(yán)查。在裝配滾珠絲杠時應(yīng)當(dāng)檢查軸承的預(yù)緊情況，以防止?jié)L珠絲杠的軸向竄動，因為游隙也是產(chǎn)生明顯傳動間隙的另一個原因。 8.2.7 滾珠絲杠副的常見故障及排除方法 表8-2 滾珠絲杠副的常見故障及排除方法
8.2.8 進(jìn)行系統(tǒng)故障維修8例 例358．頻繁出現(xiàn)113、111、112、114號報警的故障維修 故障現(xiàn)象：1984年從德國進(jìn)口的臥式加工中心，設(shè)備長期運行都比較正常。直到1990年5月，機(jī)床因頻繁出現(xiàn)113號NC報警，間或出現(xiàn)111、112、114號報警而使機(jī)床停機(jī)。 分析及處理過程： 1．故障分析 從上述報警號可以斷定，故障發(fā)生在Y軸，進(jìn)而從機(jī)床操作手冊中找出這幾個報警號的解釋：113是輪廓誤差監(jiān)視，111是靜態(tài)誤差監(jiān)視，112是給定速度太高，114是監(jiān)視測量系統(tǒng)硬件。上述報警出現(xiàn)，表示機(jī)床發(fā)生下列故障：113號報警的出現(xiàn)，提示正在運動軸的實際位置超出了TEN 346機(jī)床參數(shù)規(guī)定的公差帶；111號報警，提示坐標(biāo)軸定位時的實際位置與給定位置之差，超過TEl01規(guī)定的準(zhǔn)停極限：112或114報警，是由于要消除誤差，調(diào)整NC運動速度而引起。 Y軸是一個閉環(huán)位置控制系統(tǒng)，與其他軸的不同之處是：為抵消主軸箱的重量，Y軸增加了一套液壓平衡系統(tǒng)；且Y軸的伺服電動機(jī)具有斷電制動功能。 Y軸控制系統(tǒng)大致可分為：NC系統(tǒng)(SINUMERIK8系統(tǒng))、光柵位置檢測系統(tǒng)(HEIDE—NHAIN公司的LSl07光柵)、速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)(1NDRAMAT伺服系統(tǒng))和機(jī)械(包括液壓)系統(tǒng)4部分。這4部分中哪個系統(tǒng)出現(xiàn)故障，都會影響到機(jī)床運動誤差，從而導(dǎo)致機(jī)床報警。 我們檢修機(jī)床是按逐一否定法進(jìn)行的。具體做法是，把各種故障因素中懷疑******的，先作為故障環(huán)節(jié)對待，其他部位則暫定完好無故障。對有懷疑的環(huán)節(jié)先進(jìn)行全面檢查，直至排除所有故障疑點后，將此定為無故障環(huán)節(jié)，再尋求下一個故障環(huán)節(jié)，直至排除。以此類推，直到機(jī)床全部運行完好。 在Y軸閉環(huán)位置控制的4大系統(tǒng)中，由于NC系統(tǒng)檢修比較復(fù)雜，更換組件時又會造成RAM存儲器中的數(shù)據(jù)丟失，因此必須做好重新輸入數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備，否則很難恢復(fù)機(jī)床的原有功能。通常這部分留待最后解決。速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)出現(xiàn)故障引起報警，常常是由于驅(qū)動電動機(jī)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定造成的。這部分檢修最簡單的辦法是更換速度調(diào)節(jié)器和伺服電動機(jī)。如果沒有備件，可用X軸的調(diào)節(jié)器和電動機(jī)替換(因X軸是正常的)。換用時要注意調(diào)節(jié)器調(diào)零。用X軸的調(diào)節(jié)器和電動機(jī)時，要把Y軸調(diào)節(jié)器的編程板換到X軸調(diào)節(jié)器上；由于X軸電動機(jī)無制動裝置，更換電動機(jī)時要把主軸箱支撐好，開機(jī)后再去掉支撐。經(jīng)交換檢查電器系統(tǒng)和光柵位置檢測系統(tǒng)正常。問題可能在機(jī)械(包括液壓)系統(tǒng)方面。 這部分涉及的零件較多，能直接影響運動誤差的有液壓平衡系統(tǒng)、絲杠螺母間隙、絲杠預(yù)拉伸力、主軸箱與導(dǎo)軌的縱、橫向間隙等。這方面的檢修我們采取先易后難的原則進(jìn)行。 2．故障診斷及處理 (1)拆卸平衡液壓缸，清洗調(diào)整液壓閥 Y軸主軸箱的液壓平衡系統(tǒng)如圖8-12所示。液壓平衡力的大小及其變化，直接影響著驅(qū)動電動機(jī)的工作電流及運動誤差。檢查平衡力是否合適，最有效的辦法是檢查驅(qū)動電動機(jī)的電流。平衡良好時，機(jī)床主軸箱上升和下降時的電動機(jī)電流值相差不大。當(dāng)機(jī)床用100％快速上升時，電動機(jī)電流達(dá)4.6A左右，以同樣速度下降時平衡液壓缸的第二級液壓缸工作，電動機(jī)電流就由5A突然上升到8～9A。拆下電動機(jī)，用轉(zhuǎn)矩扳手轉(zhuǎn)動絲杠，當(dāng)轉(zhuǎn)矩值在正常范圍，且上升時的轉(zhuǎn)矩略大于下降時的轉(zhuǎn)矩，則說明下降時電動機(jī)電流增大的原因，是由于小液壓缸工作時回油不暢造成的。進(jìn)一步分析，回油不暢與調(diào)壓閥、溢流閥和液壓缸有關(guān)。在沒有平衡液壓缸具體結(jié)構(gòu)圖的情況下，為了進(jìn)一步核算平衡力和完善資料，我們對液壓缸進(jìn)行了拆卸測繪。與此同時，為排除油路堵塞的可能性，對調(diào)壓閥和溢流閥進(jìn)行了清洗，對壓力進(jìn)行了重新調(diào)整。 1)檢查蓄能器充氮壓力。蓄能器的壓力直接影響快速運動時液壓缸的壓力穩(wěn)定。檢修前，應(yīng)先檢查蓄能器的壓力是否符合圖樣要求，經(jīng)檢查現(xiàn)有壓力只有2.8MPa，遠(yuǎn)低于5MPa的規(guī)定。于是重新將蓄能器充到5MPa，開車試機(jī)，運動狀況沒有改善。 2)拆卸液壓缸，清洗調(diào)整液壓閥。拆卸平衡液壓缸之前，為防止電動機(jī)制動力不夠而使主軸箱下滑，主軸箱下面墊一防落支撐。平衡液壓缸是一伸縮式液壓缸，共兩級。第一級液壓缸直徑為ø105mm~ø90mm，第二級液壓缸直徑為ø65mm-ø36mm，兩液壓缸的有效工作面積均為23cm2，如按規(guī)定的調(diào)整壓力5.5MPa計算，平衡力為12400N。裝好清洗后的液壓缸、調(diào)壓閥和溢流閥，啟動液壓泵，把壓力調(diào)到5.5MPa。用轉(zhuǎn)矩扳手轉(zhuǎn)動絲杠，測得主軸箱上升時轉(zhuǎn)矩略大。故將壓力調(diào)到5.7MPa以增加平衡力。這時液壓缸的回油壓力為5.9MPa，裝上電動機(jī)試車后，測得電動機(jī)上升時的電流為4.5A，下降時為6~8A，兩者的差值仍較大。由圖8-12可知，快速下降時溢流閥參與了增加回油速度的工作，所以壓力不宜調(diào)得太高，只要調(diào)到稍高于5.9MPa即可。我們用100％快速運動時，壓力調(diào)到6MPa測量電動機(jī)上升時的電流為4.5A，下降時為6A。因兩者相差較小，調(diào)至此壓力是合適的。 (2)拆裝Y軸滾珠絲杠 圖8-8c為Y軸滾珠絲杠結(jié)構(gòu)圖。滾珠絲杠與螺母間的間隙、絲杠預(yù)拉力的大小都直接影響著運動誤差，所以決定： ①調(diào)整滾珠絲杠與螺母達(dá)到一定的預(yù)緊力。 ②調(diào)整由于左、右端向心－推力組合軸承的磨損，使絲杠預(yù)拉力為3000N，使絲杠伸長0.02mm，從而減小產(chǎn)生的軸向間隙。 1)拆卸步驟：①測出滾珠絲杠空載轉(zhuǎn)矩。先起動液壓系統(tǒng)，使平衡液壓缸工作，拆下Y軸伺服電動機(jī)。用扭力扳手旋轉(zhuǎn)絲杠，沿主軸箱上、中、下不同位置測量 (每隔200mm測一次，共測6點)，記下主軸箱在每個位置的上升、下降的轉(zhuǎn)矩，以供重裝時參考。②關(guān)閉液壓系統(tǒng)，為防止主軸箱下滑，支撐Y軸滑座。③拆掉上護(hù)板與主軸箱聯(lián)接螺釘，將護(hù)板推到上端，用繩拴牢。④拆下下護(hù)板。由于這臺機(jī)床屬加長導(dǎo)軌，Y軸滑座的行程為1250mm，護(hù)板不能從下端拆下，為松開絲杠下端軸承螺母，須將下護(hù)板的下端蓋鋸下來(為便于維修，可改為拆裝的結(jié)構(gòu))，將下護(hù)板向上推至主軸箱，并用繩子拴牢。⑤用自制專用扳手松開上、下絲杠軸承螺母(先松防松螺母)。⑥旋轉(zhuǎn)絲杠頂出上、下向心－推力組合軸承，檢查其磨損情況。⑦拆除絲杠螺母法蘭的固定螺栓，從上方旋出螺母(滾珠螺母為內(nèi)循環(huán)雙螺母，上下共8排176只滾珠)。⑧為便于檢查絲杠與螺母的磨損情況及調(diào)整其間隙，需將上、下軸承座拆除，取出絲杠副。⑨調(diào)整絲杠與螺母的間隙(預(yù)緊力)。為了使絲杠與螺母在******軸向載荷時不致產(chǎn)生過大的間隙，應(yīng)對絲杠和螺母施加一定的預(yù)緊力。預(yù)緊力的大小，一般應(yīng)等于或稍小于******載荷的1/3。測量預(yù)緊力則是靠測量預(yù)緊后增加的摩擦力矩大小來換算，如：預(yù)緊力為3000N時，經(jīng)換算，最后的附加摩擦力矩為0.43N•m。亦就是說，如果螺母的力矩是0.43N•m，預(yù)緊力即約為3000N。預(yù)緊力可通過上、下螺母端面間的墊片來調(diào)整。 2)裝配注意事項：①裝配順序基本上是拆卸順序的顛倒。②旋上固定絲杠螺母法蘭的固定螺栓，逐步將螺栓旋緊，最終旋緊要求的力矩為49N.m；為便于以后調(diào)整立柱導(dǎo)軌與主軸箱的間隙，暫不裝上、下護(hù)板。③絲杠上軸承螺母(M40x1.5mm)的預(yù)緊力矩為1.5N.m。經(jīng)計算預(yù)緊力約為3000~4000N，按軸預(yù)緊力不小于絲杠******軸向載荷的1/3計算，絲杠******軸向載荷約為10000N。④旋緊絲杠下軸承螺母之前，先將主軸箱搖到絲杠最上端位置，起動液壓平衡液壓缸工作，去掉主軸箱的防落支撐；為避免影響下螺母拉伸絲杠的固緊力，要將下軸承上端的螺母松幾牙螺紋。⑤將千分表座吸在靠近下軸承座端面的絲杠上，表頭觸及下軸承座端面，用專用扳手和彈簧秤旋緊下端螺母，同時觀看千分表讀數(shù)達(dá)到絲杠伸長0.02mm時為止。該螺母旋緊、松開要反復(fù)幾次，以便使0.02mm值準(zhǔn)確無誤。經(jīng)計算，此時絲杠的預(yù)拉伸力約為3500~3950N，比要求的3000N略大些。這是因為：a)主軸箱與立柱間有摩擦力的作用，b)有碟形彈簧起作用。轉(zhuǎn)動螺母使絲杠拉伸的同時，碟形彈簧也被壓縮。所以，旋下端軸承螺母的角度與碟形彈簧的強力有直接關(guān)系。在無碟形彈簧處于剛性聯(lián)接的情況下，確保絲杠伸長0.02mm就夠了，否則很難補償由于軸承磨損而引起的預(yù)拉伸力的降低。最后旋緊下軸承的上端螺母。⑥滾珠絲杠預(yù)緊前的空載轉(zhuǎn)矩應(yīng)在10~15N•m以下，當(dāng)施加3000N預(yù)緊力時，預(yù)緊后的附加摩擦力矩為0.43N•m。⑦檢查電動機(jī)與絲杠聯(lián)軸器的鍵槽和爪槽，其配合不得松動。⑧拆裝時注意保護(hù)軸承座內(nèi)的擋油圈，不得撕裂。 (3)調(diào)整主軸箱與Y軸立柱導(dǎo)軌鑲條和夾緊滾輪 如主軸箱與立柱之間有間隙，在主軸箱移動時，會造成移動速度的瞬時變化，過大就導(dǎo)致報警。為此在主軸箱上X軸方向置放水平儀，上、下移動主軸箱，水平儀在上、下不同位置上的讀數(shù)差為0.054/1000mm，發(fā)現(xiàn)此值過大；在Z軸方向置放水平儀，上、下移動主軸箱，水平儀在不同位置(每隔200mm測一次，共測6點)的讀數(shù)差為0.07/1000mm，上升、下降各測一次，取其平均值，發(fā)現(xiàn)此值也較大。由于X、Z軸兩個方向測得的主軸箱上、下移動的差值均較大，說明主軸箱與立柱結(jié)合面存有間隙，導(dǎo)致立柱導(dǎo)軌的直線性變差，因而造成運動速度瞬間變化出現(xiàn)報警。 1)調(diào)整主軸箱在Y軸立柱上沿X軸方向的間隙。在Y軸立柱右導(dǎo)軌的左右兩側(cè)，裝有4套循環(huán)式直線運動滾動塊(德國INA公司產(chǎn)的RUS 26126，Cr3；厚26mm，寬42mm)，右側(cè)上、下兩套滾動塊由鑲條用M8×1.25mm×70mm的螺釘拉緊，借此調(diào)整間隙：左側(cè)兩套滾動則不能調(diào)整。圖樣要求調(diào)整螺釘用60~80N•m轉(zhuǎn)矩旋緊(該值遠(yuǎn)大于我國旋緊M8螺紋28N．m的規(guī)定)。經(jīng)計算，當(dāng)用60N•m旋緊M8螺母時，M8螺釘所受的拉力為25000N，從而使每套滾動塊承受的壓力為7000N。為避免螺釘被拉斷，我們用54N•m扳手旋了2轉(zhuǎn)，便出現(xiàn)了令人滿意的效果。此時平衡液壓缸工作，旋轉(zhuǎn)絲杠上、下移動主軸箱，Y軸全長上的轉(zhuǎn)矩在8~11N•m之間，比調(diào)緊鑲條前(10~15N•m)小，水平儀讀數(shù)差也由原來的0.054/1000mm降至0.032~0.04/1000mm，測得Y軸中心在X軸方向偏移為0.08mm。 2)調(diào)整主軸箱在Y軸立柱導(dǎo)軌Z軸方向的壓緊滾輪。Y軸立柱導(dǎo)軌Z軸方向共有8只壓緊滾輪，左右導(dǎo)軌各4只，其相對導(dǎo)軌正面的是不可調(diào)整的直線運動滾動塊(RUS26126)，8只滾輪實際上是8只圓偏心夾緊機(jī)構(gòu)(偏心距為1.3mm)。滾輪為INA公司產(chǎn)NUTR30，為圓弧角，允許滾輪中心線與Y軸立柱導(dǎo)軌面有一不大的偏斜。該壓緊機(jī)構(gòu)在任何位置上夾緊后均能自鎖。滾輪的壓緊轉(zhuǎn)矩規(guī)定為10N•m，經(jīng)計算每個滾輪的壓緊力約為2500N左右，8只滾輪的壓緊力共約20000N，與立柱側(cè)面(Z軸方向)的鑲條相比，壓緊力小得多。我們按圖紙規(guī)定用10N•m的轉(zhuǎn)矩壓緊偏心滾輪，測得絲杠空載轉(zhuǎn)矩在14N•m以下。將主軸箱搖到立柱最上端，將絲杠螺母法蘭上的固定螺釘用49N•m轉(zhuǎn)矩旋緊。最后裝好上、下護(hù)板。 經(jīng)過上述的檢查、調(diào)整、試車后，故障消除。這說明報警主要是由于機(jī)械部分間隙造成的。由于間隙使坐標(biāo)軸在運動時的速度不再是恒速，而是在恒速上附加了一個間隙值，并通過實際位置檢測系統(tǒng)放大了這個值，該值又使速度調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)的輸入電壓發(fā)生變化，當(dāng)這種循環(huán)超過一定誤差范圍時，就會導(dǎo)致上述各種報警。 例359．位置偏差過大的故障維修 故障現(xiàn)象：某臥式加工中心出現(xiàn)ALM421報警，即Y軸移動中的位置偏差量大于設(shè)定值而報警。 分析及處理過程：該加工中心使用FANUC 0M數(shù)控系統(tǒng)，采用閉環(huán)控制。伺服電動機(jī)和滾珠絲杠通過聯(lián)軸器直接聯(lián)接。根據(jù)該機(jī)床控制原理及機(jī)床傳動聯(lián)接方式，初步判斷出現(xiàn)ALM421報警的原因是Y軸聯(lián)軸器不良。 對Y軸傳動系統(tǒng)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸器中的脹緊套與絲杠聯(lián)接松動，緊定Y軸傳動系統(tǒng)中所有的緊定螺釘后，故障消除。 例360．加工尺寸不穩(wěn)定的故障維修 故障現(xiàn)象：某加工中心運行九個月后，發(fā)生Z軸方向加工尺寸不穩(wěn)定，尺寸超差且無規(guī)律，CRT及伺服放大器無任何報警顯示。 分析及處理過程：該加工中心采用三菱M3系統(tǒng)，交流伺服電動機(jī)與滾珠絲杠通過聯(lián)軸器直接聯(lián)接。根據(jù)故障現(xiàn)象分析故障原因可能是聯(lián)軸器聯(lián)接螺釘松動，導(dǎo)致聯(lián)軸器與滾珠絲杠或伺服電動機(jī)間產(chǎn)生滑動。 對Z軸聯(lián)軸器聯(lián)接進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸器的6只緊定螺釘都出現(xiàn)松動。緊固螺釘后，故障排除。 例361．尺寸存在不規(guī)則的偏差的故障維修 故障現(xiàn)象 由龍門數(shù)控銑削中心加工的零件，在檢驗中發(fā)現(xiàn)工件Y軸方向的實際尺寸與件程序編制的理論數(shù)據(jù)存在不規(guī)則的偏差。 分析及處理過程： (1)故障分析 從數(shù)控機(jī)床控制角度來判斷，Y軸尺寸偏差是由Y軸位置環(huán)偏差造成的。該機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)為SINUMERIK 810M，伺服系統(tǒng)為SIMODRIVE 61lA驅(qū)動裝置，Y軸進(jìn)給電動機(jī)為1FT5交流伺服電動機(jī)帶內(nèi)裝式的ROD320。 1)檢查Y軸有關(guān)位置參數(shù)，發(fā)現(xiàn)反向間隙、夾緊允差等均在要求范圍內(nèi)，故可排除由于參數(shù)設(shè)置不當(dāng)引起故障的因素。 2)檢查Y軸進(jìn)給傳動鏈。圖8-8c所示為該機(jī)床Y軸進(jìn)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(fù)方向，并使表頭壓縮到50μm左右，然后把表頭復(fù)位到零。 2)將機(jī)床操作面板上的工作方式開關(guān)置于增量方式(1NC)的“×10”檔，軸選擇開關(guān)置于Y軸檔，按負(fù)方向進(jìn)給鍵，觀察千分表讀數(shù)的變化。理論上應(yīng)該每按一下，千分表讀數(shù)增加10μm。經(jīng)測量，Y軸正、負(fù)方向的增量運動都存在不規(guī)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(jī)床操作面板上的工作方式開關(guān)置于手動方式(JOG)，按正、負(fù)方向的進(jìn)給鍵，主軸箱沿Y軸正、負(fù)方向連續(xù)運動，觀察千分表讀數(shù)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(jī)和滾珠絲杠聯(lián)接的同步齒形帶輪，發(fā)現(xiàn)與伺服電動機(jī)轉(zhuǎn)子軸聯(lián)接的帶輪錐套有松動，使得進(jìn)給傳動與伺服電動機(jī)驅(qū)動不同步。由于在運行中松動是不規(guī)則的，從而造成位置偏差的不規(guī)則，最終使零件加工尺寸出現(xiàn)不規(guī)則的偏差。 例362~例363．位移過程中產(chǎn)生機(jī)械抖動的故障維修 例362．故障現(xiàn)象：某加工中心運行時，工作臺Y軸方向位移過程中產(chǎn)生明顯的機(jī)械抖動故障，故障發(fā)生時系統(tǒng)不報警。 分析及處理過程：因故障發(fā)生時系統(tǒng)不報警，同時觀察CRT顯示出來的Y軸位移脈沖數(shù)字量的速率均勻(通過觀察X軸與Z軸位移脈沖數(shù)字量的變化速率比較后得出)，故可排除系統(tǒng)軟件參數(shù)與硬件控制電路的故障影響。由于故障發(fā)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(zhuǎn)移，故故障部位應(yīng)在Y軸伺服電動機(jī)與絲杠傳動鏈一側(cè)。為區(qū)別電動機(jī)故障，可折卸電動機(jī)與滾珠絲杠之間的彈性聯(lián)軸器，單獨通電檢查電動機(jī)。檢查結(jié)果表明，電動機(jī)運轉(zhuǎn)時無振動現(xiàn)象，顯然故障部位在機(jī)械傳動部分。脫開彈性聯(lián)軸器，用扳手轉(zhuǎn)動滾珠絲杠進(jìn)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(xiàn)象。折下滾珠絲杠檢查，發(fā)現(xiàn)滾珠絲杠軸承損壞。換上新的同型號規(guī)格的軸承后，故障排除。 例363．故障現(xiàn)象：某加工中心運行時，工作臺X軸方向位移過程中產(chǎn)生明顯的機(jī)械抖動故障，故障發(fā)生時系統(tǒng)不報警。 分析及處理過程：因故障發(fā)生時系統(tǒng)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(yīng)在X軸伺服電動機(jī)與絲杠傳動鏈一側(cè)；為區(qū)別電動機(jī)故障，可折卸電動機(jī)與滾珠絲杠之間的彈性聯(lián)軸器，單獨通電檢查電動機(jī)。檢查結(jié)果表明，電動機(jī)運轉(zhuǎn)時無振動現(xiàn)象，顯然故障部位在機(jī)械傳動部分。脫開彈性聯(lián)軸器，用扳手轉(zhuǎn)動滾珠絲杠進(jìn)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?，F(xiàn)象。折下滾珠絲杠檢查，發(fā)現(xiàn)滾珠絲杠螺母在絲杠副上轉(zhuǎn)動不暢，時有卡死現(xiàn)象，故而引起機(jī)械轉(zhuǎn)動過程中的抖動現(xiàn)象。折下滾珠絲杠螺母，發(fā)現(xiàn)螺母內(nèi)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(xiàn)象。經(jīng)過認(rèn)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(xiàn)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(qū)動失效，其他各軸正常。 分析及處理過程：該故障涉及電氣、機(jī)械、液壓等部分。任一環(huán)節(jié)有問題均可導(dǎo)致驅(qū)動失效，故障檢查的順序大致如下： 伺服驅(qū)動裝置→電動機(jī)及測量器件→電動機(jī)與絲杠聯(lián)接部分→液壓平衡裝置→開口螺母和滾珠絲杠→軸承→其他機(jī)械部分。 ①檢查驅(qū)動裝置外部接線及內(nèi)部元器件的狀態(tài)良好，電動機(jī)與測量系統(tǒng)正常；②拆下Y軸液壓抱閘后情況同前，將電動機(jī)與絲杠的同步傳動帶脫離，手搖Y軸絲杠，發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)軸向推力軸承的緊固螺母松動，導(dǎo)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(jī)轉(zhuǎn)動帶動絲杠空轉(zhuǎn)約一圈。在數(shù)控系統(tǒng)中，當(dāng)NC指令發(fā)出后，測量系統(tǒng)應(yīng)有反饋信號，若間隙的距離超過了數(shù)控系統(tǒng)所規(guī)定的范圍，即電動機(jī)空走若干個脈沖后光柵尺無任何反饋信號，則數(shù)控系統(tǒng)必報警，導(dǎo)致驅(qū)動失效，機(jī)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(jī)嚴(yán)重發(fā)熱的故障維修 故障現(xiàn)象：機(jī)床工作臺工作時發(fā)現(xiàn)X軸電動機(jī)嚴(yán)重發(fā)熱，無法正常使用。經(jīng)測電動機(jī)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(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)是北京機(jī)床研究所引進(jìn)日本FANUC公司技術(shù)制造的FANUC BESK7CM系統(tǒng)。 電氣常識告訴我們：直流電動機(jī)電流過大，很可能是機(jī)械方面的阻力較大，造成電動機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩過大而引起的。問題是：為什么工作臺不運動時，電動機(jī)里也會流過那么大的電流呢?這是一個機(jī)械維修人員提出的問題，根據(jù)這一現(xiàn)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(jī)中有較大電流時，機(jī)床工作臺真的沒有絲毫的運動嗎?經(jīng)用百分表檢驗，證明確實沒有任何位移。其次是，在電動機(jī)中有較大電流時，電動機(jī)真的也沒有絲毫的轉(zhuǎn)動嗎?經(jīng)拆卸電動機(jī)罩蓋后立即可以看到工作臺不運動時，電動機(jī)軸上的旋轉(zhuǎn)變壓器傳動齒輪在來回轉(zhuǎn)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(jī)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(tǒng)有指令要X軸電動機(jī)轉(zhuǎn)動呢，還是電動機(jī)自己在晃動? FANUC 7M系統(tǒng)數(shù)控裝置可以在CRT顯示裝置上顯示系統(tǒng)的各個參數(shù)，當(dāng)查驗表征伺服電動機(jī)狀態(tài)的23號參數(shù)時，發(fā)現(xiàn)各軸23號參數(shù)值其個位數(shù)字都在迅速閃動變化，即使機(jī)床不運動時也如此。由于23號參數(shù)是速度指令值，所以就容易得出兩點結(jié)論：第一，在我們錯認(rèn)為“機(jī)床不運動，電動機(jī)也不運動”時，電動機(jī)其實始終沒停止過運動；第二，電動機(jī)是在作微量的來回晃動。 直流電動機(jī)伺服系統(tǒng)是一個閉環(huán)系統(tǒng)，電動機(jī)沒有絕對平衡的狀態(tài)(除非切斷電源)，電動機(jī)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(tǒng)用軟件規(guī)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(jī)在不斷的運動中達(dá)到跟蹤誤差為零的相對平衡狀態(tài)，這種特性在參數(shù)檢查時就表現(xiàn)為：機(jī)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(nèi)變化。 問題就清楚了：縱向工作臺即使不處于運動狀態(tài)時，電動機(jī)仍在作微量的轉(zhuǎn)動，但電流如此大，很可能是負(fù)載轉(zhuǎn)矩太大的緣故，這應(yīng)該仍服從一般直流電動機(jī)的規(guī)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(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩從何而來?仔細(xì)查閱了機(jī)床的機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)，并分析了NC系統(tǒng)中設(shè)定的各個跟X軸運動有關(guān)的參數(shù)。6號參數(shù)引起了我們的注意。在7M系統(tǒng)中，這是個反向間隙補償量。設(shè)定值X軸為0.28mm，Y軸為0.22mm，Z軸為0.03mm，回轉(zhuǎn)臺為0.008mm。從機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)來分析，X軸是直線軸中最簡單的，電動機(jī)通過柔性聯(lián)軸器跟滾珠絲杠直接聯(lián)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(jīng)過齒輪副等傳動機(jī)構(gòu)。然而，X軸的反向間隙補償量卻比傳動機(jī)構(gòu)比它復(fù)雜得多的Z軸大9倍，比負(fù)載轉(zhuǎn)矩大得多的Y軸還大。 顯而易見，這個反向間隙設(shè)定值是在極不正常的條件下測定后設(shè)置的。順便提一筆，7M系統(tǒng)中的6號參數(shù)，即反向間隙補償量，應(yīng)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(fù)荷、工作臺所處的位置等各種因素的綜合結(jié)果。而有些從事數(shù)控機(jī)床工作的人員把工作臺負(fù)荷、工作臺所處的位置這兩個重要因素跟反向間隙的設(shè)定則根本沒聯(lián)系起來。設(shè)想當(dāng)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(jī)將轉(zhuǎn)過比相對于0.01mm更大的角度；滾珠絲杠也相應(yīng)地要作更大的扭轉(zhuǎn)去推動螺母帶動工作臺運動。在這種重負(fù)載條件下測定反向間隙，所測得的數(shù)值必定會比輕負(fù)載時大，這是因為滾珠絲杠在重負(fù)載下產(chǎn)生了彈性扭轉(zhuǎn)變形。這種現(xiàn)象叫失動，而少走的距離就叫做失動量。電動機(jī)選型正確，機(jī)械調(diào)整良好的機(jī)床，失動量會小到可以忽略的程度；機(jī)械調(diào)整不良的機(jī)床，即使剛性良好的傳動機(jī)構(gòu)也會發(fā)生一定的形變而造成失動。 根據(jù)這一原理，從機(jī)械傳動圖上立即分析出，X軸電動機(jī)的較大負(fù)載轉(zhuǎn)矩只能來自縱向工作臺導(dǎo)軌上的壓板或者是導(dǎo)軌側(cè)面的鑲條(假設(shè)軸承是好的)。 為了避免判斷錯誤使機(jī)械上做太大的調(diào)整，同時也為了證實上面的設(shè)想，做了兩個試驗；一是在上班后，機(jī)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(biāo)，6號參數(shù)就不起作用。在這種情況下，通電2～3h，機(jī)床不作任何運動，觀察X軸電動機(jī)是否發(fā)熱。第二個試驗是上班后，機(jī)床通電，做回零操作，讓6號參數(shù)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(shè)定為零，仍讓機(jī)床通電2～3h，機(jī)床不作運動，觀察X軸電動機(jī)是否發(fā)熱。 試驗的結(jié)果是一樣的：X軸電動機(jī)與其他電動機(jī)一樣，溫度始終正常。 經(jīng)過這兩個試驗，證明調(diào)整機(jī)械的工作是相當(dāng)重要了。在調(diào)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(jī)的電流立即降低了，解決的辦法竟如此簡單! 現(xiàn)在我們可以將X軸電動機(jī)發(fā)熱的原因給予更深入一步的解釋了。數(shù)控機(jī)床制造廠家在出廠之前進(jìn)行調(diào)試時，機(jī)械調(diào)試人員為了確保機(jī)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(shè)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(shù)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(shù)值要大。由于這種電動機(jī)發(fā)熱現(xiàn)象并不報警，所以極易被忽視而讓機(jī)床出廠，到了用戶手里就成了百思不得其解的難題。機(jī)床一旦通電，做過回零操作后，絕對坐標(biāo)就建立了，6號參數(shù)也就開始有效。這意味著電動機(jī)只要開始反轉(zhuǎn)，它就必定要多轉(zhuǎn)一個相當(dāng)于6號參數(shù)值的角度作為反向間隙補償。在X軸的傳動環(huán)節(jié)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(zhuǎn)變形更易產(chǎn)生，所以錯誤條件下設(shè)定的6號參數(shù)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(jīng)過預(yù)加載荷處理后最多只有0.0l~0.02mm，而X軸的6號參數(shù)竟有0.28mm，這就意味著：伺服電動機(jī)雖未得到運動指令，僅在原位左右作來回晃動，但每一次產(chǎn)生反轉(zhuǎn)動作都必定會使?jié)L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(jī)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(chǎn)生的熱量足以使電動機(jī)發(fā)燙。 2．故障處理方法 維修時，主要進(jìn)行了以下兩項工作： 1)正確設(shè)置6號參數(shù)。FANUC 7CM系統(tǒng)中的6號參數(shù)(反向間隙補償值)，既然是傳動鏈間隙、工作臺負(fù)荷、工作臺位置等諸因素的綜合結(jié)果，所以在設(shè)定該參數(shù)時，不應(yīng)該機(jī)械地測量正反運動之間的間隙，然后將間隙補償?shù)健傲銓α恪?，即將間隙補償?shù)綐O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(shè)置到欠補償?shù)臓顟B(tài)。各軸的6號參數(shù)值全部按該原則重新調(diào)整。 2)正確調(diào)整各軸壓板、鑲條等部件的緊松。各個軸，除了回轉(zhuǎn)軸外，均有由于壓板和鑲條等機(jī)械零件產(chǎn)生的摩擦力而加到電動機(jī)上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。壓板、鑲條緊松調(diào)整的依據(jù)是什么?我們認(rèn)為既不能太緊，太緊了造成電動機(jī)負(fù)荷太大；也不能太松，太松了機(jī)床運動精度不能保證，產(chǎn)品質(zhì)量也受影響。經(jīng)過長期摸索，我們采用了在鉗工調(diào)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(jī)電流的方法進(jìn)行機(jī)電參數(shù)匹配的調(diào)整。每個軸在以101號參數(shù)(手動快速進(jìn)給率參數(shù))為標(biāo)準(zhǔn)速度運動時，相應(yīng)的伺服電動機(jī)中流過的電流都應(yīng)根據(jù)電動機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩大小定出一個數(shù)據(jù)，然后依據(jù)這一數(shù)據(jù)調(diào)整壓板和鑲條的緊松。這種調(diào)整應(yīng)該成為數(shù)控銑床二級保養(yǎng)中的重要項目之一。經(jīng)過以上處理后，機(jī)床故障排除 |
