奧地利WFL車銑中心功能缺失故障一例

宓方瑋 黃賢超 陳 濱

(中國工程物理研究院機械制造工藝研究所，四川綿陽 621900)

某公司2007年進口的奧地利WFL公司生產的某M系列車銑中心，自投入使用以來一直無法進行重量較大的軸類工件的加工，經多次維修以及與廠家聯系均不能解決問題，極大限制了設備使用效率和技術能力。我們在接到該公司的維修請求后，通過對機床性能和技術資料的深入分析，在較短時間內查明故障原因，并恢復了機床功能，得到使用單位高度好評。

1 故障現象

機床在加工重量較大軸類工件時，啟動主軸，主軸出現抖動并伴有嗡嗡的聲響，隨即數控系統出現一長串報警。

2 故障說明

機床需要加工的工件重量約400 kg，采用主軸卡盤夾緊，中心架支撐、尾座頂尖頂住的裝夾方式。表1所展示的是設備允許的最大加工重量。

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在工件裝夾過程中，工件本身經過粗加工并進行了正確的找正處理，不存在偏心現象，中心架和尾座的狀態處于正常狀態，系統報警也是由于主軸出現報警后所引發的一系列后續報警，所以基本可以確定故障是由于主軸上裝夾了較大工件所導致的。但是工件的重量遠遠在機床允許的裝夾重量之下，這個現象實在耐人尋味。

該車銑中心采用的是SINUMERIK840D數控系統及SIMODRIVE611D驅動系統。我們首先采取了常規的檢修手段:對機床主軸驅動器和相關主軸參數進行了細致檢查，沒有發現有參數丟失和異?，F象;更換新的主軸驅動器，故障依然如故。這就說明在主軸的電氣驅動方面沒有問題。

3 主軸控制原理及故障分析

3.1 主軸結構及控制原理

通過認真查閱相關技術資料我們發現:該機床的主軸在結構方面比較特殊，不同于WFL其它M系列車銑中心。它的主軸由內置的水冷三相交流電動機驅動，電動機電樞、主軸、夾頭和被夾持的工件與電氣傳動裝置及其控制設備一起構成一體的“機電裝置”。很明顯，這樣的主軸結構下，工件特性將對整個系統的特性產生直接的影響，所以當主軸所夾持工件重量發生較重大改變時，必須對傳動控制電路進行調諧以取得最好的動力學特性，從而獲得最佳切削性能。通常加工過程中機床使用的是標準調諧頻率，但是，對于某些工件和夾持位置，標準調諧可能引起自激的扭轉振動。在扭轉引起的自然諧振頻率在150～200 Hz范圍內且諧振很明顯的工件中，即便刀具沒有動作，通過速度控制電路，這些振動也可能被激發，只有通過適當經過匹配的數字濾波器才能阻止這些振動的發生。總之，這些工件只允許相對較小的夾持直徑，特點是帶有龍頭或軸形前端或在相對較大的離心體后跟有收縮結構。

扭轉引起自然諧振頻率約為200 Hz的工件示例(簡化模型，示意了扭桿和離心體)，見圖1所示。

在夾持這樣的工件并啟動主軸后，就有可能在主軸上產生振動，并可以聽到響亮的嗡嗡聲或滴滴聲。

3.2 故障分析

目前該機床所加工的工件重量約400 kg左右，在主軸夾持并啟動主軸時會產生振動，就在于改變了主軸的動力學特性，引發系統激振所致，所以要獲得穩定及良好的切削性能必須手動選擇適當的控制電路調諧頻率。廠家在MILLTURN診斷菜單(卡盤控制區)設定了一個操作界面，見圖2所示。通過這個平臺，操作員可以在不同的參數塊中選擇一個匹配參數，用于該工件的加工。

按下機床控制面板上的“診斷”鍵并隨后按下軟件鍵“夾頭”后，圖2所示界面將會出現。在不同的傳動參數塊之間切換時，首先要將光標定位在“傳動參數塊”區域內，然后按選擇鍵，選擇鍵按一次即跳到相鄰的下一個參數塊上。

如果在加工過程中，主軸運行變得不穩定(特別是直徑較小、重量較大的長軸類工件或偏心的重量較大的長軸類工件常有這個問題)，這時可以應用M－函數(對于左主軸，M6=161～164;對于右主軸，M15=161～164，每個參數各包含KP和CF兩個參數)在NC程序中進行參數塊的切換。

S1主參數設定:

M6=161 S1主軸參數設定轉換1

M6=162 S1主軸參數設定轉換2

M6=163 S1主軸參數設定轉換3

M6=164 S1主軸參數設定轉換4

S2主參數設定:

M15=161 S2主軸參數設定轉換1

M15=162 S2主軸參數設定轉換2

M15=163 S2主軸參數設定轉換3

M15=164 S2主軸參數設定轉換4

弄清上述原理后，我們在MILLTURN診斷菜單去找到了圖2所示的操作界面，但是發現機床上該操作界面是灰色的，界面上“主軸1驅動器參數模塊”下的可以下拉的數據框內沒有數據;在NC程序中加入或在MDI方式下執行M6=161～164指令，機床也沒有相應反應。這就說明該功能沒有激活。

3.3 得出的結論

由此我們得出如下結論:某公司的車銑中心在夾持大型工件時出現主軸振動嘯叫問題，并長期無法進行大型軸類工件加工的根源在于:設備功能缺失。

4 問題的解決方法及過程

我們聯系了設備的代理商，把故障現象、自己的分析和判斷，詳細地與廠家進行了反復溝通，最后廠家確認了我們的結論，承認了他們工作的失誤，并把解決方案傳真給我們。

功能恢復的方法是必須在數控系統硬盤的C盤下找到“FILTER.INI”的文件，要對該文件內容進行修改，并保存。進行這項工作，需要了解特殊的操作方法和步驟，才能完成，有相當的風險(搞不好會導致數控系統數據丟失甚至癱瘓死機)，而且這種方法和步驟在我們目前的數控系統資料中都是沒有的，只有在系統商級別才能夠了解。

具體做法是:啟動數控系統→進入Windows啟動菜單→選1進入Windows→輸入密碼:SUNRISE→進入Windows界面→選擇“我的電腦”→選擇C盤→找到oem文件夾→找到“FILTER.INI”文件→打開“FILTER.INI”文件→找到內容為［S1－filter］vorhanden=0→更改vorhanden=1→對“FILTER.INI”文件進行修改并保存后，重啟系統。

重啟系統后，發現新的問題:在漢化版本下依然沒有相應界面出現，需要在英文版本下才出現，說明該機床數控系統漢化做得不好，存在問題。處理辦法是先在英文版本下進行手動諧振參數選擇，選擇好匹配的參數后再切換回中文界面。

恢復了機床功能后，我們又與操作工密切合作，對相關的主軸濾波參數和工藝參數進行調整，匹配出最佳調整方案，從而使主軸振動現象得以消失。上述工件的加工取得理想效果，并徹底解決了自該車銑中心引進后長期困擾的大型軸類工件無法加工的問題。

5 結語

該車銑中心功能缺失這一維修實例為我們提供了如下的經驗教訓:在維修時，如果不注重對技術資料的研究并對技術原理進行認真分析和理解，僅僅通過表面現象去處理問題，很容易把自己陷入誤區;而在理解技術原理的基礎上進行維修，就會目的性明確，切實提高維修效率，達到良好的維修效果和效益。

此次維修工作的亮點在于:我們從原理和實際現狀方面找出了令使用單位和設備制造商都信服的證據，最終使不能正常發揮功效達5年之久的進口設備恢復到正常狀態，為國家和企業挽回了損失，為自己贏得了榮譽。

［1］SINUMERIK 840D數控系統參數說明書［Z］.