定量分析在數(shù)控機(jī)床故障處理中的應(yīng)用

朱衛(wèi)平

作者通聯(lián)：西安航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司設(shè)備部 西安市北郊徐家灣 710021

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在數(shù)控機(jī)床故障處理過程中，不僅需要對(duì)故障部位進(jìn)行定性分析，在條件允許情況下，還要盡可能對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行定量分析。尤其對(duì)于機(jī)械和電氣原因比較模糊的綜合故障，通過量化數(shù)據(jù)證明分析和判斷的結(jié)論就顯得非常必要。一般電氣方面的故障可借助各種儀器、儀表既能定性又能定量的判斷故障點(diǎn)。而一些機(jī)械傳動(dòng)方面的故障，因受檢測(cè)手段的局限，定性容易定量難。下面介紹一例定量分析處理數(shù)控機(jī)床故障的過程。

1.故障現(xiàn)象

一臺(tái)采用海德漢TNC426系統(tǒng)的UCP1000米克朗加工中心時(shí)常出現(xiàn)Z軸報(bào)警故障，報(bào)警內(nèi)容為“03 EXCESS TEMPERATURE OF DRIVES”（Z軸驅(qū)動(dòng)溫度過高）。該報(bào)警可通過復(fù)位鍵消除，但設(shè)備運(yùn)行一段時(shí)間，報(bào)警再現(xiàn)，設(shè)備無法進(jìn)行正常加工。

2.故障分析

根據(jù)報(bào)警信息內(nèi)容，首先判斷是電氣還是機(jī)械傳動(dòng)故障。按照先簡單后復(fù)雜的排查原則，使用卡鉗表觀察Z軸伺服電機(jī)在整個(gè)行程的工作電流。當(dāng)Z軸在行程下端時(shí)，電流約為9A，用手動(dòng)方式JOG Z軸往上上升時(shí)，電流逐漸增加。當(dāng)Z軸上升到接近Z軸換刀點(diǎn)時(shí)，電流增加到14A，這與操作工反映機(jī)床Z軸總是在換刀時(shí)報(bào)警的情況基本吻合。據(jù)此初步判斷報(bào)警原因是Z軸絲杠傳動(dòng)過載。為進(jìn)一步排除電氣方面原因，將Z軸全閉環(huán)控制方式改為半閉環(huán)控制方式，并將Z軸伺服電機(jī)與絲杠脫開，空載運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)。同時(shí)用卡鉗表測(cè)量電機(jī)電流僅為3A，連續(xù)幾小時(shí)空載運(yùn)行，未出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)模塊過溫報(bào)警。由此基本確定驅(qū)動(dòng)過溫報(bào)警的原因是絲杠傳動(dòng)部位過載。同樣按照先簡單后復(fù)雜的原則，檢查Z軸導(dǎo)軌潤滑狀況良好，未發(fā)現(xiàn)導(dǎo)軌有銹蝕磨損現(xiàn)象。然后脫開彈性連軸器，用一扳手盤動(dòng)絲杠的整個(gè)行程，手感檢查未發(fā)現(xiàn)有明顯死點(diǎn)現(xiàn)象。考慮到該設(shè)備使用已近10年，需要檢查絲杠兩端支撐軸承狀況，而且拆下絲杠也便于檢查絲杠狀態(tài)。用1根枕木在底部托住主軸負(fù)載，拆除絲杠及絲杠兩端軸承。檢查絲杠滾道及兩端軸承潤滑良好，未發(fā)現(xiàn)銹蝕、研損現(xiàn)象，用手分別轉(zhuǎn)動(dòng)軸承及在絲杠整個(gè)行程轉(zhuǎn)動(dòng)絲母，旋轉(zhuǎn)皆輕盈自如。分解檢查絲杠滾珠，滾珠直徑一致，也無缺損情況，隨后清洗絲杠及軸承并添加潤滑脂回裝，將Z軸伺服電機(jī)重新安裝后再進(jìn)行連續(xù)換刀動(dòng)作運(yùn)行，一段時(shí)間后故障報(bào)警重現(xiàn)。經(jīng)過上述常規(guī)機(jī)械檢修后，維修人員一致認(rèn)為機(jī)械傳動(dòng)部分沒有問題，但是先前的排查分析思路從理論及檢查過程來講應(yīng)該沒有問題，就是機(jī)械傳動(dòng)過載。

傳統(tǒng)的機(jī)械檢修方法受檢測(cè)手段限制，在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)未完全卡死的情況下，即使負(fù)荷量存在一定的變化量，由于各人維修經(jīng)驗(yàn)和手盤力量感覺存在差異，有時(shí)難以衡量和界定。為此嘗試使用扭矩扳手盤動(dòng)絲杠，這樣可定量觀察Z軸上下整個(gè)行程的負(fù)荷變化量以確定故障部位。按照絲杠端頭及扭矩扳手的尺寸配做輔助轉(zhuǎn)接器后開始手盤觀察，發(fā)現(xiàn)當(dāng)Z軸在底部時(shí)，扭矩扳手力矩顯示值為22N·m。在自下而上的盤動(dòng)過程中，力矩值逐漸增加，當(dāng)盤至上端接近換刀點(diǎn)時(shí)，力矩顯示值已達(dá)到45N·m。這樣通過數(shù)據(jù)證實(shí)Z軸機(jī)械傳動(dòng)部位確實(shí)存在過載現(xiàn)象。進(jìn)一步分析，由于先前的檢查已排除了導(dǎo)軌、絲杠潤滑及絲杠兩端軸承等因素，那么絲杠負(fù)荷不均的原因很可能是：①絲杠兩端軸承中心線與絲母中心線不在同一直線上；②Z軸立柱導(dǎo)軌不平行。隨后逐一檢查，最終確認(rèn)故障原因是①。邊調(diào)整、邊用扭矩扳手盤動(dòng)觀察，直至Z軸上下行程的扭矩一致為22N·m，回裝伺服電機(jī)再開機(jī)執(zhí)行連續(xù)換刀空載運(yùn)行，報(bào)警未再出現(xiàn)，至此故障徹底消除。

3.結(jié)束語

精密數(shù)控機(jī)床機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)裝配調(diào)整的狀態(tài)對(duì)機(jī)床正常運(yùn)行至關(guān)重要。同時(shí)設(shè)備受使用年限、潤滑狀況及使用環(huán)境等因素影響會(huì)使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械性能狀態(tài)不同程度的損失和降低，由此會(huì)使機(jī)床產(chǎn)生諸如抖動(dòng)、爬行、卡死等現(xiàn)象。輕則導(dǎo)致工件加工表面波紋及加工精度降低，重則造成設(shè)備報(bào)警停機(jī)等故障。此類故障若不嚴(yán)重，可調(diào)整、優(yōu)化電氣控制系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)，否則在排除潤滑、部件磨損因素外，必須檢查、調(diào)整導(dǎo)軌、絲杠或相關(guān)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)預(yù)緊載荷量的均勻一致性。以往維修人員都是憑借經(jīng)驗(yàn)和感覺進(jìn)行裝配調(diào)整，費(fèi)時(shí)費(fèi)力還不一定達(dá)到預(yù)期效果，上述定量分析可對(duì)處理此類故障提供借鑒。另外，目前各大、中型企業(yè)大多開展設(shè)備預(yù)防維修管理模式，針對(duì)一些關(guān)鍵設(shè)備和高精度等級(jí)設(shè)備的轉(zhuǎn)盤和各直線軸的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，在設(shè)備前期運(yùn)行正常情況下，可采集、保存各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)載荷量數(shù)據(jù)，一旦設(shè)備發(fā)生與此傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相關(guān)故障，則可通過對(duì)比故障前后數(shù)據(jù)，快速、準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)，做到事半功倍。