機床參數在故障維修中的應用

喻曉浩，李金友，劉萃倫

（首都航天機械公司，北京100076）

機床參數在故障維修中的應用

喻曉浩，李金友，劉萃倫

（首都航天機械公司，北京100076）

機床參數是指完成數控系統與機床結構及各種功能匹配，使機床具有最佳工作性能而設置的數據；主要包括系統參數和用戶參數。合理利用機床參數能幫助設備維護人員快速準確定位故障，做好數控機床的維修工作。

數控機床；參數；故障定位

0 引言

隨著制造業的不斷發展，數控機床在現代化生產體系中的普及率越來越高。數控設備維護人員，需要具備快速定位及排除故障的能力。實踐證明，合理利用機床參數，能減少故障診斷時間，準確定位故障點，降低機床的故障停機時間。

1 數控機床參數

不同的機床，機床制造商需要對其參數進行不同的設置，來滿足伺服驅動、檢測反饋系統、數據傳輸等方面的需求。當前主流數控系統主要有德國的SIEMENS、日本的FANUC及國產華中數控系統。任何型號的數控系統都有大量的參數，充分掌握和熟悉理解這些參數，將會給數控機床的使用及后期維護帶來便利。

機床參數主要包括數控系統參數（NC參數）和用戶參數。

1.1 系統參數

系統參數是數控系統制造商根據用戶對系統功能的要求設定。其中一部份參數對機床的功能有一定的限制,并有高級別的密碼保護,這些參數用戶不能輕易修改,否則將會丟失某些功能。

1.2 用戶參數

用戶參數是供設備制造商及用戶在使用機床時自行設置的參數,可隨時根據機床使用的情況進行調整,設置合理可提高設備的效率和加工精度。

（1）與機械機構有關的參數。比如各坐標軸的反向間隙補償量；絲杠的螺距補償參數（包括螺補零點、螺補的間隔距離、每點的補償值等）；主軸的換檔速度、準停速度；回參考點的坐標值及運動速度；機床行程極限范圍及原點位置的測量方式等。

（2）與伺服系統有關的參數。如到位寬度（坐標軸移到這一區域,就認為到位）；位置誤差極限（機床的各坐標允許的最大位置誤差,超過該值會產生伺服報警）；位置增益（系統的Kv值,該參數設定時應使各聯動坐標的Kv相等）；漂移補償值（伺服系統能自動進行漂移補償,該參數就是舍得的補償量）；快速移動速度（維修時可對該參數進行修改,以限定坐標移動的快慢）；參考點位置偏移（調節各軸參考點位置值）。

（3）與外設有關的參數。主要參數為波特率,不同的串行通信方式,外設有不同的波特率,外設與數控裝置連接時,應根據外設的波特率值設定數控裝置的這一參數,使二者的信息傳遞速率一致。

（4）PLC參數。設置PLC中容許用戶修改的定時、計時、計數、刀具號及開通PLC中的一些控制功能的參數。

（5）其他參數。還有一些如柵格移動量、進給指令限定值等與機床用戶有關的參數,但這些參數是在設計階段已經確定的參數。

用戶參數在廠家調試機床或后期使用、維修時是可以更改的,修改好后應將參數做好備份，并且進行權限設置。

2 利用機床參數判斷及維修故障

2.1 利用設定參數快速判定立式數控銑床X 軸抖動原因

某進口立式數控銑床X軸在低速進給時有抖動現象。該機床采用西門子840D數控系統，各軸均采用全閉環控制。在全閉環情況下X軸反向間隙＜0.01 mm，狀態正常。為判斷抖動原因，將X軸由全閉環改為半閉環。機床制造商所提供方法如下：

（1）進入參數界面，找到14512#參數（參數解釋：用戶數據HEX），該參數為廠家自行設置，其中14512第［0］至［5］位的6個參數分別對應X，Y，Z，B，C，W的6個軸光柵尺是否生效。在全閉環情況下，這6個參數均未啟用。將14512［0］勾選保存參數，見圖1和圖2。重啟機床后X軸即由全閉環改為半閉環。然后再測量X軸反向間隙，發現間隙為0.1 mm，確定是X軸機械部分有間隙。檢查機械部分發現X軸絲杠軸向預緊松動，調整后恢復正常。再將X軸參數恢復測試機床，抖動現象消失，故障排除。

2.2 利用伺服驅動參數調整TH5660C立式加工中心主軸定向位置

TH5660C數控加工中心由于主軸拉刀機械裝置故障，拆卸維修后執行M19定位指令，主軸定向的位置發生誤差。機床采用甩臂式換刀機械結構，主軸定向不準，必然會影響機床的自動換刀操作。因此必須精確調整主軸定向參數。該機床使用西門子810D數控系統。查西門子系統有關參考點的參數，NO.34090：參考點偏移/絕對位移編碼器偏移，見圖3。修改機床對應的主軸34090參考點偏移參數，調節完畢后主軸回參考零點。再執行主軸定位，保證主軸定位位置與換刀機械手匹配。通過多次修改參數值，保證定位的精確性，滿足自動換刀時主軸的準確定位，故障排除。

圖1 機床參數界面

圖2 參數位編輯 界面

圖3 參考點偏移/絕對位移編碼器偏移截圖

2.3 利用系統參數解決CK5116D數控立車系統主板故障

CK5116D數控立車使用FANUC-0T系統。機床主板出現故障，更換主板備件后，故障排除。但在使用時發現系統反應速度變慢，執行程序時系統界面出現明顯卡頓現象，對加工造成較大的影響。查找FANUC 0系統說明書發現，該機床主板（型號為A20B-2002-0650/05B）為高速CPU型主印刷電路板。如果采用該型號主板作為主印刷電路板，必須將對應的NO.0398參數的第四位設置為0。該參數設置為1時，高速CPU的內部處理不以高速進行；設置為0時，高速CPU的內部以高速進行。檢查該機床的0398參數，第四位當前設置為1，高速CPU是以傳統速度運行，導致系統反應較慢。將參數修改為0，重啟機床，問題得到解決。

2.4 優化參數解決DMU-125P加工中心X軸抖動故障

DMU-125P加工中心X軸局部區域在低速進給時出現抖動現象，經過對機械傳動及電氣控制模塊檢查，故障原因是機床由于長期使用X軸某一區域，導致該區域絲杠局部磨損出現間隙。該機床采用全閉環控制，在磨損區間，機床進給位置環和速度環不匹配造成抖動，徹底排除需要更換整套絲杠絲母。考慮到生產任務比較緊張，并且絲杠訂貨周期較長，為解決該問題，從位置環和速度環兩方面對X軸相關參數進行優化。

（1）位置環。修改跟隨誤差Kv因子參數來降低抖動震蕩。Kv因數即控制環增益，決定著位置控制環的放大倍率。必須通過反復試驗確定一個合適的Kv因數。如果選擇了過高的Kv因數，跟隨誤差將變得很小，可能會導致產生振蕩；如果選擇了過小的Kv因數，軸的移動就會過于緩慢。由于軸間互相存在著插補關系，軸間的Kv因數必須相等以防止輪廓產生偏差。降低跟隨誤差Kv因子參數，目的是降低進給時振蕩的概率，從而減輕進給軸抖動。通過測試，將跟隨誤差控制的Kv因子參數1810.0由2調整為1.5。

（2）速度環。機床使用的海德漢iTNC530系統集成了6個用于機床軸和主軸的速度控制器。在機床控制中，實際轉速值從帶有HEIDENHAIN旋轉編碼器的電機處直接測得。由位置控制器供給名義轉速值。由名義轉速值與實際轉速值之差驅動速度控制器。速度控制器提供做為輸出的名義電流值。原理見圖4。

圖4 海德漢iTNC530系統速度控制原理圖

對于速度控制器，在MP2500.x中輸入一個比例因數，在MP2510.x中輸入一個積分因數。調整階躍響應直到只有一個可見過沖并且沉降時間越小越好。用最大軸向轉速輸出一個階躍。在加速階段，名義電流值的波形被顯示極限所斬波。在到達最高轉速之后，名義電流值必須沒有振蕩。如果機床抖動，名義電流值有振蕩時，平緩地減少MP2500.0和MP2510.0直至過沖變得最小。通過減少X軸對應的2500.0和2510.0參數來減輕抖動，具體修改數據：軸轉速控制器的比例因數2500.0由60調整為48；軸轉速控制器的積分因數2510.0由12000調整為9600。為保證機床直線軸插補的準確性，對另外兩個Y、Z直線軸參數進行相同修改。修改完畢后測試，X軸抖動情況大幅減輕，滿足加工需求。

3 結語

從上述幾起故障案例可以看出，數控機床的參數在維修中有相當重要的作用。設備維修人員可根據實際情況對其進行更改、優化,以滿足當前的維修需求。需要注意的是，更改參數必須對該參數有詳細的了解，清楚參數的更改會產生什么樣的結果，與其他參數是否沖突等，更改前后必須做記錄，以免發生意外，出現隱患。因此，要做好數控機床的維修工作，很重要的一點就是將機床正常運轉時的各種參數做好備份，詳細了解各類參數的意義及作用，這樣在機床發生故障時能及時高效的發揮作用。

〔編輯 李波〕

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.01.22