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     摘要: K211 五軸高速加工中心在加工過程中存在坐標軸抖動和主軸顫刀現(xiàn)象，嚴重影響工件的加工表面質量和加工精度，致使機床處于半停工狀態(tài)。根據(jù)故障現(xiàn)象和對加工過程的觀察、分析和研究，綜合運用機械和自控技術，最終徹底解決問題，機床對工件加工表面質量良好，精度符合生產(chǎn)要求。

      1、 K211 五軸高速加工中心抖動顫刀現(xiàn)象

     K211 機床在近一年多的使用過程中經(jīng)常發(fā)生Y軸抖動，主軸顫刀現(xiàn)象，而且抖動顫刀程度日益加深，嚴重影響工件的加工表面質量( 圖1) 和加工精度，致使機床處于半停工狀態(tài)。

     通過對機床的加工過程進行仔細觀察、分析和研究，發(fā)現(xiàn)機床ＲTCP 功能打開的情況下，只要主軸轉動，即使是空轉，機床的A 軸讀數(shù)，也會有0． 002°的跳動，同時Y 軸的最大跳動量可以達到0． 01 mm，由于在實際加工過程中，A 軸和Y 軸受力會更大，所以坐標值的跳動也會更大，因此會對零件的表面加工質量和精度造成嚴重的影響。而當ＲTCP 功能關閉進行測試時，A 軸依然會有0． 002°的跳動，但Y 軸的讀數(shù)則幾乎保持不動，只有0． 001 mm 左右的跳動，這種跳動在機床控制上可以忽略不計。

     對機床進一步測試時發(fā)現(xiàn)，在ＲTCP 打開時，如果機床C 軸旋轉90°，A 軸擺動方向與X 軸平行，主軸旋轉，此時X 軸出現(xiàn)0． 01 mm 左右的跳動，而Y 軸幾乎保持不動。如果ＲTCP 關閉，則X 軸坐標值保持不動。經(jīng)過上面的測試和觀察，可以認為，機床坐標抖動和主軸顫刀是由A 軸抖動造成的。

      2 、機床故障發(fā)生的原因分析和故障處理

      機床在ＲTCP 功能打開和關閉的情況下，機床坐標軸顯示的數(shù)值狀態(tài)有顯著的變化，因此機床坐標軸抖動和主軸顫刀問題是由于機床的ＲTCP 功能打開，機床坐標軸聯(lián)動造成的。ＲTCP 功能打開，五軸機床A軸坐標值變化會導致刀具中心位置的變化，而機床為保持刀具中心位置不變，會自動使其他坐標軸移動。在A 軸擺動方向與Y 軸平行時，A 軸位置的變化會導致Y 軸移動，如果A 軸出現(xiàn)頻繁的微小變化，就會導致坐標軸來回抖動。A 軸的位置反饋是采用光柵尺全閉環(huán)位置反饋系統(tǒng)，由于在機床維修測試過程中，沒有給定坐標移動指令，A 軸位置讀數(shù)的變化是由于光柵尺讀數(shù)頭和光柵尺之間有微小相對運動造成的。造成A 軸讀數(shù)頭與光柵尺之間有微小相對運動的原因有以下幾種: ( 1)機械部件出現(xiàn)問題，消隙機構的碟形彈簧失效，彈力不夠，齒輪間隙大，在主軸轉動時，主軸頭不可避免的有一定的振動，導致A 軸讀數(shù)頭與光柵尺之間有微小的相對運動; ( 2) 讀數(shù)頭安裝不牢固，在主軸轉動時有抖動; ( 3) 讀數(shù)頭或光柵尺有問題，導致讀數(shù)信號出現(xiàn)誤差。

      對 第一種可能的原因，在打開主軸頭檢查和測試消隙機構時發(fā)現(xiàn)，碟形彈簧磨損比較嚴重，彈力不夠，于是更換碟形彈簧和調整墊片，在進行測試加工時發(fā)現(xiàn)，主軸顫刀有較大的改善，加工的工件表面質量有較明顯的改善，但是機床坐標軸抖動和主軸顫刀問題依然存在。因此故障的主要原因出在光柵尺或讀數(shù)頭上。

    為驗證是否是光柵尺系統(tǒng)出現(xiàn)問題，把機床改為半閉環(huán)位置反饋，屏蔽光柵尺和讀數(shù)頭，采用電動機編碼器進行位置反饋。機床A 軸改為半閉環(huán)后A 軸在主軸旋轉時坐標值保持不動，因此可以認定抖動是由光柵尺或讀數(shù)頭造成的。在A 軸半閉環(huán)位置反饋條件下進行了試件加工，加工工件表面質量良好( 圖2) 。

     由于問題出在光柵尺或讀數(shù)頭，所以把讀數(shù)頭拆下重新安裝固定，調整讀數(shù)頭與光柵尺的位置間距，使位置反饋信號良好。同時為了提高機床加工的工件表面質量，提高機床坐標軸的響應速度，對伺服驅動的速度環(huán)比例增益Kp進行調整，如表1。

                                              表1

      在進行上述調整后，進行試件加工，加工工件表面質量良好，粗糙度值明顯減小，完全符合生產(chǎn)要求( 圖3) 。

     3 、結語

     K211 機床的坐標軸抖動和主軸顫刀問題在進行以上原因分析、研究和處理后，問題徹底解決。對于五軸機床坐標軸抖動和主軸顫刀，加工的工件表面質量差時，要從機械和電氣自控多方面綜合處理，才能達到良好的效果。