HELLER 雙軸精鏜床報警停機的故障診斷
2023-12-12 來源：濰柴動力股份有限公司一號工廠 作者：吳連偉，王樹軍等
摘要：針對精鏜床自動加工過程中的報警停機問題，從系統(tǒng)總線報警、高壓內(nèi)冷報警及 Z 軸定位監(jiān)控報警等 3 個方面入手，分析診斷引起故障的原因，并制定解決措施。
關(guān)鍵詞：精鏜床；報警；停機
0 引言
數(shù)控臥式加工中心是集高新技術(shù)于一體的機械加工設(shè)備，是現(xiàn)代機床發(fā)展的主流方向，早已成為各個工業(yè)領(lǐng)域不可或缺的必要裝備[1-2]。數(shù)控臥式加工中心主要包括基礎(chǔ)部件、主軸部件、數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、自動換刀系統(tǒng)、自動托盤更換系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)等 7 部分。
主要闡述 HELLER 雙軸精鏜床報警停機故障診斷的分析過程及詳細的修復措施。
1、故障案例分析
HELLER 主軸孔凸輪軸孔精鏜床型號：FST61629，機體生產(chǎn)線 OP70 工序，主要擔負精鏜機體總成主軸孔、凸輪軸孔生產(chǎn)任務(wù)。
該機床斷續(xù)出現(xiàn)系統(tǒng)總線報警、高壓內(nèi)冷報警及 Z 軸定位監(jiān)控報警，且越來越頻繁，系統(tǒng)總線報警能導致工件不能連續(xù)加工，機床復位后可消除，后兩個報警能引起機床加工過程中停機，存在工件報廢的隱患。故障原因分析如下：
（1）機床總線報警可能是異常信號干擾或總線傳輸信號衰弱引起，異常干擾源目前較難查找，一般采用增加抗干擾裝置解決，傳輸信號的衰減則需檢查中繼器。
（2） 高壓內(nèi)冷報警直接原因為內(nèi)冷檢測流量計的異常報警，引發(fā)因素較多，內(nèi)冷檢測流量計的阻塞、高壓水泵壓力及流量波動、凈水箱水位的異常等都能觸發(fā)該報警。
（3）Z 軸定位監(jiān)控報警可通過修改機床軸參數(shù)得到改善，但由于硬件原因引起的報警必須更換故障件來解決。
2、Profibus 總線報警（701500）分析
故障發(fā)生后，優(yōu)先解決機床 Profibus 總線報警。機床總線報警可能是異常信號干擾或總線各 Profibus-DP 分站傳輸信號異常引起，異常干擾源目前較難查找，一般采用增加抗干擾裝置解決，在信號線上加裝抗干擾磁環(huán)（圖 1a）），磁環(huán)加裝在信號線近輸入、輸出端，目的是使抗干擾效果最優(yōu)化，但加裝后效果不明顯。
信號傳輸?shù)漠惓？赡苁侵欣^器的功能不穩(wěn)定引起，使用示波器對中繼器性能進行檢測，信號異常時波形會出現(xiàn)毛刺狀波動。經(jīng)檢測，該設(shè)備中繼器性能已不穩(wěn)定，更換中繼器后報警現(xiàn)象消失（圖 1b），異常的 Profibus 波形如圖 2 所示。
圖 1 抗干擾磁環(huán)和中繼器
圖 2 異常的 Profibus 波形
3、高壓內(nèi)冷報警（700112）分析
高壓內(nèi)冷報警直接原因為內(nèi)冷檢測流量計的異常報警（圖 3），引發(fā)因素較多，內(nèi)冷檢測流量計的阻塞、高壓水泵壓力及流量波動、凈水箱水位的異常等都能觸發(fā)該報警。
圖 3 檢測內(nèi)冷的兩個流量計
3.1 檢查內(nèi)冷檢測流量計的清潔情況
該流量計閥芯中間鑲有磁環(huán)，用來感應外置的模擬量開關(guān)。長時間的運行后，磁環(huán)將吸附切削液中的微小鑄鐵粉塵，造成閥芯卡滯，從而影響模擬量信號的輸出。檢查發(fā)現(xiàn)閥芯較清潔（圖4），清理安裝后試車仍有高壓內(nèi)冷報警，此隱患點排除。
圖 4 拆開的流量計
3.2 檢查高壓內(nèi)冷泵的壓力及流量在切削加工時泵出口壓力始
終維持在 17 Bar 以上，大于額定值 15 Bar，且無較明顯變動，但試車仍有高壓內(nèi)冷報警（圖 5a）），內(nèi)冷泵出口壓力檢測開關(guān)，此隱患點排除（圖 5b））。
圖 5 高壓內(nèi)冷報警和內(nèi)冷泵出口壓力檢測開關(guān)
3.3 檢查凈水箱液位
該液位由 S0.0 浮子開關(guān)控制，液位到達溢流高度時關(guān)閉注水泵，高水位信號消失后延時15 s 開啟注水泵。如注水流量小于高壓內(nèi)冷泵出水流量，水位持下降至低水位時，關(guān)閉高壓內(nèi)冷泵，避免泵出現(xiàn)空吸現(xiàn)象，并產(chǎn)生高壓內(nèi)冷報警。但在整個切削過程中均未出現(xiàn)液位低的現(xiàn)象，因而判斷可能是浮子開關(guān)故障引起，監(jiān)控發(fā)現(xiàn)水位正常時，該浮子開關(guān)無規(guī)律地發(fā)出低水位報警，這是產(chǎn)生高壓內(nèi)冷報警的原因，更換浮子開關(guān)后該報警消除（圖 6）。
圖 6 凈水箱液位檢測浮子開關(guān)
4、Z 軸定位監(jiān)控報警（25080）分析
此報警可通過修改機床軸參數(shù)得到改善，但由于硬件原因引起的報警必須要更換故障件來解決。
4.1 修改機床 Z 軸伺服增益及輪廓監(jiān)控參數(shù)
修改機床 Z 軸伺服增益及輪廓監(jiān)控參數(shù)，將伺服增益降低、輪廓監(jiān)控升高，伺服增益參數(shù) 32200 初始設(shè)置為 1.5，修改值最小通常在 0.8 以上。輪廓監(jiān)控參數(shù) 36400 初始設(shè)置為 2，修改值最大通常在6.0 以下，通過修改參數(shù)來修整傳動機構(gòu)可能存在的傳動間隙，試驗無明顯改善。
4.2 檢查 Z 軸絲杠潤滑及傳動情況
首先檢查 Z 軸潤滑情況，將潤滑末端注油螺帽擰開，手動潤滑一次，看螺帽下油管口是否有油液滴出，由于該設(shè)備潤滑裝置為定量式，每個末端的油管口每次潤滑只有 1~2 滴油液滴出即為正常（0.1~1.2 mg，由潤滑計量件容積決定）。絲杠磨損首先可通過觸摸及目視檢查，如手感粗糙或目視有明顯劃傷，一定會產(chǎn)生較大的反向間隙，引發(fā)軸定位監(jiān)控報警；如出現(xiàn)手感或目視無法發(fā)現(xiàn)的磨損，或電機絲杠連接存在間隙，可用千分表檢測反向間隙，方法是在滑臺上壓表前后移動 Z 軸檢查其機械傳動間隙，該傳動絲杠為 P 級精度，反向間隙理論值為 0.005 mm，檢測數(shù)值在 0.007 mm 之內(nèi)，雖然超差，但該值在光柵尺 0.01 mm 的監(jiān)控范圍以內(nèi)，屬于正常，排除機械傳動原因。
4.3 檢查伺服反饋線、伺服電機及光柵尺
由于 Z 軸伺服信號反饋線直接從配電箱接到電機上，不存在曲撓性折伸現(xiàn)象，所以未對其進行更換，更換光柵尺后仍有報警現(xiàn)象，但頻次減少近 30%，更換伺服電機后報警消失，診斷為編碼器故障（圖 7）。
圖 7 更換 Z 軸電機和光柵尺
本次故障是屬于綜合性故障，故障的發(fā)生也是間斷性的，并不存在每個循環(huán)都發(fā)生，機床各零部件均長期處于某一個固定位置，可能引起該位置的異變。
5、結(jié)束語
加工中心是集機械制造、電子技術(shù)、液壓、氣動、傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等多項技術(shù)于一體的機電一體化產(chǎn)品。為了保證加工中心長期高性能、高精度、安全平穩(wěn)運行，除了日常的維護和保養(yǎng)外，必須進行預防性維護。本文主要介紹報警停機的 3 個因素，并逐項對 3 個因素進行分析，利用排除法的方式，確定報警停機的原因并修復。在加工中心使用過程中，要嚴格按照維護作業(yè)說明書中的要求對所使用的設(shè)備進行規(guī)范的維護保養(yǎng)，對產(chǎn)生的各類故障進行系統(tǒng)總結(jié)，并將其不斷地添加進維護作業(yè)
指導書中。
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