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      摘要: Heavy cut 225 數(shù)控鏜銑床在加工時(shí)隨機(jī)發(fā)生挖刀故障。通過分析發(fā)現(xiàn)，工件原點(diǎn)坐標(biāo)變化是導(dǎo)致挖刀故障的主要原因。針對(duì)該故障原因，給出了具體的處理方法，徹底排除了故障。

     關(guān)鍵詞: Heavy cut 225 數(shù)控鏜銑床; 挖刀故障; 故障排除

 
      Heavy cut 225 數(shù)控鏜銑床( 見圖1) 為捷克產(chǎn)進(jìn)口設(shè)備，主要包括1 個(gè)主軸和4 個(gè)進(jìn)給軸，主軸采用直流電機(jī)和西門子6ＲA70 直流調(diào)速裝置，數(shù)控與手動(dòng)雙控制方式; 進(jìn)給軸用西門子840C 配611D 伺服裝置驅(qū)動(dòng)西門子1FT6 系列伺服電機(jī)控制，其中X、Y、Z 均采用用閉環(huán)控制，W 軸采用半閉環(huán)控制; 用西門子S5 可編程控制器來實(shí)現(xiàn)過程控制。通過PＲOFIBUS-DP 現(xiàn)場總線進(jìn)行PLC 與傳動(dòng)裝置之間的數(shù)據(jù)交換。
   

     圖1 機(jī)床模型

    該設(shè)備為某公司生產(chǎn)某些重要部件的指定設(shè)備，因此對(duì)其可靠性要求非常高。然而在生產(chǎn)的過程中突發(fā)隨機(jī)性故障，X、Y、Z 三個(gè)坐標(biāo)軸分別發(fā)生了挖刀現(xiàn)象，挖刀深度達(dá)到十幾個(gè)甚至幾十個(gè)毫米不等，對(duì)該公司造成了極大的損失。

     1、 故障分析與處理

  
     1. 1 故障說明

  
    設(shè)備開機(jī)并沒有任何故障報(bào)警能正常運(yùn)行及加工，故障發(fā)生前機(jī)床往往會(huì)出現(xiàn)突發(fā)的劇烈抖動(dòng)，后數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)報(bào)警，按下緊急停止按鈕，再按復(fù)位鍵報(bào)警可被消除，運(yùn)行動(dòng)作正常，返回機(jī)床參考點(diǎn)后，再按照加工程序走到工件原點(diǎn)開始加工，隨后發(fā)生挖刀故障。

     1. 2 故障原因分析

     第一步分析和尋找到故障發(fā)生的主要點(diǎn)和其他相關(guān)點(diǎn)，縮小故障源的查找范圍。

     首先把故障發(fā)生到出現(xiàn)挖刀的過程分成兩個(gè)時(shí)間段來分別考慮: 第一段，機(jī)床劇烈抖動(dòng)，機(jī)床出現(xiàn)可復(fù)位的報(bào)警; 第二段，返回機(jī)床參考點(diǎn)后開到工件參考點(diǎn)加工。

     由于故障發(fā)生時(shí)，操作者都是采用先按復(fù)位鍵的方式，因此當(dāng)時(shí)的機(jī)床報(bào)警是什么，無法準(zhǔn)確判斷，但一般而言，硬件損壞之類的報(bào)警是無法采用復(fù)位進(jìn)行消除的，另一方面就現(xiàn)象來看導(dǎo)致機(jī)床劇烈抖動(dòng)，可能與帶上負(fù)載后電機(jī)所輸出的扭矩突然不足有關(guān)系。這臺(tái)采用的是西門子840C 數(shù)控系統(tǒng)配611D 伺服裝置，與840D 配611D 伺服裝置的情況略有不同，就是840C 數(shù)控系統(tǒng)配611D 伺服裝置時(shí)數(shù)控部分多了幾塊軸卡，即數(shù)控發(fā)出的指令先發(fā)送給軸卡，再通過設(shè)備總線傳送到611D 伺服裝置控制電機(jī)進(jìn)給。所以對(duì)整個(gè)環(huán)節(jié)之間的連線進(jìn)行了排查，確保其屏蔽狀況良好、插接可靠，并對(duì)數(shù)控部分進(jìn)行了除塵。但這一段可能并不是發(fā)生挖刀故障的最主要的原因，因此開始分析第二段。在第二段里，因?yàn)槌霈F(xiàn)劇烈抖動(dòng)，操作者按下了急停，再復(fù)位消除故障，機(jī)床返回了機(jī)床參考點(diǎn)，再根據(jù)程序返回工件原點(diǎn)開始加工，作者再把這個(gè)過程，分成單步執(zhí)行，機(jī)床回機(jī)床參考點(diǎn)后再開到開始設(shè)置的工件原點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)工件原點(diǎn)的坐標(biāo)已經(jīng)不在機(jī)床程序定義的工件原點(diǎn)的坐標(biāo)處，出現(xiàn)了一定的偏移量。工件原點(diǎn)坐標(biāo)出現(xiàn)了變化也就是說后面所有自動(dòng)程序的基準(zhǔn)偏移了，從而導(dǎo)致故障的發(fā)生。這應(yīng)該就是產(chǎn)生挖刀故障的主要原因。

     1. 3 故障處理

     找到故障的發(fā)生段后，開始進(jìn)行逐項(xiàng)分析，查找故障的原因。

     首先由于3 個(gè)坐標(biāo)全部是位移故障，并且全部是全閉環(huán)控制的軸，那么引起故障的主要因素應(yīng)該是位置環(huán)部分，位置環(huán)板沒有任何報(bào)警，且故障隨機(jī)發(fā)生，因此基本排除位置環(huán)板硬件損壞的可能性。引起故障的第一順位鎖定在光柵尺。

     分別打開X、Y、Z 軸護(hù)蓋，對(duì)每一個(gè)軸的光柵尺進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)X 軸光柵尺盒下面有油膜，那么X軸尺子存在被污染的可能性，需對(duì)尺子進(jìn)行清洗; Z軸的讀數(shù)頭上有非常多的鋁屑，從而判斷Z 軸的光柵尺安裝存在問題，讀數(shù)頭與尺盒摩擦導(dǎo)致尺盒脫落出鋁屑對(duì)尺子造成了一定的污染。因此首先用拔尺器將尺子抽出采用無水酒精和絲綢清洗后，逐一檢查尺面確定無傷痕后再放入光柵尺收納盒內(nèi); 第二步，對(duì)尺盒進(jìn)行處理，由于尺盒內(nèi)壁已經(jīng)摩擦出毛刺，因此先使用極細(xì)水砂紙對(duì)毛刺部分進(jìn)行打磨處理，再用無水酒精反復(fù)沖刷尺盒，將里面的鋁屑徹底清理干凈，再將尺子按要求回裝尺盒與讀數(shù)頭。

     安裝時(shí)必須按照要求( 見圖2) ，特別是讀數(shù)頭的安裝需要特別注意，否則可能還會(huì)導(dǎo)致其他故障的發(fā)生。

                                                        圖2 光柵尺安裝圖

     接下來是Y 軸。Y 軸為垂直軸，其光柵尺安裝沒有問題，采用激光干涉儀對(duì)尺子精度進(jìn)行了檢查，尺子精度良好。所以決定通過分析回機(jī)床參考點(diǎn)的過程來查找原因。

     機(jī)床回參考點(diǎn)的過程是: 該坐標(biāo)軸為負(fù)方向回參考點(diǎn)，在接收到回參考點(diǎn)指令以后，首先從當(dāng)前點(diǎn)開始按照參數(shù)MD34020 ( ＲEFP-VELO-SEAＲCH-CAM)尋找參考點(diǎn)開關(guān)，找到參考點(diǎn)開關(guān)后再根據(jù)參數(shù)MD34040 ( ＲEFP-VELO-SEAＲCH-MAＲKEＲ) 尋找第一個(gè)零脈沖信號(hào)，找到第一個(gè)零脈沖信號(hào)后再根據(jù)參數(shù)MD34080 找到機(jī)床參考點(diǎn)。

     作者采用的是海德漢LB302C 系列的光柵尺，該系列尺子是每50 mm 就分布了一個(gè)零脈沖信號(hào)點(diǎn)，而非以前的只有一個(gè)零脈沖磁片的形式。作者使用的機(jī)床參考點(diǎn)減速開關(guān)采用的是外部硬限位，該限位的撞塊為梯形。

     在這臺(tái)設(shè)備的數(shù)控軸回參考點(diǎn)的全過程中，尋找參考點(diǎn)的速度、零脈沖信號(hào)、尋找零脈沖信號(hào)的速度、返回參考點(diǎn)的距離等環(huán)節(jié)都是相對(duì)比較精確的，而尋找第一個(gè)零脈沖信號(hào)指令的激活點(diǎn)是整個(gè)過程中相對(duì)不準(zhǔn)確的環(huán)節(jié)。由于它采用的是外部硬限位的方式，隨著使用時(shí)間的增長，元器件的老化，尋找零脈沖觸發(fā)信號(hào)的發(fā)出每次都可能存在細(xì)微的差異。而作者現(xiàn)在采用的LB302C 系列光柵尺具有每50 mm 分布一個(gè)零脈沖信號(hào)的特性，那么尋找零脈沖觸發(fā)信號(hào)發(fā)出點(diǎn)的位置與光柵尺零脈沖信號(hào)點(diǎn)的相對(duì)位置可能直接導(dǎo)致參考點(diǎn)偏差一個(gè)零脈沖間隔距離。從數(shù)據(jù)分析上作者推測，目前光柵尺的其中一個(gè)零脈沖點(diǎn)( 點(diǎn)A) 的位置剛好在尋找零脈沖觸發(fā)信號(hào)發(fā)出點(diǎn)的偏差范圍內(nèi)，這就導(dǎo)致兩種情況發(fā)生:第一種( 如圖3) ，尋找零脈沖觸發(fā)信號(hào)在點(diǎn)A前發(fā)出，那么找的第一個(gè)零脈沖信號(hào)就是點(diǎn)A，找到X1這個(gè)參考點(diǎn)。

     圖3 脈沖觸發(fā)模型圖1
 

    第二種( 如圖4) ，尋找零脈沖觸發(fā)信號(hào)在點(diǎn)A后發(fā)出，那么找的第一個(gè)零脈沖信號(hào)就變成了點(diǎn)B，找到的參考點(diǎn)成了X2了。

       
     根據(jù)以上分析，這就是造成參考點(diǎn)偏移的主要原因。作者將撞塊移動(dòng)了一個(gè)距離，使其空間位置如圖5 所示。

     圖5 脈沖觸發(fā)模型圖3

    運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)每次斷電后再開啟時(shí)，原點(diǎn)坐標(biāo)向下掉了1 ～ 2 mm。通過觀察發(fā)現(xiàn)，由于Y 軸為垂直軸，其電機(jī)帶有抱匝，上電時(shí)抱匝打開上電機(jī)使能，電機(jī)靠使能被鎖住，掉電時(shí)斷開電機(jī)使能并合上抱匝，查看PLC 程序，發(fā)現(xiàn)抱匝與使能的上電和掉電指令是同步發(fā)出的，但實(shí)際上電機(jī)抱匝要完全打開和關(guān)閉是需要一定的時(shí)間的，而使能的上電和掉電卻是非常迅速的，兩者實(shí)際上的不同步以及Y 軸方向的自重很大，使得在軸使能已經(jīng)關(guān)閉而抱匝還沒有完全閉合的那一瞬間，由于自重很大導(dǎo)致其下滑1 ～ 2 mm，就是造成該現(xiàn)象的主要原因。針對(duì)這個(gè)分析，對(duì)PLC 程序進(jìn)行了修改，改變抱匝與使能的掉電時(shí)序，讓掉電時(shí)先抱匝掉電，先讓抱匝把電機(jī)鎖住再關(guān)閉電機(jī)使能，這樣徹底解決了掉電時(shí)由于自重而下滑的問題。到此故障已經(jīng)全部消除。
 

     2 、結(jié)論

    ( 1) 相近的故障現(xiàn)象，可能由不同的因素導(dǎo)致，要善于從相同中找出不同的因素，逐一排查。

    ( 2) 在修理和改造設(shè)備的時(shí)候，有時(shí)會(huì)忽略某些電氣部件的安裝細(xì)節(jié)的重要性，但這些細(xì)節(jié)引起的故障往往不是立刻體現(xiàn)在設(shè)備上，而是通過較長時(shí)間的累積才發(fā)生的，而一旦發(fā)生可能引起的經(jīng)濟(jì)損失將更大。所以在今后的修理過程中應(yīng)該引起重視。
 
    ( 3) 有的時(shí)候故障可能不僅僅是一個(gè)因素造成的，而是多個(gè)因素的集中表現(xiàn)。