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       泊頭市華強機床維修有限公司 | 機床大修-機床維修
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        在加快振興裝備制造業的大背景下,國產機床進入了突飛猛的進發展階段,隨著數控設備的大舉進入,機床大修業也將隨之進入國內維修市場,這將使我國機床維修業受到挑戰,所以建立一種新型的、**的立體維修服務網,已迫在眉睫。
          立體維修服務網的構建,簡而言之,就是設計、制造、營銷、維修一體化,打破各制造廠特約維修點的界限,建立區域維修服務網。
          由于在機床大修市場上,技術服務是交易的對象,市場上成交的基礎是服務項目、維修質量、維修價格和修理工期等,所以各機床維修網點**具有化的維修人員和專門化的維修設備。這是一種開放式的修理場所,隨時對本區域的機械數控設備實行現場點檢工作(檢查、調整),為用戶進行視情維修、定期保養等,并根據用戶施工中的工程進度,合理安排維修計劃,從而降低機械故障所造成的損失。
          對于用戶,化機床維修網點的現場點檢,可以大大降低因設備故障造成的損失及機床大修費用,同時也使自身擺脫“大而全、小而全”的維修設備及人員投入所造成的經濟負擔。

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        數控系統典型故障分析
         

        數控系統典型故障分析

        一、位置偏差過大報警

        在 FANUC系統中出現有 4*0及 4*1(其中*代表軸號)的報警。報警解釋是位置偏差達大。

        在 SINUMERIK810系統中有104*報警號出現(其中*也是代表軸號),報警解釋是DAC已達到了**。

        這兩個報警有相似的地方,為此我們來討論一下這個報警產生的原因及處理辦法。

        實際上這是位置環中的一個問題,我們討論位置環,就應有一個共同的語言,那就是討論偏差計數器,如圖12—5所示,以后討論位置環問題,仍要用這個圖來分析。

        fg是來自于 NC,這是經過插補運算后,由 NC向各軸發出的脈沖,這個脈沖的個數,代表NC要求各軸移動的距離。而這個脈沖的頻率是NC要求這個軸運行的速度。它向這個位置偏差計數器進行的是加法計數。

        fb是來自于脈沖編碼器的反饋脈沖,這個反饋脈沖的個數,代表電機已經實際轉過的角度,或者說是工作臺運行的實際距離。而fb人的頻率是代表脈沖編碼器旋轉的速度。它通過同步、四分頻等控制和轉換后送到偏差計數器中去,是減計數。那么在偏差計數器中一加一減,代表的是NC要求這個軸運行的距離還有多少沒有走出來。如果這個數愈大,則表明這個距離比NC的要求差的遠,這個數小則表明比要求的距離近了。因此把這個數進行D/A轉換,轉換成模擬量是代表速度指令。距離目標遠時,要以快速接近目標,距離目標近時,就要慢慢地接近目標,可以保證準確停車。依此可知D/A轉換后的數值是速度調節器的給定信號。速度調節器信號是在一10V~+10V之間,正常給定電壓是在6~8V之間(當然也可是負的,負的代表的是反轉)。

        偏差計數器中的數若增大,一方面說明位置偏差過大,另一方面可能是達到了 D/A轉換的**值。表明伺服系統沒有按著NC所要求的速度運行。另外,這個數過大,各軸不同時,也要產生形狀的偏差。也就是形狀,位置公差均可能超差。因此數控機床中對這個數的大小進行了限制。

        在FANUC6的系統中設定了參數074~105(或422到430對第5軸)這個參數就是根據工藝要求及加工精度設定的參數。這個參數中的內容就是偏差計數器的值一旦超過了這個值就報警,這個值是我們可以進行修改的,一旦報警,我們在設定的參數改一下值,改大一些,就可以不報警,但是,前面我們已經說過了,這個值有一個**值,再者,這個值對加工零件的位置與形狀的精度有密切的關系,所以這種修改參數的辦法,應是參數設置不合理或者是參數丟失才采用。

        下面再看 SINUMERIK810,它對這個偏差計數器的限定是用 D/A轉換器的**來限定的,它的輸出是速度調節器給定,因此,它所用的機床參數是限定**大速度給定值,所用的MD是MD268*,MD268*是**大轉速的額定值,輸入范圍是0~8192,標準值是8192,其單位為VELO(D/A轉換的單位)。它的解釋是:用這一輸入確定轉速額定值輸出**大電壓值,它根據轉速調節器內可能有的額定值**進行調節(通常10V)超出**,則停止插補,并發出報警104*。我們通過這一段的敘述,SINUMERIK810的104*報警,實際上也是由同一種原因產生的報警,應該說與FANUC所給報警的內容基本一樣,但也有差別;那就是報警的輸出點不同,報警內容的限定參數也不同。所謂輸出點不同,就是我們還要在SINUMERIK810報警中,考慮到 D/A轉換器是否還有問題,這個硬件有問題,也會出現這種情況,例如產生固定為1的故障,即s—a—1。

        偏差計數器中數值增大的原因:我們知道fg是加計數,fb是減計數,如果fg=fb,那么偏差計數器中的數就會不變,即使變也就是士 1個 VELO。如果fg>fb,那么,肯定的說,在偏差計數器中的數會愈來愈大。不久,就可以超出給定的限定參數值。

        數值增大的時機:首先是加速過程。也就是當給定某軸速度時,電機還沒有轉起來,這時只有fg向偏差計數器中加數,而電機緩慢啟動,反饋的fb很小,減計數少,那么偏差計數器中的值就不斷增長;當電機轉到正常所要求的轉數時,偏差計數器中的值不會再上升。當然,如果當fg=fb時,電機還在作加速度上升,那么可能出現反饋脈沖頻率大于給定的頻率,即fb>fg,這時偏差計數器中的值,可能還會下降,因為減數大了。**后,總會達到一個平衡,即fb=fg,而且運行是穩定的,偏差計數器中的值,經過D/A轉換,所得到的給定速度時,恰好產生出以fb作為反饋頻率的頻率值,等于給定fg的頻率值。

        所以**個問題可能出在加減速時報警,那么就是加減速不夠快,因此要對加減速進行調節參數。當然這是在加減過程中出現的,也就是一啟動某一個軸,還沒轉起來,就出現這個報警,就要想到是不是這個問題影響的。

        其次,是電機轉速的問題。fg是代表給定的速度,fb是代表電機實際轉速,如果fg>fb,那么這種穩定運行,也會很快出現這種報警,這種報警出現的快慢,決定于fg與fb的差值,這種差值愈小,那么報警出現的就晚一些,如果這個差值很大,那第這個報警就出現的早一些。

        電機轉速低的原因:如果正常給定是不變的,也就是偏差計數器中的值是不變的,也就是伺服系統的給定VCMD是不變的,而電機的轉速不夠,可能是電源電壓不夠,或者說伺服變壓器給出的電壓不夠。電機的給定電壓小,當然轉速就下來了。在這里,我們就要考慮電源電壓是否缺相,是否電壓值已超出了十10%—一15%的運行范圍,三相電源是否對稱等。這就可以用萬用表進行測量。

        這些地方如果不存在問題,那就應該考慮到電動機,電動機是否存在毛;例如電機電刷是否接觸良好。電機整流子表面是否良好,電機是否有轉動不靈活的地方,軸承是否已經破碎,潤滑不好。因為,電機要是有毛病,當然旋轉起來也會丟轉的。

        再一個就要考慮,負載是否有問題。例如負載過大,或者夾具夾偏造成摩擦阻力過大等等問題?傊獧z查作用在電機的作用力是否過大,而使電動機丟轉過多,這項工作的檢查要過細,避免以后事故擴大,以至出現受損面擴大的現象。

        如果上述檢查都沒有發生問題,這時就要考慮伺服板和觸發板上的問題。伺服板的速度調節器輸出的值是否有問題,能不能通過調節KV就可以解決問題,因為KV加大,就是比例積分調節器的比例放大系數加大,這樣就可以使在相同的給定下,使電動機轉速加大一些。當然,我們也要去考慮整個調節器板是否有問題,也可以采用換板的方法,去試一下調節器板是否存在問題。這是一個很細致的工作,要求我們考慮的周到一些。

        我們還應去分析下光電編碼器的反饋是否正確,這可以通過光電編碼器的反饋脈沖送人示波器去觀察。

        除此之外,還要注意各接線端子是否松動,雖然這是**簡單的檢查方法,但不可忽視。

        在分析這些問題之前,要注意到由NC來的人的頻率是否過高,也就是給定的速度是否過大,這一點在開始就要注意到。

        在這里,我們還要強調一下測速發電機的信號,當然很多系統中已不再采用測速發電機來對速度采樣,而是采用光電編碼器的M-T法來采樣速度。但速度反饋對速度調節器的輸出有重大關系,如果測速發電機的給出值過高就會使電動機達不到所要求的速,比所要求的速度低。因此,我們也要注意到這個環節的調節。這個環節容易出現問題,特別是測速發電機存在著很多隱患。

        二、機床爬行與振動

        在數控機床中有很多明顯的不正,F象,但在有一些經濟數控系統中,卻沒有報警,即使有時出現報警,報警的信息表明也不是你所看到不正,F象的報警。機床出現爬行與振動就是一個明顯的例子。機床以低速運行時,機床工作臺是蠕動著向前運動;機床要以高速運行時,就出現震動。

        關于機床爬行有的書上寫著:由于潤滑不好,而使機床工作臺移動時摩擦阻力增大。當電機驅動時,工作臺不向前運動,使滾珠絲杠產生彈性變形,把電機的能量貯存在變形上。電動機繼續驅動,貯存的能量所產的彈性力大于靜摩擦力時,機床工作臺向前蠕動,周而復始地這樣運動,而產生了爬行的現象。然而事實并非如此,仔細看一下導軌面潤滑的情況,就可以斷定不是這個問題。

        機床爬行和振動問題是屬于速度的問題。既然是速度的問題就要去找速度環,我們知道機床的速度的整個調節過程是由速度調節器來完成的。特別應該著重指出,速度調節器的時間常數,也就是速度調節器積分時間常數是以毫秒計的,因此,整個機床的伺服運動是一個過渡過程,是一個調節過程。

        凡是與速度有關的問題,只能去查找速度調節器。因此,機床振動問題也要去查找速度調節器?梢詮囊韵逻@些地方去查找速度調節器故障:一個是給定信號,一個是反饋信號,再一個就是速度調節器的本身。

        **個是由位置偏差計數器出來經D/A轉換給速度調節器送來的模擬是VCMD,這個信號是否有振動分量,可以通過伺服板上的插腳(FANUC6系統的伺服板是X18腳)來看一看它是否在那里振動。如果它就是有一個周期的振動信號,那毫無疑問機床振動是正確的,速度調節器這一部分沒有問題,而是前級有問題,向D/A轉換器或偏差計數器去查找問題。如果我們測量結果沒有任何振動的周期性的波形。那么問題肯定出在其他兩個部分。

        我們可以去觀察測速發電機的波形,由于機床在振動,說明機床的速度在激烈的振蕩中,當然測速發電機反饋回來的波形也是動蕩不已的。但是我們可以看到,測速發電機反饋的波形中是否出現規律的大起大落,十分混亂現象。這時,我們**好能測一下機床的振動頻率與電機旋轉的速度是否存在一個準確的比率關系,譬如振動的頻率是電機轉速的四倍頻率。這時我們就要考慮電機或測速發電機有故障的問題。

        因為振動頻率與電機轉速成比率,首先就要檢查一下電動機是否有故障,檢查它的碳刷,整流子表面狀況,以及機械振動的情況,并要檢查滾珠軸承的潤滑的情況,整個這個檢查,可不必全部拆卸下來,可通過視察官進行觀察就可以了,軸承可以用耳去聽聲音來檢查。如果沒有什么問題,就要檢查測速發電機。測速發電機一般是直流的。

        測速發電機就是一臺小型的永磁式直流發電機,它的輸出電壓應正比于轉速,也就是輸出電壓與轉速是線性關系。只要轉速,它的輸出電壓波形應當是一條直線,但由于齒槽的影響及整流子換向的影響,在這直線上附著一個微小的交變量。為此,測速反饋電路上都加了濾波電路,這個濾波電路就是削弱這個附在電壓上的交流分量。

        測速發電機中常常出現的一個毛病就是炭刷磨下來的炭粉積存在換向片之間的槽內,造成測速發電機片間短路,一旦出現這樣的問題就避免不了這個振動的問題。

        這是因為這個被短路的元件一會在上面支路,一會在下面支路,一會正好處于換向狀態,這3種情況就會出現3種不同的測速反饋的電壓。在上面支路時,上面支路由于少了一個元件,電壓必然要小,而當它這個元件又轉到了下面支路時,下面的電壓也小,這時不論在上面支路,還是在下面支路中,都必然使這兩條支路的端電壓下降,且有一個平衡電流流過這兩條并聯的支路,又造成的電壓降。當這個元件處于換向,正好它也處于短路,這時上下兩個支路沒有短路元件,電壓得以恢復,且也無環流。這樣,與正常測速發電機狀態一樣。為此,三種不同情況下電壓做了一個周期地變化,這個電壓反饋到調節器上時,勢必引起調節器的輸出也做出相應地,周期地變化。這是僅僅說了一個元件被短路。特別嚴重時有一遍換向片全部被碳粉給填平了,全部短路,這樣就會**為嚴重的電壓波動。

        反饋信號與給定信號對于調節器來說是**相同的。所以,出現了反饋信號的波動,必然引起速度調節器的反方向調節,這樣就引起機床的振動。

        這種情況發生時,非常容易處理,只要把電機后蓋拆下,就露出測速發電機的整流子。這時不必做任何拆卸,只要用尖銳的勾子,小心地把每個槽子勾一下,然后用細砂紙光一下勾起的毛刺,把整流片表面再用無水酒精擦一下,再放上炭刷就可以了。這里特別要注意的是用尖銳的勾子去勾換向片間槽口時,別碰到繞組,因為繞組線很細,一旦碰破就無法修復,只有重新**換繞組。再一個千萬不要用含水酒精去擦,這樣弄完了絕緣電阻下降無法進行烘干,這樣就會拖延修理期限。

        除了我們上面討論過這些引起振動的原因外,還可能是系統本身的參數引起的振蕩。眾所周知;一個閉環系統也可能由于參數設定不好,而引起系統振蕩,但**佳的消除這個振蕩方法就是減少它的放大倍數,在FANUC的系統中調節RV1,逆時鐘方向轉動,這時可以看出立即會明顯變好,但由于RV1調節電位器的范圍比較小,有時調不過來,只能改變短路棒,也就是切除反饋電阻值,降低整個調節器的放大倍數。

        采用這些方法后,還做不到**消除振動,甚至是無效的,就要考慮對速度調節器板**換或換下后檢查各處波形。

        在這個實例中,出現爬行時,電機是在低速,一旦提高速度就震起來,這時電流就可能出現過流報警。產生這種報警的原因是機床工作臺面為了迅速跟限反饋信號的變化而變化,**有一個很大的加速度才行,這個加速度就是由電機的轉矩給出的。電機轉矩的變化來響應這個速度給定信號(實際上是反饋信號)的變化。轉矩就是電流信號。大的轉矩,就是大的電流信號造成的,在電流環中出現了一個電流的激烈變化,從而出現了過電流現象。 在振動時不報警,而在振動加大時,出現了過電流報警。

        從這個例子中,我們可以這樣總結:位置問題去找位置環,而速度問題去找速度環。所謂位置環就是研究零件加工的尺寸問題,零件的尺寸的精度要去研究位置環。當然,零件尺寸的重復精度還和基準點有關,我們在后面還要討論基準點返回問題。但總的說來,尺寸問題,位置問題,要求考慮的對象是位置環,或者說與位置環有關的部分應是考慮的主要對象。速度的問題就要去研究速度環以及與速度環有關的部分。

        加工零件形狀有了問題,這顯然是由幾個軸進行插補造成的。這就是NC對軸進行的脈沖分配,那么如果我們認為NC對軸的脈沖分配是正確的(常常是這樣,很少遇到是NC出了毛病,或插補軟件出了毛病而出現形狀不對的現象),那么各軸在忠實地執行NC的指令上肯定存在問題。我們可以去查各個軸伺服單元存在的問題。我們如果想加工一條有斜率的直線,那么這兩個軸的速度要按斜率的比率關系給定。

        由于數控機床是機電一體化產品,這里邊影響機床正常工作的因素很多,例如上面我們曾討論過的加工形狀誤差的原因,除了電氣方面的問題之外,我們在數控機床的驗收一節中曾經討論過失動量的測定,這也是影響加工的幾何形狀一個重要問題,這個機械方面的問題也與電氣的問題混在一起,這種情況就十分難以分辨出到底哪個因素在這個問題中的比重占有多少。

        這些相關的因素是制約我們迅速查出故障的重要因素。

        三、歸基準點的故障診斷

        機床的基準點就是機床坐標軸移動到一個預先指定好的準確位置,該位置的坐標值,置于該坐標實際位置計數器中去;鶞庶c的坐標值可以任意設定。但應以編寫零件程序方便,人們習慣且容易記憶為準則,當然取整數為**好。另外亦從省工時角度出發安排,例如TC系列加工中心X軸基準點安排在一個托盤**換位置。歸基準點后,只要不發生坐標軸實際坐標計數器計數出錯(多記或少記)故障,不管該軸進行多少次往復運動與操作,機床控制系統總能以保持基準點為基準,實際坐標與實際位置一致。一旦機床在運行中出現坐標軸出錯,機床即報警,且自動要求重新執行歸基準點操作,在重新操作歸基準點之前,這個報警無法消除,也不能進行自動工作或MDA操作。因此,上述指定的準確基準點的位置,在每次操作歸基準點時要有很高的重復精度。它是由機械進行粗定位和電氣進行精定位來完成的。

        每次機床的啟動后,首先都要進行歸基準點的操作,只有完成了歸基準點操作之后,才建立起機床的坐標系。之所以這樣,就是因為經濟型數控機床,普遍采用的是半閉環系統,也就是采用光電編碼器檢測轉的角度來決定工作臺移動的距離,而這種光電編碼器,多半是采用增量式光電編碼器,這種編碼器比**編碼器的信號處理簡單而且價格也便宜得多,但是這種編碼器只能測出增量值,也就是每次啟動要回到一個基準點,然后從這里算起,來記錄增量值。當然,如果采用的是**編碼器就用不著每次啟動**回基準點,它在什么位置,就可以通過它的脈沖編碼讀出來。

        采用全閉環的系統也存在回基準點問題,如果采用的是光柵,感應同步器或者是磁柵,它們絕大多數是增量式的,當然它們也是**式的,但**式的也和**編碼器一樣,不好處理信息(在理論上不存在處理信息問題,而是手續比較復雜,所用器件也多),再一個是價貴。因此,只要采用的是增量式的,也有回基準點的問題。

        回歸基準點有兩種比較常見的方法,即柵格法和磁開關法。下面僅介紹柵格法。

        選擇JOG方式,旋轉到ZRN接通(與十24伏接通),機床運動部件以快速移動,并按動JOG FEED按鈕,使機床運動部件朝著基準點方向運動。

        通過碰撞減速開關,作為返回參考點的減速信號(*DECX,*DECY,*DECZ,*DEC4N之一),使返回運動速度減速。在減速后,運動部件以一恒定低速運動,當減速限制開關返回原位置時,運動部件的其他部分再一次碰上它之后,再出現一個電的柵格點時,運動停止,同時INC發出參考返回完成信號ZPX、ZPY、ZPZ或ZP4。

        各軸返回方向可單獨設定。如果從單方向執行參考點返回,一旦運動部件超過了參考點,

        它以反向移動,并且返回參考點,一經參考點返回完成并且發出相應信號ZPX、ZPY、ZPZ或ZP4,軸就不能由手動進給指令運動,直到ZPN信號斷開為止。

        歸基準點有兩種方式:有自動方向識別和無自動方向識別方式。無自動方向識別方式的歸基準點過程是,選擇歸基準操作方式啟動后,軸先以歸基準速度(快速)向指定方向移動,碰上歸基準減速限位開關后,軸在減速信號的控制下減速到關斷速度繼續移動,當軸到達測量基準點標記指定的**歸基準脈沖前沿后,制動為零,過標記后又以關斷速度移動指定距離而停于基準點;有自動方向識別方式的歸基準點過程是,選擇歸基準操作方式啟動后,軸先以歸基準點速度向指定方向移動,碰到歸基準點減速限位開關后,軸在“減速信號”控制下,減速到零,再反向加速到關斷速度,反向移動,當軸到達測量系統基準點標記指定的**歸基證脈沖前沿后制動到零,過標記后,又以關斷速度移動指定距離而停止于基準點。

        歸基準點操作可能出現下列故障:

        (l)無自動方向識別方式或有自動識別方式坐標軸在執行歸基準點時,沒有減速過程,一直等碰到位置**開關停機,從而造成歸基準點操作失效。該故障原因可能是歸基準點減速開關失效,運行中基準點標記指定的歸基準點脈沖不起作用。

        (2)歸基準點過程有減速,但以關斷速度移動(或改變方向移動)直到觸及限位開關而停機,沒有找到基準點,歸基準點操作失敗。

        該故障原因可能是減速后,歸基準點標記指定的基準脈沖不出現。具體講,有2種可能:一種光柵在歸基準點操作中沒有發出已歸基準點脈沖信號,或歸基準點標記失效,或由基準點標記選擇的歸基準點脈沖在傳輸或處理過程中丟失,或測量系統硬件故障,對歸基準點脈沖信號無識別或處理能力;二是減速開關與歸基準點標記位置錯位,減速開關復位后,沒有出現基準點標記。

        對**種情況可使用信號跟蹤法,用示波器檢查信號狀態,判斷故障。對**種情況,可試著適當調整限位開關(減速開關)與歸基準點位置標記之間的距離關系,即可消除故障。

        (3)歸基準點過程有減速,且有歸基準標記指定的歸基準點脈沖出現,及制動到零的過程,但未到基準點即觸及到**位置開關而停機,即歸基準點操作失敗。該故障原因可能是歸基準點的基準點脈沖已被超越,因此坐標軸未移動夠指定距離,已觸及**限位開關,所以只好停機。


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