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数控机床/铣床 |
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数控机床加工中出现尺寸不稳定的分析 |
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作者：川汽厂车桥分厂 王跃兵 |
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数控机床通常是由控制介质、数控装置、伺服驱动装置、伺服电机、工作台(或刀架)的位置反馈测量装置等组成。在零件加工时，数控装置按照控制介质上的加工程序，通过数控系统的数字运算后向伺服驱动装置发出控制信号，驱动伺服电机转动，再经滚珠丝杠螺母传递给工作台(或刀架)，使工件与刀具之间产生相对运动，同时位置检测反馈装置将工件与刀具之间的实际相对移动量转变成电信号(如电脉冲信号等)反馈给数控装置，数控装置将指令转位量与反馈的实际转位量进行比较(其具体比较量根据伺报系统不同可分为相位、幅值、数字)，将其差值又控制工件的相对移动，当工件与刀具相对移动量与指令移动量相符时，工件与刀具之间停止相对移动，从而加工出符合程序设计要求的零件。但在实际加工中却时常出现工件与刀具之间并未完全按照指令值进行相对移动，造成加工零件尺寸与设计不符。下面就以目前我厂应用最多的半闭环数控机床为对象进行分析，其控制系统如图1，可将它分为两部分：第一部分是伺服电机的实际转位值与指令转位值不符；第二部分是伺服电机的实际转位值与指令转位值相符，但工件与刀具的实际相对移动未达到要求。 
图1
一、伺服电机的实际转位值与指令转位值不符
半闭环数控加工机床，通常是在伺服电机上安装旋转变压器、旋转的光电脉冲编码器等。位置检测装置工作时，将伺服电机上检测到的转位角信号反馈给位置控制单元，通过位置比较，发出信号控制速度控制单元，从而控制伺服电机的转动。造成电机转动与指令不符，其原因是位置检测环节与位置控制装置容易出现问题。
1.位置检测装置。FANUC数控系统的位置检测装置，通常是采用圆光栅脉冲编码器，其正常输出信号如图2。出现故障后，往往造成Ua 1(A)、Ua 2(B)、Ua 0(Z)等反馈信号失真或丢失。通常有以下几种故障：
1)Ua 0(Z)零位脉冲信号由于种种原因，发生变化或出现每转多个零位脉冲输出时，就会造成机床回零点坐标发生变化，使零件加工尺寸出现不稳定，此时就必须对机床原点重新调整。从FANUC 0.00.0-Mate.0-T等数控系统原点坐标复位动作和减速碰块的确认方法来看，造成机床回零点坐标发生变化的故障点，可能是回零碰块移位、信号传送线故障、圆光栅副脏污、圆光栅脉冲编码器与伺服电机轴之间连接出现问题以及相应参数方面变动等原因造成。可以用以下方法进行检查：用手摇脉冲发生器，将工作台(或刀架)从参考点向减速碰块方向移动，同时用诊断功能对减速碰块的减速信号进行检查，从参数显示点上可以看出从零点到减速碰块之间的距离，此距离一般应为电机每转移动量的一半(丝杠半个螺距)。如果不符就应对减速碰块的位置进行调整，并修改相应的参数。如果通过调整碰块后，参考点到减速碰块的距离仍未达到半个螺距或尺寸不稳，就可能是减速碰块经过长期使用磨损而使有效行程变短，这种情况就需要更换减速碰块。用示波器对圆光栅脉冲编码器零位脉冲Ua 0(Z)进行监测，如果输出信号不规则，就应对编码器及其传输线进行检查并排除故障点。
(2)脉冲编码器的电源电压值不合要求。在FANUC系统中，脉冲编码器电源通常是由NC的主PCB提供的，其输出电压一般为5V±1％，而脉冲编码器的电压要求为5V±5％，也就是其最低电压必须高于4.75V。当电源电压过低或过高都将会造成输出信号的失真，影响反馈质量造成加工不稳定。检查时只需打开伺服电机后盖，测量脉冲编码器PCB板上的+5V和0V之间电源电压，如不符要求，可对主PCB上的电压进行检查和调整，然后用示波器对其三种输出信号进行检查。
图2
(3)脉冲编码器受外界信号干扰或脏污等影响，使输出信号失真。在干扰方面，时常易出现外界强电、磁信号干扰，如火花加工设备、脉冲输出信号传输线与强电源线之间距离太近，电磁线圈中未安装火花消除器，还有传输线的屏蔽接地未接触很好等等，这些都会给信号传输造成影响。在脏污方面，通常是由于电机或脉冲编码器未能进行良好密封，使油污或灰尘进入光栅副而造成信号失真或丢失。
(4)脉冲编码器与电机之间的联轴节损坏或脉冲编码器本身损坏。
2.主PCB板不良。检查主PCB的各项供电电源是否正常以及主PCB与其它控制单元位置反馈装置之间的连线是否有松动等接触不良的现象。在其它方法检测无效时可以采用更换相同型号主PCB的方法进行。
3.位置控制单元或速度控制单元不良。如经检查已无明确故障点时，也可通过更换速度控制单元或伺服放大器PCB进行检测。
4.伺服电机加减速时间过短出现过冲量造成位置不准时，可适当延长加减速时间。
二、伺服电机的实际转位值与指令转位值相符，但工件与刀具的实际相对移动未达到要求
从电机与工作台或刀架间机械传动(图3)中可以看出，造成实际移动值与理论设计值不相符有以下几点：
1.伺服电机轴与丝杠之间的连接松动，致使丝杠与电机不同步，出现尺寸误差。检测时只需在伺服电机与丝杠的联轴节上作好记号，用较快倍率来回移动工作台(或刀架)，由于工作台(或转塔)的惯性作用，将使联轴节的两端出现明显相对移动。此类故障通常表现为加工尺寸只向一个方向变动，只需将联轴节螺钉均匀紧固即可排除。
2.滚珠丝杠与螺母之间润滑不良，使工作台(或刀架)运动阻力增加，无法完全准确执行移动指令。此类故障通常表现为零件尺寸在几丝范围内无规则变动，只需将润滑改善即可排除故障。
3.机床工作台(或刀架)移动阻力过大，一般为镶条调整过紧、机床导轨表面润滑不良所致。该故障现象一般表现为零件尺寸在几丝范围内无规则变动。检查时可通过观察DGN800-804的位置偏差量大小和变化来进行，通常为正反方向静止时相差较大。此类故障只需将镶条重新调整并改善导轨润滑即可。
4.滚动轴承磨损或调整不当，造成运动阻力过大。该故障现象也通常表现为尺寸在几丝范围内无规则变动。检查时可通过DGN800-804的位置偏差量进行，方法同上。此类故障只需将磨损轴承更换并认真调整，故障即可排除。
5.丝杠间隙或间隙补偿量不当，通过调整间隙或改变间隙补偿值就可排除故障。
以上对半闭环数控加工机床出现加工尺寸不稳定，就实践中较易出现的几种原因进行了分析。在具体故障判断中，要求我们仔细观察故障的细微变化与不同，运用电气与机械知识，对其进行全面分析后，方能准确找到故障点及时排除。
作者通联：川汽厂车桥分厂数控站重庆市双桥区630900(end)
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(2/22/2006) |
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佳工网友 兆旺
于3/6/2006 11:25:00 AM评论说：
影响他的因素太多了
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对 数控机床/铣床 有何见解？请到 数控机床/铣床论坛 畅所欲言吧！
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