MAKINO加工中心X方向偏移批量工廢故障維修

上海通用東岳動(dòng)力總成有限公司 （264006） 郭 興

我公司一臺(tái)MAKINO J88 數(shù)控加工中心，2012年3月4日白班加工到中午12點(diǎn)多，出現(xiàn)X軸突變（X偏移2.12mm），期間沒有任何設(shè)備報(bào)警。現(xiàn)將維修過程和經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)梳理與大家分享。

1.設(shè)備介紹

該設(shè)備是MAKINO J88加工中心，用于缸體機(jī)加工生產(chǎn)線。主要加工：鉆油底殼裝配螺栓孔、曲軸腔供油孔和噴油嘴安裝孔。

（1）控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)為F A N U C 160MC，控制軸：直線軸——X、Y、Z，旋轉(zhuǎn)軸——B軸，ATC軸——AR、AS軸。

（2）測(cè)量系統(tǒng)：直線光柵尺：FUTABA；X軸：FMC80ZFJKJ；Y軸：FMC60iAAEJ；Z軸：FMC55iAACB。

圖1

2.故障描述

操作工送檢零件號(hào)為0640388的工件時(shí)，測(cè)量至曲軸腔供油孔時(shí)測(cè)針卡死，再次分開測(cè)量，單程序測(cè)噴油嘴安裝面孔可以，單測(cè)曲軸腔供油孔H630時(shí)測(cè)針卡死，因80C共有六把刀依次進(jìn)行加工，T1～T4號(hào)刀先加工噴油嘴安裝面孔，T5～T6號(hào)刀加工曲軸腔供油孔，由此可推斷0640388的工件在前四把刀加工完噴油嘴安裝面及孔后位置發(fā)生了偏移。向前追溯五件沒有問題，往后追溯有53件連續(xù)超差，目視狀態(tài)所有X方向上的尺寸偏移2.12mm。

這件工件的具體狀態(tài)如圖2所示。

圖2

3.問題分析

因加工尺寸偏移很大，三坐標(biāo)已無法測(cè)量出準(zhǔn)確的數(shù)值，通過卡尺測(cè)量，初步判斷機(jī)床X方向上發(fā)生了2.12mm的偏移。

從變化點(diǎn)上看，第一超差件，從T5開始偏移，即T1～T4設(shè)備正常，突變發(fā)生在第五把刀（見圖3）。

圖3

根據(jù)圖的分解，第四個(gè)框表示工件實(shí)測(cè)尺寸已經(jīng)發(fā)生偏移。第二、三個(gè)框表示X軸偏移可能發(fā)生的位置。分析有幾種可能，如下所示：

（1）如果T4加工結(jié)束后，機(jī)床X軸正常，但是，主軸移動(dòng)到換刀位置時(shí)，位置已經(jīng)發(fā)生了偏移。

（2）加工T4結(jié)束后，主軸移動(dòng)到換刀位置正常，刀庫軸送刀的時(shí)候，導(dǎo)致X軸發(fā)生位置偏移。

（3）機(jī)床在T4加工到最后一個(gè)孔時(shí)，因受到異常外力，機(jī)床X軸尺寸發(fā)生偏移。

（4）從換刀位置移動(dòng)到T5加工位置時(shí)，機(jī)械位置發(fā)生了偏移。

根據(jù)上面幾種推斷，分析如下：

第一種可能：主軸在移動(dòng)到換刀位置時(shí)，X軸位置丟失，查閱FANUC P1828（跟隨誤差）設(shè)定值為80000；該設(shè)備光柵尺分辨率為：0.00025mm，即當(dāng)移動(dòng)過程中，光柵尺檢測(cè)到位置偏差量超過：80000×0.00025=20mm時(shí)，設(shè)備才會(huì)報(bào)警411。因此，不排除該項(xiàng)可能。

第二種可能：換刀軸異常，給主軸一個(gè)側(cè)向力，導(dǎo)致光柵尺前端機(jī)械位置發(fā)生了2.12mm的偏移；因換刀臂未發(fā)現(xiàn)機(jī)械變形，因此，由此引發(fā)的機(jī)械位置偏移，可能性很少。

第三種可能：加工過程中，因無異常斷刀，異常外力應(yīng)該不至于導(dǎo)致機(jī)械位置發(fā)生偏移。

第四種可能：與第一種可能的情形相似。

因此，問題鎖定在第一種或第四種可能上。

4.解決過程

接到報(bào)警，維修檢查設(shè)備。

（1）記錄設(shè)備的原始狀態(tài)：

測(cè)量基準(zhǔn)孔，記錄坐標(biāo)值： X 2.718，Y－211.644

基準(zhǔn)孔坐標(biāo)銘牌值為：X 0.570，Y －211.664

根據(jù)基準(zhǔn)孔坐標(biāo)實(shí)際測(cè)量值，與工件表現(xiàn)出來的偏移相一致。即機(jī)床X方向發(fā)生偏移，Y、Z軸正常。

測(cè)量換刀位置，發(fā)現(xiàn)X方向有2mm左右的偏移，與基準(zhǔn)孔坐標(biāo)一致，排除夾具等異常的可能。

縮小問題可能發(fā)生的原因范圍，聚焦在X軸上。

為了排除機(jī)械受力導(dǎo)致光柵尺前端機(jī)械位置的偏移，集中力量檢查機(jī)械聯(lián)接是否異常。

（2）機(jī)械聯(lián)接檢查：①懷疑滑塊間隙導(dǎo)致機(jī)床位置發(fā)生偏移：拆卸護(hù)罩，檢查X、Y、Z軸導(dǎo)軌滑塊正常。②懷疑絲杠間隙導(dǎo)致機(jī)床位置發(fā)生偏移：低倍率運(yùn)行各軸，檢查是否有抖動(dòng)，正常，排除絲杠、電動(dòng)機(jī)聯(lián)軸器、絲母等松動(dòng)或磨損的可能。③用300的心棒測(cè)量主軸側(cè)母線：0.25mm；上母線：0.02mm；側(cè)母線狀態(tài)較差。有針對(duì)性的檢查：主軸固定螺栓，正常，Z軸導(dǎo)軌直線度0.006mm（撬棒有0.01mm的間隙，能回彈）；X軸導(dǎo)軌直線度：0.011mm；Y軸導(dǎo)軌直線度：0.004mm（撬棒有0.004mm的間隙，能回彈）；目視檢查Y軸導(dǎo)軌有明顯磨損。

每班記錄側(cè)母線值兩次，跟蹤一周，側(cè)母線測(cè)量值在：0.08～0.29mm之間波動(dòng)。至此，機(jī)械排查完成，有異常點(diǎn)，但是，導(dǎo)致2.12mm的偏移，這個(gè)變化點(diǎn)仍沒有找到。

（3）電氣控制鏈路檢查：①根據(jù)基準(zhǔn)孔坐標(biāo)的測(cè)量結(jié)果，X軸位置都發(fā)生了偏移，懷疑白班加工過程中出現(xiàn)報(bào)警，斷電上電后，X軸光柵尺參考點(diǎn)發(fā)生變化。重新設(shè)定X軸參考點(diǎn)，上電后，測(cè)量基準(zhǔn)孔坐標(biāo)：X 2.718，Y －211.664，排除上述疑點(diǎn)。②因X軸光柵尺是2011年9月13日更換的，因此，暫時(shí)未考慮光柵尺原因?qū)е碌奈恢闷?，例行檢查光柵尺標(biāo)尺和掃描單元的固定螺栓，沒有松動(dòng)。③懷疑P1850(光柵尺參考點(diǎn)偏移量)參數(shù)被認(rèn)為修改，同時(shí)，也是為了排除電氣控制鏈路上部件異常的可能，更換FANUC主板、軸卡（PMC卡、SRAM卡等，未做更換），回傳2011年12月30日備份的參數(shù)，上電，重新設(shè)定參考點(diǎn)，打基準(zhǔn)孔坐標(biāo)：X 2.718 ，Y －211.664，未見異常。④為了保證生產(chǎn)，在P1850中，將偏差量在參考點(diǎn)里補(bǔ)償回來，一件五件驗(yàn)證。⑤恢復(fù)生產(chǎn)，現(xiàn)場(chǎng)加嚴(yán)抽檢頻次，由1/50改為1/25，并跟蹤H646 H630兩個(gè)孔的X、Y坐標(biāo)。截止2012年3月14日白班，數(shù)據(jù)如圖4所示。每個(gè)點(diǎn)表示三坐標(biāo)測(cè)量的每個(gè)孔的X、Y坐標(biāo)。通過近10天的跟蹤，X軸尺寸穩(wěn)定，波動(dòng)在0.05mm以內(nèi)；Y軸波動(dòng)很大，在0.2mm以內(nèi)，回查2012年1月至今的QDAS數(shù)據(jù)，Y軸尺寸一直不穩(wěn)定，且本次故障Y軸前后并未做調(diào)整，因此，排除Y軸故障的可能。另外，通過近期的數(shù)據(jù)表示，X軸尺寸很穩(wěn)定，說明機(jī)床狀態(tài)仍然保持在當(dāng)初發(fā)生故障時(shí)的樣子（X軸跑掉的2.12mm，通過參考點(diǎn)補(bǔ)償回來）。因此，盡管我們現(xiàn)在仍沒有找到問題的根源，但是，第一現(xiàn)場(chǎng)其實(shí)一直沒有破壞，只要我們找到問題點(diǎn)，跟超差結(jié)果相匹配的實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)，也一定會(huì)打出來。⑥2012年3月14日白班，考慮到極端情況-光柵尺標(biāo)尺上的刻度盤與掃描單元上的光電池或光源相對(duì)位置發(fā)生錯(cuò)位，有可能導(dǎo)致機(jī)床原點(diǎn)的丟失，如圖5所示。

圖4

圖5

在白班跟生產(chǎn)協(xié)調(diào)時(shí)間，計(jì)劃性更換X軸光柵尺，重設(shè)參考點(diǎn)，打基準(zhǔn)孔坐標(biāo)：X 2.718，Y－211.664，即機(jī)床恢復(fù)到未補(bǔ)償P1850參數(shù)時(shí)的狀態(tài)。機(jī)床X方向位置偏移的根本原因找到。

拆卸光柵尺，檢查掃描單元，發(fā)現(xiàn)固定掃描單元的萬向節(jié)脫開，如圖6所示。

圖 6

5.經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

類似案例碰到的概率極低，懷疑可能是光柵尺制造缺陷導(dǎo)致：光柵尺萬向節(jié)裝配時(shí)，頂針未安裝到位，頂在萬向節(jié)底座擰緊用的凹槽里，加工過程中，受慣性等力的作用，導(dǎo)致頂針脫開凹槽，滑落到底座平面上，如圖7所示。

圖7

針對(duì)上面的分析，追溯2011年9月13日更換X光柵尺前后的基準(zhǔn)孔坐標(biāo)變化，若上述分析屬實(shí)，當(dāng)初P1850里補(bǔ)償?shù)闹祽?yīng)該很大。追溯2009年9月30日備份的數(shù)據(jù)，P1850里的值是：X 15636，2012年3月4日發(fā)生問題時(shí)，記錄的P1850里的值是：X 18436，計(jì)算當(dāng)初可能的補(bǔ)償量是：（18436－15636）/4000=0.95mm。即2011年9月13日更換的X軸光柵尺，在安裝時(shí)就已經(jīng)表現(xiàn)出異?，F(xiàn)象。

自此，該故障原因找到，為了徹底避免類似問題的再次發(fā)生，采取如下措施：優(yōu)化光柵尺更換的SOS，對(duì)于更換光柵尺前后基準(zhǔn)孔坐標(biāo)變化量超過1mm的，按照異常情況予以處理，直至找到根本原因。

另外，F(xiàn)ANUC專家也到現(xiàn)場(chǎng)協(xié)助分析系統(tǒng)未報(bào)警的原因，從控制的原理上講，單靠P1828（跟隨誤差）來達(dá)到控制精度的目的，是不可能的。

因此，若要從系統(tǒng)上予以防錯(cuò)，必須進(jìn)行深層次的研究。