加工中心Z軸報(bào)警的故障修理

劉 陽(yáng) ，張 偉 ，王曉武

（西安航空發(fā)動(dòng)機(jī) ( 集團(tuán))有限公司，陜西 西 安 7 10021）

1.故障現(xiàn)象

UCP-1000加工中心所用系統(tǒng)為海德漢TNC426，在進(jìn)行加工時(shí)出現(xiàn)Z軸03#報(bào)警，該報(bào)警在消除之后Z軸向上運(yùn)行到一定位置時(shí)又會(huì)出現(xiàn)該報(bào)警，設(shè)備無法正常使用。

2.故障分析

(1)故障內(nèi)容

03#報(bào)警為驅(qū)動(dòng)溫度過高。機(jī)床說明書指出I15這一出入點(diǎn)變?yōu)?是產(chǎn)生此報(bào)警的原因，更深一層的原因可能是切削量過大，可以讓驅(qū)動(dòng)裝置冷卻一段時(shí)間，加以清除。

(2)故障分析

在加工中心上這種零件一直在加工，不存在切削量過大的情況；檢查伺服驅(qū)動(dòng)裝置，手感溫度不高。根據(jù)原理圖(圖1)查找I15這一點(diǎn)，它來自于伺服驅(qū)動(dòng)裝置的電源模塊，端子是X111的5.2，當(dāng)它為1時(shí)的含義是電源模塊的電流過大報(bào)警。對(duì)該設(shè)備的Z軸電流進(jìn)行測(cè)量發(fā)現(xiàn)該電流稍大，但并未達(dá)到其高速運(yùn)行時(shí)的電流。

經(jīng)查報(bào)警原因，在對(duì)PLC進(jìn)行分析后得知，數(shù)控系統(tǒng)采集了伺服驅(qū)動(dòng)各軸的電機(jī)電流值，并對(duì)該電流值監(jiān)控，除I15這一點(diǎn)輸入外，如果點(diǎn)擊電流大于參數(shù)設(shè)定值，同樣出現(xiàn)此報(bào)警。

為了斷定是否是該信號(hào)引起的報(bào)警，將電源模塊的端子5.2上的線取掉，如果電源模塊有故障信號(hào)，是不會(huì)送入

圖1

數(shù)控系統(tǒng)的。這時(shí)再運(yùn)行Z軸，該報(bào)警還是出現(xiàn)。由此可以確定不是電源模塊發(fā)出的信號(hào)。

該信號(hào)從電源模塊引出后經(jīng)過一個(gè)接口板，再轉(zhuǎn)換為一個(gè)32針的電纜接入數(shù)控系統(tǒng)的X42接口，為了排除這一段線路的故障，將插頭X42拆開，將I15所對(duì)應(yīng)的16針的線斷開，這時(shí)再運(yùn)行Z軸，故障繼續(xù)存在。于是將該點(diǎn)人為加上24V，出現(xiàn)該報(bào)警，由此可以斷定產(chǎn)生該報(bào)警還有其他原因。

對(duì)系統(tǒng)的信號(hào)分析，發(fā)現(xiàn)伺服電動(dòng)機(jī)的溫度信號(hào)是送入數(shù)控系統(tǒng)的，它是一個(gè)常態(tài)在500Ω左右的熱敏電阻，將該信號(hào)線剪斷，送電后立即出現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的報(bào)警，內(nèi)容是“電機(jī)溫度過高”，所以也不是該信號(hào)引起的此故障。

由于開始該報(bào)警是在Z軸向上移動(dòng)到某一位置是固定的，為判斷是否是由于光柵尺故障引起該報(bào)警，將該軸改為半閉環(huán)運(yùn)行，報(bào)警依舊出現(xiàn)。

在對(duì)其他各軸檢查后發(fā)現(xiàn)，只有Z軸移動(dòng)時(shí)出現(xiàn)該報(bào)警，因此將檢查重點(diǎn)放在對(duì)Z軸運(yùn)行狀態(tài)的檢查：用電流表檢測(cè)Z軸電流，同樣的速度比同型號(hào)的正常設(shè)備大2A；而且隨著Z軸向上移動(dòng)，電流逐漸增大，并最終出現(xiàn)報(bào)警(圖2)。

圖2

在對(duì)驅(qū)動(dòng)模塊、電機(jī)動(dòng)力線、編碼器線檢查確定正常后，將故障點(diǎn)確定在伺服電機(jī)和機(jī)械傳動(dòng)部件上。

針對(duì)前面對(duì)故障現(xiàn)象的分析，得出了兩個(gè)故障點(diǎn)，于是對(duì)該兩部分故障點(diǎn)進(jìn)行確定。

對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行確定：將Z軸伺服電機(jī)拆下，改為半閉環(huán)進(jìn)行無負(fù)載運(yùn)行并對(duì)電流進(jìn)行監(jiān)控，無電流過大的情況，于是判斷該機(jī)床伺服電機(jī)無故障。因此確定該故障的機(jī)械傳動(dòng)有關(guān)。

3.故障排查

(1)做專用工具進(jìn)行Z軸絲杠檢查、調(diào)整

為了檢測(cè)到絲杠傳動(dòng)時(shí)受力數(shù)值的大小，設(shè)計(jì)了圓柱形專用工具，使它一端和絲杠連接、另一端和指示扭力扳手連接(圖3)。

圖3

通過扭力扳手旋轉(zhuǎn)絲杠，將主軸頭從下傳動(dòng)至上約10cm處時(shí)，扭力扳手力矩值顯示值很平穩(wěn)，為22N·m，再往上傳動(dòng)至臨近換刀點(diǎn)時(shí)，數(shù)值均勻遞增，直到35N·m，當(dāng)主軸頭傳動(dòng)至換刀點(diǎn)時(shí)，力矩值快速升到45N·m。反復(fù)實(shí)驗(yàn)后結(jié)果都是一樣。

經(jīng)過分析，旋轉(zhuǎn)絲杠受力不均勻的原因?yàn)閆軸導(dǎo)軌不平行或者是絲杠兩端軸承和絲母不在同一條直線上。檢查導(dǎo)軌是否平行，首先將同一條導(dǎo)軌上的兩個(gè)滑塊與主軸頭緊固的螺釘松開，通過扭力扳手轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠，得出的力矩?cái)?shù)值仍然跟之前一樣。將螺釘緊上，使另一條導(dǎo)軌上的兩個(gè)滑塊的螺釘松開，轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠，力矩沒有變化，可以得出力矩?cái)?shù)值的改變和導(dǎo)軌沒有關(guān)系。然后再對(duì)絲杠及軸承三點(diǎn)進(jìn)行檢查。首先對(duì)絲杠上端的軸承進(jìn)行拆除，在只有下端軸承和絲母兩點(diǎn)間作用下對(duì)絲杠進(jìn)行扭力測(cè)試，測(cè)得的數(shù)值最大值為30N·m，說明原先軸承和絲母三點(diǎn)不在同一直線上。經(jīng)反復(fù)調(diào)試，斷定引起力矩變化的原因?yàn)榻z母沒在兩端軸承的中心線上。

(2)處理措施

為使絲母與絲杠兩端軸承處于同一中心線上，將絲母半松開，使用專用工具來回轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠，使軸承及絲母處于同一直線上，最后在上端將絲母上緊。最后再次使用扭力扳手對(duì)Z軸傳動(dòng)進(jìn)行監(jiān)控，上下扭力均勻，該故障完成修復(fù)。