定量分析在數控機床故障處理中的應用

朱衛平

作者通聯：西安航空發動機有限公司設備部 西安市北郊徐家灣 710021

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在數控機床故障處理過程中，不僅需要對故障部位進行定性分析，在條件允許情況下，還要盡可能對故障點進行定量分析。尤其對于機械和電氣原因比較模糊的綜合故障，通過量化數據證明分析和判斷的結論就顯得非常必要。一般電氣方面的故障可借助各種儀器、儀表既能定性又能定量的判斷故障點。而一些機械傳動方面的故障，因受檢測手段的局限，定性容易定量難。下面介紹一例定量分析處理數控機床故障的過程。

1.故障現象

一臺采用海德漢TNC426系統的UCP1000米克朗加工中心時常出現Z軸報警故障，報警內容為“03 EXCESS TEMPERATURE OF DRIVES”（Z軸驅動溫度過高）。該報警可通過復位鍵消除，但設備運行一段時間，報警再現，設備無法進行正常加工。

2.故障分析

根據報警信息內容，首先判斷是電氣還是機械傳動故障。按照先簡單后復雜的排查原則，使用卡鉗表觀察Z軸伺服電機在整個行程的工作電流。當Z軸在行程下端時，電流約為9A，用手動方式JOG Z軸往上上升時，電流逐漸增加。當Z軸上升到接近Z軸換刀點時，電流增加到14A，這與操作工反映機床Z軸總是在換刀時報警的情況基本吻合。據此初步判斷報警原因是Z軸絲杠傳動過載。為進一步排除電氣方面原因，將Z軸全閉環控制方式改為半閉環控制方式，并將Z軸伺服電機與絲杠脫開，空載運轉電機。同時用卡鉗表測量電機電流僅為3A，連續幾小時空載運行，未出現驅動模塊過溫報警。由此基本確定驅動過溫報警的原因是絲杠傳動部位過載。同樣按照先簡單后復雜的原則，檢查Z軸導軌潤滑狀況良好，未發現導軌有銹蝕磨損現象。然后脫開彈性連軸器，用一扳手盤動絲杠的整個行程，手感檢查未發現有明顯死點現象。考慮到該設備使用已近10年，需要檢查絲杠兩端支撐軸承狀況，而且拆下絲杠也便于檢查絲杠狀態。用1根枕木在底部托住主軸負載，拆除絲杠及絲杠兩端軸承。檢查絲杠滾道及兩端軸承潤滑良好，未發現銹蝕、研損現象，用手分別轉動軸承及在絲杠整個行程轉動絲母，旋轉皆輕盈自如。分解檢查絲杠滾珠，滾珠直徑一致，也無缺損情況，隨后清洗絲杠及軸承并添加潤滑脂回裝，將Z軸伺服電機重新安裝后再進行連續換刀動作運行，一段時間后故障報警重現。經過上述常規機械檢修后，維修人員一致認為機械傳動部分沒有問題，但是先前的排查分析思路從理論及檢查過程來講應該沒有問題，就是機械傳動過載。

傳統的機械檢修方法受檢測手段限制，在傳動機構未完全卡死的情況下，即使負荷量存在一定的變化量，由于各人維修經驗和手盤力量感覺存在差異，有時難以衡量和界定。為此嘗試使用扭矩扳手盤動絲杠，這樣可定量觀察Z軸上下整個行程的負荷變化量以確定故障部位。按照絲杠端頭及扭矩扳手的尺寸配做輔助轉接器后開始手盤觀察，發現當Z軸在底部時，扭矩扳手力矩顯示值為22N·m。在自下而上的盤動過程中，力矩值逐漸增加，當盤至上端接近換刀點時，力矩顯示值已達到45N·m。這樣通過數據證實Z軸機械傳動部位確實存在過載現象。進一步分析，由于先前的檢查已排除了導軌、絲杠潤滑及絲杠兩端軸承等因素，那么絲杠負荷不均的原因很可能是：①絲杠兩端軸承中心線與絲母中心線不在同一直線上；②Z軸立柱導軌不平行。隨后逐一檢查，最終確認故障原因是①。邊調整、邊用扭矩扳手盤動觀察，直至Z軸上下行程的扭矩一致為22N·m，回裝伺服電機再開機執行連續換刀空載運行，報警未再出現，至此故障徹底消除。

3.結束語

精密數控機床機械傳動機構裝配調整的狀態對機床正常運行至關重要。同時設備受使用年限、潤滑狀況及使用環境等因素影響會使傳動機構的機械性能狀態不同程度的損失和降低，由此會使機床產生諸如抖動、爬行、卡死等現象。輕則導致工件加工表面波紋及加工精度降低，重則造成設備報警停機等故障。此類故障若不嚴重，可調整、優化電氣控制系統相關參數，否則在排除潤滑、部件磨損因素外，必須檢查、調整導軌、絲杠或相關傳動機構預緊載荷量的均勻一致性。以往維修人員都是憑借經驗和感覺進行裝配調整，費時費力還不一定達到預期效果，上述定量分析可對處理此類故障提供借鑒。另外，目前各大、中型企業大多開展設備預防維修管理模式，針對一些關鍵設備和高精度等級設備的轉盤和各直線軸的傳動機構，在設備前期運行正常情況下，可采集、保存各傳動機構載荷量數據，一旦設備發生與此傳動機構相關故障，則可通過對比故障前后數據，快速、準確定位故障點，做到事半功倍。