MAKINO加工中心X方向偏移批量工廢故障維修

上海通用東岳動力總成有限公司 （264006） 郭 興

我公司一臺MAKINO J88 數控加工中心，2012年3月4日白班加工到中午12點多，出現X軸突變（X偏移2.12mm），期間沒有任何設備報警。現將維修過程和經驗教訓梳理與大家分享。

1.設備介紹

該設備是MAKINO J88加工中心，用于缸體機加工生產線。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：控制系統為F A N U C 160MC，控制軸：直線軸——X、Y、Z，旋轉軸——B軸，ATC軸——AR、AS軸。

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

圖1

2.故障描述

操作工送檢零件號為0640388的工件時，測量至曲軸腔供油孔時測針卡死，再次分開測量，單程序測噴油嘴安裝面孔可以，單測曲軸腔供油孔H630時測針卡死，因80C共有六把刀依次進行加工，T1～T4號刀先加工噴油嘴安裝面孔，T5～T6號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生了偏移。向前追溯五件沒有問題，往后追溯有53件連續超差，目視狀態所有X方向上的尺寸偏移2.12mm。

這件工件的具體狀態如圖2所示。

圖2

3.問題分析

因加工尺寸偏移很大，三坐標已無法測量出準確的數值，通過卡尺測量，初步判斷機床X方向上發生了2.12mm的偏移。

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

圖3

根據圖的分解，第四個框表示工件實測尺寸已經發生偏移。第二、三個框表示X軸偏移可能發生的位置。分析有幾種可能，如下所示：

（1）如果T4加工結束后，機床X軸正常，但是，主軸移動到換刀位置時，位置已經發生了偏移。

（2）加工T4結束后，主軸移動到換刀位置正常，刀庫軸送刀的時候，導致X軸發生位置偏移。

（3）機床在T4加工到最后一個孔時，因受到異常外力，機床X軸尺寸發生偏移。

（4）從換刀位置移動到T5加工位置時，機械位置發生了偏移。

根據上面幾種推斷，分析如下：

第一種可能：主軸在移動到換刀位置時，X軸位置丟失，查閱FANUC P1828（跟隨誤差）設定值為80000；該設備光柵尺分辨率為：0.00025mm，即當移動過程中，光柵尺檢測到位置偏差量超過：80000×0.00025=20mm時，設備才會報警411。因此，不排除該項可能。

第二種可能：換刀軸異常，給主軸一個側向力，導致光柵尺前端機械位置發生了2.12mm的偏移；因換刀臂未發現機械變形，因此，由此引發的機械位置偏移，可能性很少。

第三種可能：加工過程中，因無異常斷刀，異常外力應該不至于導致機械位置發生偏移。

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

接到報警，維修檢查設備。

（1）記錄設備的原始狀態：

測量基準孔，記錄坐標值： X 2.718，Y－211.644

基準孔坐標銘牌值為：X 0.570，Y －211.664

根據基準孔坐標實際測量值，與工件表現出來的偏移相一致。即機床X方向發生偏移，Y、Z軸正常。

測量換刀位置，發現X方向有2mm左右的偏移，與基準孔坐標一致，排除夾具等異常的可能。

縮小問題可能發生的原因范圍，聚焦在X軸上。

為了排除機械受力導致光柵尺前端機械位置的偏移，集中力量檢查機械聯接是否異常。

（2）機械聯接檢查：①懷疑滑塊間隙導致機床位置發生偏移：拆卸護罩，檢查X、Y、Z軸導軌滑塊正常。②懷疑絲杠間隙導致機床位置發生偏移：低倍率運行各軸，檢查是否有抖動，正常，排除絲杠、電動機聯軸器、絲母等松動或磨損的可能。③用300的心棒測量主軸側母線：0.25mm；上母線：0.02mm；側母線狀態較差。有針對性的檢查：主軸固定螺栓，正常，Z軸導軌直線度0.006mm（撬棒有0.01mm的間隙，能回彈）；X軸導軌直線度：0.011mm；Y軸導軌直線度：0.004mm（撬棒有0.004mm的間隙，能回彈）；目視檢查Y軸導軌有明顯磨損。

每班記錄側母線值兩次，跟蹤一周，側母線測量值在：0.08～0.29mm之間波動。至此，機械排查完成，有異常點，但是，導致2.12mm的偏移，這個變化點仍沒有找到。

（3）電氣控制鏈路檢查：①根據基準孔坐標的測量結果，X軸位置都發生了偏移，懷疑白班加工過程中出現報警，斷電上電后，X軸光柵尺參考點發生變化。重新設定X軸參考點，上電后，測量基準孔坐標：X 2.718，Y －211.664，排除上述疑點。②因X軸光柵尺是2011年9月13日更換的，因此，暫時未考慮光柵尺原因導致的位置偏移，例行檢查光柵尺標尺和掃描單元的固定螺栓，沒有松動。③懷疑P1850(光柵尺參考點偏移量)參數被認為修改，同時，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，上電，重新設定參考點，打基準孔坐標：X 2.718 ，Y －211.664，未見異常。④為了保證生產，在P1850中，將偏差量在參考點里補償回來，一件五件驗證。⑤恢復生產，現場加嚴抽檢頻次，由1/50改為1/25，并跟蹤H646 H630兩個孔的X、Y坐標。截止2012年3月14日白班，數據如圖4所示。每個點表示三坐標測量的每個孔的X、Y坐標。通過近10天的跟蹤，X軸尺寸穩定，波動在0.05mm以內；Y軸波動很大，在0.2mm以內，回查2012年1月至今的QDAS數據，Y軸尺寸一直不穩定，且本次故障Y軸前后并未做調整，因此，排除Y軸故障的可能。另外，通過近期的數據表示，X軸尺寸很穩定，說明機床狀態仍然保持在當初發生故障時的樣子（X軸跑掉的2.12mm，通過參考點補償回來）。因此，盡管我們現在仍沒有找到問題的根源，但是，第一現場其實一直沒有破壞，只要我們找到問題點，跟超差結果相匹配的實際測量數據，也一定會打出來。⑥2012年3月14日白班，考慮到極端情況-光柵尺標尺上的刻度盤與掃描單元上的光電池或光源相對位置發生錯位，有可能導致機床原點的丟失，如圖5所示。

圖4

圖5

在白班跟生產協調時間，計劃性更換X軸光柵尺，重設參考點，打基準孔坐標：X 2.718，Y－211.664，即機床恢復到未補償P1850參數時的狀態。機床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，發現固定掃描單元的萬向節脫開，如圖6所示。

圖 6

5.經驗教訓

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

圖7

針對上面的分析，追溯2011年9月13日更換X光柵尺前后的基準孔坐標變化，若上述分析屬實，當初P1850里補償的值應該很大。追溯2009年9月30日備份的數據，P1850里的值是：X 15636，2012年3月4日發生問題時，記錄的P1850里的值是：X 18436，計算當初可能的補償量是：（18436－15636）/4000=0.95mm。即2011年9月13日更換的X軸光柵尺，在安裝時就已經表現出異常現象。

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

另外，FANUC專家也到現場協助分析系統未報警的原因，從控制的原理上講，單靠P1828（跟隨誤差）來達到控制精度的目的，是不可能的。

因此，若要從系統上予以防錯，必須進行深層次的研究。