XK2316/5數控鏜銑床的故障分析與處理

張金紅

（中冶陜壓重工設備有限公司，陜西富平 711711）

XK2316/5數控鏜銑床的故障分析與處理

張金紅

（中冶陜壓重工設備有限公司，陜西富平 711711）

XK2316/5鏜銑床采用了西門子840D，611D數字伺服系統。在加工過程中出現了報警“電機編碼器零標記丟失”，“伺服故障”等問題，經過分析與處理，保證了生產的正常運行。

數控機床；故障分析；排除

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.10.14

0 概述

中冶陜壓重工設備有限公司購買的XK2316/5數控鏜銑床，采用了西門子840D數控系統，配裝NCK模塊，611UD數字伺服系統，PLC型號采用S7-300，I/O模塊等，主傳動采用德國西門子主軸伺服電機，進給系統采用全數字西門子交流伺服電機，并裝有HEIDENHAIN光柵尺,構成位置和速度信息反饋全閉環伺服控制系統，保證了機床加工時定位精度和工作精度。設備結構合理，性能優越，廣泛應用于精密數控加工及相關行業中。

1 問題的提出

XK2316/5數控鏜銑床幾種故障現象：①在進行加工扇形板零件時，加工的扇形板零件精度誤差過大。②運行較長時間后，主軸轉速運行＜1000 r/min時，轉速正常。主軸轉速運行＞1000 r/min時，經常報警電機編碼器零點標記丟失伺服故障。③重新啟動后運行時主軸故障依舊。④X軸在移動過程中出現抖動現象，Z軸在移動過程中報警輪廓監控。開展了一系列故障分析與處理的技術攻關等活動，取得了較好效果。

2 故障分析

2.1 誤差過大及處理方法

（1）故障現象。機床在進行加工扇形板零件時，加工的扇形板零件精度誤差過大。

（2）分析和處理方法。扇形板的工藝要求要進行很多斜面的加工，在對工件加工過的斜面進行測量時，發現加工第二個斜面時候Z軸的進刀位置相對于加工第一個斜面的位置有偏差，并且加工精度不達標，機床X軸和Z軸聯動加工斜面，分析原因是否為Z軸和X軸有間隙引起的加工精度差，用百分表吸在Z軸上，移動Z軸將百分表表針壓在工作臺上，百分表對零，將Z軸進行±1 mm正反向移動，監測Z軸間隙的大小。相反，用百分表吸在Z軸上，移動Z軸將百分表壓在放置在X軸的工件上，百分表表針對在垂直于X軸的工件端面上，百分表對零，將X軸進行±1 mm正反向移動，監測X軸間隙的大小。發現X軸與Z軸間隙都不大，符合正常要求范圍。進一步分析X軸和Z軸聯動加工斜面出現此故障，懷疑X軸與Z軸幾何精度有問題。配合機械用直尺打X軸與Z軸的垂直度，發現X軸與Z軸不垂直，將其重新調至垂直度后，故障消失。

2.2 編碼器故障及處理方法

（1）故障現象。主軸轉速運行＜1000 r/min，轉速正常。主軸轉速運行＞1000 r/min，主軸經常報警電機編碼器零點標記丟失伺服故障。

（2）分析和處理方法。數控機床報警顯示電機編碼器零點標記丟失伺服故障，結合數控機床的結構，產生報警的原因有機械原因和電氣原因，接下來需要對這兩方面逐個排查。機械過載，造成電機的溫度升高，編碼器的溫度也升高，電子元件性能不好造成報警。需要檢查主軸箱與主電機連接的聯軸器是否同心，主軸變速箱的軸承的好壞，主軸齒輪間隙是否過大，電機旋轉時電機軸有無擺動等。電氣原因主要檢查電機編碼器的好壞，電機編碼器反饋電纜是否完好，控制電路板是否正常等。首先確認電氣原因：停電后拆除電機編碼器，檢查編碼器的軸承有沒有死點，給編碼器加5 V電源，用示波器檢測編碼器的輸出信號是否正確。更換一新編碼器后，在MDI方式下編寫M03S1000，運行后故障依舊。運行M03S900機床運行正常，則說明編碼器反饋電纜和控制板沒有問題。在運行M03S900的程序中，觀察電機編碼器，發現電機編碼器有擺動的現象，分析原因可能是電機軸承或機械原因造成的電機軸擺動。拆除電機和變速箱，由于主軸電機具有三相異步電機的特征，將拆下的電機加380 V電源，旋轉時發現主軸電機內部有間斷的響聲，停電后分解電機檢查，發現電機的前后軸承與端蓋的軸承間隙太大，電機在高速旋轉時，由于間隙的原因造成電機軸旋轉時擺動量大，在同軸安裝的高精度的編碼器擺動量也大，所以報警“電機編碼器零點標記丟失”等。將電機的端蓋進行鑲套處理，安裝完成后試車，故障消除。

2.3 X軸抖動及處理方法

（1）故障現象。機床在加工工件時，執行G0X…時，或正向動快速移動X軸時，機床X軸出現嚴重的抖動現象。

（2）分析和處理方法。X軸采用滾動支撐，滾珠絲杠驅動工作臺運行，分析X軸的傳動機構，產生快速移動抖動的原因可能有：X軸的滾珠絲杠的間隙太大；X軸的動態特性參數設置不合理；X軸的讀數頭安裝不牢，或者光柵尺受污染；因機床使用的乳化液黏度大，機床的潤滑不好，造成摩擦力大。

根據先易后難的原則，對有可能產生故障的電氣原因做了檢查，由于機床出現的故障時間較長，動態性能參數設置可能不適合現有的傳動鏈，修改動態性能參數位置環，電流環的增益參數MD32200，MD1407和積分時間MD1409，改變后故障依舊。檢查反饋回路上讀數頭的安裝和光柵尺的清潔情況，將機床改為半閉環，使用HEIDENHAIN檢測光柵尺的工具PWT18檢測光柵尺的信號，檢測確定光柵尺沒有受到污染。再對X軸的滾珠絲杠進行間隙檢查，將百分表吸在機床Z軸，±1 mm移動X軸來檢測X軸的滾珠絲杠的間隙，發現X軸的間隙約0.2 mm，根據經驗判斷X軸的間隙太大，造成在移動過程中出現抖動現象。根據滾珠絲杠的特點，要消除絲杠的間隙，得重新配合絲母中間的消隙的墊片，配合合適的墊片后，安裝完成后，將機床改為全閉環后試車，故障消除。

2.4 Z軸報警及處理方法

（1）故障現象。機床Z軸在移動過程中，經常出現報警25050“輪廓監控”現象。

（2）分析和處理方法。Z軸采用雙閉環控制，機械采用電機皮帶連接滾珠絲杠驅動主軸箱運行，利用平衡缸來平衡主軸箱的自重，減少Z軸電機的輸出力矩。機床出現輪廓監控，首先需對輪廓監控的概念有所了解，輪廓監控就是對于一個機床軸測量的實際位置值和從NC位置設定值計算出來的實際位置值進行比較，大于參數MD36400的值，就報警“輪廓監控”。根據Z軸的傳動原理，控制原理和輪廓監控的原理，分析出現此故障的原因有：聯軸器松動或者皮帶打滑；機械部分潤滑不好，機械阻力大；機械傳動機構絲母的固定松動；平衡缸的油壓調整得不合適；伺服電機的制動器故障；驅動器的性能不好或者信號異常；動態性能參數位置環的增益設定不合適。

根據輪廓監控的原理分析，出現此類報警的原因大多是機械故障。首先對有可能產生故障的機械原因進行檢查，檢查聯軸器和皮帶，正常；檢查機床的潤滑系統，油路通暢；檢查平衡缸的壓力，發現油壓有點偏高，調整壓力到機床要求的基礎壓力，試運行后故障依舊，判斷不是平衡壓力的故障；將Z軸改為半閉環，對Z軸進行間隙檢查，將百分表吸在Z軸上，移動Z軸將百分表表針壓在工作臺上，百分表對零，對Z軸進行±1 mm正反向移動來監測間隙的大小，如果間隙大，則說明機械傳動機構絲母的松動。檢查并緊固絲母和絲杠座，試車后故障依舊。檢查機械后故障未消除，有可能是電氣故障由于機床使用時間較長，傳動鏈磨損，動態性能參數設置不適合現有的傳動鏈。為此修改動態性能參數位置環，電流環的增益參數MD32200，MD1407和積分時間MD1409，改變后故障依舊。故障基本確定在Z軸的驅動裝置，更換Z軸的驅動裝置并安裝完成后，將機床改為全閉環后試車，故障消除。打開Z軸的裝置檢查，發現功率元件的焊點虛接，造成整流逆變沒有輸出。

3 總結

通過對XK2316/5鏜銑床的主軸旋轉經常報警，電機編碼器零點標記丟失伺服故障進行分析，在X軸移動抖動，Z軸運行時報警“輪廓監控”等故障的排除過程中，不但總結出維修和排除此類故障的維修流程，縮短了維修時間，也保證了設備能夠長時間正常和順利地運行。

TH17

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〔編輯 王永洲〕