加工中心G81循環(huán)故障排除

韓亞洲 羿 升

(哈爾濱東安發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)公司設(shè)備管護(hù)中心，黑龍江哈爾濱 150066)

1 故障現(xiàn)象

該設(shè)備為辛辛那提某型立式加工中心，故障為每當(dāng)切削加工走到G81循環(huán)中，當(dāng)Z軸第一個(gè)孔鉆到底部后，機(jī)床各個(gè)軸停止運(yùn)動(dòng)，鉆頭停到孔里不能上抬，檢察機(jī)床ALARM和MESSAGE界面，沒有任何報(bào)警。重新啟動(dòng)機(jī)床后再運(yùn)行程序恢復(fù)正常，但在加工過程之中還會(huì)不時(shí)出現(xiàn)，故障點(diǎn)很難確定。

2 故障分析

2.1 檢查加工程序

首先，對(duì)于這種沒有任何報(bào)警而停機(jī)的故障，通常我們認(rèn)為是加工程序出了問題，于是就著手進(jìn)行了加工程序中有關(guān)段落的檢查。該加工程序某段落如下:

如上面段落中所示，當(dāng)程序走到 G81 X8.1132 Y185.823 R5 Z－2，鉆頭到孔底，Z軸坐標(biāo)為 －2 mm處之后機(jī)床就不再動(dòng)作，觀察DISTANCE TO GO的數(shù)值為0.000。為了確認(rèn)程序是否有問題，參照說明書中有關(guān)G81固定循環(huán)的說明，X、Y的坐標(biāo)是孔的點(diǎn)位，R5是安全距離，Z－2為孔的最終尺寸，沒有發(fā)現(xiàn)任何問題。將該程序拷貝到同型號(hào)的其它機(jī)床上運(yùn)行，一切正常?？梢源_定地說，程序沒有問題。為了進(jìn)一步觀察，記錄下了沒有問題時(shí)刻的模態(tài)畫面，具體為:

G00 G40 G54 G17 G43 G64 G90 G81 G69 G22 G98 G15 G94 G50 G25 G21 G67 G50.1

與故障時(shí)的模態(tài)畫面進(jìn)行比較，結(jié)果故障前后沒有變化，未發(fā)現(xiàn)問題。

2.2 檢查系統(tǒng)軟件

如果有報(bào)警或者信息提示，會(huì)給我們一個(gè)方向性的引導(dǎo)，但是現(xiàn)在沒有任何報(bào)警，是這種故障的怪異之處。既然不是程序故障，那么會(huì)不會(huì)是FANUC18i系統(tǒng)數(shù)據(jù)損壞，導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定呢?我們將該機(jī)床的ROM和RAM的文件用PC卡在初始化界面中備份下來，以備后用。再將另外一臺(tái)同樣的正常設(shè)備參數(shù)用另一張PC卡備份出來，然后對(duì)該故障設(shè)備進(jìn)行了重裝，重裝后發(fā)現(xiàn)故障依舊，沒有任何改善。這樣，有關(guān)系統(tǒng)軟件的故障已經(jīng)被排除了。

2.3 檢查主軸換刀系統(tǒng)

隨后我們進(jìn)行了一些實(shí)驗(yàn)，試圖從中發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)重新啟動(dòng)機(jī)床后，每次都正常;更換刀具后時(shí)有G81停止的故障。因此我們懷疑會(huì)不會(huì)是主軸的刀夾到位信號(hào)有不好所致，對(duì)照電氣圖我們進(jìn)行了主軸松刀(spindleunclamp)、有刀夾緊(clamp with tool)、無刀夾緊(absent)等信號(hào)的檢查，一切正常，沒有問題。隨后，我們又檢查了刀庫的一些到位信號(hào)，都未發(fā)現(xiàn)問題。最后我們發(fā)現(xiàn)，在JOG方式下進(jìn)行UNLOAD刀具的操作，當(dāng)?shù)舵溞D(zhuǎn)到換刀位置，準(zhǔn)備換刀的時(shí)候，停止換刀循環(huán)，進(jìn)入自動(dòng)程序運(yùn)行，這時(shí)故障復(fù)現(xiàn)了。很明顯，刀鏈的旋轉(zhuǎn)及停止的動(dòng)作與故障的發(fā)生有著十分密切的關(guān)系。

2.4 檢查刀鏈

刀鏈的驅(qū)動(dòng)由一臺(tái)伺服電動(dòng)機(jī)完成，電動(dòng)機(jī)本身帶有編碼器反饋，在鏈輪下面還有一個(gè)FANUC分離式編碼器作為全閉環(huán)的位置反饋?？梢哉f，刀鏈的控制就是一個(gè)精定位的伺服軸，其在屏幕上的軸名為U軸，在DGN300號(hào)可觀察到U軸的跟隨誤差值。

手動(dòng)旋轉(zhuǎn)刀鏈，在該界面可以看到U軸運(yùn)動(dòng)時(shí)跟隨誤差很大;當(dāng)?shù)舵溚Ｖ箷r(shí)，有的刀位跟隨誤差為0;有的刀位則是一直在0～145之間跳動(dòng)，以最小單位1 μm計(jì)算，其跳動(dòng)量可以達(dá)到0.145 mm。針對(duì)這種情況，我們也對(duì)比了其他同樣型號(hào)的機(jī)床，發(fā)現(xiàn)正常的機(jī)床，刀鏈停止時(shí)跟隨誤差為0，而且十分穩(wěn)定，不會(huì)跳動(dòng)。非常有可能是U軸定位誤差導(dǎo)致了G18故障的發(fā)生。

2.5 鎖定U軸定位誤差

為了進(jìn)一步證實(shí)我們的判斷，在執(zhí)行自動(dòng)循環(huán)加工時(shí)，觀察當(dāng)前刀位的跟隨誤差情況，發(fā)現(xiàn)如果該刀位的跟隨誤差大，則G81就會(huì)出故障，跟隨誤差為0，G81就不會(huì)出故障;切換到手動(dòng)模式，更換刀鏈刀位到跟隨誤差為零的刀位，再切換到自動(dòng)方式運(yùn)行，G81就不會(huì)出故障?？梢?，的確是U軸定位誤差導(dǎo)致了G81循環(huán)故障。

3 故障排除

刀鏈以最小單位100.000進(jìn)行分度旋轉(zhuǎn)，即一把刀為100，共36個(gè)刀位，刀鏈轉(zhuǎn)一圈為3 600。通過統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)如表1規(guī)律。也就是說每9個(gè)刀位一個(gè)循環(huán)，跟隨誤差為0的刀位16個(gè)，不為0的刀位20個(gè)。仔細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)鏈輪旋轉(zhuǎn)一周，正好走過9個(gè)刀位，可見故障是周期性出現(xiàn)的，不是個(gè)別刀位的問題。我們拆卸了分離式編碼器進(jìn)行檢查，但沒有發(fā)現(xiàn)有油污等現(xiàn)象，盤動(dòng)編碼器一周，在任意位置停止，觀察跟隨誤差，沒有任何跳動(dòng)現(xiàn)象，可見編碼器沒有任何故障。重新安裝編碼器并設(shè)定刀庫零點(diǎn)，恢復(fù)U軸運(yùn)動(dòng)。

觀察跟隨誤差跳動(dòng)的刀位，并在該刀位處用手感受，發(fā)現(xiàn)的確有明顯的振動(dòng);而跟隨誤差為0的刀位無振動(dòng)?？梢姂?yīng)該是伺服系統(tǒng)或齒輪傳動(dòng)部件等出現(xiàn)了問題。我們?cè)噲D通過優(yōu)化伺服參數(shù)來減小振動(dòng)，先后調(diào)整了環(huán)路增益 LOOPGAIN、速度增益 VELOCITY GAIN、比例增益PROP GAIN、積分增益 INT GAIN，均未見明顯效果。

表1

由于刀鏈電動(dòng)機(jī)和變速箱在主軸后側(cè)的機(jī)架內(nèi)部，空間狹小，拆卸難度很大。因此我們希望能夠找到一個(gè)兩全之計(jì)，既要減少拆卸工作，又要快速恢復(fù)生產(chǎn)。由于據(jù)操作者后來反映，該設(shè)備不只是G81循環(huán)有故障，G83、G84、G03等切削指令都遇到過類似現(xiàn)象。于是我們想會(huì)不會(huì)是某個(gè)參數(shù)限制了切削時(shí)的U軸跟隨誤差，使得在粗加工及換刀時(shí)一切正常，而精加工時(shí)，就會(huì)停止等待U軸的精定位?；谶@種思路，我們查閱了參數(shù)說明書，最后發(fā)現(xiàn)了1827這個(gè)參數(shù)，它的意思是切削時(shí)每個(gè)軸的到位寬度;而1826則是粗定位的到位寬度。我們發(fā)現(xiàn)初始值1826U軸為200，1827U軸為20。將1827U軸的值更改為200，再啟動(dòng)程序，機(jī)床恢復(fù)正常。

該機(jī)床之所以更換刀具和G00時(shí)沒有問題是因?yàn)?826中U軸的刀位寬度設(shè)定比較大，實(shí)際定位誤差沒有超過該值;而精加工時(shí)U軸的定位誤差設(shè)定為20，實(shí)際定位誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出該值，所以出現(xiàn)了G81等精加工指令故障的現(xiàn)象。更改U軸到位寬度參數(shù)不會(huì)影響正常加工精度，同時(shí)也保證了生產(chǎn)，待以后有時(shí)間的時(shí)候再拆卸U軸變速器和電動(dòng)機(jī)來維修。

4 結(jié)語

通過該故障的解決，我們深刻地感覺到數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部的故障幾率相當(dāng)小。當(dāng)遇到與上述故障類似的，沒有頭緒的故障時(shí)，不應(yīng)首先懷疑硬件或者系統(tǒng)故障(因?yàn)橛布蜍浖怯袌?bào)警的)，應(yīng)該多進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在反復(fù)試驗(yàn)中尋找線索，抓住故障點(diǎn)，最后完成排故。

［1］FANUC16i/18i/160i/180i– Operation and Maintenance Handbook(發(fā)那科16i/18i/160i/180i－操作和維修手冊(cè))［Z］.

［2］Electrical drawing of the machine center(電氣圖)［Z］.