利用參數(shù)優(yōu)化調(diào)整維修數(shù)控機床典型故障

雒補清 雒晉琪

（晉西工業(yè)集團有限責任公司精密機加分廠 太原）

一、引言

參數(shù)也稱機床數(shù)據(jù)，是對機床功能、軸運動控制、驅(qū)動類型、顯示設(shè)定等進行定義的一系列數(shù)據(jù)，主要包括伺服電機型式、齒輪比、轉(zhuǎn)速、行程極限、絲杠補償、機電控制參數(shù)及宏指令等。利用參數(shù)可以實現(xiàn)對伺服驅(qū)動、電機性能、運動控制、加工條件、機床坐標、操作模式、數(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫娴脑O(shè)定和調(diào)用。它是經(jīng)過一系列試驗、調(diào)整而獲得的重要數(shù)據(jù)，通常存放在由電池供電保持的RAM中或機床硬盤中。

在美國哈斯數(shù)控系統(tǒng)中，在正常操作時需要用戶改變的參數(shù)專門列出，稱為設(shè)置，參數(shù)很少需要去改變。而在德國西門子系統(tǒng)中，所有參數(shù)均放在機床數(shù)據(jù)頁里，之后又細分為通用機床數(shù)據(jù)、基本通道機床數(shù)據(jù)、軸機床數(shù)據(jù)、顯示機床數(shù)據(jù)、驅(qū)動數(shù)據(jù)等，其中有少部分數(shù)據(jù)為用戶數(shù)據(jù)如14510、14512、32200等，絕大部分數(shù)據(jù)需由系統(tǒng)制造商或機床制造商來設(shè)定。機床數(shù)據(jù)的正確與否直接影響到機床的正常工作及機床性能的充分發(fā)揮。通過設(shè)定機床數(shù)據(jù)，用戶可以改善及優(yōu)化機器性能，調(diào)整機床工作方式，在維修工作中起到更換零部件所不能起到的作用。

二、數(shù)控機床參數(shù)的分類

1.按其表示形式來劃分有3類

（1）狀態(tài)型參數(shù)。狀態(tài)型參數(shù)是指每項參數(shù)的8位二進制數(shù)位中，每一位都表示了一種獨立的狀態(tài)或者是某種功能的有無。一般用1和0來表示。如西門子802D系統(tǒng)參數(shù)“331 CONTOUR-MASK輪廓編程使能、20730 G0-LINEAR-MODE G0插補方式、20700 REFP-NC-START-LOCK未回參考點NC啟動禁止”就是狀態(tài)型參數(shù)。

（2）比率型參數(shù)。比率型參數(shù)是指某項參數(shù)設(shè)置的某幾位所表示的數(shù)值都是某種參量的比例系數(shù)。如西門子840D系統(tǒng)“32200 POSCTRL-GAIN（0）…（5）位置環(huán)增益”為比率型參數(shù)。

（3）真實值參數(shù)。真實值參數(shù)是指表示某項參數(shù)是直接表示系統(tǒng)某個參數(shù)的真實值。這類參數(shù)的設(shè)定范圍一般是規(guī)定好的，用戶在使用時一定要注意其范圍，以免出錯。如西門子840D系統(tǒng)“30200 NUM-ENCS編碼器數(shù)量、36100 POS-LIMIT-MINUS第一軟件限位負向、32000 MAX-AX-VELO最大軸速度”就是真實值參數(shù)。

2.按參數(shù)本身的性質(zhì)有2類

（1）普通型參數(shù)。在數(shù)控系統(tǒng)廠家提供的資料上有詳細介紹的參數(shù)均為普通型參數(shù)。這類參數(shù)只要按照資料上的說明弄清含義，能正確靈活應(yīng)用即可。

（2）秘密級參數(shù)。有的參數(shù)系統(tǒng)廠家不做介紹，有初始設(shè)定值，用戶無法弄清其含義，若出錯需請廠家專業(yè)人員維修。

三、參數(shù)優(yōu)化和調(diào)整與典型故障維修

1.DMG125P立轉(zhuǎn)臥加工中心性能的優(yōu)化

DMG125P立轉(zhuǎn)臥加工中心是2003年從德國引進的具有先進功能的大型加工中心，配置海德漢數(shù)控系統(tǒng)和MILLPLUS軟件系統(tǒng)。2013年該機床在運行過程中，經(jīng)常出現(xiàn)報警I311 CCU Error number c4a4 card，其意思是說號碼為c4a4板的中央處理單元錯誤。報警發(fā)生后機床進給停止，但主軸在慣性作用下一直旋轉(zhuǎn)，過一會才能慢慢停下來。

因報警經(jīng)常發(fā)生，維修人員多次修理未果，在又一次報警時因主軸旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致刀柄與電主軸錐孔發(fā)生研磨，使錐孔擴大造成電主軸損壞。該電主軸價值28.5萬元，購買新備件后予以更換。更換后該報警依然發(fā)生，每天2～3次，嚴重威脅設(shè)備的安全。在維修過程中，通過2天的仔細觀察，發(fā)現(xiàn)報警多發(fā)生在機床執(zhí)行G00過程中，即每加工完一刀后，主軸在快速提起再次進給時，大都伴有報警出現(xiàn)。針對這種情況，認為原因是機床經(jīng)過10多年的3班倒生產(chǎn)，其機械零部件磨損，精度性能下降，導(dǎo)致其在快速移動時，運動精度不能滿足參數(shù)規(guī)定的監(jiān)控誤差而發(fā)生報警。在此情況下，查看進給軸X、Y、Z的快速移動速度參數(shù)3103、3203、3303，分別為 240000、400000、240000，單位為 100 μm/min，換算過來后，快移速度為 24 m/min、40 m/min、24 m/min，這個速度在機床初期使用時可正常執(zhí)行（普通數(shù)控機床快移速度為8～12 m/min），但經(jīng)過10多年使用后若機床依舊以這個速度運動，機械部件如滾珠絲杠、螺母副、線性導(dǎo)軌、導(dǎo)軌滑塊等的快速定位已不能滿足精度要求，因此調(diào)整參數(shù)如下。

3103 Max PTP Velocity[100（μm，mDeg）/min]，最大的 PTP速度，單位[100（μm，mDeg)/min）]

第一軸（X軸）3103由400000改為120000

第二軸（Y軸）3203由240000改為120000

第三軸（Z軸）3203由400000改為120000

再次運行加工程序，機床能正常工作，連續(xù)10個月類似報警僅出現(xiàn)過1～2次，且報警可復(fù)位。在此期間曾根據(jù)報警將C軸快速旋轉(zhuǎn)速度也進行減小，即第四軸 3404由54000改為27000。但在10個月之后，機床又出現(xiàn)了新的報警，主要有：

Z07 Drifting outside no motion window PM52N201

I05 Emergency stop from machine tool PM52N201

I311 CCU Error number c4a4 card PM52N201

其意思為Z07漂移在無運動窗口范圍之外；I05來自機床的緊急停止；I311中央處理單元出錯，號碼c4a4卡。報警后面的PM52為程序號，N201為程序段號，仔細查看程序，當執(zhí)行N201程序段時Z軸要快速下移到某個位置，在到位時易出現(xiàn)報警，由此分析認為，Z軸下移時銑頭的重力作用及慣性使停止位置達不到機床要求的準停而報警，于是考慮修改Z軸監(jiān)控值參數(shù)3382，內(nèi)容為：3382 standstill monitor（0=off）[μm，mDeg] 靜止誤差監(jiān)控（Z軸），將 3382由200 μm 擴大為 350μm，監(jiān)控值放大后試車亦無明顯效果，于是修改最大加速度的值，各軸加速度值減小。

3104 Max PTP acceleration [(mm，Deg)/s2]最大的PTP加速度（X軸）

3204 Max PTP acceleration [(mm，Deg)/s2]最大的PTP加速度（Y軸）

3304 Max PTP acceleration[(mm，Deg)/s2最大的PTP加速度（Z軸）

第一軸（X軸）3104由3000改為2000，單位mm/s2

第二軸（Y軸）3204由3000改為2000，單位mm/s2

第三軸（Z軸）3304由3000改為2000，單位mm/s2

即將各軸加速度由3 m/s2減小為2 m/s2，使設(shè)備在啟動中平穩(wěn)加速。使用了幾天之后又有報警，Z04 Max following error too large，意思是最大的跟隨誤差太大，經(jīng)查機床資料，涉及到參數(shù)3309，內(nèi)容為：3309Quick stop deceleration[（mm，Deg）/s2]快速停止減速度，將第三軸（Z軸）3309由10 000 mm/s2減小為5000 mm/s2即由10 m/s2降為5 m/s2，其余軸未變。之后試運行機床起到了明顯的效果，Z軸達到了準確停止，不再報警。

經(jīng)過調(diào)整參數(shù)，將各軸的快速運動速度降低，同時將軸加速度與減速度的值也降低，在設(shè)備使用多年機械精度下降的情況下保證了其正常運轉(zhuǎn)，并輔助檢查各軸導(dǎo)軌的潤滑情況，確保了設(shè)備的正常運行。

2.VF5立式加工中心更換主軸編碼器后參數(shù)適配的調(diào)整

VF5立式加工中心是2006年從美國哈斯公司引進的4軸4聯(lián)動加工中心，配置哈斯數(shù)控系統(tǒng)。2013年底該設(shè)備主軸損壞，拆開檢查后發(fā)現(xiàn)主軸外接編碼器有故障，于是向哈斯公司購買編碼器。一周后編碼器到貨，該編碼器外形和原先的編碼器略有區(qū)別，維修人員將其安裝到主軸上進行試車，結(jié)果主軸不能運轉(zhuǎn)，也無報警。

仔細閱讀編碼器說明書，發(fā)現(xiàn)購買的編碼器為磁性編碼器（Magnetic Encoder），而原來編碼器為光電編碼器（Optical Encoder），兩者結(jié)構(gòu)不同，工作原理有所區(qū)別，需要更改參數(shù)。說明書為英文，內(nèi)容大致是：當更換一個銑床主軸編碼器或更換配備單個編碼器的車床編碼器時，要更改參數(shù)79、182、186、187和239。1個車床可能有2個編碼器，即1個主軸編碼器和1個電機編碼器。如果是這種情況，當更換主軸編碼器時，改變參數(shù)79和239。當更換電機編碼器時，改變參數(shù)182、186、187。當更換車床附屬主軸編碼器時，改變參數(shù) 540、544、545、570、和 571。所有要改變的參數(shù)見表1。

表1 要改變的參數(shù)

每個參數(shù)里列舉了許多不同的值，根據(jù)機床參數(shù)情況，這里僅列舉了要修改的數(shù)值，其余未列出。按照HAAS機床提供的方法，在伺服關(guān)閉、SETTING 7改為OFF的情況下，先改了182、186和187參數(shù)的值，主軸可以旋轉(zhuǎn)了，但在空載時負荷就達到80%～90%，聲音特別大，說明修改還不對。后又修改參數(shù)79和239，之后再運行主軸，空載時負荷顯示為3%～4%，聲音也很正常，機床故障排除。

3.N20德國車削中心安全集成技術(shù)故障排除及擴大機床加工區(qū)域

N20是2008年引進的數(shù)控車削中心，配置西門子840D數(shù)控系統(tǒng)。2014年7月，在加工某產(chǎn)品時，工藝人員要求X軸在當前軟件限位位置上向負方向再移動2 mm，否則無法進行產(chǎn)品內(nèi)孔的車削。按照常理把X軸負限位MD36100由-26 mm改為-28 mm，并由操作人員執(zhí)行向負方向移動。但在僅移動了一點距離且面板上顯示X軸坐標值為-27.205時，機床動作全部停止，并伴隨有報警發(fā)生，內(nèi)容為：

上面報警內(nèi)容說X軸驅(qū)動停止觸發(fā)，處于安全位置監(jiān)控中。X軸交叉檢驗出錯，代碼52，NCK值為1000，驅(qū)動值為-26219。按RESET鍵報警無法消除，斷電再啟動也無效，把參數(shù)MD36100恢復(fù)原值機床仍無法動作。

在西門子840D診斷指南中，300915報警提到參數(shù)1335說X軸已經(jīng)超過輸入在MD1335中的安全結(jié)束位置的下極限位置。查U軸MD1335=-27000 μm，即X軸當前值-27.205已超過下極限值-27。于是把MD1335由-27000 μm改為-29000 μm，然后執(zhí)行NCK-RESET，這時又有新的報警出現(xiàn)：

報警意思是說X、Z無安全的參考點，X軸驅(qū)動1安全數(shù)據(jù)校驗和無效，請確認并重新測試安全功能。采用840D系統(tǒng)常用的“用戶協(xié)議”回機床參考點辦法無效，不能執(zhí)行。仔細閱讀報警300744的解釋，發(fā)現(xiàn)與安全相關(guān)的實際校驗和MD1399并非上次機床確認的存儲在MD1398(只讀參數(shù))中的校驗和的值，于是把MD1399=F841FH改為MD1398=F747H中的值F747H，并按Set MD Active軟鍵，這時出現(xiàn)了新的報警：

報警內(nèi)容主要是說X軸交叉檢驗錯誤，驅(qū)動1已停止觸發(fā)，并處于安全位置監(jiān)控循環(huán)中，并提示錯誤代碼為12。查27001代碼12，發(fā)現(xiàn)在安全下限值中，X軸MD36935[0]與MD1335[0]不相等，于是把MD36935[0]由原來的-27改為-29，MD36935[1]也由原先的-27改為-29，并執(zhí)行NCK-RESET，這時上面的報警消除，出現(xiàn)了新的報警，機床仍然無法運行，報警內(nèi)容為：

10621 Channel 1 axis MAX rests on software limit switch

27032 Axis MAX safety data checksum invalid.Please confirm and re-test safety functions.

10621為常見報警，即X軸到達軟件負限位，27032說X軸安全數(shù)據(jù)校驗和無效，請確認并重新測試安全功能。在機床數(shù)據(jù)頁面中，可找到Drive Config，打開它在右邊軟鍵中按Copy SI Data，即安全集成數(shù)據(jù)的復(fù)制，復(fù)制完畢后按Confirm SI Data，即進行安全集成數(shù)據(jù)確認。執(zhí)行完后關(guān)機，過1 min再開機，報警全部清除，X軸能上下運行，機床也處于正常狀態(tài)，經(jīng)試驗刀具可以進行內(nèi)孔的加工了。

4.西班牙雙主軸車削中心數(shù)據(jù)恢復(fù)、Z軸屏蔽及反饋極性的改變

西班牙雙主軸車削中心TCN-12P-2C-2T配置西門子840D數(shù)控系統(tǒng)，該設(shè)備在經(jīng)過一段時間停機后，再次開機時機床報警120202 NC and PLC waiting for connection，多次復(fù)位后又報警2001 PLC has not started，即NC和PLC等待連接，PLC未啟動，看電控柜中NCU卡上PS和PF燈亮，說明PLC有故障。按照西門子系統(tǒng)PLC總清與重新裝載的方法，即先對PLC進行總清，然后從硬盤中進行讀入，但幾次也不成功。為穩(wěn)妥起見，對NC和PLC進行備份。結(jié)果發(fā)現(xiàn)備份后的NC僅17000個字節(jié)，與原先備份下的NC 378000字節(jié)相差太多，說明NC數(shù)據(jù)丟失，需重新進行裝載。于是在NCU卡上將S3開關(guān)撥到1，停頓2 s后再將其撥到0，按RESET啟動，然后在START-UP界面中，讀入以前備份的378000字節(jié)NC，這次NC成功裝載。之后再裝載PLC，也順利裝載成功，機床報警消除。

但因該機床Z軸光柵尺損壞，需屏蔽Z1、Z2軸第二測量系統(tǒng)，讓第一測量系統(tǒng)生效。于是將Z1、Z2軸參數(shù)30200編碼器數(shù)量由2改為1，將DB32.DBX1.5由0改為1，DB32.DBX1.6由1改為0，將DB36.DBX1.5由0改為1，DB36.DBX1.6由1改為0，改完后一復(fù)位機床就報警25040 Axis Z2standstill monitoring，軸Z2靜止誤差監(jiān)控，且Z2軸在復(fù)位過程中有竄動現(xiàn)象，Z2軸不能回零。

為解決此故障，采用排除法。剛開始懷疑是Z2軸控制卡有問題，將該控制卡與其他軸控制卡交換，故障依舊。然后交換功率模塊，仍然是這樣。最后懷疑是電機反饋線，換一根新線仍不能排除報警。此時，聯(lián)想到該機床在未丟數(shù)據(jù)前無故障，因此懷疑是在數(shù)據(jù)恢復(fù)過程中有不對的或不合適的數(shù)據(jù)被恢復(fù)，需要在參數(shù)上找原因。仔細翻看該設(shè)備故障維修記錄，其中有一條是在2008年記錄的，當時將Z軸32110 [0]Encoder feedback polo由-1改為1，即編碼器反饋極性為正反饋。對比其他進給軸，也全是1。而此時的值為-1，于是將其改為1，按復(fù)位按鈕后報警不再出現(xiàn)，Z2軸可正常移動，機床恢復(fù)了正常。

四、結(jié)束語

幾個典型故障案例，通過修改參數(shù)，解決了長期困擾的疑難問題，這些故障不是換個備件所能解決的。因此，維修人員要加強機床參數(shù)的學(xué)習和了解，切實掌握參數(shù)所代表的含義，遇到此類問題可以迎刃而解，起到事倍功半的作用，節(jié)省大量的維修費用。