機(jī)床參數(shù)在故障維修中的應(yīng)用

喻曉浩，李金友，劉萃倫

（首都航天機(jī)械公司，北京100076）

機(jī)床參數(shù)在故障維修中的應(yīng)用

喻曉浩，李金友，劉萃倫

（首都航天機(jī)械公司，北京100076）

機(jī)床參數(shù)是指完成數(shù)控系統(tǒng)與機(jī)床結(jié)構(gòu)及各種功能匹配，使機(jī)床具有最佳工作性能而設(shè)置的數(shù)據(jù)；主要包括系統(tǒng)參數(shù)和用戶參數(shù)。合理利用機(jī)床參數(shù)能幫助設(shè)備維護(hù)人員快速準(zhǔn)確定位故障，做好數(shù)控機(jī)床的維修工作。

數(shù)控機(jī)床；參數(shù)；故障定位

0 引言

隨著制造業(yè)的不斷發(fā)展，數(shù)控機(jī)床在現(xiàn)代化生產(chǎn)體系中的普及率越來越高。數(shù)控設(shè)備維護(hù)人員，需要具備快速定位及排除故障的能力。實(shí)踐證明，合理利用機(jī)床參數(shù)，能減少故障診斷時間，準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)，降低機(jī)床的故障停機(jī)時間。

1 數(shù)控機(jī)床參數(shù)

不同的機(jī)床，機(jī)床制造商需要對其參數(shù)進(jìn)行不同的設(shè)置，來滿足伺服驅(qū)動、檢測反饋系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫娴男枨蟆．?dāng)前主流數(shù)控系統(tǒng)主要有德國的SIEMENS、日本的FANUC及國產(chǎn)華中數(shù)控系統(tǒng)。任何型號的數(shù)控系統(tǒng)都有大量的參數(shù)，充分掌握和熟悉理解這些參數(shù)，將會給數(shù)控機(jī)床的使用及后期維護(hù)帶來便利。

機(jī)床參數(shù)主要包括數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)（NC參數(shù)）和用戶參數(shù)。

1.1 系統(tǒng)參數(shù)

系統(tǒng)參數(shù)是數(shù)控系統(tǒng)制造商根據(jù)用戶對系統(tǒng)功能的要求設(shè)定。其中一部份參數(shù)對機(jī)床的功能有一定的限制,并有高級別的密碼保護(hù),這些參數(shù)用戶不能輕易修改,否則將會丟失某些功能。

1.2 用戶參數(shù)

用戶參數(shù)是供設(shè)備制造商及用戶在使用機(jī)床時自行設(shè)置的參數(shù),可隨時根據(jù)機(jī)床使用的情況進(jìn)行調(diào)整,設(shè)置合理可提高設(shè)備的效率和加工精度。

（1）與機(jī)械機(jī)構(gòu)有關(guān)的參數(shù)。比如各坐標(biāo)軸的反向間隙補(bǔ)償量；絲杠的螺距補(bǔ)償參數(shù)（包括螺補(bǔ)零點(diǎn)、螺補(bǔ)的間隔距離、每點(diǎn)的補(bǔ)償值等）；主軸的換檔速度、準(zhǔn)停速度；回參考點(diǎn)的坐標(biāo)值及運(yùn)動速度；機(jī)床行程極限范圍及原點(diǎn)位置的測量方式等。

（2）與伺服系統(tǒng)有關(guān)的參數(shù)。如到位寬度（坐標(biāo)軸移到這一區(qū)域,就認(rèn)為到位）；位置誤差極限（機(jī)床的各坐標(biāo)允許的最大位置誤差,超過該值會產(chǎn)生伺服報(bào)警）；位置增益（系統(tǒng)的Kv值,該參數(shù)設(shè)定時應(yīng)使各聯(lián)動坐標(biāo)的Kv相等）；漂移補(bǔ)償值（伺服系統(tǒng)能自動進(jìn)行漂移補(bǔ)償,該參數(shù)就是舍得的補(bǔ)償量）；快速移動速度（維修時可對該參數(shù)進(jìn)行修改,以限定坐標(biāo)移動的快慢）；參考點(diǎn)位置偏移（調(diào)節(jié)各軸參考點(diǎn)位置值）。

（3）與外設(shè)有關(guān)的參數(shù)。主要參數(shù)為波特率,不同的串行通信方式,外設(shè)有不同的波特率,外設(shè)與數(shù)控裝置連接時,應(yīng)根據(jù)外設(shè)的波特率值設(shè)定數(shù)控裝置的這一參數(shù),使二者的信息傳遞速率一致。

（4）PLC參數(shù)。設(shè)置PLC中容許用戶修改的定時、計(jì)時、計(jì)數(shù)、刀具號及開通PLC中的一些控制功能的參數(shù)。

（5）其他參數(shù)。還有一些如柵格移動量、進(jìn)給指令限定值等與機(jī)床用戶有關(guān)的參數(shù),但這些參數(shù)是在設(shè)計(jì)階段已經(jīng)確定的參數(shù)。

用戶參數(shù)在廠家調(diào)試機(jī)床或后期使用、維修時是可以更改的,修改好后應(yīng)將參數(shù)做好備份，并且進(jìn)行權(quán)限設(shè)置。

2 利用機(jī)床參數(shù)判斷及維修故障

2.1 利用設(shè)定參數(shù)快速判定立式數(shù)控銑床X 軸抖動原因

某進(jìn)口立式數(shù)控銑床X軸在低速進(jìn)給時有抖動現(xiàn)象。該機(jī)床采用西門子840D數(shù)控系統(tǒng)，各軸均采用全閉環(huán)控制。在全閉環(huán)情況下X軸反向間隙＜0.01 mm，狀態(tài)正常。為判斷抖動原因，將X軸由全閉環(huán)改為半閉環(huán)。機(jī)床制造商所提供方法如下：

（1）進(jìn)入?yún)?shù)界面，找到14512#參數(shù)（參數(shù)解釋：用戶數(shù)據(jù)HEX），該參數(shù)為廠家自行設(shè)置，其中14512第［0］至［5］位的6個參數(shù)分別對應(yīng)X，Y，Z，B，C，W的6個軸光柵尺是否生效。在全閉環(huán)情況下，這6個參數(shù)均未啟用。將14512［0］勾選保存參數(shù)，見圖1和圖2。重啟機(jī)床后X軸即由全閉環(huán)改為半閉環(huán)。然后再測量X軸反向間隙，發(fā)現(xiàn)間隙為0.1 mm，確定是X軸機(jī)械部分有間隙。檢查機(jī)械部分發(fā)現(xiàn)X軸絲杠軸向預(yù)緊松動，調(diào)整后恢復(fù)正常。再將X軸參數(shù)恢復(fù)測試機(jī)床，抖動現(xiàn)象消失，故障排除。

2.2 利用伺服驅(qū)動參數(shù)調(diào)整TH5660C立式加工中心主軸定向位置

TH5660C數(shù)控加工中心由于主軸拉刀機(jī)械裝置故障，拆卸維修后執(zhí)行M19定位指令，主軸定向的位置發(fā)生誤差。機(jī)床采用甩臂式換刀機(jī)械結(jié)構(gòu)，主軸定向不準(zhǔn)，必然會影響機(jī)床的自動換刀操作。因此必須精確調(diào)整主軸定向參數(shù)。該機(jī)床使用西門子810D數(shù)控系統(tǒng)。查西門子系統(tǒng)有關(guān)參考點(diǎn)的參數(shù)，NO.34090：參考點(diǎn)偏移/絕對位移編碼器偏移，見圖3。修改機(jī)床對應(yīng)的主軸34090參考點(diǎn)偏移參數(shù)，調(diào)節(jié)完畢后主軸回參考零點(diǎn)。再執(zhí)行主軸定位，保證主軸定位位置與換刀機(jī)械手匹配。通過多次修改參數(shù)值，保證定位的精確性，滿足自動換刀時主軸的準(zhǔn)確定位，故障排除。

圖1 機(jī)床參數(shù)界面

圖2 參數(shù)位編輯 界面

圖3 參考點(diǎn)偏移/絕對位移編碼器偏移截圖

2.3 利用系統(tǒng)參數(shù)解決CK5116D數(shù)控立車系統(tǒng)主板故障

CK5116D數(shù)控立車使用FANUC-0T系統(tǒng)。機(jī)床主板出現(xiàn)故障，更換主板備件后，故障排除。但在使用時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)反應(yīng)速度變慢，執(zhí)行程序時系統(tǒng)界面出現(xiàn)明顯卡頓現(xiàn)象，對加工造成較大的影響。查找FANUC 0系統(tǒng)說明書發(fā)現(xiàn)，該機(jī)床主板（型號為A20B-2002-0650/05B）為高速CPU型主印刷電路板。如果采用該型號主板作為主印刷電路板，必須將對應(yīng)的NO.0398參數(shù)的第四位設(shè)置為0。該參數(shù)設(shè)置為1時，高速CPU的內(nèi)部處理不以高速進(jìn)行；設(shè)置為0時，高速CPU的內(nèi)部以高速進(jìn)行。檢查該機(jī)床的0398參數(shù)，第四位當(dāng)前設(shè)置為1，高速CPU是以傳統(tǒng)速度運(yùn)行，導(dǎo)致系統(tǒng)反應(yīng)較慢。將參數(shù)修改為0，重啟機(jī)床，問題得到解決。

2.4 優(yōu)化參數(shù)解決DMU-125P加工中心X軸抖動故障

DMU-125P加工中心X軸局部區(qū)域在低速進(jìn)給時出現(xiàn)抖動現(xiàn)象，經(jīng)過對機(jī)械傳動及電氣控制模塊檢查，故障原因是機(jī)床由于長期使用X軸某一區(qū)域，導(dǎo)致該區(qū)域絲杠局部磨損出現(xiàn)間隙。該機(jī)床采用全閉環(huán)控制，在磨損區(qū)間，機(jī)床進(jìn)給位置環(huán)和速度環(huán)不匹配造成抖動，徹底排除需要更換整套絲杠絲母?？紤]到生產(chǎn)任務(wù)比較緊張，并且絲杠訂貨周期較長，為解決該問題，從位置環(huán)和速度環(huán)兩方面對X軸相關(guān)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

（1）位置環(huán)。修改跟隨誤差Kv因子參數(shù)來降低抖動震蕩。Kv因數(shù)即控制環(huán)增益，決定著位置控制環(huán)的放大倍率。必須通過反復(fù)試驗(yàn)確定一個合適的Kv因數(shù)。如果選擇了過高的Kv因數(shù)，跟隨誤差將變得很小，可能會導(dǎo)致產(chǎn)生振蕩；如果選擇了過小的Kv因數(shù)，軸的移動就會過于緩慢。由于軸間互相存在著插補(bǔ)關(guān)系，軸間的Kv因數(shù)必須相等以防止輪廓產(chǎn)生偏差。降低跟隨誤差Kv因子參數(shù)，目的是降低進(jìn)給時振蕩的概率，從而減輕進(jìn)給軸抖動。通過測試，將跟隨誤差控制的Kv因子參數(shù)1810.0由2調(diào)整為1.5。

（2）速度環(huán)。機(jī)床使用的海德漢iTNC530系統(tǒng)集成了6個用于機(jī)床軸和主軸的速度控制器。在機(jī)床控制中，實(shí)際轉(zhuǎn)速值從帶有HEIDENHAIN旋轉(zhuǎn)編碼器的電機(jī)處直接測得。由位置控制器供給名義轉(zhuǎn)速值。由名義轉(zhuǎn)速值與實(shí)際轉(zhuǎn)速值之差驅(qū)動速度控制器。速度控制器提供做為輸出的名義電流值。原理見圖4。

圖4 海德漢iTNC530系統(tǒng)速度控制原理圖

對于速度控制器，在MP2500.x中輸入一個比例因數(shù)，在MP2510.x中輸入一個積分因數(shù)。調(diào)整階躍響應(yīng)直到只有一個可見過沖并且沉降時間越小越好。用最大軸向轉(zhuǎn)速輸出一個階躍。在加速階段，名義電流值的波形被顯示極限所斬波。在到達(dá)最高轉(zhuǎn)速之后，名義電流值必須沒有振蕩。如果機(jī)床抖動，名義電流值有振蕩時，平緩地減少M(fèi)P2500.0和MP2510.0直至過沖變得最小。通過減少X軸對應(yīng)的2500.0和2510.0參數(shù)來減輕抖動，具體修改數(shù)據(jù)：軸轉(zhuǎn)速控制器的比例因數(shù)2500.0由60調(diào)整為48；軸轉(zhuǎn)速控制器的積分因數(shù)2510.0由12000調(diào)整為9600。為保證機(jī)床直線軸插補(bǔ)的準(zhǔn)確性，對另外兩個Y、Z直線軸參數(shù)進(jìn)行相同修改。修改完畢后測試，X軸抖動情況大幅減輕，滿足加工需求。

3 結(jié)語

從上述幾起故障案例可以看出，數(shù)控機(jī)床的參數(shù)在維修中有相當(dāng)重要的作用。設(shè)備維修人員可根據(jù)實(shí)際情況對其進(jìn)行更改、優(yōu)化,以滿足當(dāng)前的維修需求。需要注意的是，更改參數(shù)必須對該參數(shù)有詳細(xì)的了解，清楚參數(shù)的更改會產(chǎn)生什么樣的結(jié)果，與其他參數(shù)是否沖突等，更改前后必須做記錄，以免發(fā)生意外，出現(xiàn)隱患。因此，要做好數(shù)控機(jī)床的維修工作，很重要的一點(diǎn)就是將機(jī)床正常運(yùn)轉(zhuǎn)時的各種參數(shù)做好備份，詳細(xì)了解各類參數(shù)的意義及作用，這樣在機(jī)床發(fā)生故障時能及時高效的發(fā)揮作用。

〔編輯 李波〕

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.01.22