數(shù)控機(jī)床伺服軸同軸度的快速檢測(cè)

尤金鳳 王國(guó)梁 支樂(lè)康

摘要：針對(duì)數(shù)控機(jī)床在批量生產(chǎn)時(shí)，無(wú)法滿足快速質(zhì)保檢測(cè)需求的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)出工具軟件，通過(guò)簡(jiǎn)單的技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)同軸度的快速檢測(cè)。

關(guān)鍵詞：同軸度;快速檢測(cè);二次開(kāi)發(fā)

1.同軸度的影響

數(shù)控機(jī)床伺服軸的同軸度是數(shù)控機(jī)床出廠前質(zhì)量保證的一個(gè)必要條件，尤其對(duì)于小微型數(shù)控機(jī)床來(lái)說(shuō)，如果伺服軸的同軸度誤差比較大，在加工的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)現(xiàn)象。

當(dāng)數(shù)控機(jī)床在加工過(guò)程中出現(xiàn)抖動(dòng)情況時(shí)，電氣工程師采取的一般性措施是查找伺服軸的共振頻率，增加電子濾波器功能，消除共振，提高伺服軸增益。但優(yōu)化后的效果并不明顯，而當(dāng)對(duì)數(shù)控機(jī)床的軸承座、絲母座及電動(dòng)機(jī)座重新認(rèn)真裝配后，加工中抖動(dòng)的現(xiàn)象就消失了。其原因在于伺服軸同軸度的裝配很差，不能通過(guò)參數(shù)優(yōu)化的手段得以解決，而重新對(duì)伺服軸裝配則保證了伺服軸的同軸度。導(dǎo)致數(shù)控機(jī)床在出廠前沒(méi)有對(duì)同軸度進(jìn)行檢測(cè)的原因在于人工檢測(cè)效率低，無(wú)法實(shí)現(xiàn)批量的、快速的檢驗(yàn)。

2.數(shù)據(jù)分析

本文中采取一種全新的同軸度檢測(cè)方法，其手段是通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)提供的示波器功能或者函數(shù)庫(kù)收集數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括但不局限于伺服軸的速度、位移和轉(zhuǎn)矩等數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)控機(jī)床運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過(guò)定性分析的手段找到影響同軸度差的相關(guān)數(shù)據(jù)，通過(guò)定量的標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)定同軸度差的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。

（1）運(yùn)行程序本文中介紹的同軸度檢測(cè)方法配備有相關(guān)的檢驗(yàn)NC程序，NC程序的內(nèi)容很簡(jiǎn)單：讓數(shù)控機(jī)床的伺服軸以某一進(jìn)給從伺服軸的正限位運(yùn)行到負(fù)限位。以X軸為例，其同軸度的驗(yàn)車程序如下：

（2）數(shù)據(jù)收集數(shù)據(jù)收集的方法有兩種，一種是利用數(shù)控系統(tǒng)自有的示波器功能直接收集數(shù)據(jù)，另一種是利用數(shù)控系統(tǒng)制造商提供的函數(shù)庫(kù)開(kāi)發(fā)軟件工具在PC端收集數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行數(shù)據(jù)。

數(shù)控系統(tǒng)自有的示波器在獲取數(shù)據(jù)時(shí)的周期很快，采樣周期通?？梢赃_(dá)到1ms。如果是通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)的函數(shù)庫(kù)獲取數(shù)據(jù)，通常掃描周期比較長(zhǎng)，以發(fā)那科的函數(shù)庫(kù)FOCAS為例，在獲取發(fā)那科系統(tǒng)的數(shù)據(jù)時(shí)，采樣周期是33ms左右，在一定程度上影響數(shù)據(jù)的采樣精度，此時(shí)需要修改數(shù)控系統(tǒng)的NC參數(shù)，降低FOCAS讀取NC數(shù)據(jù)的采樣時(shí)間。

（3）數(shù)據(jù)分析當(dāng)收集到數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行數(shù)據(jù)后，就要對(duì)收集到的數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行定性及定量分析。

通過(guò)定性分析，找到直接或者間接反映數(shù)控機(jī)床同軸度差的數(shù)據(jù)，再通過(guò)定量分析找到這些數(shù)據(jù)的具體系數(shù)及補(bǔ)償參數(shù)等數(shù)據(jù)。

定性分析。采集同軸度好的數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行數(shù)據(jù)與同軸度差的數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，同軸度差的伺服軸轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)在接近限位的時(shí)候，對(duì)應(yīng)的采集的轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)值會(huì)呈現(xiàn)緩緩上升或緩緩下降的趨勢(shì)，表示由于同軸度差的緣故導(dǎo)致伺服軸的轉(zhuǎn)矩逐漸增大，而此過(guò)程中伺服軸的運(yùn)行速度并沒(méi)有出現(xiàn)波動(dòng)，位移也是逐漸變化，并沒(méi)有異常突變。

由此認(rèn)定，在伺服軸從正限位運(yùn)行到負(fù)限位的過(guò)程中，由于同軸度差的原因，可能使得伺服軸的轉(zhuǎn)矩在正限位附近逐漸遞減，在負(fù)限位附近逐漸增加，且速度等參數(shù)沒(méi)有異常。中轉(zhuǎn)矩曲線表示的是正負(fù)限位的轉(zhuǎn)矩異常，表明軸承座、絲母座及電動(dòng)機(jī)座不同軸。

定量分析?，F(xiàn)在確定由于同軸度差，會(huì)導(dǎo)致伺服軸的限位附近的轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)值逐漸增加。但需要確定的是如何量化限位附近的轉(zhuǎn)矩值以判定同軸度差。

按照數(shù)控機(jī)床的質(zhì)保標(biāo)準(zhǔn)——同軸度10μm的實(shí)際裝配精度來(lái)獲取限位附近的轉(zhuǎn)矩值，將其進(jìn)行數(shù)據(jù)分析后，得到一個(gè)準(zhǔn)確的計(jì)算方法，再人為地反復(fù)調(diào)整同軸度，校驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果，最終明確一個(gè)準(zhǔn)確的算法及補(bǔ)償系數(shù)，這樣就能準(zhǔn)確地通過(guò)轉(zhuǎn)矩的數(shù)據(jù)來(lái)判定同軸度的裝配情況。再將同軸度的分析數(shù)據(jù)生成報(bào)告單，作為質(zhì)保的檢測(cè)以及出廠報(bào)告單。批量質(zhì)保檢測(cè)通過(guò)數(shù)控機(jī)床一個(gè)簡(jiǎn)單的NC程序的運(yùn)行，并在運(yùn)行過(guò)程中收集數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行數(shù)據(jù)，就可以快速而又準(zhǔn)確地分析出伺服軸裝配的同軸度是否符合質(zhì)保標(biāo)準(zhǔn)。以行程為500m m的伺服軸為例，N C程序運(yùn)行的時(shí)間為：500/2000×60=15（s），而數(shù)據(jù)分析的過(guò)程通常為5s之內(nèi)，也就是說(shuō)同軸度的檢測(cè)從準(zhǔn)備運(yùn)行程序到生成報(bào)告單數(shù)據(jù)，半分鐘就能全部完成，不僅準(zhǔn)確率高，而且遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于人工檢測(cè)的時(shí)間。

（4）轉(zhuǎn)矩分析結(jié)果中包含了兩大部分，分別為采樣數(shù)據(jù)的文件信息及采樣數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)矩分析報(bào)告。文件信息包含了采樣時(shí)間、伺服軸名稱、文件路徑及分析所使用過(guò)的時(shí)間;轉(zhuǎn)矩報(bào)告包含了異常轉(zhuǎn)矩的坐標(biāo)信息及判定結(jié)果。

如果數(shù)控機(jī)床裝配良好的話，轉(zhuǎn)矩報(bào)告中“異常轉(zhuǎn)矩”的坐標(biāo)區(qū)間與判定結(jié)果全部為空。如果數(shù)控機(jī)床裝配較差的話，轉(zhuǎn)矩報(bào)告中會(huì)包含若干個(gè)“異常轉(zhuǎn)矩”的坐標(biāo)范圍及判定結(jié)果。如果“異常轉(zhuǎn)矩”的判定結(jié)果后標(biāo)識(shí)有“能接受”字樣，表示的是對(duì)應(yīng)坐標(biāo)區(qū)間的轉(zhuǎn)矩雖然異常，但屬于裝配精度范圍之內(nèi)，可以不用調(diào)整機(jī)床;如果“異常轉(zhuǎn)矩”的判定結(jié)果不包含“能接受”字樣，則需要相關(guān)技術(shù)人員根據(jù)異常轉(zhuǎn)矩的坐標(biāo)范圍及判定結(jié)果對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行機(jī)械上的調(diào)整，直到再次測(cè)量的轉(zhuǎn)矩報(bào)告中的“異常轉(zhuǎn)矩”的坐標(biāo)區(qū)間與判定結(jié)果為空或者“能接受”。

（5）改進(jìn)制造工藝根據(jù)收集到的數(shù)控機(jī)床的轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)，包括但不局限于對(duì)同軸度的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析，就可以發(fā)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床在制造的過(guò)程中裝配工藝是否存在瑕疵或者生產(chǎn)工人是否嚴(yán)格按照裝配工藝進(jìn)行數(shù)控機(jī)床的裝配，并根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)調(diào)整數(shù)控機(jī)床的裝配工藝。

3.結(jié)語(yǔ)

通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)的示波器功能或者二次開(kāi)發(fā)的軟件工具收集數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，代替?zhèn)鹘y(tǒng)手動(dòng)的通過(guò)“打表”實(shí)現(xiàn)的伺服軸的同軸度檢測(cè)辦法，其檢測(cè)過(guò)程不需要拆開(kāi)數(shù)控機(jī)床，檢測(cè)過(guò)程簡(jiǎn)單、結(jié)果準(zhǔn)確且效率高，極大地提高了生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量，降低企業(yè)的生產(chǎn)成本及售后服務(wù)成本。在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的背景下，也可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)控制數(shù)控機(jī)床進(jìn)行定期自行檢測(cè)，極大地方便了機(jī)床制造商及客戶了解數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行狀態(tài)，做好保養(yǎng)計(jì)劃及維修計(jì)劃等待，降低企業(yè)的制造成本與客戶的維護(hù)成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]? 佟冬，閔立.基于Excel的FANUC系統(tǒng)參數(shù)診斷[J].金屬加工（冷加工），2017（22）：53-55.

（作者單位：臨沂大學(xué)）