數控(kòng)機床(chuáng)中有很多明顯的不正常現象,但在有一些經濟數控係統中,卻沒有報警,即使有時出現報警,報(bào)警的信息表明也不是你所看到不正常現象的報警。機床出現爬行與振動(dòng)就(jiù)是一個明顯的例子。機床以低速運行時,機床工作台是蠕(rú)動著向前運動;機(jī)床要以高速運行時(shí),就出現震(zhèn)動。
關於機床爬行(háng)有的(de)書上寫著:由於潤滑不好(hǎo),而使機床工作台移動時摩擦阻力增大。當電(diàn)機驅動(dòng)時,工(gōng)作台不向前運動,使滾珠絲杠(gàng)產生彈性變形,把(bǎ)電機的能量貯存在變形(xíng)上。電動機繼續驅動,貯存的能(néng)量所產的彈性力(lì)大於(yú)靜摩擦力時,機床工作台向前蠕(rú)動,周而複始(shǐ)地(dì)這樣運(yùn)動(dòng),而產生了爬行的現象。然而事(shì)實並非如此(cǐ),仔細看一下導軌(guǐ)麵潤滑的情況,就可以斷(duàn)定不是這個問題(tí)。機床爬行和振(zhèn)動問題是屬於速度的問題。既然(rán)是速度的問題就要去找速度環,我們知道機(jī)床的(de)速度的整個調節過程是由速度調節器來完成的。特別應該著重指出(chū),速度調節器的時間常數(shù),也就是速度調節器積分時間常數是(shì)以毫秒計的,因此,整個機床的伺服運動是一個過渡過程,是(shì)一個調節過程。
凡是(shì)與速度有關的(de)問題,隻能去(qù)查找速度調節器。因(yīn)此,機床(chuáng)振動問題也要(yào)去查找速度調節器。可以(yǐ)從以下這些地方去查找速度調節器故障:一個是給定信號,一個是反饋信號,再一個就是速度調節器的本身。
第一個是由位置偏差計(jì)數器出(chū)來經(jīng)D/A轉換給速度調節器送來的模擬是VCMD,這個(gè)信號是否有振動分量,可以通過伺服板上的插(chā)腳(FANUC6係統的伺(sì)服板是X18腳)來看一看它是否在那裏振動。如(rú)果它(tā)就是有一個周期的振(zhèn)動信(xìn)號,那毫無疑問機床振動是正確的,速度調節器這一部分沒有(yǒu)問題,而是前級有問題,向 D/A轉換器(qì)或偏差(chà)計(jì)數器去查找問(wèn)題。如(rú)果我們測量結果沒有(yǒu)任何振動(dòng)的周期性的波形。那麽問題肯定出在其他兩個部分。
我們可以去觀(guān)察測速發電機(jī)的波形,由於機床在振動,說明機床的速度在激烈的振蕩中,當然測速發電機反饋回來(lái)的波(bō)形一定也是動蕩不已的。但是我們可以看到,測速發電機反饋的波形中(zhōng)是否出現(xiàn)規(guī)律的大起大落,十分混亂現象。這(zhè)時,我們最好能測(cè)一下機床的振動頻率與(yǔ)電機旋轉的速度是否存在一(yī)個準確的(de)比率關係,譬如(rú)振動的頻率是電機轉速的四倍頻率。這時我們就要考慮電機或測速發電機有故障的問(wèn)題。
因為振動頻率與電機轉速成一(yī)定比率,首先(xiān)就要檢查一(yī)下電動(dòng)機是否有故障,檢查它的碳刷,整流子表麵狀況,以(yǐ)及機械振動的情況,並要檢(jiǎn)查滾珠軸承的潤滑的(de)情況,整個這個檢查,可不必全(quán)部(bù)拆卸下來,可通過視察官進行(háng)觀察就可以(yǐ)了,軸承可以用耳去聽聲音來檢(jiǎn)查。如果沒有什麽問題,就要檢(jiǎn)查測速發電機。測速發電機一般是直(zhí)流的。
測速發電機就是一台小(xiǎo)型的永磁式(shì)直流發電機,它的輸出電壓應正比於(yú)轉速(sù),也就是輸出電壓與轉速是線性關係(xì)。隻要(yào)轉速一定,它的輸出電(diàn)壓波形應當是一條直線,但由於齒槽的影響及整流子換向的影(yǐng)響(xiǎng),在這直線上附著(zhe)一(yī)個微小的交變量。為此(cǐ),測速反饋電路上都加了濾波電路,這個濾波電路就是削弱這個附在電壓上(shàng)的交流分量。
測速發電機中(zhōng)常常出現的一個毛病就是炭刷磨下(xià)來的炭粉積存在換向片之間的槽內,造成測(cè)速發電機(jī)片間短(duǎn)路,一(yī)旦出現這樣的問題就避免(miǎn)不了這(zhè)個振(zhèn)動的問題。
這是因為這個被短路(lù)的元件一會在上麵支路(lù),一會在下麵支路,一會正好處於換向狀態,這3種情況就會出現3種不同的測速反饋的電壓。在上麵支路時,上(shàng)麵支路由於少了一個元件,電壓必然(rán)要小,而當它這個元件又轉到了下麵支路時,下麵的(de)電壓也(yě)小,這時不論在上麵支路,還是在下麵支路中,都必(bì)然使這兩條支路的端電壓(yā)下(xià)降,且有一個平衡電流流過(guò)這兩條並聯的支路,又造成一定的電壓(yā)降(jiàng)。當這個元件處於換向,正(zhèng)好它也處於短(duǎn)路,這(zhè)時上下兩個支路沒有短路元件,電壓得以恢複,且也無環流。這樣,與正常測速發電機狀態一樣。為此,三種不同情況下電壓做了一個周期地變化(huà),這個電壓反饋到調節器上時,勢必引起調節器的輸出也做出相應地,周期地變化。這是僅僅說了一個(gè)元件被短路。特(tè)別嚴重時有一遍換向片全部(bù)被碳(tàn)粉給填平了,全(quán)部短路,這樣就會更為嚴(yán)重(chóng)的(de)電壓波動。
反饋信號與(yǔ)給定信號對於調節器來(lái)說是完全相同的。所以,出現了反饋(kuì)信號的波動,必(bì)然引起速(sù)度(dù)調節器的(de)反方向調節,這樣就引起機床的振動。
這種情況發生時,非常容易處理,隻(zhī)要把電機後蓋拆下,就露出測速發電機的整(zhěng)流子。這時不必做任何拆卸(xiè),隻要用尖銳的勾子,小心地把每個槽子勾一下,然後用細砂(shā)紙光一下勾起的毛刺,把整流片表麵再用無水酒精擦一下,再放上炭刷(shuā)就可以了(le)。這裏特別要注意(yì)的是用尖銳的勾子去勾換向片(piàn)間槽口時,別碰到繞組,因為繞組線很細,一旦碰破就(jiù)無法修複,隻(zhī)有重(chóng)新更換繞組。再一個千萬不要用含水酒精去(qù)擦,這樣弄完了絕緣電阻下降無法進行烘幹,這樣就會拖延修理期限。
除了我們上麵討論過這些引起振動的原因外,還(hái)可能是係統(tǒng)本身的參數(shù)引起的振蕩。眾所周知;一個(gè)閉環係統也可能由(yóu)於參數設定不好,而引起係統振蕩(dàng),但最(zuì)佳的消除這個振蕩方法就是減少它的放大倍(bèi)數,在FANUC的係統中調節RV1,逆時鍾方向轉動,這時可以看(kàn)出立即會明顯變(biàn)好,但由於RV1調節電(diàn)位器(qì)的範(fàn)圍比較小,有時調不過來,隻能(néng)改變短路棒,也(yě)就是切除反饋電阻值,降低(dī)整個調節器的放大倍(bèi)數。
采用這些方法後,還做不到完全消除振動,甚至是無效(xiào)的,就要考(kǎo)慮對速度調節器板更換或換下後徹底檢(jiǎn)查各處波形。
在這個實例中,出(chū)現爬行時,電機是在低速,一旦提高速度就震起來,這時電流就(jiù)可能出現過流報警。產生這種(zhǒng)報警的原因是機床工作台麵(miàn)為了迅速跟限反饋信號(hào)的變化而變化,必須有一個很大的加速度才行(háng),這個加速度就是由電機的轉矩給出的。電機轉矩的(de)變化來響應這個速度給定信號(實際上是反饋信號)的(de)變化(huà)。轉矩就是電流信號。大的轉矩,就是大的電流信號造成的,在電流環中出現了一個電流的激烈變化,從而出現了過電流現象。在振動時不報警,而在振動加大時,出現了過電流報警。
從這(zhè)個例子中(zhōng),我們可以這樣總結:位置問題去找位置環,而速(sù)度問題去找速度環。所謂位置環就是研究零件加工的尺寸問題,零件的尺寸的精度要去(qù)研究位置環。當然,零件尺寸的重複精度還和基準(zhǔn)點有關,我們在後麵還要討論基準點返回問題。但(dàn)總的(de)說來,尺(chǐ)寸問題,位置問題,要求考慮的(de)對象是位置環,或者說與位置環有(yǒu)關的部分(fèn)應是考慮的(de)主要對象。速(sù)度的問題就要去研究速度(dù)環以及與速度環有關的部分。
加工零件形狀有了問題,這顯然是由幾個軸進行插補造成的(de)。這就是NC對軸(zhóu)進(jìn)行的(de)脈衝分配,那麽如果我們認為NC對軸的脈衝分配是正確的(常常是這樣,很少遇到是NC出了毛病,或插補(bǔ)軟件出了毛病而出現形(xíng)狀不對的現象),那麽各軸在忠實地執行NC的指令上肯(kěn)定存在(zài)問題。我們可(kě)以去查各個軸伺服單元存在的問題。我們如果(guǒ)想加工一條有一(yī)定斜率的直(zhí)線(xiàn),那麽這兩個軸的速度要按斜率的比率(lǜ)關係給定。
由於數(shù)控機床是機電一體化(huà)產品,這裏邊影響機床正常工(gōng)作(zuò)的因素很(hěn)多,例如上麵(miàn)我們曾討論過的加工形狀誤差的原(yuán)因,除了電氣(qì)方(fāng)麵的問題之外(wài),我們在數控(kòng)機床的驗收(shōu)一節中曾經討論(lùn)過失動量的測定,這也(yě)是影響(xiǎng)加工的幾何形狀一個重要問題,這個機械方麵(miàn)的問題也(yě)與電氣的問題混在一起,這種情況就十分難以分辨出到底哪個因素在這個問題中的比重占有多少。
這些(xiē)相關的因素是(shì)製約我們迅(xùn)速查出故障的重要因素。
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