摘要: K211 五軸高速加工中心在加工過程中存（cún）在坐標（biāo）軸抖動和主軸顫刀現象，嚴重影響工件的加工表麵質量和加工精度，致使機（jī）床處於半停工（gōng）狀態。根據故障現象和對加工過程的觀察、分析和研究，綜（zōng）合運用機械和自控技術，最終徹底（dǐ）解（jiě）決問題（tí），機床對工件加（jiā）工表麵質量良好，精度（dù）符合生（shēng）產（chǎn）要求。

      1、 K211 五軸高速加工中心抖動顫刀現象

     K211 機床在近一年多的使用過程中經常（cháng）發（fā）生Y軸抖動，主（zhǔ）軸顫刀現（xiàn）象，而且抖動顫刀程度日益（yì）加深，嚴重影響工件的加工表麵質量( 圖1) 和加工精度，致（zhì）使機床處於半停工狀態。

     通過對機床的加工過程進行仔（zǎi）細觀察、分析和（hé）研（yán）究（jiū），發現機床ＲTCP 功能打開的情況下，隻要主（zhǔ）軸轉（zhuǎn）動，即使是空轉，機床的A 軸讀（dú）數，也會有（yǒu）0． 002°的跳動，同時Y 軸的最大跳動量可（kě）以達到0． 01 mm，由於在實際加工過程中，A 軸（zhóu）和Y 軸受力會更大（dà），所以坐標值的跳動也會更大，因此會對零件的表麵加工（gōng）質量和精度造成嚴重的影響。而當ＲTCP 功能關閉進行（háng）測試時，A 軸依然會有0． 002°的跳動，但Y 軸的讀數則幾乎保持不動，隻（zhī）有0． 001 mm 左右的跳動，這種跳動在機床（chuáng）控製（zhì）上可以忽略不計。

     對機床（chuáng）進一步（bù）測試時（shí）發現，在ＲTCP 打開（kāi）時，如果機床C 軸（zhóu）旋轉90°，A 軸擺動（dòng）方向與X 軸平行，主軸旋轉，此時X 軸出現0． 01 mm 左右的跳動，而Y 軸幾乎保持不動。如果ＲTCP 關閉，則X 軸坐標值保持不動。經過上（shàng）麵（miàn）的測試和觀（guān）察，可以認為，機床坐標抖動和主軸顫（chàn）刀是由A 軸抖動造成的。

      2 、機床故障發生的原因分析和故障處理

      機床在ＲTCP 功能（néng）打開和關（guān）閉的情況下，機床坐標（biāo）軸顯示的數值（zhí）狀態有顯著的變化，因此機床坐標軸抖動（dòng）和主軸顫刀問題是由（yóu）於機床的ＲTCP 功能打開，機床（chuáng）坐標軸聯動造成的。ＲTCP 功能打（dǎ）開，五軸（zhóu）機床A軸坐標值變化會導致刀具中心位置（zhì）的變化，而機床（chuáng）為保持刀具中心位置不變，會自動使其他坐標軸（zhóu）移動。在（zài）A 軸（zhóu）擺動方向與Y 軸平行時，A 軸位置的變化（huà）會導致Y 軸移動，如果A 軸出現頻繁的微小變化，就會導致坐（zuò）標軸（zhóu）來回抖動。A 軸（zhóu）的位置反饋是（shì）采用光柵尺全閉（bì）環位（wèi）置反饋係（xì）統，由於在機（jī）床維（wéi）修測試過（guò）程中，沒有給定坐標移（yí）動指令，A 軸位置（zhì）讀數的變化是由於（yú）光柵尺讀數頭和光柵尺之間有微小相對運動造（zào）成的。造成A 軸讀數頭與光柵尺之間有微小相對運動的原因有以下幾種: ( 1)機械部件出現問題，消隙機構的碟（dié）形彈簧失效，彈力不夠（gòu），齒輪（lún）間隙大，在主軸轉動時，主軸頭不可避免的有一定的振動（dòng），導致A 軸讀數頭與光柵尺之間有微小的相對運動; ( 2) 讀數頭安裝不牢（láo）固，在主軸（zhóu）轉動時有抖動（dòng）; ( 3) 讀數頭或光柵尺有問題，導致讀數信號出（chū）現誤差。

      對 第一種可（kě）能的原因，在打開主軸頭檢查和測試消（xiāo）隙機構時發現，碟形（xíng）彈簧（huáng）磨損比較嚴（yán）重，彈力不夠，於是更換（huàn）碟形彈簧和調整墊片，在進行測試（shì）加工時發現，主軸顫刀有較大的改（gǎi）善（shàn），加工（gōng）的工件表麵質量有較明（míng）顯（xiǎn）的改善，但（dàn）是機床坐標軸抖動和主軸顫刀問題依然存（cún）在（zài）。因此故障（zhàng）的主要原因出在光柵（shān）尺（chǐ）或讀數頭上。

    為驗證是否（fǒu）是光柵尺係（xì）統（tǒng）出現問題，把機床改為半閉環位置反饋，屏蔽光柵尺和讀數頭，采用電動機（jī）編碼器（qì）進行（háng）位置反饋。機床A 軸改為半閉環後A 軸在主軸旋轉（zhuǎn）時坐標（biāo）值保持不動，因此可以認定抖動是由光柵（shān）尺或讀（dú）數頭造成的。在A 軸半閉環位置反饋條件下（xià）進行了試件（jiàn）加工，加工工件表麵質量良（liáng）好( 圖2) 。

     由（yóu）於問題出（chū）在光（guāng）柵尺或讀數頭，所以把讀（dú）數頭拆下重新安裝固定，調整讀數頭（tóu）與光柵尺的位置（zhì）間距，使位置反饋信號（hào）良好（hǎo）。同時為了提高機床加工的（de）工（gōng）件表麵質量，提高機床（chuáng）坐標軸的響應（yīng）速度，對伺服驅動的速度環（huán）比例增益Kp進行調整，如表1。

                                              表1

      在進行上（shàng）述調整後，進行試件加工，加工工件表麵質量良好，粗糙度值（zhí）明（míng）顯（xiǎn）減小，完全符合生產（chǎn）要求( 圖3) 。

     3 、結語

     K211 機床（chuáng）的坐標（biāo）軸抖動和主軸顫刀問題在進行以上原因（yīn）分析、研究和處理後，問題徹底解決（jué）。對於五軸機床坐標軸抖動和主（zhǔ）軸顫刀，加工的工件表麵質量差時，要從（cóng）機械和電氣自（zì）控多方麵綜合處理，才能（néng）達到良好（hǎo）的效（xiào）果。