摘要: Heavy cut 225 數控鏜銑床在加工時（shí）隨機發（fā）生挖刀故障。通過分析發現，工件（jiàn）原點坐標變化是（shì）導致（zhì）挖刀故障的主要原（yuán）因。針對該故障原因，給出了具（jù）體的處理方法，徹底排除了（le）故障（zhàng）。

     關鍵詞: Heavy cut 225 數控鏜銑床; 挖（wā）刀故障; 故障排除

 
      Heavy cut 225 數控鏜銑床( 見圖1) 為捷克產進口設備，主要包括1 個主軸（zhóu）和4 個進給軸（zhóu），主軸采用直流電機和西門子6ＲA70 直（zhí）流調速裝置，數控與手動雙控製方式; 進給軸用西門子840C 配（pèi）611D 伺服裝置驅動西（xī）門子（zǐ）1FT6 係列伺服電機控製，其中X、Y、Z 均采用用閉環控製，W 軸采用半閉（bì）環控製; 用西門子S5 可編程控製器來實（shí）現過（guò）程控製。通（tōng）過（guò）PＲOFIBUS-DP 現（xiàn）場（chǎng）總線進行PLC 與傳動裝置之間的數據交換。
   

     圖1 機床模型

    該設備為某公司（sī）生產某些重要部件的（de）指定設備，因此對其可靠性（xìng）要求非常高。然而在生產的過程中突發隨機性故障，X、Y、Z 三個（gè）坐標軸分別發生了挖刀現象，挖刀深度達到十幾個甚至幾十個毫米不等，對該公司造成了極大的損失。

     1、 故障（zhàng）分析與處理

  
     1. 1 故障（zhàng）說明

  
    設備開機並沒有任（rèn）何故障報警能正常（cháng）運行及加工，故障發生前機床往往會出現突發的劇烈抖動，後數控係統出（chū）現報警，按下緊急停止按鈕，再按（àn）複位鍵報警可被消（xiāo）除，運行動作（zuò）正常，返回機床參考（kǎo）點後，再按照加工程序走到工（gōng）件原點開始加工，隨後發生挖刀故障。

     1. 2 故障原因分析

     第一步分（fèn）析和尋找到故障發生的主要點和其（qí）他相關點，縮小（xiǎo）故障源的查找範圍。

     首（shǒu）先把故障發生到（dào）出現挖刀（dāo）的過程分成兩個（gè）時間段來分別考慮: 第一段，機床劇烈抖動，機床出現可複位的報警; 第二段，返回機床參（cān）考點後開到工件參考點加工。

     由於故障發生時，操作者都是采用先按複位鍵的方式，因此當時的機床報警是什麽，無法準確判斷，但一般而言，硬（yìng）件損壞（huài）之類的報警是無（wú）法采用複位進行消除的，另一方麵就現象來看導致機床劇烈抖動，可能與帶上（shàng）負載後電機所輸出的扭矩突（tū）然不足有關係。這台采用的是（shì）西門子840C 數控係統配611D 伺服裝置，與840D 配611D 伺服裝置的情況略有（yǒu）不同，就是840C 數控係統配611D 伺服裝置時數控部分多（duō）了幾塊軸卡，即數控（kòng）發出（chū）的指令先發送給軸卡，再通（tōng）過設備總線傳送（sòng）到611D 伺服裝置控製電機進給。所以對整個（gè）環節之間的連線進行了排查，確保其屏蔽狀況良好、插接可靠，並對數控部分（fèn）進行了除塵。但（dàn）這一段可能（néng）並不是發生挖（wā）刀故（gù）障的最主（zhǔ）要的原（yuán）因，因此（cǐ）開始分析第二段。在第二段裏，因（yīn）為出現劇烈抖動，操作者按下了急停，再複位消除故障，機床返回了機床參考點，再根據程序返回工件原點（diǎn）開始加工，作者再把這個（gè）過程，分成單步執行，機床回機床參考點後再開到開始設置的工件原點，發現工件原點的坐（zuò）標已經不（bú）在機床程序（xù）定義的工件原點的坐標處，出現了一定的偏移量。工件原點（diǎn）坐標出現了變化也就是說後麵所有自動程序的基（jī）準偏移了，從而導致故障的發生。這應該就是產生挖刀故障的主要原因。

     1. 3 故障處理

     找到故障的發生段後，開始進行逐項分析，查找（zhǎo）故障的原因。

     首先由於3 個坐標（biāo）全部是位移故障（zhàng），並且全部是全（quán）閉環控製的軸，那麽引起故障的主要因素應（yīng）該是位置環部分，位置環板沒有任何報警，且故障（zhàng）隨機發生，因此基本排除（chú）位置環板硬件損壞的可能性。引起故障的第一順位鎖定在光柵尺。

     分別打開X、Y、Z 軸護蓋（gài），對每一個軸的光柵尺進行檢（jiǎn）查（chá），發現（xiàn）X 軸光柵尺盒下麵有（yǒu）油膜，那麽X軸尺子存在被汙染的可能性，需對尺子進行清洗; Z軸的讀數頭上有非（fēi）常多的鋁屑，從而判斷Z 軸的光柵尺安裝存在問（wèn）題，讀數頭與尺盒摩擦導致尺盒（hé）脫落出鋁屑對尺子造成了一（yī）定的汙染。因此首先用拔尺（chǐ）器將尺子抽出采用無水酒精和絲綢清洗後，逐一檢查（chá）尺麵確（què）定無傷痕後再放入光柵尺收納盒內; 第二步，對（duì）尺（chǐ）盒進行處理，由於尺盒內壁已經摩擦出毛刺，因此先使用極（jí）細水砂紙對毛刺部分（fèn）進行打磨處理，再用無水（shuǐ）酒精反複衝刷尺盒，將裏麵的鋁屑徹底清理幹淨，再將尺子按要求回裝尺（chǐ）盒與讀數頭。

     安裝時（shí）必須按照（zhào）要求( 見圖2) ，特別（bié）是讀數（shù）頭的安裝需要特別注意，否則可能還會導致其他（tā）故障的發生（shēng）。

                                                        圖2 光柵尺安裝圖

     接下來是（shì）Y 軸。Y 軸為（wéi）垂直軸，其（qí）光（guāng）柵尺安裝（zhuāng）沒有問題，采用激（jī）光幹涉儀對尺子精度進行了檢查，尺子精度良好。所以決定通過分析回機床參考點的過程（chéng）來查（chá）找原（yuán）因。

     機（jī）床回參考點的過（guò）程是: 該坐標軸為負方向回參考點，在接收（shōu）到回參考點指令以（yǐ）後，首先從當前點開始按照（zhào）參數MD34020 ( ＲEFP-VELO-SEAＲCH-CAM)尋找參考點開關，找到參考點開關後再（zài）根據參數MD34040 ( ＲEFP-VELO-SEAＲCH-MAＲKEＲ) 尋找第一個零脈衝信號，找到第（dì）一個零脈衝信號後再根據參數MD34080 找到機（jī）床參考點。

     作者采用（yòng）的是海德漢LB302C 係列的光（guāng）柵尺，該係列（liè）尺子（zǐ）是每50 mm 就分布了一個零脈衝信號點，而非以前的隻有一個零脈衝（chōng）磁片的形式。作者使用的機床參考點減速開關采用（yòng）的是外部（bù）硬限位，該（gāi）限位（wèi）的撞塊為梯形（xíng）。

     在這台設（shè）備的數控軸回參考點的全過程中，尋找（zhǎo）參（cān）考（kǎo）點的速度、零脈衝信號、尋找零脈衝信號的速度、返回參考點的距離等環節都是相對比較精確的（de），而尋找（zhǎo）第一個零脈衝信號指（zhǐ）令的激活點是整個過程中相對不準（zhǔn）確（què）的環節。由於它采用的（de）是（shì）外部硬（yìng）限位的方式，隨著（zhe）使用（yòng）時間的增長，元器件的老（lǎo）化（huà），尋找零脈衝觸（chù）發信號的發出每次（cì）都可（kě）能存在（zài）細微的差異。而作者現在采用（yòng）的LB302C 係列光柵尺具有每50 mm 分布一個零脈衝信號的特性，那麽尋找零脈衝觸發信號發（fā）出點（diǎn）的位置與光柵（shān）尺零（líng）脈衝信號點的相對（duì）位置可能直接導致參考點偏差一個零脈衝間隔距離。從數據分析上作者推測，目（mù）前光柵尺的其中一個零脈衝點( 點A) 的位置剛好在尋找零脈（mò）衝觸發（fā）信號發出點的偏差範圍（wéi）內，這就導致兩種（zhǒng）情況發生:第一（yī）種( 如圖3) ，尋找零脈衝觸發信號在點（diǎn）A前發出，那麽找的第一（yī）個零脈衝信號就是點A，找到X1這個參（cān）考點。

     圖3 脈衝觸發（fā）模型圖1
 

    第二種( 如（rú）圖4) ，尋（xún）找零脈衝觸發信號在點（diǎn）A後發出，那麽找的第一個零脈衝信號就變成了點（diǎn）B，找到的參考點成了X2了。

       
     根據以上分析，這就是造成（chéng）參考點偏移的主要原因。作者（zhě）將撞塊移動了一個距離，使其空間位置如圖5 所示。

     圖5 脈衝觸發模型圖3

    運行後發現（xiàn）每（měi）次（cì）斷電後再開啟時，原點坐標（biāo）向下掉了1 ～ 2 mm。通過觀察發現（xiàn），由（yóu）於Y 軸為垂直軸，其電機帶有（yǒu）抱匝（zā），上電時抱匝打開上電（diàn）機使能，電機靠使能被鎖住，掉電時（shí）斷開電機使能（néng）並合上抱（bào）匝，查看PLC 程序，發現抱匝與使能的上電和掉電指令是同步發出的，但實際上電機抱匝要完全打開和（hé）關閉是需要一定的時間的，而使能的（de）上電和掉電卻是非常迅速的，兩者實際（jì）上的不同步以及Y 軸方向的自重很大，使得在（zài）軸使能已經關閉而抱匝（zā）還沒有完全閉合的那一瞬間，由於自重很大導（dǎo）致其下滑1 ～ 2 mm，就是（shì）造成該現象的主要原因。針對這個分析，對PLC 程序進行了修（xiū）改，改變抱匝與使能的掉電時序，讓掉電時先抱匝掉電，先讓抱匝把（bǎ）電機鎖（suǒ）住再關閉電機（jī）使（shǐ）能，這樣徹底（dǐ）解決了掉電（diàn）時由於自（zì）重而下滑的問題。到（dào）此故障已經全部消除。
 

     2 、結論（lùn）

    ( 1) 相近的故障現象，可能（néng）由不同的因素導（dǎo）致，要（yào）善於從（cóng）相同中找出不（bú）同的因素，逐一排查。

    ( 2) 在修理和改造設備的時候，有時會忽略某些電氣部件的安裝細節（jiē）的重要性，但這些細節引起的故障往往不是立刻體現在設備上，而是通過較長（zhǎng）時間的累積才發生的，而一旦（dàn）發生（shēng）可能引起的經（jīng）濟損失將更大。所以在今（jīn）後的修理過程中應該引起重視。
 
    ( 3) 有的時候故障可能不僅僅是一個因素造（zào）成（chéng）的，而是多個因素的集中表現。