数控铣床爬行与振动故障
在机械加工过程中如果发生爬行故障将会严重影响加工件的质量,由于加工件表面切削的不联系性,而导致加工件无法达到工艺要求。
数控铣床爬行与振动故障【1】
摘要：数控铣床在调试和运行过程中出现的爬行现象是一种经常性的故障,对数控铣床的使用安全和效率有较大影响,经过大量的研究发现,引发这种故障的主要原因有液压、机械、电气、润滑等很多方面,因此通过适当调整这些状态,可以控制故障的发生和发展,减少故障所造成的损失。
关键词：数控镗床 爬行故障 震动故障 摩擦系数 自激震动 静压区 毛细管节流器
1、爬行故障和震动故障的概念
爬行故障:爬行故障是机床在低速运动时候,所产生的一种较为复杂的自激震动现象。
主要发生镗铣床、龙门刨床、轧辊磨床等大型设备上。
也是大型机床设备很常见的故障。
在机械加工过程中如果发生爬行故障将会严重影响加工件的质量,由于加工件表面切削的不联系性,而导致加工件无法达到工艺要求。
另外爬行故障对机床的检验工作也会带来不良的影响。
产生爬行现象是原理是:爬行就是机床的刀架在步进正常工作时,发生走走停停现象,也就是速度产生不均匀现象。
振动故障:振动故障是机床在高速运动时会产生的一种不符合工艺的无规律震动现象。
多发生在镗床等大型加工设备上。
它是由于设置的机床位置(比如在楼上等)外在原因和其复杂的内部结构齿轮较多而造成的。
2、爬行故障产生的原因
(1)动摩擦系数对临界速度的影响。
动摩擦系数增大的缘由有二。
其一:导轨润滑油中混入了切割液。
因为油泵的吸油管通常都是在切削液和润滑油之间。
所以油泵在工作的时侯,有时候就会把切削液连同润滑油一起吸入。
这样就导致切削液和润滑油混合在一起,使润滑油的运动粘度大大降低。
也就使静压导轨静压区的压力变小。
这样动摩擦系数f增大了,静摩擦系数和动摩擦系数之差也就随之减小,由此临界速度V也减小了,X轴便产生了爬行。
其二:有部分的静压分配阀内的毛细管的节流器有堵塞现象。
部分毛细管节流器被堵塞后,各个静压区的压力值相差就会变大。
(2)进给系统对临界速度的影响。
进给系统对临界速度有刚性的影响,其原因有三。
其一:各部位的联接其紧固件的松动。
其二:传动齿轮的齿条之间的间隙过大;其三:齿轮与轴之间以及轴与轴之间的承配合的间隙过大。
(3)其他原因的影响产生的爬行:1)导轨和丝杠缺少润滑油的润滑;2)钢导轨的斜铁太紧;3)机床的负荷过大;4)摩擦伺服电机功率小;5)丝杠的联轴器松动。
3、如何排除爬行故障
数控机床是新型的高科技工业设备,还有许多的不足之处有待于改善和进步。
现有的很多机床中就有很多非常明显的不正常现象。
可以被我们发现,而系统却没有报警。
而且有时候出现报警的信息也不是很准确的表明我们所看到不正常现象。
机床出现爬行与振动故障大多数不会出现机床报警。
我们可以这样判断,当机床在低速运行的时侯,如果机床的工作台是蠕动着向前运动的,就是出现了爬行故障。
当爬行故障出现时候,我们要先仔细看一下导轨面的润滑的情况,断定不是这里出现了问题。
机床爬行问题是属于速度的问题。
那么既然是速度的问题我们就要去找速度这一环节。
机床的速度调节过程是用速度调节器来完成的。
而速度调节器的时间常数,也就是速度调节器的积分时间常数通常是以毫秒设置的。
所以机床整个伺服运动是一个过渡的过程,也是一个调节的过程。
根据其出现故障的部位和出现故障的原因,来确定其处理故障的方式和方法。
4、震动故障的判断与处理
(1)给定信号。
1)给定信号是由位置偏差计数器输出来再经D/A转换给速度调节器而送出来来的模拟信号VCMD,判定此信号是否有振动的成分,可以通过伺服板上的插脚(FANUC6系统的伺服板是X18脚)来看,看看此插脚是不是有所振动。
如果它本身就有一个周期的振动信号。
那么机床的振动是没有问题的,也就是说速度调节器这部分没有问题,而是前级出现了问题。
再去 D/A转换器和偏差计数器那里查找问题。
如果我们的测量结果没有振动的周期性波形。
那么问题就一定出在其他两个部分。
2)如果这两部分都没有问题,我们再去观察测速发电机的波形。
由于机床正在振动,机床的速度也同样在激烈的振荡中。
此时测速发电机反馈回的波形同样也肯定是动荡的。
观察一下,测速发电机所反馈的波形中是不是出现有规律的大起大伏,还是十分混乱的现象。
如果是后者,我们就要考虑电机本身或者测速发电机本身是否有故障。
3)如何判断电机或者测速电机的故障:由于振动频率和电机的转速是成比率的,电机的故障就会引起震动故障,首先要检查电机的碳刷和整流子表面是否正常,有无凸凹不光滑状况、有无被磨掉的碳粉。
(2)反馈信号:反馈信号和给定信号对于固定的调节器来说是完全相同的。
所以,如果出现了反馈信号的波动,就必然会引起速度调节器的反方向调节,这样也引起机床的振动。
速度调节器反方向调节情况出现时,我们就要把电机后盖拆下,看到测速发电机的整流子,用尖尖的勾子,细心地把每个槽子挂一挂,然后再用高号的砂纸打光勾起来的毛刺,把整流片的表面再用无水乙醇擦拭一下,重新装好炭刷就可以了。
用尖勾子勾换向片间槽口时,要特别注意不能碰到绕组。
因为绕组的绕线非常细,一旦碰破就很难修复。
另外不能用含水乙醇去擦试,会使绕组的绝缘电阻下降。
(3)速度调节器本身的故障:除了我们上面两种情况引起振动的原因外,还有可能是系统本身,也就是速度调节器本身的参数引起的振荡。
一个闭环的系统也统一可能由于参数的设定不好,而引起系统振荡。
最佳的消除此振荡的方法就是尽量减少它的放大倍数。
在FANUC的系统里去调节RV1。
5、结语
掌握了数控镗床的爬行与震动故障的规律,我们就可以及时消除故障,同时也可以控制和减少这类故障的发生,提高设备的使用效率,降低机械加工,提高经济效益。
参考文献
[1]李壮,李诗若.数控机床爬行与振动故障研究.科技传播.
[2]李伟军.全自动液压伺服压力机控制系统的研究.广州机械科学出版,2004.
数控铣床拉刀故障的诊断与维修【2】
摘要：拉刀故障是数控铣床的常见故障之一，主轴松、拉刀动作涉及电气、机械及液压回路，回路中任何一个环节的失效都会引起机床拉刀动作故障。
本文从企业维修案例着手，介绍了XKA714B/F数控铣床主轴结构和控制原理，分析了常见的故障点，并采用流程图的形式介绍了故障诊断方法，最后对故障维修方式进行了探讨。
关键词：数控铣床;拉刀故障;诊断与维修;流程图
在企业生产过程中，XKA714B/F立式数控铣床主轴会出现如下故障现象：操作工人在进行手动换刀操作时，刀具可以拿下，但装上刀后，按“主轴拉刀”按钮，拉刀动作明显比平常慢，重复一次松、拉刀过程，拉刀时间变得更长，再重复几次后，拉刀动作几乎没有了。
机床状态提示：处于松刀状态。
拉刀故障是数控铣床的常见故障之一。
主轴松、拉刀动作涉及电气、机械及液压回路，回路中任何一个环节的失效都会引起机床拉刀动作故障。
要分析和排除松、拉刀这一故障，首先要知道主轴部件的机械结构组成及松、拉刀动作的原理及过程，然后熟悉常见的故障点，掌握故障诊断思路及流程，最后维修排除故障。
主轴结构和控制原理
数控铣床一般可分为立式铣床、卧式铣床和立卧两用数控铣床三种。
本维修案例使用的是XKA714B/F立式数控铣床，它由床身、立柱、主轴箱、工作台、液压系统、伺服装置、数控系统等组成。
床身用于支撑和连接机床各部件，主轴箱用于安装主轴，主轴内装有拉刀机构，拉刀机构采用液压装置及碟形弹簧来完成拉刀、松刀动作。
主轴下端的锥孔用于安装铣刀。
当主轴箱内的主轴电机驱动主轴旋转时，铣刀能够切削工件。
主轴箱还可沿立柱上的导轨在Z向移动，使刀具上升或下降。
工作台用于安装工件或夹具，可沿滑鞍上的导轨在X向移动，滑鞍可沿床身上的导轨在Y向移动，从而实现工件在X和Y向的移动。
无论是X、Y向，还是Z向的移动都是靠伺服电机驱动滚珠丝杠来实现。
伺服装置用于驱动伺服电机，主传动系统由5.5kW的变频电机驱动，电机安装在主轴箱的顶面，经过齿轮传动，可以实现无级变速。
控制器用于输入零件加工程序和控制机床工作状态，控制电源用于向伺服装置和控制器供电。
(一)XKA714B/F立式数控铣床主轴部件的机械结构
主轴部件主要由刀具自动夹紧装置、自动吹净等装置组成。
为了适应主轴转速高和工作性能要求，前、后支承都采用了向心推力轴承。
(1)前支承是三个向心推力球轴承，背靠背安装，前面两个支承大口朝向主轴前端，后一个轴承大口朝向主轴尾部。
前支承既承受径向载荷，又承受两个方向的轴向载荷。
(2)后支承是两个向心推力球轴承，也是背靠背安装，小口相对。
后支承只承受径向载荷，故轴承外圈轴向不定位。
主轴轴承采用油脂润滑方式，迷宫式密封。
刀具自动夹紧装置 数控铣床主轴组件由活塞、螺旋弹簧、拉杆、碟形弹簧和4个钢球组成。
该机床采用锥柄刀具，刀柄的锥度为7∶24，它与主轴前端锥孔锥面定心。
夹紧时，油缸上腔接回油，下腔接压力油，压力油和螺旋弹簧使活塞杆向上移动，拉杆在碟形弹簧压力作用下也向上移动，钢球被迫进入刀柄尾部拉钉的环形槽内，将刀具的刀柄拉紧。
放松时，即需要换刀松开刀柄时，油缸上腔通入压力油，下腔接回油，使活塞杆向下移动，推动拉杆也向下移动，直到钢球被推至主轴孔径较大处，便松开刀柄，将刀具连同刀柄从主轴孔中取出。
刀具的刀柄是靠碟形弹簧产生的拉紧力进行夹紧的，以防止在工作中突然停电时刀柄自行脱落。
在活塞杆上下移动的两个极限位置上，安装行程开关，用来发出刀柄夹紧和松开的信号。
在夹紧时，活塞杆下端的活塞杆端部与拉杆的上端面之间应留有一定的间隙，约为4mm，以防止主轴旋转时引起端面摩擦。
自动吹净装置 主轴换刀时，需自动清除主轴装刀锥孔内的切屑或灰尘，以便保护主轴锥孔和刀柄表面，确保刀具定位安装精度。
因此，该机床采用压缩空气自动吹净装置。
当刀柄从主轴锥孔拔出后，压缩空气通过活塞杆上端喷嘴经活塞和拉杆的中心孔，自动吹净主轴锥孔。
(二)XKA714B/F立式数控铣床液压系统控制原理
液压站油箱位于机床的后侧，油箱容积为40L。
当油面低于油标显示位置时要及时添加;液压油使用2000h后，要进行更换。
液压控制板装在液压站油箱上面，由一个1.1kW的电机驱动液压泵完成液压系统的供油和主轴箱的润滑，液压系统的调定压力为3.5MPa。
液压系统控制三个二位四通的电磁阀，电磁阀YV1控制主轴箱润滑油路，电磁阀YV1、YV2控制主传动系统中的液压变速机构(通电为高挡)，电磁阀YV1、YV3控制拉刀机构。
松刀时，电磁阀YV1、YV3同时通电，阀芯切换油路，液压油进入油缸上腔，油缸下腔接回油，活塞杆向下动作，油缸顶部行程限位开关向PMC发出反馈信号，松刀完成。