加工中心伺服进给轴典型故障处理

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摘  要：通过处理THK46100型昆明加工中心进给轴故障，介绍滚珠丝杠结构、装配以及电气参数调整方法。
( }: ?' C' F5 {! Y- i" G 关键词：加工中心 FANUC系统 进给轴 机械传动 故障处理    1.设备简介
; @1 a" P6 X, N6 _+ r+ E    株洲电力机车有限公司THK46100型昆明加工中心主要用于粗、精镗各类机车和地铁车辆车轮制动轮安装孔，采用具有四轴（X、Y、Z、B轴）联动功能的FANUC0MC系列数控系统。X、Y、Z轴和B轴的测量元件分别选用直线光栅尺和圆光栅尺，实现半闭环和全闭环控制。X轴为工作台滑枕在床身上的移动轴，Y轴为主轴箱在立柱上的移动轴，Z轴为立柱在床身上的移动轴，B轴为工作台回转轴。3个直线坐标均由FANUCα系列伺服电机直接连接Φ60mm×10mm滚珠丝杠，通过电机无级调速获得切削进给速度和快速移动速度。
    2.进给轴典型故障处理
    例1 Z轴移动时出现异音
% r$ b5 @  z) g7 o, }    感觉电机过热，但无报警，说明电机风扇和环境温度在正常工作范围，排除电机故障。判断是传动链故障，根据X、Y、Z轴滚珠丝杠螺母付装配图（图1）拆卸检查，发现丝杠滚珠和电机联轴器轴承均严重磨损，更换同类配件，按图纸要求重新组装，异音消除。装配时注意：为提高滚珠丝杠刚度，吸收丝杠发热时的伸长量，丝杠预加负荷应在5000～6000N，先拧紧丝杠前端（装配电机一边）螺母，然后用测力扳手拧另一端螺母，保证轴向力5000～6000N后，锁紧。
* q/ [4 e. [! d( ]    例2 Z轴反向间隙过大
    反向间隙的存在是影响换向点轮廓精度的主要因素，该机床正处于正常使用期间，Z轴采用半闭环控制。在半闭环控制的数控系统中，维修调整轴反向间隙，由简到难的方式有：①锁紧丝杠一端的并帽。②调整电气参数。③锁紧丝杠与丝母间预紧力。即首先锁紧丝杠一端的并帽，若反向间隙仍较大，再调整电气参数，最后取下丝杠，调整丝杠与丝母间的间隙。
, ~8 `) q% x5 \- q+ C  c2 `7 I    （1）电气参数调整。FANUC0MC系统中参数535、536、537分别是X、Y、Z轴的反向间隙补偿参数，调试时注意参数设定值要以25为倍数累计设定，每加一次打表检测间隙变化，根据变化判定参数设定值（注意在半闭环控制系统中，反向间隙的补偿参数不生效）。
    （2）调整丝杠与丝母间的间隙。机床设计时为消除反向间隙，滚珠丝杠传动采用双螺母结构，装配时使螺母受2000N的预加负荷（过盈0.01mm）。如图1中间部分，螺母1端头有73齿齿圈，相应螺母座上也装有73齿内齿圈，螺母2端头有72齿齿圈，相应螺母座上也装有72齿内齿圈，通过转动螺母1、2和螺母座相对位置的错牙，消除间隙和预加负荷。螺母1错位一个齿，牙形距离变化10/73=0.137mm，螺母2错位一个齿，牙形距离变化10/72=0.139mm，若两螺母同方向旋转一个齿，调整的轴向位移为10/72-10/73=0.002mm。调整时先脱开螺母支撑座和移动件，再拆下固定螺母座上内齿圈，按规律将螺母1、2错齿后，按原来位置装上相应的内齿圈即可。

例3 X轴振荡
$ E1 Q; Q; Y& k! S5 Z6 l    该机床使用时，X轴经过一系列机械和电气调整，反向间隙仍然过大，因此由半闭环控制改为全闭环控制，此时位置环反馈信息来自光栅尺等分离型位置检测装置，根据位置信息控制机床机械位置。全闭环控制的机床易发生振动，各轴在停止时或加、减速过程中会出现不同程度振荡，其中尤以转台和Z轴较为明显。
    可采取降低位置环增益的方法消除振荡，操作步骤：①将运动时误差极限系统监控参数504#设置为99999999，并记录原值。②系统重新上电，进入X轴伺服设定画面调节其位置环增益，在标准设定值的基础上适当降低，并在伺服电机移动监控画面观察其反馈位置误差，若停止时近似为“0”，则反向间隙完全消除。③调整完，再将504#参数值改回原值。一般情况下，此法如不见效，可采用双位置或机械速度反馈功能，加入静摩擦补偿控制功能等其他对策。

    3.结束语
    （1）数控机床集机械、液压、电气于一体，要根据故障前后现象，先外部、后内部逐一进行排查，尽量避免随意启封、拆卸，造成故障扩大，机床丧失精度，降低性能。
* x# s, n5 m# i    （2）一般机械故障易发现，数控故障诊断难度则较大，采取先机械、后电气的分析方法，往往可达到事半功倍的效果。
    （3）当多种故障相互掩盖，一时无从下手时，解决问题应采取先简单、后复杂的处理方法。