定量分析在数控机床故障处理中的应用

朱卫平

作者通联：西安航空发动机有限公司设备部 西安市北郊徐家湾 710021

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在数控机床故障处理过程中，不仅需要对故障部位进行定性分析，在条件允许情况下，还要尽可能对故障点进行定量分析。尤其对于机械和电气原因比较模糊的综合故障，通过量化数据证明分析和判断的结论就显得非常必要。一般电气方面的故障可借助各种仪器、仪表既能定性又能定量的判断故障点。而一些机械传动方面的故障，因受检测手段的局限，定性容易定量难。下面介绍一例定量分析处理数控机床故障的过程。

1.故障现象

一台采用海德汉TNC426系统的UCP1000米克朗加工中心时常出现Z轴报警故障，报警内容为“03 EXCESS TEMPERATURE OF DRIVES”（Z轴驱动温度过高）。该报警可通过复位键消除，但设备运行一段时间，报警再现，设备无法进行正常加工。

2.故障分析

根据报警信息内容，首先判断是电气还是机械传动故障。按照先简单后复杂的排查原则，使用卡钳表观察Z轴伺服电机在整个行程的工作电流。当Z轴在行程下端时，电流约为9A，用手动方式JOG Z轴往上上升时，电流逐渐增加。当Z轴上升到接近Z轴换刀点时，电流增加到14A，这与操作工反映机床Z轴总是在换刀时报警的情况基本吻合。据此初步判断报警原因是Z轴丝杠传动过载。为进一步排除电气方面原因，将Z轴全闭环控制方式改为半闭环控制方式，并将Z轴伺服电机与丝杠脱开，空载运转电机。同时用卡钳表测量电机电流仅为3A，连续几小时空载运行，未出现驱动模块过温报警。由此基本确定驱动过温报警的原因是丝杠传动部位过载。同样按照先简单后复杂的原则，检查Z轴导轨润滑状况良好，未发现导轨有锈蚀磨损现象。然后脱开弹性连轴器，用一扳手盘动丝杠的整个行程，手感检查未发现有明显死点现象。考虑到该设备使用已近10年，需要检查丝杠两端支撑轴承状况，而且拆下丝杠也便于检查丝杠状态。用1根枕木在底部托住主轴负载，拆除丝杠及丝杠两端轴承。检查丝杠滚道及两端轴承润滑良好，未发现锈蚀、研损现象，用手分别转动轴承及在丝杠整个行程转动丝母，旋转皆轻盈自如。分解检查丝杠滚珠，滚珠直径一致，也无缺损情况，随后清洗丝杠及轴承并添加润滑脂回装，将Z轴伺服电机重新安装后再进行连续换刀动作运行，一段时间后故障报警重现。经过上述常规机械检修后，维修人员一致认为机械传动部分没有问题，但是先前的排查分析思路从理论及检查过程来讲应该没有问题，就是机械传动过载。

传统的机械检修方法受检测手段限制，在传动机构未完全卡死的情况下，即使负荷量存在一定的变化量，由于各人维修经验和手盘力量感觉存在差异，有时难以衡量和界定。为此尝试使用扭矩扳手盘动丝杠，这样可定量观察Z轴上下整个行程的负荷变化量以确定故障部位。按照丝杠端头及扭矩扳手的尺寸配做辅助转接器后开始手盘观察，发现当Z轴在底部时，扭矩扳手力矩显示值为22N·m。在自下而上的盘动过程中，力矩值逐渐增加，当盘至上端接近换刀点时，力矩显示值已达到45N·m。这样通过数据证实Z轴机械传动部位确实存在过载现象。进一步分析，由于先前的检查已排除了导轨、丝杠润滑及丝杠两端轴承等因素，那么丝杠负荷不均的原因很可能是：①丝杠两端轴承中心线与丝母中心线不在同一直线上；②Z轴立柱导轨不平行。随后逐一检查，最终确认故障原因是①。边调整、边用扭矩扳手盘动观察，直至Z轴上下行程的扭矩一致为22N·m，回装伺服电机再开机执行连续换刀空载运行，报警未再出现，至此故障彻底消除。

3.结束语

精密数控机床机械传动机构装配调整的状态对机床正常运行至关重要。同时设备受使用年限、润滑状况及使用环境等因素影响会使传动机构的机械性能状态不同程度的损失和降低，由此会使机床产生诸如抖动、爬行、卡死等现象。轻则导致工件加工表面波纹及加工精度降低，重则造成设备报警停机等故障。此类故障若不严重，可调整、优化电气控制系统相关参数，否则在排除润滑、部件磨损因素外，必须检查、调整导轨、丝杠或相关传动机构预紧载荷量的均匀一致性。以往维修人员都是凭借经验和感觉进行装配调整，费时费力还不一定达到预期效果，上述定量分析可对处理此类故障提供借鉴。另外，目前各大、中型企业大多开展设备预防维修管理模式，针对一些关键设备和高精度等级设备的转盘和各直线轴的传动机构，在设备前期运行正常情况下，可采集、保存各传动机构载荷量数据，一旦设备发生与此传动机构相关故障，则可通过对比故障前后数据，快速、准确定位故障点，做到事半功倍。