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(哈爾濱東安發(fā)動機集團公司設備管護中心，黑龍江哈爾濱 150066)

1 故障現(xiàn)象

該設備為辛辛那提某型立式加工中心，故障為每當切削加工走到G81循環(huán)中，當Z軸第一個孔鉆到底部后，機床各個軸停止運動，鉆頭停到孔里不能上抬，檢察機床ALARM和MESSAGE界面，沒有任何報警。重新啟動機床后再運行程序恢復正常，但在加工過程之中還會不時出現(xiàn)，故障點很難確定。

2 故障分析

2.1 檢查加工程序

首先，對于這種沒有任何報警而停機的故障，通常我們認為是加工程序出了問題，于是就著手進行了加工程序中有關(guān)段落的檢查。該加工程序某段落如下:

如上面段落中所示，當程序走到 G81 X8.1132 Y185.823 R5 Z－2，鉆頭到孔底，Z軸坐標為 －2 mm處之后機床就不再動作，觀察DISTANCE TO GO的數(shù)值為0.000。為了確認程序是否有問題，參照說明書中有關(guān)G81固定循環(huán)的說明，X、Y的坐標是孔的點位，R5是安全距離，Z－2為孔的最終尺寸，沒有發(fā)現(xiàn)任何問題。將該程序拷貝到同型號的其它機床上運行，一切正常?？梢源_定地說，程序沒有問題。為了進一步觀察，記錄下了沒有問題時刻的模態(tài)畫面，具體為:

G00 G40 G54 G17 G43 G64 G90 G81 G69 G22 G98 G15 G94 G50 G25 G21 G67 G50.1

與故障時的模態(tài)畫面進行比較，結(jié)果故障前后沒有變化，未發(fā)現(xiàn)問題。

2.2 檢查系統(tǒng)軟件

如果有報警或者信息提示，會給我們一個方向性的引導，但是現(xiàn)在沒有任何報警，是這種故障的怪異之處。既然不是程序故障，那么會不會是FANUC18i系統(tǒng)數(shù)據(jù)損壞，導致系統(tǒng)不穩(wěn)定呢?我們將該機床的ROM和RAM的文件用PC卡在初始化界面中備份下來，以備后用。再將另外一臺同樣的正常設備參數(shù)用另一張PC卡備份出來，然后對該故障設備進行了重裝，重裝后發(fā)現(xiàn)故障依舊，沒有任何改善。這樣，有關(guān)系統(tǒng)軟件的故障已經(jīng)被排除了。

2.3 檢查主軸換刀系統(tǒng)

隨后我們進行了一些實驗，試圖從中發(fā)現(xiàn)故障點。在實驗中我們發(fā)現(xiàn)重新啟動機床后，每次都正常;更換刀具后時有G81停止的故障。因此我們懷疑會不會是主軸的刀夾到位信號有不好所致，對照電氣圖我們進行了主軸松刀(spindleunclamp)、有刀夾緊(clamp with tool)、無刀夾緊(absent)等信號的檢查，一切正常，沒有問題。隨后，我們又檢查了刀庫的一些到位信號，都未發(fā)現(xiàn)問題。最后我們發(fā)現(xiàn)，在JOG方式下進行UNLOAD刀具的操作，當?shù)舵溞D(zhuǎn)到換刀位置，準備換刀的時候，停止換刀循環(huán)，進入自動程序運行，這時故障復現(xiàn)了。很明顯，刀鏈的旋轉(zhuǎn)及停止的動作與故障的發(fā)生有著十分密切的關(guān)系。

2.4 檢查刀鏈

刀鏈的驅(qū)動由一臺伺服電動機完成，電動機本身帶有編碼器反饋，在鏈輪下面還有一個FANUC分離式編碼器作為全閉環(huán)的位置反饋。可以說，刀鏈的控制就是一個精定位的伺服軸，其在屏幕上的軸名為U軸，在DGN300號可觀察到U軸的跟隨誤差值。

手動旋轉(zhuǎn)刀鏈，在該界面可以看到U軸運動時跟隨誤差很大;當?shù)舵溚Ｖ箷r，有的刀位跟隨誤差為0;有的刀位則是一直在0～145之間跳動，以最小單位1 μm計算，其跳動量可以達到0.145 mm。針對這種情況，我們也對比了其他同樣型號的機床，發(fā)現(xiàn)正常的機床，刀鏈停止時跟隨誤差為0，而且十分穩(wěn)定，不會跳動。非常有可能是U軸定位誤差導致了G18故障的發(fā)生。

2.5 鎖定U軸定位誤差

為了進一步證實我們的判斷，在執(zhí)行自動循環(huán)加工時，觀察當前刀位的跟隨誤差情況，發(fā)現(xiàn)如果該刀位的跟隨誤差大，則G81就會出故障，跟隨誤差為0，G81就不會出故障;切換到手動模式，更換刀鏈刀位到跟隨誤差為零的刀位，再切換到自動方式運行，G81就不會出故障?？梢?，的確是U軸定位誤差導致了G81循環(huán)故障。

3 故障排除

刀鏈以最小單位100.000進行分度旋轉(zhuǎn)，即一把刀為100，共36個刀位，刀鏈轉(zhuǎn)一圈為3 600。通過統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)如表1規(guī)律。也就是說每9個刀位一個循環(huán)，跟隨誤差為0的刀位16個，不為0的刀位20個。仔細觀察，發(fā)現(xiàn)鏈輪旋轉(zhuǎn)一周，正好走過9個刀位，可見故障是周期性出現(xiàn)的，不是個別刀位的問題。我們拆卸了分離式編碼器進行檢查，但沒有發(fā)現(xiàn)有油污等現(xiàn)象，盤動編碼器一周，在任意位置停止，觀察跟隨誤差，沒有任何跳動現(xiàn)象，可見編碼器沒有任何故障。重新安裝編碼器并設定刀庫零點，恢復U軸運動。

觀察跟隨誤差跳動的刀位，并在該刀位處用手感受，發(fā)現(xiàn)的確有明顯的振動;而跟隨誤差為0的刀位無振動?？梢姂撌撬欧到y(tǒng)或齒輪傳動部件等出現(xiàn)了問題。我們試圖通過優(yōu)化伺服參數(shù)來減小振動，先后調(diào)整了環(huán)路增益 LOOPGAIN、速度增益 VELOCITY GAIN、比例增益PROP GAIN、積分增益 INT GAIN，均未見明顯效果。

表1

由于刀鏈電動機和變速箱在主軸后側(cè)的機架內(nèi)部，空間狹小，拆卸難度很大。因此我們希望能夠找到一個兩全之計，既要減少拆卸工作，又要快速恢復生產(chǎn)。由于據(jù)操作者后來反映，該設備不只是G81循環(huán)有故障，G83、G84、G03等切削指令都遇到過類似現(xiàn)象。于是我們想會不會是某個參數(shù)限制了切削時的U軸跟隨誤差，使得在粗加工及換刀時一切正常，而精加工時，就會停止等待U軸的精定位。基于這種思路，我們查閱了參數(shù)說明書，最后發(fā)現(xiàn)了1827這個參數(shù)，它的意思是切削時每個軸的到位寬度;而1826則是粗定位的到位寬度。我們發(fā)現(xiàn)初始值1826U軸為200，1827U軸為20。將1827U軸的值更改為200，再啟動程序，機床恢復正常。

該機床之所以更換刀具和G00時沒有問題是因為1826中U軸的刀位寬度設定比較大，實際定位誤差沒有超過該值;而精加工時U軸的定位誤差設定為20，實際定位誤差遠遠超出該值，所以出現(xiàn)了G81等精加工指令故障的現(xiàn)象。更改U軸到位寬度參數(shù)不會影響正常加工精度，同時也保證了生產(chǎn)，待以后有時間的時候再拆卸U軸變速器和電動機來維修。

4 結(jié)語

通過該故障的解決，我們深刻地感覺到數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部的故障幾率相當小。當遇到與上述故障類似的，沒有頭緒的故障時，不應首先懷疑硬件或者系統(tǒng)故障(因為硬件或軟件是有報警的)，應該多進行實驗，在反復試驗中尋找線索，抓住故障點，最后完成排故。

［1］FANUC16i/18i/160i/180i– Operation and Maintenance Handbook(發(fā)那科16i/18i/160i/180i－操作和維修手冊)［Z］.

［2］Electrical drawing of the machine center(電氣圖)［Z］.