數控機床(chuáng)中有很(hěn)多明顯的不正常現象,但在有一些經濟數控係統中,卻沒(méi)有報警,即使有時出現報警,報警的信息表明也不(bú)是你(nǐ)所(suǒ)看到不(bú)正常現象的報警。機床出現爬行(háng)與振動就是一個明顯的例子。機床以低速運行時,機床工作台是蠕動(dòng)著向前運動;機(jī)床要以高速運行時,就出現震動(dòng)。
關於機(jī)床爬行有的書上寫著(zhe):由於(yú)潤滑不好,而使機床(chuáng)工作(zuò)台移(yí)動時摩擦阻力增大。當電機驅(qū)動時,工作台不向(xiàng)前運動,使滾珠絲杠產生彈性變形,把電機的能量貯存在(zài)變形上。電動機繼續驅動,貯(zhù)存的能量所產的彈(dàn)性力大於(yú)靜(jìng)摩擦力時,機床工作台向前蠕動,周而複始地這樣運動,而產生了爬行的現象。然而事實並非如此,仔細看一下導軌麵潤滑(huá)的(de)情況,就可以斷定不是這(zhè)個問題。機床爬行(háng)和振動問題是屬於(yú)速度的問題。既然是速(sù)度的問題就要去找速(sù)度環(huán),我們知(zhī)道機床的速度的整個調節過程是由速(sù)度調節器來完(wán)成(chéng)的。特別應該著(zhe)重指出,速度調節器的(de)時(shí)間常數,也就是(shì)速度調節器積分時間(jiān)常數是以毫秒計的,因此,整個機床的伺服運動是一個過(guò)渡過程,是一個(gè)調節過程。
凡是與速度有(yǒu)關的問題,隻能去查找速度調節器。因此,機(jī)床振動問題也要去查找速度調節器。可以從以下這些地(dì)方(fāng)去查找速度調節器故(gù)障:一個是給定信號,一個是反饋信號,再(zài)一個就是速度調節器(qì)的本身。
第一個是(shì)由位置偏差計數器出來經D/A轉換給速度(dù)調(diào)節器送來的模擬是VCMD,這(zhè)個信號是(shì)否(fǒu)有振動分量,可以通過伺服板上的插腳(FANUC6係統的伺服板是X18腳)來看一看(kàn)它是否在那裏振(zhèn)動。如果它就是有一個周期的振動信號,那毫無疑問機床振動是正確的,速度調節器這一部分沒有問題,而是前級有問題,向 D/A轉換器或偏差計數器(qì)去查找問題。如果我們測量結果沒有任何振動的周期性的波形。那麽問題肯定出在(zài)其他兩個部分。
我們可以去觀察測速發電機的(de)波形,由於機床在振動,說明機床的速(sù)度在(zài)激烈的(de)振(zhèn)蕩中,當然測速發電機反饋回來的波形一定也是動(dòng)蕩不已的。但(dàn)是我們可以看到,測速發電機反饋的波形中是否(fǒu)出現規律的大起(qǐ)大落,十分混亂現象。這時,我們最(zuì)好能測一下機床(chuáng)的振動頻率與電(diàn)機旋轉的速度是否存在一個準確的比率關係,譬如振動的頻率是電機轉速(sù)的四倍頻率。這時(shí)我(wǒ)們就要(yào)考慮電機或測速發電機(jī)有(yǒu)故障的問題。
因為振(zhèn)動(dòng)頻率與電(diàn)機轉速成一(yī)定(dìng)比率,首先就要檢查一下電動機是否有故障,檢查它的碳刷,整流子表麵(miàn)狀況,以及機械振動的情況,並要檢查滾珠軸承的潤滑的情況,整個這個(gè)檢查,可不必全部拆卸下來,可通過視察官進行觀察就可以(yǐ)了,軸承可(kě)以用耳去聽聲音來檢(jiǎn)查。如果(guǒ)沒有什麽問題,就要檢查測速發電機。測速發電機一般是直流的。
測速發電機就是一台小型的(de)永磁式直流發電機,它(tā)的輸出(chū)電壓(yā)應正比於轉速,也就是輸出電壓與(yǔ)轉速是線性關(guān)係(xì)。隻要(yào)轉速一定,它的輸(shū)出電壓波形(xíng)應當是一條直線,但由於齒槽的影響及整流子換向(xiàng)的影響(xiǎng),在這直線上附著一個微(wēi)小的(de)交變(biàn)量(liàng)。為此,測(cè)速反饋(kuì)電路上都加了(le)濾波電路,這(zhè)個濾波電路(lù)就(jiù)是削弱這個附在電壓上的交流分量。
測速發電機中常常(cháng)出現的一個(gè)毛病就是炭刷磨下來的炭粉積存在換向片之間的槽內,造成測速發電機片間短路,一旦出現這樣的問題就避免不了這個振(zhèn)動(dòng)的問題。
這是因(yīn)為這個被短路的元件一會在上麵支路,一(yī)會在下麵支路,一(yī)會正好處於換向狀(zhuàng)態,這3種情況就會(huì)出(chū)現3種不同(tóng)的測速反饋的電壓。在上麵支路時,上(shàng)麵支路由於少了一個元件,電壓必然要小,而當它這個元(yuán)件又轉到了下麵支路時,下麵的電壓也小,這(zhè)時不論在上麵支路,還是在下(xià)麵(miàn)支路中,都必然使這兩條支(zhī)路的(de)端電壓下降,且有一個平衡電流流過這兩條並聯的支路,又造成一定的電壓降。當這個元件處於換向,正好(hǎo)它也處(chù)於短路,這時上下(xià)兩個支路沒有短路元件,電壓得以恢複,且(qiě)也無(wú)環流。這樣,與正(zhèng)常測速發電機狀態(tài)一樣。為此,三種不同情況下電壓做了一個周期地變化,這個電壓反饋到調節器上時,勢(shì)必引起調節器的輸(shū)出也做出相應地,周期地變(biàn)化。這是僅僅說了一個元件被(bèi)短(duǎn)路。特(tè)別(bié)嚴重(chóng)時有一遍換向(xiàng)片全部被(bèi)碳粉(fěn)給填平(píng)了,全部短路,這樣就會更為嚴重的電壓波(bō)動。
反(fǎn)饋信號與給定信號(hào)對於調節器來說是完全相同的。所以(yǐ),出現(xiàn)了反(fǎn)饋信號的波動(dòng),必然引起速度調節器的反方向調節(jiē),這樣(yàng)就引起機床的振動。
這種情況發生時,非(fēi)常容易處理,隻要把電機後蓋拆下(xià),就露出測速發電機的整流子。這(zhè)時不必做任何拆卸,隻要用尖銳的勾子,小(xiǎo)心地把每個槽子勾一下,然後用細(xì)砂(shā)紙光一下(xià)勾起的毛刺,把整流片表麵(miàn)再用無水酒(jiǔ)精擦一下,再放(fàng)上炭刷(shuā)就可以了。這裏特別要注意的是用(yòng)尖銳的勾子去勾換向片間槽口時,別碰到(dào)繞組,因為繞組線很細,一旦碰破就無法修複,隻有重新更(gèng)換繞組。再一個千萬不要用含水酒精去(qù)擦,這樣弄完了絕緣電阻下降無(wú)法進行烘幹,這樣就會拖延修理期(qī)限。
除了我們上麵討論過(guò)這些引起振動的原(yuán)因外,還可能是係統本身的參數引起的振蕩。眾所周知;一個閉環係統也(yě)可能由於參數設定不好,而引起係統振(zhèn)蕩,但(dàn)最佳的消除這個振(zhèn)蕩方法就是減少它的放大倍數,在FANUC的係統中(zhōng)調節(jiē)RV1,逆時鍾方向轉動,這時可以看出立即會明顯變好,但由於RV1調節電位器的範圍比較小,有時調不過來,隻能改變短(duǎn)路棒,也就是切除反饋電阻值,降低整個調節器的(de)放大倍數。
采用這些方法後,還做不到完全消除振動(dòng),甚至是無效的,就要考慮對速度調節器板更換或換下後徹底檢查各處波形(xíng)。
在這個實例中,出現爬行時(shí),電機是在低速,一旦提高速度就震起來,這時電流就可能出現過流報警。產生這種報警的原因是(shì)機床工作台麵為(wéi)了迅速跟限反饋(kuì)信號的變化而變化,必須有一個很大的加速度才行,這個加速度就是由電機的轉矩給出(chū)的。電機轉矩的變化來響應這個速(sù)度給定信(xìn)號(實際上是反饋信號)的變化。轉矩就是電流信號。大的轉矩,就是(shì)大的電流信號造成的,在電流環中(zhōng)出現了一個電流的激烈變化,從而(ér)出現了過(guò)電流現象。在振動時不(bú)報警,而(ér)在振動加大時,出現了(le)過電流報警。
從這個例子中,我(wǒ)們可以這樣(yàng)總(zǒng)結:位置問題去找位(wèi)置環,而速度問題去找速度環。所謂位置環就是研究零件(jiàn)加工的尺寸問題,零件的尺寸的(de)精度(dù)要去(qù)研究位置環(huán)。當然,零件尺(chǐ)寸的重複精度還和基準點(diǎn)有關,我們在後麵還要討論基準點返回問題(tí)。但總的說來,尺寸問題,位置問題,要求(qiú)考慮的對象是位置環,或(huò)者說(shuō)與位置環有關的部分應是考(kǎo)慮的主要對象。速度的問題就要(yào)去研究速(sù)度環(huán)以及與速度環有關的部(bù)分。
加工(gōng)零件形狀有了問題,這顯然是由幾個軸進行插補造成的。這就是(shì)NC對軸進行的脈衝分配(pèi),那麽(me)如果(guǒ)我們認為NC對軸的脈衝分配是正確的(常常是這樣,很少遇到是NC出了毛病,或插補軟(ruǎn)件出了毛病而出現形狀不對的現象(xiàng)),那麽各(gè)軸在忠實地執行NC的指令上肯定存在問題。我們可(kě)以去查各個(gè)軸伺服單元存在的問題(tí)。我們如果想加工一條有一定斜率的直線,那(nà)麽這兩個軸的速度要按斜率的比率關係給定(dìng)。
由於數控機床是機電一(yī)體化產品,這裏邊影響機床(chuáng)正常工作的因素很多,例如上麵我們曾討論過的加工形狀誤差的原因,除了電氣方麵的問題之外,我(wǒ)們在數控(kòng)機床的驗收一節中曾經討(tǎo)論過失(shī)動量的測定,這也是影響加工的幾何(hé)形狀一個重要(yào)問題,這個機械方麵的問題(tí)也與電氣的(de)問題混在一起,這種情況就十分難以分辨出到底哪個因素在這個問(wèn)題中的比(bǐ)重占有多少。
這些相(xiàng)關的因素是製約我們迅速查出故障的重要因素。
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