检测元件造成的数控机床故障

数控机床测量反馈控制装置,是通过检测元件检测执行元件(如电机、刀架、工作台等)的速度和位移。在伺服系统(以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统)中,检测元件起着重要的作用,它把所测得的信号经过相应电路反馈回数控装置,构成半闭环或闭环系统(又称为反馈控制系统),以补偿执行机构的运动误差,达到提高运动精度的目的。

在某种程度上可以说机床工作精度主要取决与闭环控制系统中的检测元件的精度。

例1 西门子 8M 系统卧式加工中心正常运行时,机床突然停止工作, CRT 出现 NC 报警104,操作者关断电源重新启动,报警消除,恢复正常工作,几十分钟后,故障又反复出现。

查询 NC104 报警,表示为: X 轴测量闭环电缆折断短路,信号丢失,不正确的门槛信号不正确的频率信号。本机床的 X 、 Y、Z 三轴采用光栅尺对机床位移进行位置检测,进行反馈控制形成一个闭环系统。

根据经验,检测元件如果受到灰尘油污的污染,就会发出错误的信号。检查读数头和光栅尺并没有受到油污和灰尘污染。随后检查差动放大器和测量线路板．也未发现不良现象,经过这些工作后。我们把重点放在反馈电缆上,测量反馈端子,发现13号线电压不稳,停电后测量发现随着电缆摆动电阻有较大变化,检查发现此线在X轴向随导轨运动的一段似接非接,造成反馈值不稳,导致电机失步,重新接线后,故障消除。

例2 某配套 FAGOR 8030 的立式加工中心．在回参考点时出现参考点位置不稳定。参考点定位精度差的故障。

根据经验,导致脉冲编码器同步出错的主要原因是编码器零位脉冲不良或回参考点速度太低。由于检查参考点零位脉冲需要有示波器,维修时一般可以先检查回参考点速度和位置增益的设置,并确认系统的位置跟随误差值在1281xm以上。

若参数设置正确,可能的原因是“零脉冲”信号不良。由于零位脉冲的信号脉宽较窄,它对干扰十分敏感,因此必须针对以下几方面进行检查:

首先是编码器的供电电压必须在 +5V+O ． 2V 的范围内。当小于 4 ．75V时,将会引起“零脉冲”的输出干扰。其次,编码器反馈的屏蔽线必须可靠连接,并尽可能使位置反馈电缆远离干扰源与动力线路。此外,编码器本身的“零脉冲”输出必须正确,满足系统对零位脉冲的要求。

经检查该机床在手动方式下工作正常,参考点减速速度、位置环增益设置正确,测量编码器+5V电压正常,回参考点的动作过程正确。初步判定故障是由于编码器零位脉冲受到干扰而引起的。检查发现,该轴编码器连接电缆的屏蔽线脱落,重新连接后,定位精度达到原机床要求。

经常有初学者问,数控机床为什么要回参考点呢 ? 不回参考点不行吗?简单地讲,回参考点目的是为了每次上电开机后,在机床上建立一个唯一的坐标系。因为在机床加工完关断电源后。数控系统就失去了对各坐标位置记忆。在重新接通电源后,就得让各坐标回到机床一固定位置上,即坐标系的零点或原点,也称作基准点或者机床参考点。回参考点操作将直接影响数控机床能否正常运行。

例3 BTM-4000 数控仿形铣床静态几何精度变化引起X轴运行不稳定。具体表现为×轴按指令停在某一位置时．始终停不下来。

BTM-4000 系意大利进口的数控仿形铣床,系统采用意大利 FEDIA CNCl0 系统．伺服采用了西门子公司产品。

机床在使用了一段时间后, X 轴的位置锁定发生了漂移,表现为 Z 轴停在某一位置时,运动不停止,出现大约± 0 ．0007m振幅偏差。而这种振动的频率又较低,直观地可以看到丝杠在来回转动。鉴于这种情况,初步断定这不是控制回路的自激振荡,有可能是定尺( 磁尺) 和动尺 ( 读数头)之间有误差所致。经调整定尺和动尺配合间隙后,情况大有好转,后又配合调整了机床的静态几何精度,此故障消除。

例4 一卧式加工中心,采用 SINU-MERIK 840D 系统．带 EXE 光栅测量装置。运行中出现 114号报警,同时伴有113 号报警。

从报警产生的原因看,由于 114 号的报警。引起 113 号报警,故障部位定位在位置测量装置。114号报警有两种可能:一是电缆断线或接地；二是信号丢失。前者可通过外观检查和测量来诊断。对后者主要是信号漏读,如果由于某种原因,使光栅尺输出的正弦信号幅度降低,在信号处理过程中,影响到被处理信号过零的位置,严重时会使输出脉冲挤在一起,造成丢失。因为光电池产生的信号与光照强度成正比,信号幅度下降无非是因为光源亮度下降或光学系统脏污所致。从尺身中抽出扫描单元,分解后看到,灯泡下的透镜表面呈毛玻璃状,指示光栅表面也有一层雾状物,灯泡和光电池上也有这种污物,这些污物导致了光源发光率下降和输出信号降低,通过对光栅的清洗故障消除。

只要电子元件不损坏,测量装置故障的几率很小,因此一般测量装置报警,主要原因是信号丢失,也就是“漏读”。测量信号在产生变换过程中容易造成丢失的环节。检测元件有问题,千万不要盲目拆卸,要研究明白后再动手。例如标尺光栅或指示光栅上有污物时要小心清除,清除前要检查尺面及周围有无切屑等硬质杂物,如有应清理干净,用脱脂棉和高纯度酒精进行擦洗,不能用手或一般擦布清擦,避免造成人为故障。

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