HELLER 雙軸精鏜床報警停機的故障診斷
2023-12-12 來源：濰柴動力股份有限公司一號工廠 作者：吳連偉，王樹軍等
摘要：針對精鏜床自動加工過程中的報警停機問題，從系統總線報警、高壓內冷報警及 Z 軸定位監控報警等 3 個方面入手，分析診斷引起故障的原因，并制定解決措施。
關鍵詞：精鏜床；報警；停機
0 引言
數控臥式加工中心是集高新技術于一體的機械加工設備，是現代機床發展的主流方向，早已成為各個工業領域不可或缺的必要裝備[1-2]。數控臥式加工中心主要包括基礎部件、主軸部件、數控系統、伺服系統、自動換刀系統、自動托盤更換系統和輔助系統等 7 部分。
主要闡述 HELLER 雙軸精鏜床報警停機故障診斷的分析過程及詳細的修復措施。
1、故障案例分析
HELLER 主軸孔凸輪軸孔精鏜床型號：FST61629，機體生產線 OP70 工序，主要擔負精鏜機體總成主軸孔、凸輪軸孔生產任務。
該機床斷續出現系統總線報警、高壓內冷報警及 Z 軸定位監控報警，且越來越頻繁，系統總線報警能導致工件不能連續加工，機床復位后可消除，后兩個報警能引起機床加工過程中停機，存在工件報廢的隱患。故障原因分析如下：
（1）機床總線報警可能是異常信號干擾或總線傳輸信號衰弱引起，異常干擾源目前較難查找，一般采用增加抗干擾裝置解決，傳輸信號的衰減則需檢查中繼器。
（2） 高壓內冷報警直接原因為內冷檢測流量計的異常報警，引發因素較多，內冷檢測流量計的阻塞、高壓水泵壓力及流量波動、凈水箱水位的異常等都能觸發該報警。
（3）Z 軸定位監控報警可通過修改機床軸參數得到改善，但由于硬件原因引起的報警必須更換故障件來解決。
2、Profibus 總線報警（701500）分析
故障發生后，優先解決機床 Profibus 總線報警。機床總線報警可能是異常信號干擾或總線各 Profibus-DP 分站傳輸信號異常引起，異常干擾源目前較難查找，一般采用增加抗干擾裝置解決，在信號線上加裝抗干擾磁環（圖 1a）），磁環加裝在信號線近輸入、輸出端，目的是使抗干擾效果最優化，但加裝后效果不明顯。
信號傳輸的異常可能是中繼器的功能不穩定引起，使用示波器對中繼器性能進行檢測，信號異常時波形會出現毛刺狀波動。經檢測，該設備中繼器性能已不穩定，更換中繼器后報警現象消失（圖 1b），異常的 Profibus 波形如圖 2 所示。
圖 1 抗干擾磁環和中繼器
圖 2 異常的 Profibus 波形
3、高壓內冷報警（700112）分析
高壓內冷報警直接原因為內冷檢測流量計的異常報警（圖 3），引發因素較多，內冷檢測流量計的阻塞、高壓水泵壓力及流量波動、凈水箱水位的異常等都能觸發該報警。
圖 3 檢測內冷的兩個流量計
3.1 檢查內冷檢測流量計的清潔情況
該流量計閥芯中間鑲有磁環，用來感應外置的模擬量開關。長時間的運行后，磁環將吸附切削液中的微小鑄鐵粉塵，造成閥芯卡滯，從而影響模擬量信號的輸出。檢查發現閥芯較清潔（圖4），清理安裝后試車仍有高壓內冷報警，此隱患點排除。
圖 4 拆開的流量計
3.2 檢查高壓內冷泵的壓力及流量在切削加工時泵出口壓力始
終維持在 17 Bar 以上，大于額定值 15 Bar，且無較明顯變動，但試車仍有高壓內冷報警（圖 5a）），內冷泵出口壓力檢測開關，此隱患點排除（圖 5b））。
圖 5 高壓內冷報警和內冷泵出口壓力檢測開關
3.3 檢查凈水箱液位
該液位由 S0.0 浮子開關控制，液位到達溢流高度時關閉注水泵，高水位信號消失后延時15 s 開啟注水泵。如注水流量小于高壓內冷泵出水流量，水位持下降至低水位時，關閉高壓內冷泵，避免泵出現空吸現象，并產生高壓內冷報警。但在整個切削過程中均未出現液位低的現象，因而判斷可能是浮子開關故障引起，監控發現水位正常時，該浮子開關無規律地發出低水位報警，這是產生高壓內冷報警的原因，更換浮子開關后該報警消除（圖 6）。
圖 6 凈水箱液位檢測浮子開關
4、Z 軸定位監控報警（25080）分析
此報警可通過修改機床軸參數得到改善，但由于硬件原因引起的報警必須要更換故障件來解決。
4.1 修改機床 Z 軸伺服增益及輪廓監控參數
修改機床 Z 軸伺服增益及輪廓監控參數，將伺服增益降低、輪廓監控升高，伺服增益參數 32200 初始設置為 1.5，修改值最小通常在 0.8 以上。輪廓監控參數 36400 初始設置為 2，修改值最大通常在6.0 以下，通過修改參數來修整傳動機構可能存在的傳動間隙，試驗無明顯改善。
4.2 檢查 Z 軸絲杠潤滑及傳動情況
首先檢查 Z 軸潤滑情況，將潤滑末端注油螺帽擰開，手動潤滑一次，看螺帽下油管口是否有油液滴出，由于該設備潤滑裝置為定量式，每個末端的油管口每次潤滑只有 1~2 滴油液滴出即為正常（0.1~1.2 mg，由潤滑計量件容積決定）。絲杠磨損首先可通過觸摸及目視檢查，如手感粗糙或目視有明顯劃傷，一定會產生較大的反向間隙，引發軸定位監控報警；如出現手感或目視無法發現的磨損，或電機絲杠連接存在間隙，可用千分表檢測反向間隙，方法是在滑臺上壓表前后移動 Z 軸檢查其機械傳動間隙，該傳動絲杠為 P 級精度，反向間隙理論值為 0.005 mm，檢測數值在 0.007 mm 之內，雖然超差，但該值在光柵尺 0.01 mm 的監控范圍以內，屬于正常，排除機械傳動原因。
4.3 檢查伺服反饋線、伺服電機及光柵尺
由于 Z 軸伺服信號反饋線直接從配電箱接到電機上，不存在曲撓性折伸現象，所以未對其進行更換，更換光柵尺后仍有報警現象，但頻次減少近 30%，更換伺服電機后報警消失，診斷為編碼器故障（圖 7）。
圖 7 更換 Z 軸電機和光柵尺
本次故障是屬于綜合性故障，故障的發生也是間斷性的，并不存在每個循環都發生，機床各零部件均長期處于某一個固定位置，可能引起該位置的異變。
5、結束語
加工中心是集機械制造、電子技術、液壓、氣動、傳感技術、網絡通信技術等多項技術于一體的機電一體化產品。為了保證加工中心長期高性能、高精度、安全平穩運行，除了日常的維護和保養外，必須進行預防性維護。本文主要介紹報警停機的 3 個因素，并逐項對 3 個因素進行分析，利用排除法的方式，確定報警停機的原因并修復。在加工中心使用過程中，要嚴格按照維護作業說明書中的要求對所使用的設備進行規范的維護保養，對產生的各類故障進行系統總結，并將其不斷地添加進維護作業
指導書中。
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