基于HAAS数控机床的主轴变速故障诊断技术研究.pdf

2 0 1 2年 7月 第 4 0卷 第 l 4期 机床与液压 MACHI NE T00L HYDRAUL I CS J u 1 ．2 01 2 Vo 1 ． 4 0 No ．1 4 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 2 ． 1 4 ． 0 4 8 基于 H A A S数控机床的主轴变速故障诊断技术研究 唐 霞 无锡科技职业学院 ，江苏无锡 2 1 4 0 2 8 摘要以 H A A S数控系统为研究对象 ，介绍 H A A S数控机床伺服控制系统的闭环控制方式 ；以机床运行中的主轴高低 挡变速故障为例，详细阐述了故障的诊断思路和排除方法；同时根据维修经验，给出了机床维修的注意事项。 关键词H A A S 数控系统；闭环控制；变速故障；排除 中图分 类号 T H 1 7 文献标识码 A 文章 编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 2 1 41 3 9 2 哈斯 自动化公 司是全球最大的数控机床制造商之 一 ，自创立至今一直采用最现代化的生产工序来确保 机床的高性价比，并一直秉承自主设计理念且应用最 先进的C N C机床生产所有关键部件 以确保精度。在 面积约 1 0 0 0 0 0 m 的厂房中，哈斯公司全面采用 自动 化柔性生产系统 F M S 以及 自动装料器以提高生产 效率 、降低成本。 同时 ，通过训练有素 的电力工程师 和机械组装 团 队的紧密配合 ，哈斯能够更好地掌控产 品质量 、生产 成本 、产 品耐用性 以及生产周期 。得益于此 ，哈斯可 以更好地 向客户提供低价格、高品质 的机床系列产 品。随着数控技术在机床业的广泛普及，数控机床加 工精度高、自动化程度高 ，同时具有高效率、高质 量 、柔性好 等特点 ，适合 未来 加工生产 的需要 。但 当 数控设备发生故 障时 ，原 因往往 比较复杂 ，可能是机 械原因， 也可能是电气、控制系统、检测等方面的原 因。为准确迅速确定故障点并及时排除故障，需根据 机床的机械结构和机床的电气原理图以及系统问题， 结合机床的自诊断功能和报警号判断出机床 的故障。 作者以H A A S系统机床的典型故障为例 ，分析其故障 的诊断及排 除过程 。 1 H A A S数控机床伺服控制系统的控制方式 H A A S 数控 机 床伺 服 控 制 系统 的组 成 如 图 1 所 示。数控系统需要点击驱动装置控制机床轴的位置和 速度，各轴必须执行数控系统发出的指令信号。有两 种 方式激活伺服驱动 开环 系统 和闭环 系统。 H A A S 数控机床采用全 闭环控 制系统 ，其 矢量驱 动器 闭环 系统工作流程 图如 图 2所示 。全闭环控制 系 统是在移 动部件 如工 作 台 上 直接 安 装直 线 位置 检测装置，将检测到的实际位置反馈到数控系统中， 与 系统中的位置指令值进行 比较 ，用 比较后 的差值控 制移 动部 件移动 ，直到差值消除时才停止移动 。 电频 隔音 板 迭 放层 伺 服 电机 控 制板 图像视频板 微 处理 器 主板 x， ，， 伺服 整流 放大 器 I ， o 输 入， 输 出 集 成 电路板 图 1 H A A S数控机床伺服控制系统组成 图 2 H A A S机床矢量驱动器闭环系统 由于全闭环系统的位置检测包含了进给传动链的 全部误差 ，如滚珠丝杠螺 母副 、导轨副 的间隙等 ，因 而可达到很高的控制精度 ，定位精度可在 -4 - 0 ． 0 0 1 m l n 以内；另外，由于位置检测反馈过程中包含的各种不 稳定因素较多，因此调试工作较困难 ，若各种参数匹 配不适 当，会 引起系统振荡 ，造成机床工作不稳定 。 2 HA A S数控机床维修实例 2 ． 1 故障现 象 H A A S立式加工中心 V F 3 Y T数控机床主轴高低 速挡无法切换，数控机床显示屏显示 1 2 6号报警 ， 收稿 日期 2 0 1 1 0 6 0 8 作者简介唐霞 1 9 8 1 一 ，女，工程硕士，讲师，研究方向为机电一体化技术。Em a i l t a n g t a n g x i a 1 2 6 ． t o m。 1 4 0 机床与液压 第4 0卷 M 4 1 低速挡覆盖 时出现 1 1 8主轴低 速挡 故障 ，齿 轮箱 无法进入低 速挡 ；M 4 2高速挡覆盖时 出现 1 1 7主轴高 速挡 故障 ，齿 轮箱无法进入 高速挡 。 2 ． 2故 障分析 H A A S机床 1 2 6号报警为齿轮故障，当发出命令 启动程序或旋转芯轴时 ，变速箱不在正确的位置。这 意味着有两挡速度的变速箱既不在高速挡也不在低速 挡 ，而是介于两者之 间。检查气压 、螺线管的断路器 C B 4以及 芯 轴 驱 动 器 。使 用 P O WE R U P ／ R E S T A R T 加 重／ 重新启 动按钮纠正 问题 。 1 1 7号报警 为芯轴 高速挡故 障 ，齿 轮箱不 能进入 高速挡。在向高速挡转换的过程中，在芯轴慢速旋转 的同时气压被用于换挡，但未能及时检测到高速挡传 感器。参数 6 7 、7 0和 7 5可调节延迟。检查气压 、气 压螺线管的断路器 C B 4以及芯轴驱动器。1 1 8号报警 为芯轴低速挡故 障，齿轮箱不能进入低速挡 。在 向低 速挡转换 的过程 中 ，在芯轴慢速旋转 的同时气压被用 于换挡 ，但未能及时检测到低速挡传感器。参数 6 7 、 7 0和 7 5可调节延迟 。检查气 压 、气压 螺线管 的断路 器 C B 4以及芯轴 驱动器 。 齿轮箱是通过大小齿轮的啮合来实现变速效果的 一 种变速装置 ，在工业机械 的变速方 面有很 多的应用。 齿轮箱中的低速轴上安装有大齿轮，高速轴上安装有 小齿轮，通过齿轮间的啮合和传动作用，就可以完成 加速或减速的过 程。齿 轮箱 的特 点是 运行 稳定 可靠 ， 传动功率较高。齿轮箱的外部箱体结构可以使用吸音 材质制造 ，降低齿轮箱工作过程 中产生的噪声 。齿轮 箱本身具备的箱体结构配合大风扇能有效降低齿轮箱 的工作温度。齿轮箱除 了减速功 能之外 ，还具 有改变 传动方向和传动力矩的功能。而齿轮箱改变传动力矩 的原理是同等功率条件下，转得越快的齿轮，轴所 受 的力矩越小 ，反之越 大。齿轮箱在运行 过程 中还能 实现离合的功能，只要将两个原本啮合的传动齿轮分 离 ，就可以将原动机 和工作 机之间 的联 系切 断 ，达 到 动力和负载分开 的效果。另外 ，齿轮箱 可 以通过一个 主动轴带动多个从动轴 的方式来完成动力的分配工作 。 首先从以下几个方面确定故障的来源检查气源 质量 、高低速挡 电磁 阀、感应开关 ，用气枪是否可 以 吹动 ，如可以吹动 ，将铜管 内各滴入两滴油进去 ，再 不行就将限流孔扩大一点。 H A A S立式加工中心 V F 3 Y T数控机床 的主轴 由 齿轮箱和皮带带动，通过电磁阀高低速挡气流的通断 控制不同齿轮的啮合来控制主轴高低速挡的切换。可 能是新机床放置时 间较长 ，控制齿轮高低速挡切换的 电磁阀气管通道有油液堵塞 ，导致机床不能进行高低 速挡覆 盖。 2 ． 3维修 过程 拆 下 V F ’3 Y T立式加工 中心主轴外罩 。 1 此款 机 型的欲 打刀 电磁 阀和齿 轮箱 变 速 电 磁阀是一体的，将后侧铁架上的电磁阀拆下，用气枪 清理 ，防止润滑油堵塞气孔 。 2 清理与电磁阀相连的铜管。 3 手动变速，观察机床高低速转换是否正常。 在机床 MD I 模式下 ，输入 M 4 1 。M 4 1代码用于覆盖 收到 S n n n指令限制的芯轴挡位。用 M 4 1 ，芯轴挡位 可以一直保持 在低 速挡。如果指令速度高 于低速挡极 限，则芯轴速度将是低速挡极限。该 M代码不开启 或关闭芯轴。如果芯轴在该 指令执行 之前 旋转 ，它将 再次启动 。如果芯轴 在该 指令 执行 之前停 止 ，它将保 持关闭 。再用 M 4 2代码 代替 刚 才 的 M 4 1代 码 ，M 4 2 代码用 于 覆 盖 收 到 S n n n指 令 限制 的芯 轴 挡 位 。用 M 4 2 ，芯轴档位可以一直保持在高速挡。 4 在机 床参 数侦错 页 面下 ，翻 页 至主 轴 高低 速挡诊断 页面 ，如 图 3所示 。可看 到 S p i n d l e H i G e a r 感应 开关 和 S p i n d l e L o w G e a r 感 应 开关 数值 的 0和 1 的变换。当执行 M 4 1代码时，机床 S p i n d l e L o w G e a r 感应开关信号为 1 ；当执行 M 4 2代码时，机床 S p i n d l e H i G e a r 感应开关信号 为 1 。主轴高低 速挡切换正常 。 I 岬 U T IN VERT l S YSTEH l XI S l C 0HPE N5Ⅱ ON I D6 W05 DIS CRE1 E工岬 UT5 Tool Cha nc i er In 0 Tool ha nqer Out 1 T oo1 0r i le In 1 3 os． 0 L ow T 5C Pres sure 0 L I { n d l e I t -i G e a r 0 _ p C p { n C 1 r I 眨 日 S O i n d ． 1 ul o t o r F a n T o o 1 t l r l cl 岬I l m t 1 M o v e T ． C ． I n 51 ate 9 1 4 ov e T_ C． o ut AP C PaI I I t ome 0 Rot ate ‘ r -C． CW pC PaI l HOllll e 0 Rota te 1 C． CCW G r O IA H F I d F a U ] t 0 s o -1 n d l e I t -i 6 e a r 6 3 1 B 1 o c k S k i 13 0 s -D { n d l e L o w G e a r 5口 C l ot Oosi tion 0 Ur i oI an l o Tool on vevr 0 e rcr r ll t 0 5 pR E D o o r 7 5 f t 5 -t c h 0 II - o d e n { s h★ 1 B uss P 啊 F auI t 0 L ow r Pr ess ur 0 L ow Lu be p r l ss ； ． 0 R eqen． Ove r I- lea t 1 D raw 13 ar Oo en 0 D raw B ar CI o i ed 1 B工T 5 IN RED RE IN VERTE D BY PAR H． 734 0 M ove 5 p C l o t CI, t 1 M ov e S 口 qot CCW 0 o a l R e ii d L { q h t 0 T5C Put t ile 0 Ur l c 1 amp Pre 一hr q 0 H。 r C Shu tth Out 0 B r a k e 5 t h A x i s 0 CE Door Lock 0 u t o D o o r “CI u t c h 0 Vacu um F_ nabI e 0 S H T C P o c k e t d o l l 1 0 T 5C CooI c1 ．r l t 0 6 i “ ee r l B eacon 0n 0 R ed Beaco r l o1“11 0 I r b a b 1 e C O n v e y o r 0 R ever se onve yor 图3 主轴高低速挡覆盖感应开关感应信号的变换 下转第 1 4 3页 1 4期 曹智梅 数控车床曲线方程的宏程序编制 1 4 3 一1 6 。 。平移 坐标 为 h 2 4 ，k 3 ． 9 8 1 。 4 精加工宏程序的编制 1 0 3 0 定义 自变量 的起点 z坐标 WH I L E [ 1 0 G E 0 ]D O 1 加工循环控制开始 2 0 S I N[ 4 5 0 [ 1 0 ] ／ 3 0 ] 建立 自变量 与 因 量 函数关系式 1 1 1 0 C O S [一 1 6 ]一20 S I N [一l 6 ] 将 坐标进 行旋转 2 1 1 0 S I N[一 1 6 ] 2 0l C O S [ 一 1 6 ] 将 坐标进 行旋转 1 2 1 1 2 4 将 z坐标进行平移 22 213 ． 9 8 1 将 x坐标进行平 移 G 0 1 X[ 2 22 ]z [ 1 2 ]F 2 0 以小段直线代替 线进行加 工 1 0 1 0 0 ． 1 自变量减小 一个 步距 E N D 1 加工循环结束 加工 的实物效果 图如 图 4 ，经 检测 零 件的尺 寸 部合格 。 图4 零件实物图 结论 比较实物的宏程序与模板可知仅在黑体字上作 玫变，可见宏程序的模板有较好的适用性。宏程序 毁控加工 中应用很广 ，通过宏程序 的运 用 ，实现了 单指令加工复杂 型面的 目的。 考文献 I 陈银清． 宏程序编程在数控加工中的应用研究 [ J ] ． 机 床与液压， 2 0 0 9 ， 3 7 5 4 2 4 5 ． I 霍苏萍， 张月楼． 宏程序在数控加工 中的应用分析[ J ] ． 煤矿机械， 2 0 0 7 ， 9 1 2 1 1 2 3 ． I 袁锋 ， 壮兵兵， 倪贵华， 等． 全国数控大赛试题精选[ M] ． 北京 机械工业出版社， 2 0 0 5 ． 1 梁新平． F A N U C一 0 i 数控系统宏功能应用技巧[ J ] ． 机 床与液压， 2 0 0 9 ， 7 4 1 8 71 8 8 ， 1 9 0 ． 1 彭二宝 ， 王宏颖． 宏程序在数控编程中的应用技巧及编 程实例[ J ] ． 模具制造 ， 2 0 1 0 ， 1 3 8 2～ 8 6 ． 上接 第 1 4 0页 5 运行 以下程序 M0 3 2 0 0； G0 4Pl 5 ． M0 3 2 0 0 0； G0 4Pl 5． M9 9； 6 运行 以上程序 1 h后观察机床 高低速 挡换挡 正常，机床维修结束。 3总 结语 C N C数控机床故障通常划分为 4大类 机械 、电 气、应用和软件。应该先对这 4个方面作整体分析继 而判断故障属于哪一类。 首先 ，利用常识对情 况进行 正确 的评估 ，可 以轻 而易举 地解决 许 多 问题 。所 有机 器操 作都 由一个 程 序 、若 干刀具 以及加工方 法组成 。在判断其 中的任何 一 项 为造成 故障的原 因之前 ，必须对 3个方面都进 行 检查 。例如 ，如果钻孑 L 时 因为钻杆延伸过长而卡嗒作 响 ，不要指 望机 器 能纠 正缺 陷。如 果虎 钳 使部 件弯 曲，不要怀疑机器 的精度 。如果 没有首先进行 中心钻 孔 ，就不要盲 目判断孔 的位置没有对正 。 许多机械师在没有了解问题之前便盲 目开始操作 ， 希望问题会随操作 自己出现。作者之所以知道这一点 ， 是因为事实上在保修期 返修的所有部件 中有超过一半 处于正常工作状态。如果主轴不转，请记住主轴与 齿轮箱连接，齿轮箱与主轴电机连接，主轴电机由主 轴驱动 器驱 动 ，主 轴驱动 器 与输A／ 输 出板 连 接，输 输 出板 由 MO C O N驱 动，而 M O C O N又由处理器驱 动。要注意，如果 皮带 断 了，不 要更 换 主轴 驱动器 ， 首先要找出问题 ，不要简单地更换容易更换的部件。 在机器 中有 数百个可 以更改 的参 数 、电线 、开关 等。不要随便地更改部件和参数。请记住如果更改 什么 ，很可能导致对其 错误的设置或破坏流程 中的其 他什么东西。例 如 更换 处理器 的接插板 。首先 ，必 须下载所有 的参数 ， 拆 除十几个连接 器 ，更换接插 板 并重新装载，如果不小心弄弯了一根小针，它将无法 工作。在实际更换之前 ，对可疑部件再进行一次检查。 同时 ，工作 车 间要 通 风 ，对 供 电 系统 ，气压 压 力、流量、干燥度，机床润滑和冷却系统等作综合分 析才能解决 问题 。 参考文献 【 1 】H A A S 数控机床维修手册 机械部分一 9 6 - 0 0 7 5 A [ M] ， 20 0 9． 【 2 】H A A S 加工中心操作手册[ M] ． 【 3 】王悦． 系统装调与实训[ M] ． 北京 机械工业出版社出 版 ， 2 0 1 0 ． 【 4 】郭士义． 数控机床故障诊断与维修[ M ] ． 北京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 5 ．