文档库

最新最全的文档下载
当前位置:文档库 > 数控车床参数设置引起的故障分析

数控车床参数设置引起的故障分析

浙江工业职业技术学院

毕业论文

(2011届)

(数控车床参数设置引起的故障分析)

学生姓名蛋蛋

学号080206136

院系数字控制工程分院

专业数控设备应用与维护

指导教师

完成日期2011年5月

数控车床参数设置引起的故障分析

摘要

数控机床的应用与维护科学技术的发展,对机械产品提出了高精度、高复杂性的要求,而且产品的更新换代也在加快,这对机床设备不仅提出了精度和效率的要求,而且也对其提出了通用性和灵活性的要求。数控机床就是针对这种要求而产生的一种新型自动化机床。数控机床集微电子技术、计算机技术、自动控制技术及伺服驱动技术、精密机械技术于一体,是高度机电一体化的典型产品。它本身又是机电一体化的重要组成部分,是现代机床技术水平的重要标志。数控机床体现了当前世界机床技术进步的主流,是衡量机械制造工艺水平的重要指标,在柔性生产和计算机集成制造等先进制造技术中起着重要的基础核心作用。数控机床的制造厂在机床出厂时就会把相关的参数设置正确、完全,同时还给用户一份与机床设置完全符合的参数表。目前这一点却做的不尽如人意,参数表与参数设置不符的现象时有发生,给日后数控机床的故障诊断带来很大的麻烦。对原始数据和原始设置没有把握,在故障中就很难下决心来确定故障产生的原因,无论是对用户和维修者本人都带来不良的影响。

关键词数控机床参数故障分析

第一章数控机床参数 (4)

1.1掌握数控机床参数的重要性 (4)

1.2数控机床参数的分类 (5)

1.3数控机床产生参数故障的原因 (7)

1.4数控机床参数设置对机床性能的影响 (7)

1.5通过设置机床参数后探讨参数设置对机床性能的影响 (10)

1.5.1利用参数调整数控机床 (10)

1.5.2 利用参数状态信息诊断机床故障 (12)

第二章变频器参数 (15)

2.1 变频器性能的鉴别 (15)

2.2 变频器在数控车床主轴上的应用 (17)

第三章伺服系统参数 (20)

3.1伺服驱动参数 (20)

3.2伺服控制轴参数 (21)

结论 (24)

致谢 (25)

参考文献 (26)

在科学技术飞速发展的今天,利用数字信号控制机床运动的数控机床加工越来越受人青睐。决定着数控机床的功能、控制精度的机床参数成为讨论的话题,每个从事数控机床维修或操作的人员都少不了要与数控机床参数打交道。而每台数控机床的运行状况在出厂前往往都设置有与其适应相配套的参数,对应数控机床参数在数控机床的管理与维护中起到非常重要的作用,了解和掌握数控机床参数的真实作用对于数控机床维修人员或数控机床调试人员在数控机床维护、保养、维修水平提高方面有极大的益处。

第一章数控机床参数

1.1掌握数控机床参数的重要性

无论哪个公司的数控系统都有大量的参数,如日本的 FANUC 公司6T-B 系统就有294 项参数。有的一项参数又有八位,粗略计算起来一套CNC 系统配置的数控机床就有近千个参数要设定。这些参数设置正确与否直接影响数控机床的使用和其性能的发挥。特别是用户能充分掌握和熟悉这些参数,将会使一台数控机床的使用和性能发挥上升到一个新的水平。实践证明充分的了解参数的含义会给数控机床的故障诊断和维修带来很大的方便,会大大减少故障诊断的时间,提高机床的利用率。同时,一台数控机床的参数设置还是了解CNC 系统软件设计指导思想的窗口,也是衡量机床品质的参考数据。在条件允许的情况下,参数的修改还可以开发CNC 系统某些在数控机床订购时没有表现出来的功能,对二次开发会有一定的帮助。因此,无论是那一型号的 CNC 系统,了解和掌握参数的含义都是非常重要的。另外,还有一点要说明的是,数控机床的制造厂在机床出厂时就会把相关的参数设置正确、完全,同时还给用户一份与机床设置完全符合的参数表。然而,目前这一点却做的不尽如人意,参数表与参数设置不符的现象时有发生,给日后数控机床的故障诊断带来很大的麻烦。对原始数据和原始设置没有把握,在故障中就很难下决心来确定故障产生的原因,无论是对用户和维修者本人都带来不良的影响。因此,在购置数控机床验收时,应把随机所带的参数与机床上的实际设置进行校

对,在制造厂的服务人员没有离开之前落实此项工作,资料首先要齐全、正确,有不懂的尽管发问,搞清参数的含义,为将来故障诊断扫除障碍。数控机床在出厂前,已将所采用的 CNC 系统设置了许多初始参数来配合、适应相配套的每台数控机床的具体情况,部分参数还需要调试来确定。这些具体参数的参数表或参数纸带应该交付给用户。在数控维修中,有时要利用机床某些参数调整机床,有些参数要根据机床的运行状态进行必要的修正,所以维修人员要熟悉机床参数。以日本FANUC 公司的10、11、12 系统为例,在软件方面共设有26 个大类的机床参数。它们是:与设定有关的参数、定时器参数、与控制器有关的参数、坐标系参数、进给速度参数、加/减速控制参数、伺服参数、DI/DO(数据输入输出)参数,CRT/MDI 及逻辑参数、程序参数、I/O 接口参数、刀具偏移参数、固定循环参数、缩放及坐标旋转参数、自动拐角倍率参数、单放向定位参数、用户宏程序、跳步信号输入功能、刀具自动偏移及刀具长度自动测量,刀具寿命管理、维修等有关的参数。用户买到机床后,首先应将这份参数表复制存档。一份存放在机床的文件箱内,供操作者或维修人员在使用和维修机床时参考。另一份存入机床的档案中。这些参数设定的正确与否将直接影响到机床的正常工作及机床性能充分发挥。维修人员必须了解和掌握这些参数,并将整机参数的初始设定记录在案,妥善保存,以便维修时使用。

1.2数控机床参数的分类

无论是哪种型号的 CNC 系统都有大量的参数,少则几百个,多则

上千个,看起来眼花缭乱。经过仔细研究,归纳起来又有一定的共性可言,现提供其分类方式以做参考。

1 按参数的表示形式来划分,数控机床的参数可分为三类。

(1)状态型参数

状态型参数是指每项参数的八位二进制数位中,每一位都表示了一种独立的状态或者是某种功能的有无。例如FANUC0—TD 系统的1 号参数项中的各位所表示的就是状态型参数。

(2)比率型参数

比率型参数是指某项参数设置的某几位所表示的数值都是某种参量的比例系数。例如 FANUC0—TD 系统的512、513、514 号参数项中每项的八位所表示就是比率型参数。

(3)真实值参数

真实值参数是表示某项参数是直接表示系统某个参数的真实值。这类参数的设定范围一般是规定好的,用户在使用时一定要注意其所表示的范围,以免千百万设定参数的参数超出范围值。例如FANUC0—TD 系统的522、523、524、525号参数项中每项的八位所表示的就是比率参数。

2 按参数本身的性质可分为两类

(1)普通型参数

凡是在 CNC 制造厂家提供的资料上有详细介绍参数均可视为普通型参数。这类参数只要按着资料上的说明弄清含义,能正确、灵活应用即可。

(2)秘密级参数

秘密级参数是指数控系统的生产厂在各类公开发行的资料所提

供的参数说明中,均有一些参数不做介绍,只是在随机床所附带的参数表中有初始的设定值,用户搞不清其具体的含义。如果这类参数发生改变,用户将不知所措,必须请厂家专业人员进行维护和维修。1.3数控机床产生参数故障的原因

(1)数控系统后备电池失效。数控机床的存储器如果采用CMOS RAM 器件,为了在数控系统不通电期间能保持存储的内容,内部设有可充电电池维持电路。在正常情况下,由+5V电源经一个二极管向CMOS RAM 供电,并对可充电电池进行充电。当数控系统切断电源时,则由电池供电来维持CMOS RAM内的信息,当电池失效时,将导致数控机床的参数全部丢失。因此在机床正常工作时,应注意CRT上是否显示有电池电压低的报警。如发现报警,应尽快更换符合系统生产厂家要求的电池。(2)操作者的误操作。由于操作者的误操作,有时会将数控机床的参数全部清除,有时则会将数控机床的个别参数改变。因此为了避免这类情况的出现,应对操作者进行上岗前的技术培训和经常性的业务培训,同时制定切实可行的操作规程并严格执行。(3)电网瞬间停电。当数控机床在DNC状态下加工工件或利用DNC进行数据传输的过程中,如果电网瞬间停电,将可能造成数控机床的参数丢失。

1.4 数控机床参数设置对机床性能的影响

1 主轴准停位置的调整

某立式加工中心,采用FANUC18 i数控系统,在换刀过程中发现问

题,故障表现为:当刀库移向主轴时与主轴上的刀柄发生碰撞,然后停住,不能完成换刀过程。该机床刀库为鼓轮式刀库,无机械手换刀。观察该机床刀库与刀柄碰撞部位,发现主轴上刀柄的键槽与刀库刀座上的键在方位上不一致,存在一个角度偏差,导致碰撞发生。刀座上的键已有多处明显擦痕,说明刀柄键槽与刀库刀座上的键存在干涉已有时日了。刀座上的键是对准主轴中心的,可推断,刀座上的键与刀柄键槽不能正常配合是由于主轴定向停止位置偏离了正常位置所致。主轴未拆卸过,估计是主轴传动皮带磨损松弛,导致主轴定位位置发生变化。需要对主轴定位位置进行修调,以恢复到正常位置。FANUC18 i提供了方便的调节功能,可通过调整参数No . 4031和No. 4077中的任何一个(No. 4031:位置编码器方式定向停止位置;No. 4077:定向停止位置偏离量) ,使定向位置恢复到原来的正常位置,从而使该机床的换刀故障得以排除。

2 机床原点位置的调整

某数控铣床(使用FANUC0 i系统)在调整了减速挡块后,有时出现回零位置不一致的现象。该机床返回原点的原理如图1-1 所示。经观察发现,机床在返回参考点过程中有减速,也有制动到零的过程,但停止位置常常前移或后移一个丝杠螺距(即相当编码器一转的机床位移量的偏差) 。

数控车床参数设置引起的故障分析

图1-1机床工作台返回原点的过程

出现这种情况可能是栅格信号产生的时刻离减速信号从断到通处太近,由于传动误差等原因,使得栅格信号刚错过,只好等待下一个信号到来时再停止,从而造成停止位置前移或后移一个丝杠螺距。在这种情况下,可重新改变减速挡块位置或修改参数,使栅格信号产生的时刻离减速信号从断到通的时刻远一点,避免该问题发生。通过修改参数No.1850 (栅格偏移量)很快将问题解决。

3 解除软件超程报警故障

某加工中心机床(使用FANUC18 i系统)正在加工时,突然断电,再通电时出现500#报警, X 轴方向发生软件超程。故障发生后,机床处

于死机状态,各轴都锁定。从X 轴停止位置分析, X轴停在机床正中央,不可能超出行程。检查机床软限位参数No. 1320 (各轴正方向储存的行程极限) 、No. 1321 (各轴正方向储存的行程极限) ,没有发生变化。手转动X 轴丝杠,向左则出现501#报警(即负方向超出行程) ,向右则出现500#报警(即正方向超出行程) ,由此证明X 轴的零点丢失。将机床的软限位参数全部设为极限值,则报警消失,再让X 轴重新回

零后,故障排除。

4 刀补值无法输入的故障维修

某数控铣床(使用FANUC0 i系统) ,在程序编辑、数据输入的过程中,发现刀补值无法输入系统。虽然刀具补偿是数据系统的选择功能,但通常情况下, 此功能在几乎所有机床上都应具备。对于FANUC0 i

系统,在选择功能具备的情况下,刀补值无法输入,与参数No. 3290.

0、No. 3294、No. 3295 有关。当No. 3290. 0 = 1时,No. 3294、No. 3295设定的刀补号不能输入刀补值;当No. 3290. 0 = 0时,可输刀补。在本机床上,经检查发现,参数No. 3290. 0 = 1,而要输入的刀补号也正处于No3294、No. 3295设定的刀补号范围,将参数No. 3290. 0置零后,故障消除。

1.5通过参数设置后探讨参数设置对机床的影响

1.5.1利用参数调整数控机床

根据数控系统控制的是步进电动机还是伺服电动机以及机床负

载大小等因素来调整相关的系统参数。例如KND100TE 的数据参数:No041:LINTX

No042:LINTZ

这里的LINTX、LINTZ 分别为X、Z 坐标直线加减速时间常数值(用于快速移动)。设定值8-4000ms。

No044:THRDT

No046:THDFL

这里的THRDT 是在螺纹切削中(G92,G76)X轴的指数加减数常数。设定量:0-4000ms;THDFL 是在螺蚊切削中(G92,G76)各轴的指数加减数的下限值。设定量:6-15000(毫米输出),也就是螺纹切削时的指数加减速的起始\ 终止速度。加减数时间常数越大,加速、减速过程越慢,机床运动的冲击越小,加工时的效率越低;加减数时间越小;加速、减速过程越快,机床运动的冲击越大,加工时的效率越高;加减数时间相同时,加减速的起始\ 终止速度越高,加速、减速过程越快,机床运动的冲击越大,加工时的效率越高;加减速的起始\ 终止速度越低,加速、减速越慢,机床运动的冲击越小,加工时的效率越低。加减速特性调整的原则是在驱动器不报警、电动机不失步及机床运动没有明显冲击的前提下,适当地减小加减时间常数,提高加减速的起始\终止速度,以提高加工效率。加减速时间设得太小、加减数的起始\终止速度过高,容易引起驱动器报警,步进电动机堵转,电动机失步或机床振动。在调整时笔者进行了如下设置。数据参数配三相混合式步进电动机: No041:200≤LINTX≤500 No042:200≤LINTX ≤500 No044:THRDT≥250 No046:THDFL≤50在配套交流伺服电动

机时,可以将起始速度设置的较高,加减速时间常数设置的较小,以

提高加工效率。数据参数配KNDSD100 交流伺服电动机:No041:50≤LINTX≤100 No042: 50≤LINTH≤100 No044:THRDT≥50

No046:THDFL≤500上述参数设置为经验推荐值,具体设置要参考驱动器、电动机的特性和机床负载的实际情况而定。

1.5.2 利用参数状态信息诊断机床故障

例如:在线诊断,在线诊断是指通过CNC系统的内装程序,在系统处于正常运行状态时对CNC系统本身及CNC 装置相连的各个伺服单元、伺服电动机、主轴伺服单元和主轴电动机以及外部设备等进行自动诊断、检查。只要系统不停电,在线诊断就不会停止。在线诊断一般包括自诊断功能的状态显示有上千条,常以二进制的0,1 来显示其状态。对正逻辑来说,0表示断开状态, 1 表示接通状态,借助状态显示可以判断出故障发生的部位。常用的有接口状态和内部状态显示,如利用I/O接口状态显示,再结合PLC 梯形图和强电控制线路图,用推理法和排除法即可判断出故障点所在的真正位置。故障信息大都以报警号形式出现。一般可分为以下几大类:(1)过热报警类;(2)

系统报警类;(3)存储报警类;(4)编程设定类;(5)伺服类;(6)行程开关报警类;(7)印刷线路板间的连接故障类。回零正确的方式是:返回参考点动作开始后,机床首先以高速向参考点方向移动,碰到回零减速开关后,以参数设定的回零低速,继续向参考点移动。当脱离回零减速开关并碰到第一个栅格信号时,机床停止。同时认为此时机床停止的位置是该轴的参考点位置。而这台有问题的机床,在执行回零动作时,始终以回零高速冲向回零点只到碰到限位开关并出现“准

备未绪报警”,此时应先查看诊断参数号NO001 的BIT5:*DECZ,Z 轴回零减速回零信号。正确的信号在回零状态,*DECZ应是“1”,碰到行程开关后*DECZ 变为“0“,并立即减速,脱离减速信号后找到第一个栅格信号后*DECZ又变为“1”。而这台机床碰到减速开关,但没有减速。查看诊断BIT5*DECZ 状态,信号始终为“1”,没有变化。分析应该是挡块没有碰到行程开关。后检查发现,行程开关螺钉松动,挡块无法碰到,因此无减速。修复后系统恢复正常。K100TE利用参数进行故障判断和排除的其他例证有:系统开机显示“电池保持数据丢失”或“超程报警”、“驱动器报警”、“准备未绪报警”等信息。此时检查系统参数,发现参数发生变化,程序出现紊乱,这是由于系统电池曾短时失电、操作者的误操作或者系统周围电网瞬间停电引起CNC 系统突然断电,致使系统一些参数丢失和改变,引起数控系统“死机”。此时只能采用重新上电开机,取保存到系统电子盘1-8 区任意数据,恢复系统参数;若取1-8 区解决不了问题(有的用户在调试时未将调试好的参数按规定存盘),则只能取电子盘“0”盘数据。“0”盘保存的是出厂标准参数,等于计算机初始化。此时取“0”盘后,程序、刀偏值等数据清零。这时需要按原保存在纸上的参数表对照系统显示的参数将不对的一一改正过来,此时关机再开机就可恢复机床原来的工作状态。

总之,要做好数控机床的调整和维修工作,必须重视参数的作用,尽可能多了解含义,看该参数的变更会产生什么样的结果,受哪个参数的制约以及对其他参数有无影响,并做下记录,以便对不同参数所

产生的结果进行对比,选择其中最佳者设定到对应的参数表中。在不知道参数的意义前最好不要修改参数,以免发生意外。另外,在修改参数前,别忘了做好参数备份,这是保证修好机床的基础。

第二章变频器参数

2.1.变频器性能的鉴别

故障现象:开起机床后主轴不能变速。在机床变速时只点按一次主轴调速按钮,主轴速度就从本挡最低速度上升到本挡最高速度。点按一次主轴调速按钮I ,主轴速度就从本挡最高速度下降到本挡最低速度。机床没有报警信息,维修人员断定是变频器坏了,我们决定对它进行性能测试。本机床采用模拟电压控制变频器的频率输出。切断机床电源,去掉变频器的原NC输入控制信号线,用外部模拟电压代替控制信号,即用10KD电位器的一端串联一5KD的电阻,电阻的另一端连接变频器的+V接线端子(15V电源正),电位器的另一端连接变频器AC接线端子(15V电源地),电位器的中间抽头接变频器的接线端子Al(电压控制信号输入端子),输入模拟电压见图2-1。

数控车床参数设置引起的故障分析

图2-1

电位器接好后,开启机床电源进行现场检测。旋转电位器,当输入的模拟控制电压从0.7V上升到8.1V时,变频器的频率输出也从10Hz 上升到122Hz。相应的机床转速也从本挡较低速度升到本挡较高速度。

当输入的模拟电压停在某一定值时,变频器的输出频率也停在相应的频率上,主轴转速也随之稳定在相应的速度值上。这结果充分表明变频器工作正常,变频器没有损坏。

在目前数控车床中,主轴控制装置通常是采用交流变频器来控制交流主轴电动机。为满足数控车床对主轴驱动的要求,变频器必须有以下性能:(1)宽调速范围,且稳速精度高;(2)低速运行时,有较大力矩输出;(3)加减速时间短;(4)过载能力强;(5)快速响应主轴电机快速正反转以及加减速。其中变频器与数控装置的联系通常包括:(1)数控装置给变频器的正反转信号;(2)数控装置给变频器的速度或频率信号,可以通过通讯给定或模拟给定;(3)变频器给数控装置的故障等状态信号。所有关于对变频器的操作和反馈均可在数控面板进行编程和显示。通过变频器内部关于输入信号与设定频率的输入输出特性曲线的设置,数控装置就可以方便而自由地控制主轴的速度。该特性曲线必须涵盖电压/电流信号、正/反作用、单/双极性的不同配置,以满足数控车床快速正反转、自由调速、变速切削的要求。主轴变频器的基本选型应该依据主轴驱动的要求。目前市场上最为常用的一类变频器为V/F控制方式,采用此控制方式的变频器低频转矩不够大、稳速精度不够高,因此在车床主轴上使用不太适合。另一类型的变频器为矢量型变频器,所谓矢量控制,通俗的讲,就是使鼠笼式异步机像直流电机那样具有优秀的运行性能及很高的控制性能,通过控制变频器输出电流的大小、频率及其相位,用以维持电机内部的磁通为恒定值,产生所需要的转矩,此类变频器具有低频力矩大,稳

速精度高,响应速度快,相对伺服系统价格便宜等特点,在数控机床主轴上应用尤为合适,矢量控制的变频器在数控机床主轴驱动上正逐步推广。

2.2 变频器在数控车床主轴上的应用

变频器AV I、GND 端子给数控系统提供速度模拟量, AV I接数控系统模拟量接口正信号, GND接负信号, 信号为0~ 10 V 模拟电压信号, 控制主轴转速。M0、M1、GND 为变频器的正转/反转信号端子, 通常由数控系统发出正转信号FWD 或者反转REV 来驱动中间继电器。中间继电器的常开接点接入变频器M0 /GND 或者M1 /GND, 从而控制车床主轴的正反转。在参数调整过程中, 应当注意: P00参数, 选择主频率输入, 设置为模拟信号0 ~ 10 V 输入;P01参数, 运转信号, 设置为外部端子信号控制;P03, 最高操作频率选择, 对应于模拟信号10 V 输入时变频器的输出频, (由于在0~ 3 500 r/m in范围内调速, 考虑机械减速比, 此参数可设置为184H z); P04和P05按照电机铭牌设置, P04= 50H z,P05= 380 V; P10和P11为加速时间和减速时间,

根据客户的要求, P10= 5 s, P11= 5 s; P105为控制方式的选择, 选择矢量控制, P105= 1。特别需要注意的是, 由于矢量控制需要提供电机参数(阻抗) , 变频器提供电机参数自整定功能P103; 选择

P103= 2, 通过面板运行键, 变频器会自动运行。自动运行过程中, 除了计算出电机参数以外, 还能够检测出空载电流。这几个参数可使矢量控制表现出较高的性能, 其过程会持续十几秒钟时间。系统实际测试结果如表1和表2所示。

数控车床参数设置引起的故障分析

从表1和表2可以看出, 在恒转矩输出的频率段( 0~ 50H z) , 矢

量控制的空载电流几乎只有VF控制的一半, 负载时电流也比VF小一些; 负载切削时, VF控制在初期有很明显的速度下降,而且空载速度

和负载速度有比较大的差值。而相对于矢量控制, 主轴转速初期虽然也会有下降, 但是下降值较小, 并且速度会很快回升, 最终空载速

度和负载速度相差不是很明显。经过上面的调试, 与VF 控制比较,

性能有了很大的改善, 无论从空载电流、低速力矩, 还是速度的变化, 效果都是非常明显的, 完全能够满足数控机床的需求。投入运行后,