XK2316/5数控镗铣床的故障分析与处理

张金红

（中冶陕压重工设备有限公司，陕西富平 711711）

XK2316/5数控镗铣床的故障分析与处理

张金红

（中冶陕压重工设备有限公司，陕西富平 711711）

XK2316/5镗铣床采用了西门子840D，611D数字伺服系统。在加工过程中出现了报警“电机编码器零标记丢失”，“伺服故障”等问题，经过分析与处理，保证了生产的正常运行。

数控机床；故障分析；排除

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.10.14

0 概述

中冶陕压重工设备有限公司购买的XK2316/5数控镗铣床，采用了西门子840D数控系统，配装NCK模块，611UD数字伺服系统，PLC型号采用S7-300，I/O模块等，主传动采用德国西门子主轴伺服电机，进给系统采用全数字西门子交流伺服电机，并装有HEIDENHAIN光栅尺,构成位置和速度信息反馈全闭环伺服控制系统，保证了机床加工时定位精度和工作精度。设备结构合理，性能优越，广泛应用于精密数控加工及相关行业中。

1 问题的提出

XK2316/5数控镗铣床几种故障现象：①在进行加工扇形板零件时，加工的扇形板零件精度误差过大。②运行较长时间后，主轴转速运行＜1000 r/min时，转速正常。主轴转速运行＞1000 r/min时，经常报警电机编码器零点标记丢失伺服故障。③重新启动后运行时主轴故障依旧。④X轴在移动过程中出现抖动现象，Z轴在移动过程中报警轮廓监控。开展了一系列故障分析与处理的技术攻关等活动，取得了较好效果。

2 故障分析

2.1 误差过大及处理方法

（1）故障现象。机床在进行加工扇形板零件时，加工的扇形板零件精度误差过大。

（2）分析和处理方法。扇形板的工艺要求要进行很多斜面的加工，在对工件加工过的斜面进行测量时，发现加工第二个斜面时候Z轴的进刀位置相对于加工第一个斜面的位置有偏差，并且加工精度不达标，机床X轴和Z轴联动加工斜面，分析原因是否为Z轴和X轴有间隙引起的加工精度差，用百分表吸在Z轴上，移动Z轴将百分表表针压在工作台上，百分表对零，将Z轴进行±1 mm正反向移动，监测Z轴间隙的大小。相反，用百分表吸在Z轴上，移动Z轴将百分表压在放置在X轴的工件上，百分表表针对在垂直于X轴的工件端面上，百分表对零，将X轴进行±1 mm正反向移动，监测X轴间隙的大小。发现X轴与Z轴间隙都不大，符合正常要求范围。进一步分析X轴和Z轴联动加工斜面出现此故障，怀疑X轴与Z轴几何精度有问题。配合机械用直尺打X轴与Z轴的垂直度，发现X轴与Z轴不垂直，将其重新调至垂直度后，故障消失。

2.2 编码器故障及处理方法

（1）故障现象。主轴转速运行＜1000 r/min，转速正常。主轴转速运行＞1000 r/min，主轴经常报警电机编码器零点标记丢失伺服故障。

（2）分析和处理方法。数控机床报警显示电机编码器零点标记丢失伺服故障，结合数控机床的结构，产生报警的原因有机械原因和电气原因，接下来需要对这两方面逐个排查。机械过载，造成电机的温度升高，编码器的温度也升高，电子元件性能不好造成报警。需要检查主轴箱与主电机连接的联轴器是否同心，主轴变速箱的轴承的好坏，主轴齿轮间隙是否过大，电机旋转时电机轴有无摆动等。电气原因主要检查电机编码器的好坏，电机编码器反馈电缆是否完好，控制电路板是否正常等。首先确认电气原因：停电后拆除电机编码器，检查编码器的轴承有没有死点，给编码器加5 V电源，用示波器检测编码器的输出信号是否正确。更换一新编码器后，在MDI方式下编写M03S1000，运行后故障依旧。运行M03S900机床运行正常，则说明编码器反馈电缆和控制板没有问题。在运行M03S900的程序中，观察电机编码器，发现电机编码器有摆动的现象，分析原因可能是电机轴承或机械原因造成的电机轴摆动。拆除电机和变速箱，由于主轴电机具有三相异步电机的特征，将拆下的电机加380 V电源，旋转时发现主轴电机内部有间断的响声，停电后分解电机检查，发现电机的前后轴承与端盖的轴承间隙太大，电机在高速旋转时，由于间隙的原因造成电机轴旋转时摆动量大，在同轴安装的高精度的编码器摆动量也大，所以报警“电机编码器零点标记丢失”等。将电机的端盖进行镶套处理，安装完成后试车，故障消除。

2.3 X轴抖动及处理方法

（1）故障现象。机床在加工工件时，执行G0X…时，或正向动快速移动X轴时，机床X轴出现严重的抖动现象。

（2）分析和处理方法。X轴采用滚动支撑，滚珠丝杠驱动工作台运行，分析X轴的传动机构，产生快速移动抖动的原因可能有：X轴的滚珠丝杠的间隙太大；X轴的动态特性参数设置不合理；X轴的读数头安装不牢，或者光栅尺受污染；因机床使用的乳化液黏度大，机床的润滑不好，造成摩擦力大。

根据先易后难的原则，对有可能产生故障的电气原因做了检查，由于机床出现的故障时间较长，动态性能参数设置可能不适合现有的传动链，修改动态性能参数位置环，电流环的增益参数MD32200，MD1407和积分时间MD1409，改变后故障依旧。检查反馈回路上读数头的安装和光栅尺的清洁情况，将机床改为半闭环，使用HEIDENHAIN检测光栅尺的工具PWT18检测光栅尺的信号，检测确定光栅尺没有受到污染。再对X轴的滚珠丝杠进行间隙检查，将百分表吸在机床Z轴，±1 mm移动X轴来检测X轴的滚珠丝杠的间隙，发现X轴的间隙约0.2 mm，根据经验判断X轴的间隙太大，造成在移动过程中出现抖动现象。根据滚珠丝杠的特点，要消除丝杠的间隙，得重新配合丝母中间的消隙的垫片，配合合适的垫片后，安装完成后，将机床改为全闭环后试车，故障消除。

2.4 Z轴报警及处理方法

（1）故障现象。机床Z轴在移动过程中，经常出现报警25050“轮廓监控”现象。

（2）分析和处理方法。Z轴采用双闭环控制，机械采用电机皮带连接滚珠丝杠驱动主轴箱运行，利用平衡缸来平衡主轴箱的自重，减少Z轴电机的输出力矩。机床出现轮廓监控，首先需对轮廓监控的概念有所了解，轮廓监控就是对于一个机床轴测量的实际位置值和从NC位置设定值计算出来的实际位置值进行比较，大于参数MD36400的值，就报警“轮廓监控”。根据Z轴的传动原理，控制原理和轮廓监控的原理，分析出现此故障的原因有：联轴器松动或者皮带打滑；机械部分润滑不好，机械阻力大；机械传动机构丝母的固定松动；平衡缸的油压调整得不合适；伺服电机的制动器故障；驱动器的性能不好或者信号异常；动态性能参数位置环的增益设定不合适。

根据轮廓监控的原理分析，出现此类报警的原因大多是机械故障。首先对有可能产生故障的机械原因进行检查，检查联轴器和皮带，正常；检查机床的润滑系统，油路通畅；检查平衡缸的压力，发现油压有点偏高，调整压力到机床要求的基础压力，试运行后故障依旧，判断不是平衡压力的故障；将Z轴改为半闭环，对Z轴进行间隙检查，将百分表吸在Z轴上，移动Z轴将百分表表针压在工作台上，百分表对零，对Z轴进行±1 mm正反向移动来监测间隙的大小，如果间隙大，则说明机械传动机构丝母的松动。检查并紧固丝母和丝杠座，试车后故障依旧。检查机械后故障未消除，有可能是电气故障由于机床使用时间较长，传动链磨损，动态性能参数设置不适合现有的传动链。为此修改动态性能参数位置环，电流环的增益参数MD32200，MD1407和积分时间MD1409，改变后故障依旧。故障基本确定在Z轴的驱动装置，更换Z轴的驱动装置并安装完成后，将机床改为全闭环后试车，故障消除。打开Z轴的装置检查，发现功率元件的焊点虚接，造成整流逆变没有输出。

3 总结

通过对XK2316/5镗铣床的主轴旋转经常报警，电机编码器零点标记丢失伺服故障进行分析，在X轴移动抖动，Z轴运行时报警“轮廓监控”等故障的排除过程中，不但总结出维修和排除此类故障的维修流程，缩短了维修时间，也保证了设备能够长时间正常和顺利地运行。

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〔编辑 王永洲〕