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 数控机床坐标轴的移动定位是由位置伺服系统来完成的。位置伺服系统一般采用闭环或半闭环控制。(半)闭环控制的特点就是任一环节发生故障都可能导致系统定位不准确、不稳定或失效。诊断定位故障环节就成为维修的关键。根据伺服系统的控制原理和系统接口的特性,对系统进行分解判断,已成为行之有效的方法。
  当主轴伺服系统发生故障时,通常有三种表现形式:一是在CRT或操作面板上显示报警信息或报警内容;二是在主轴驱动装置上用警报灯数码管显示主轴驱动装置的故障;三是主轴工作不正常,但无任何报警信息,主轴伺服系统常见的故障有:
       (1)外界干扰
  由于受电磁干扰,屏蔽和接地措施不良,主轴转速指令信号或反馈信号受到干扰,使主轴驱动出现随机和无规律性的波动。判别有无干扰的方法是:当主轴转速指令为零时,主轴仍往复转动,调整零速平衡和漂移补偿也不能消除故障。
       (2)过载
       切削用量过大,频繁正、反转等均可引起过载报警。具体表现为主轴电动机过热、主轴驱动张制显示过电流报警等。
       (3)主轴定位抖动
       主轴准停用于刀具交换,精镗退刀以及齿轮换档等场合,有三种实现方式:
       1)机械准停控制
       2)磁性传感器的电气准停控制
       3)编码器型的准停控制
       (4)主轴转速与进给不匹配
  当进行螺纹切削或用每转进给指令切削时,会出现停止进给,主轴仍继续运转的故障。要执行每转进给的指令,主轴必须有每转一个脉冲的反馈信号,一般情况下为主轴编码器有问题。可以用下列方法来确定:
       1)CRT画面有报警显示;
       2)通过CRT调用机床数据或I/O状态,观察编码器的信号状态;
       3)用每分钟进给指令代替每转进给来执行程序,观察故障是否消失。
       (5)转速偏离指令值
       当主轴转速超过技术要求所规定的范围时,要考虑:
       1)电动机过载。
       2)CNC系统输出的主轴转速模拟量(通常为0—+-10V)没有达到与转速指令对应的值。
       3)测速装置有故障或速度反馈信号断线。
       4)主轴驱动装置故障。
       (6)主轴异常噪声及振动
       首先要区别异常噪声及振动发生在主轴机械部分还是在电气驱动部分。
       1)在减速过程中发生一般是又驱动装置造成的,如交流驱动中的再生回路故障。(信息来源:https://www.dgdqw.com)
       2)在恒转速时产生,可通过观察主轴电动机自由停车过程中是否有噪音和振动的来区别,如存在,则主轴机械部分有问题;
       3)检查振动周期是否与转速有关。如无关,一般是主轴驱动装置未调整好;如有关,应检查主轴机械部分是否良好,测速装置是否不良。
       (7)主轴电动机不转
       CNC系统至主轴驱动装置除了转速模拟量控制信号外,还有使能控制信号,一般为DC+24V继电器线圈电压。
       1)检查CNC系统是否有速度控制信号输出。
       2)检查能使信号是否接通。通过CRT观察I/O状态,分析机床plc图形(或流程图),以确定主轴的启动条件,如润滑、冷却等是否满足。
       3)主轴驱动装置故障。
       4)主轴电动机故障。

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数控机床的进给速度已从80年代的16m/min到现在的24~40m/min,机床主轴转速也从2500r/min上升到现在6000~40000r/min,机床结构也从敞开型向封闭型转变。在这样的高速度和结构的情况下,一旦由于编程和操作失误,操作者来不及按急停按钮,刀具已与工件相撞。为避免出现机床和人身事故,在编程和操作时可采取以下措施(以FANUC系统为例)。

编程员在编程时设定的工件坐标系原点应在工件毛坯以外,至少应在工件表面上。

在正常情况下,工件坐标系原点可以设在任何地方,只要此原点与机床坐标系原点有一定的关系即可。但在实际操作时,万一出现指令值为零或接近零时,刀具就会直指零或接近零的位置。在铣削加工时,刀具将奔向机床工作台面或夹具基面:在车削加工时,将奔向卡盘基面。这样,刀具将穿透工件直指基准面。此时,若为快速移动,则必发生事故。

FANUC系统一般设定:当省略小数点时,为*小输入单位,通常为μm。当疏漏了小数点时,则输入的值将缩小成千分之一,此时,输入的值就会接近于零。或者,由于其他原因,使刀具本应离开工件但实际并未离开工件而进入工件之内。出现这种情况时,工件坐标系零点应设在工件以外或在工作台(或夹具)基面上,其结果将是不一样的。

编程员和操作者在书写程序时,对小数点要倍加小心。

FANUC系统在省略小数点时为*小设定单位,而大多数国产系统及欧美的一些系统,在省略小数点时,则为mm,即计算器输入方式。若你习惯了计算器输入方式,则在FANUC系统上就会出现问题。不少编程员和操作者,可能两种系统都要使用,为防止因小数点而使尺寸变小的情况,应在计算器输入方式的程序中,也加上小数点。这样做,对某类系统是多余的,但养成习惯后,就不会因为小数点而出现问题。

为了使小数点醒目,在编程时往往把孤立的小数点写成“.0”的形式。当然,系统在执行时,数值的小数点以后的零被忽略。

操作者在调整工件坐标系时,应把基准点设在所有刀具物理(几何)长度以外,至少应在*长刀具的刀位点上。

对于工件安装图上的工件坐标系,操作者在机床上是通过设置机床坐标系偏移来获得的。亦即,操作者在机床上设定一个基准点,并找到这一基准点与编程员设定的工件坐标系零点之间的尺寸,并把这一尺寸设为工件坐标系偏移。

在车床上,可把基准点设在刀架旋转中心、基准刀具刀尖上或别的位置。如果不附加另外的运动,则编程员指令的零,即为刀架(机床)的基准点移动到偏程的零位置。此时,若基准点设在刀架旋转中心,则刀架必与工件相撞。为保证不相撞,则机床上的基准点不但应设在刀架之外,还应设在所有刀具之外。这样即使刀架上装有刀具时,基准点也不会与工件相撞。

在铣床上,X、Y轴的基准点在主轴轴心线上。但是,Z轴的基准点,可以设在主轴端或在主轴端之外的某点上。若在主轴端,当指令为零时,主轴端将到达坐标系指定的零位置。此时,主轴端的端面键将与工件相撞:若主轴上再装有刀具,则必与工件相撞。为保证不相撞,则Z轴上的基准点应设在所有刀具长度之外。即使不附加别的运动,基准点也不会撞工件。

操作者在调整刀具长度偏置时,应保证其偏置值为负值。

编程员在指令刀具长度补偿时,车削用T代码指令,而铣削用G43指令,即把刀具长度偏置值加到指令值上。在机床坐标轴的方向上,规定刀具远离工件的运动方向为正,刀具移近工件的方向为负。操作者把刀偏值调整为负值,是指令刀具移向工件。程序中指令刀具向工件趋近时,除了指令值之外,还要附加刀具的偏置值,这个附加的值是移向工件的。此时,万一此值被疏漏,刀具就不会到达目标点。

为使刀具偏置值为负值,则在规定机床上的基准点时,必须设在所有刀具长度之外,至少应在基准刀具的刀位(尖)点上。

取消刀具长度偏置(补偿)时,应使刀具在工件之外。

有时,在加工中间要取消刀具长度偏置。例如,在加工中心上,若发出G28、G30和G27指令时,机床返回换刀点进行自动换刀。为保证准确到达换刀位置,在指令中要取消刀具长度偏置,如G30Z-G49:其中,Z—为刀具移动的中间点。刀具在到达中间点时要取消刀具长度补偿。这个中间点若是选得不妥,则刀具刀尖可能并未离开工件,或者反而移向工件,此时就可能发生事故。在编程时,刀具长度一般并未确定,如果指令的值不足以使刀尖远离工件,则将出现危险。此时,应采用增量值编程,让增量值大于所有的刀具长度补偿值。如刀具长度补偿值为200mm,指令G30G49G91Z200.0。若按照前面所建议的方法设定机床上的基准点和调整刀具长度偏置(补偿)的话,只要指令点在工件之外,则刀尖必定远离工件。

刀具号与刀具补偿号要便于核对。

刀具号用T代码指令,其补偿号由操作者在系统偏置数据区内设定。车削系统用T代码加2位数或4位数,其中,高位数指令刀具号,低位数指令刀具补偿号。在铣削系统中由T代码指令刀具号,由H代码指令刀具长度补偿,用D代码指令刀具补偿半径,且H和D代码用的是同一组数据,刀具号与补偿号之间是互相独立的,编程员可自主指定。

为了便于核对和设定,除了特殊用途外,车削系统的刀具号与补偿号**相同,例如:T11或T101等。即1号刀具用1号补偿值。铣削系统用T1调用刀具,用H1调用刀具长度补偿值,用D21调用刀具半径补偿值(如果刀具少于20把时)。即1号刀具用1号长度补偿值,用21号半径补偿值,便于编程和设定操作,也便于记忆,以减小出错机率。

轮廓铣削时,要使刀具离开工件轮廓表面后再抬刀。
轮廓铣削时,使刀具离开工件轮廓表面后再抬刀,除了不在轮廓上留下刀痕外,也可养成良好的习惯,以免在其它情况下造成事故。


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