【正文】 斷專家系統(tǒng)使自診斷和故障監(jiān)控功能更趨完善。 世界上正在進(jìn)行研究的智能化切削加工系統(tǒng)很多，其中日本智能化數(shù)控裝置研究會(huì)針對(duì)鉆削的智能加工方案具有代表性。數(shù)控系統(tǒng)一般首先面向生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和企業(yè)內(nèi)部的局域網(wǎng)，然后再經(jīng)由因特網(wǎng)通向企業(yè)外部，這就是所謂 Inter/Intra 技術(shù)。數(shù)字制造，又 稱“ e制造”，是機(jī)械制造企業(yè)現(xiàn)代化的標(biāo)志之一，也是國(guó)際先進(jìn)機(jī)床制造商當(dāng)今標(biāo)準(zhǔn)配置的供貨方式。 數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)一步促進(jìn)了柔性自動(dòng)化制造技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代柔性制造系統(tǒng)從點(diǎn) (數(shù)控單機(jī)、加工中心和數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床 )、線 (FMC、FMS、 FTL、 FML)向面 (工段車間獨(dú)立制造島、 FA)、體 (CIMS、分布式網(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng) )的方向發(fā)展。 數(shù)控系統(tǒng)向高可靠性方向發(fā)展 隨著數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用的日趨廣泛，數(shù)控系統(tǒng)的高可靠性已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)制造商追求的目標(biāo)。我們只對(duì)某一臺(tái)數(shù)控機(jī)床而言，如主機(jī)與數(shù)控系統(tǒng)的失效率之比為 10:1(數(shù)控的可靠比主機(jī)高一個(gè)數(shù)量級(jí) )。如果對(duì)整條生產(chǎn)線而言，可靠性要求還要更高。 數(shù)控系統(tǒng)向復(fù)合化方向發(fā)展 在零件加工過(guò)程中有大量的無(wú)用時(shí)間消耗在工件搬運(yùn)、上下料、安裝調(diào)整、換刀和主軸的升、降速上，為了盡可能降低這些無(wú)用時(shí)間，人們希望將不同的加工功能整合在同一臺(tái)機(jī)床上，因此，復(fù)合功能的機(jī)床成為近年來(lái)發(fā)展很快的機(jī)種 。 普通的數(shù)控系統(tǒng)軟件針對(duì)不同類型的機(jī)床使用不同的軟件版本，比如 Siemens的 810M 系統(tǒng)和 802D 系統(tǒng)就有車床版本和銑床版本之分。目前，主流的數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)商都能提供高性能的復(fù)合機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)。 最近，國(guó)外主要的系統(tǒng)開發(fā)商在 6 軸聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)的研究上已經(jīng)取得和很大進(jìn)展，在 6 軸聯(lián)動(dòng)加工 中心上可以使用非旋轉(zhuǎn)刀具加工任意形狀的三維曲面，且切深可以很薄，但加工效率太低一時(shí)尚難實(shí)用化。數(shù)控機(jī)床性能在高速度、高精度、高可靠性和復(fù)合化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、柔性化、綠色化方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。 第二章 數(shù)控機(jī)床主軸結(jié)構(gòu) 高速加工對(duì)機(jī)床主軸的要求 高速加工對(duì)機(jī)床主軸系統(tǒng)不僅要求轉(zhuǎn)速高，輸出的扭矩和功率要大，還要 求具有較高的主軸回轉(zhuǎn)精度和在高速運(yùn)轉(zhuǎn)中保持具有良好的剛度、抗震性及熱穩(wěn)定性。實(shí)際應(yīng)用中主要有兩類高速主軸：一類是具有零傳動(dòng)的高速電主軸，這類主軸因采用電機(jī)和機(jī)床主軸一體化的結(jié)構(gòu)，并經(jīng)過(guò)精確的動(dòng)平衡校正，因此具有良好的回轉(zhuǎn)精度和穩(wěn)定性，但對(duì)輸出的扭矩和功率有所限制；另一類是以變頻主軸電機(jī)與機(jī)械變速機(jī)構(gòu)相結(jié)合的主軸，這類主軸輸出的扭矩和功率要 大得多，但相對(duì)來(lái)說(shuō)回轉(zhuǎn)精度和平穩(wěn)性要差一點(diǎn)，因此對(duì)于這類主軸來(lái)說(shuō)，如何正確地設(shè)計(jì)機(jī)床主軸及其組件對(duì)機(jī)床加工精度的影響是至關(guān)重要的。因?yàn)榻墙佑|軸承可以同時(shí)承受徑向和一個(gè)方向的軸向載荷，允許的極限轉(zhuǎn)速較高。 10 主軸軸承的預(yù)緊：用普通螺母作主軸軸承軸向限位，通常難以保證螺母端面與軸心線有較高的垂直度 ( 如圖 1a) ，鎖緊后易使軸承偏斜，甚至有可能使軸彎曲 ( 如圖 1b) ，這都將影響軸的旋轉(zhuǎn)精度 [2]。因此在目前的設(shè)計(jì)中多數(shù)采用集中定量定時(shí)油霧或滴油潤(rùn)滑方式。 主軸拉桿自動(dòng)裝刀系統(tǒng) 在加工中心和高速數(shù)控銑床中刀具安裝勢(shì)必采用自動(dòng)裝刀機(jī)構(gòu)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)有與主軸一同旋轉(zhuǎn)的隨動(dòng)單元，也有不隨主軸旋轉(zhuǎn)的分離型結(jié)構(gòu)，前者結(jié)構(gòu)比較緊湊，復(fù)雜程度高，后者結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，但占用空間較大。 11 圖 5 KX714 主軸結(jié)構(gòu) 1. 壓縮空氣管 2. 活塞 3. 雙溝鎖緊螺母 4. 碟形彈簧 5. 拉桿 6. 主軸 7. 主軸套筒 8. 主軸內(nèi)冷卻環(huán) 9. 刀具拉釘 10. 擋油法蘭 主軸水冷卻系統(tǒng) 在高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中軸承溫升是造成主軸變形、加工精度下降的重要因素之一。因此，如何改善機(jī)床主軸系統(tǒng)熱特性，減少系統(tǒng)的熱源強(qiáng)度，降低溫升及減少系統(tǒng)的熱位移，在高速主軸設(shè)計(jì)中就顯得尤為重要。在主軸套筒外設(shè)計(jì)連續(xù)的水冷卻環(huán)槽，讓機(jī)床冷卻液先流經(jīng)主軸套筒上的冷卻環(huán)槽，然后再噴出到刀具刀尖，用這種方式帶走軸承產(chǎn)生的絕大部分熱量，減少系統(tǒng)熱能向機(jī)床主軸傳導(dǎo)。 12 第三章 數(shù)控機(jī)床主軸的故障分析與維修 開機(jī)后，不論輸入指令，主軸僅僅出現(xiàn)底速旋轉(zhuǎn)，實(shí)際轉(zhuǎn)速無(wú)法達(dá)到指定值。 在本機(jī)床上，檢查主軸驅(qū)動(dòng)器無(wú)報(bào)警，而主軸出現(xiàn)底速旋轉(zhuǎn)，可以基本確認(rèn)主軸驅(qū)動(dòng)器無(wú)故障。 分析主軸驅(qū)動(dòng)器的控制特點(diǎn)，主軸的旋轉(zhuǎn)除需要模擬量輸入外，作為最基本的輸入信號(hào)還需要給定旋轉(zhuǎn)方向。 主軸在高速旋轉(zhuǎn)時(shí) ,出現(xiàn)異常振動(dòng)的故障維修。 但在本機(jī)床上，由于故障前交流主軸驅(qū)動(dòng)系 統(tǒng)工作正常，可以在高速下旋轉(zhuǎn)：而主軸在超過(guò) 3000r/min 時(shí)，在任意轉(zhuǎn)速下振動(dòng)均存在，可以排除機(jī)械共振的原因。通過(guò)對(duì)主軸驅(qū)動(dòng)部分的電器原理圖的分析 (如圖 11 所示 ),再仔細(xì)檢查機(jī)床的主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)連接，最終發(fā)現(xiàn)該機(jī)床的主軸驅(qū)動(dòng)器的接地線連接不良，將接地線重新連接后，機(jī)床恢復(fù)正常。 分析與處理過(guò)程：數(shù)控車床加工螺紋，其實(shí)質(zhì)是主軸的轉(zhuǎn)角與 Z 軸進(jìn)給之間進(jìn)行的插補(bǔ)。 在本機(jī)床上，由于主軸能正常旋轉(zhuǎn)與變速，分析故障原因主要有以下幾種： (1)主軸編碼器與主軸驅(qū)動(dòng)器之間的連接不良。 (3)主軸驅(qū)動(dòng)器與數(shù)控之間的位置反饋信號(hào)電纜連接不良。 根據(jù)檢查，可以確定主軸位置檢測(cè)系統(tǒng)工作正常。 在本系統(tǒng)中，主軸的每轉(zhuǎn)進(jìn)給動(dòng)作與參數(shù) 的設(shè)定有關(guān)，當(dāng)該位設(shè)定為 14 “ 0”時(shí)， Z 軸進(jìn)給時(shí)不檢測(cè)“主軸速度到達(dá)”信號(hào)；設(shè)定為“ 1”時(shí)， Z 軸進(jìn)給時(shí)需要檢測(cè)“主軸速度到達(dá)”信號(hào)。 通過(guò)系統(tǒng)的診斷功能，檢查發(fā)現(xiàn)當(dāng)實(shí)際主軸轉(zhuǎn)速顯示值與系統(tǒng)的指令值一致時(shí)，“主軸速度到達(dá)”信號(hào)仍然為“ 0”。 S 指令無(wú)效，主軸轉(zhuǎn)速僅為 1～ 2r/min，無(wú)任何報(bào)警。 由于 CNC 無(wú)報(bào)警顯示，故主軸速度控制指令未輸出可能的原因是主軸未滿足轉(zhuǎn)速輸出的條件。 通過(guò)手動(dòng)控制電磁閥，使機(jī)床換到低速檔后，機(jī)床的低速檔檢測(cè)開關(guān)輸入信號(hào)正確， PLC 中主軸低速換檔的標(biāo)志位隨之變?yōu)檎_的狀態(tài)，滿足了主軸條件。 為了進(jìn)一步判斷機(jī)床故障的原因，通過(guò) MDI 方式，執(zhí)行 M42（換高速檔指令）后，發(fā)現(xiàn) M42 指 令不能完成。 檢查主軸箱內(nèi)部，發(fā)現(xiàn)機(jī)床的換檔機(jī)構(gòu)的撥叉松動(dòng)，在地速檔時(shí)，由于撥叉向下動(dòng)作，可以通過(guò)自重落下，因此機(jī)床可以正常工作；換高速檔時(shí)，撥叉向上運(yùn)動(dòng)，撥出后不能插入齒輪。 工停車時(shí)發(fā)出巨大的響聲 ,同時(shí)車間總電源跳閘車間。修好后的三相 電壓僅為 340V(要求電壓調(diào)至 360～ 380V)。查看驅(qū)動(dòng)部分 ,B 相正組觸發(fā)脈沖只有 ,而正常時(shí)的觸發(fā)脈沖為 15V。換上新管子后一切正常。在逆變狀態(tài)與在整流狀態(tài)下都是觸發(fā)電位較高的可控硅 SCR1,同時(shí)使前一相可控硅 SCR3 承受反相電壓而關(guān)斷 ,在整流狀態(tài)下 ,在SCR3的關(guān)斷其間以反相阻斷狀態(tài)為主 ,即使后一個(gè)可 控硅不觸發(fā) ,而 SCR3到一定時(shí)刻也會(huì)因過(guò)零而自動(dòng)關(guān)斷。這樣若后一個(gè)可控硅不導(dǎo)通 ,由于電感 L 的放電作用 ,使該可控硅再延續(xù)導(dǎo)通一個(gè)時(shí)期而進(jìn)入正半周 ,可控硅將繼續(xù)導(dǎo)通下去 ,同時(shí)也阻礙后面的可控硅導(dǎo)通。 3． 6 主軸驅(qū)動(dòng)單元損壞，開機(jī)后，主軸報(bào)警，顯示器顯示“主軸沒準(zhǔn)備好”。用萬(wàn)用表測(cè)主軸伺服驅(qū)動(dòng) BKH 電源進(jìn)線供電正常，而伺服單元數(shù)碼管無(wú)顯示，說(shuō)明該單元損壞。該單元通電啟動(dòng)時(shí)， KM5 先閉合， 2～ 3s 后， KM6 閉合，將電阻 R 短接。實(shí)際接線中三只電阻卻接成了三相并聯(lián)形式，起不到保護(hù)作用，導(dǎo)致通電時(shí)主軸單元被損壞，同時(shí)三只電阻因長(zhǎng)期通電燒糊。 16 電源實(shí)際接線 電氣圖接線電源 圖 22 第四章 數(shù)控機(jī)床運(yùn)行中主軸的異常及處理方法 主軸發(fā)熱現(xiàn)象 機(jī)床運(yùn)行中主軸發(fā)熱主要由于其轉(zhuǎn)速較高且連續(xù)工作，故摩擦熱和切削熱是主要熱源。一般處理方法是： (1)先檢查前后軸承潤(rùn)滑脂是否耗盡或涂抹過(guò)量，應(yīng)按量注入潤(rùn)滑脂； (2)再檢查前后軸承是否有損傷或混入異物，如軸承有破損應(yīng)更換新軸承；或者清除贓物，更換潤(rùn)滑脂。檢查時(shí)，可先使電機(jī)與主軸間的聯(lián)軸器斷開使電機(jī)空載運(yùn)行，若仍有噪音，則原因出在主軸電機(jī)，否則為機(jī)械系統(tǒng)中主軸箱內(nèi)機(jī)械部件故障。若有，則故障出現(xiàn)在機(jī)械部分，否則故障出現(xiàn)在印制線路板上。若有關(guān)，應(yīng)檢查主軸與主軸電機(jī)連接是否完好，電機(jī)軸承或主軸電機(jī)與主軸聯(lián)軸器是否正常，主軸箱內(nèi)驅(qū)動(dòng)齒輪嚙合是否良好，以及安裝在交流主軸電機(jī)尾部的脈沖發(fā)生器是否工作正常。 切削時(shí)主軸出現(xiàn)停轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)現(xiàn)象 數(shù)控機(jī)床在切削加工時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)或突然停轉(zhuǎn)現(xiàn)象，一般從以下方面處理： (1)首先觀察主軸伺服系統(tǒng)是否有報(bào)警顯示。 (2)印制線路板設(shè)定錯(cuò)誤，控制回路調(diào)