加工中心数控系统为三菱E60,伺服驱动器为MDS-R,伺服电机为HF3.5KW. 该加工中心在加工工件时出现下列现象:
1. 铣内园出现凸痕.
图1. 铣内园时出现的质量问题
现象: 如图1 在A.B,C,D四点出现明显接痕,仔细观察其台阶接痕向内凸起. 另外园表面也不光滑.肉眼可以明显观察到表面粗糙.
判断:内园表面粗糙度过大,从伺服系统参数来看如果"速度环增益VGN"过低,会导致加工表面变差. 而在"A.B,C,D四点出现明显接痕"则是出现"丢步"或"过冲"所致.
处理:检查"速度环增益VGN",其参数:#2205(X=40,Y=40,Z=40) , 显然VGN值过低.其参考值应该在300左右.
于是将VGN参数:#2205的数值逐渐调高,但调高参数:#2205的数值会使机床产生共振,鸣叫,所以必须在遇到机床共振时通过设置参数#2238消除共振,再一步步提高VGN参数:#2205的数值.
在实际调试中,将参数 #2205的数值调整到X=200,Y=200,Z=100.,加工效果已经有了很大的改善.将
参数 #2205的数值调到200,X轴产生共振,经调整参数#2238后消除共振,这时表面粗糙度已经符合要求.而在"A.B,C,D四点"出现的台阶接痕也已经明显减小.肉眼看不见但用手触摸仍然可以感觉到.
继续将参数 #2205的数值调高到300, 表面粗糙度已经符合要求.在A,B两点仍然有台阶,但C,D两点处的台阶已经消失.
此后继续提高参数 #2205的数值,仍然无法消除台阶接痕,这说明光调整"速度环增益VGN"无法彻底消除"A.B,C,D四点"出现的台阶.
经过调整以后的情况是:A点有接痕, C点没有接痕.A点是X轴从正向变为负向. C点是X轴从负向变为正向.
B点有接痕, D点没有接痕.B点是Y轴从负向变为正向. C点是Y轴从正向变为负向.
这表明接痕的出现与方向有关.而且这”接痕”不是通常的”丢步”延迟型,而是一种”过冲”型.即铣内园时,A,B点的接痕向内突起.
这种现象可能与下列因素有关:
1.与反向间隙有关.(但改变反向间隙补偿值后,无明显改善现象)
2.与联轴器的弹簧方向弹性有关.即正向扭转时刚性大一些,反向旋转时刚性小一些.这样当伺服轴从正向旋转变为负向旋转时,就会出现”过冲”现象.
3. 与机床安装精度有关.
在"A.B,C,D四点出现台阶接痕"是由于"丢步"或"过冲"所致, 所以必须从调整"丢步"或"过冲"着手解决问题.
在三菱伺服系统的相关参数中,
设置参数#2227=4200 用于 启动丢步补偿(功能);
参数#2216是丢步补偿的数值;
实际调试时,调整#2216=200后,台阶接痕明显加大.可见该参数
有效果,只是方向不对.
将调整方式改为"过冲补偿";
设置参数#2227=4C00 启动"过冲补偿"(功能);
将参数:#2237(过冲补偿量)的数值从1――5逐渐调高,
经过以上调整后, 内园台阶接痕仍然存在,可见"过冲补偿"的效果不明显.
经过以上对系统参数的调整,解决了大部分问题,但不能彻底解决问题,这说明光调整伺服系统参数不能解决机床的所有问题. 后来要求厂家对机械部分精度做进一步的调整后,解决了铣园出现台阶的问题.
对铣园时在A,B,C,D点出现台阶的进一步讨论:
在A点,Y轴插补量最大, Y轴运动速度也达到最大,X 轴插补量最小=0, X轴运动速度也达到最小=0, X轴由于负载(至少是工作台)运动惯性,向正向运动.造成向外凸起台阶.所以数控机床要求负载惯量比不大于3,就是考虑了伺服电机带动负载的能力.
即当伺服电机停止时.其静态转矩能够使负载也立即停止.而不受负载惯性的影响.
这又牵涉到:”速度环增益VGN”.即增益越高,响应越快. 增益越低,响应越慢,这就是为什么要首先提高速度环增益的原因.
“负载惯量比”和”速度环增益”的关系曲线也表明: “负载惯量比”越大, ”速度环增益”也越大.这表明了对于大的负载,应该提高速度环增益”.
就铣园的台阶问题,而言:如果”速度环增益”很小.当到达A点时.X轴插补量为零,速度也为零(F值是切点的速度,X轴此时速度为零).但由于”速度环增益”很小,实际速度有所靠后.所以还有运动.就造成了向外台阶.
所以只要机床不振动,尽量提高”速度环增益”是首选的手段.
只是在实际调试时多是估算 “负载惯量比”. 但即使估算也必须设置“负载惯量比”参数#2237,.对于中型机床必须设置为3, 以便尽量提高”速度环增益VGN”.
2.另一客户加工中心在铣外圆时,在45°方向出现椭圆度误差达0.13mm.
经过调整参数#2205 后,其误差减小到0.06mm; 在对反向间隙做进一步的测定和补偿后,其误差减小到0.04mm; 进一步调整干扰补偿滤波器参数#2243,#2244后, 误差减小到0.03mm.
此后调整各参数均无效.
讨论: 不圆度为什么在45度方向达到最大
在45度方向, X轴,Y轴的插补量相等.X轴,Y轴的运动速度相等.这一点最具有代表性.如果两轴的摩擦干扰不同.或两轴的垂直度不标准,机械移动量的综合误差必然在这点反映最大.所以数控系统的调整必须首先要求机床的两轴垂直度达到标准..
从以上分析来看:反向间隙不是影响不圆度因素.因为在45°位置,运动速度和运动方向并未出现反向,但反向间隙是
可能影响A.B.C.D点向外或向内凸起台阶的因素之一.
2.1 产生不圆度的原因: 其一是机械的垂直度;其二是外部对伺服电机运动的阻碍 (例如摩擦,联轴器的弹簧扭矩); 其三是伺服系统的参数;
对于调试工程师来说,首先必须要求机械精度在标准范围,各连接部分牢固,刀具夹持牢固,无振动影响.在以上精度假定完好的情况下,再开始伺服系统参数的调试.
#2205(VGN)当然是最重要,最有效的参数.但必须注意,在铣床上X轴与Y轴的负载是不一样的.X轴直接带动工作台,
Y轴带动本身的工作台和X轴的工作台.所以从理论上说:Y轴
的#2205(VGN)要大于X轴的#2205(VGN).这在设定时必须注意.(从共振频率点#2238的设定上也可以证明,Y轴负载质量大,其共振频率就小,当#2238设定与X轴一样时,Y轴就会有共振,
当#2238设定比X轴小时,Y轴共振就消失了.)
2.2 其次应该调整的参数是 “干扰补偿滤波器”参数:#2243 #2244
#2243 -----干扰补偿滤波器频率;
#2244------干扰补偿滤波器增益;
干扰补偿滤波器其作用是对外部干扰信号的干扰动作进行补偿,即外部非正常信号如果对控制器指令形成干扰时,能滤波掉干扰信号,同时予以补偿.
补偿的响应强度就是--增益.
因此用两个参数来确定"干扰补偿滤波器"的工作特征;
#2243 ------干扰补偿滤波器频率;表示滤波器需要滤波掉的干扰频率;即干扰信号的工作频率;
#2244------干扰补偿滤波器增益;――即对干扰进行补偿的强度.该参数设置越大,系统反应越强烈,设置过大就容易引起共振.现场设置时,即使机床还未开始运行也多次出现共振,鸣叫.
对三菱数控系统而言:当铣园时出现不圆度超标时,调整参数#2243, #2244 解决不圆度问题是有一定效果的.
在为上述客户进行调试时,调整该参数,不圆度(两45°偏差)从0.04mm减少到0.03mm.有一点作用,继续再调试 该参数就不起作用了.
2.3 采取下列措施,也可对解决不圆度问题有所帮助:
2.3.1刀具问题;
如果材料硬度大,夹具不良,会出现让刀现象.
如果在工艺上和切削要素上选择不当,容易出现不圆度超标.
为此可在工艺上将园分2次铣削,或用搪刀搪.
最好采用短柄刀具和用强力夹头。
3.调试中出现的故障及排除:
显示器闪烁某客户的大型工作机械,采用三菱C64系统,其伺服电机与伺服驱动器之间距离超过20米, 系统不时出现内部报警, 不能正常工作.而同一台设备另外几套伺服系统却不发生报警,其差别在于伺服电机与伺服驱动器之间距离小于10米.
判断是编码器电缆制
作有问题,仔细检查编码器电缆制作图,
当电缆长度大于15米时,其制作方法于小于15米时有所不同,在电缆长度大于15米时,要求对电源线实行3根线并联绞合,
而且要求每条电线粗0.5平方毫米.
检查实际制作的电缆,电源线只用了1根0.12平方毫米的电线,这当然不符合编码器电缆制作要求,由于电缆线太细,电缆过长,造成电源电压压降过大,以致编码器工作电压不足,所以编码器不能正常工作,造成系统报警.
处理:按编码器电缆制作要求:将3根0.5平方毫米线绞合并联制作电源线,故障消除并且没有再发生.
这种现象在使用三菱通用伺服系统MR-J2S , MR-J3S 也曾经遇到,按同样方式也可以解决.
4. 三菱数控C64系统 NC轴: 5轴 使用绝对值检测系统;
其故障现象是: 5个轴的绝对值原点全部能正常设置,无报警;但点动试运行时,第1――第4轴能正常运行,第5轴不能正常运行,一运动就出现”过极限报警”.
检查 第5轴软极限参数#2013,#2014 设置正常.该参数没有问题.
将第5轴改为"相对值检测系统" ,可点动运行. 不出现”过极限报警”. 客户称该系统参数是直接从另一多轴(8轴)系统复制过来.
分析: 如果该现象与"绝对值检测系统"有关,为何其他4轴能在"绝对值检测系统"下正常工作?如果与轴数有关,同样系统已使用多次. 如果与参数有关,为何在"相对值检测系统"下能够点动?这使人感到迷惑.
判断:既然第5轴在"绝对值检测系统"下点动出现"过极限报警"报警, 而在"相对值检测系统"又可正常工作,该系统可控制NC轴为8轴,所以可判定系统硬件无问题,问题仍然是参数问题,
要么有某一参数在起作用,要么有参数互相冲突.
处理: 继续检查参数,特别是检查"绝对值检测系统"与和软极限有关的参数, 当检查到参数#8024时,发现第5轴参数与其他轴不同, 将其修改后,第5轴能够正常运行;
参数#8024(过行程负值)的含义:参数#8202,#8203,#8204,#8205都与行程范围有关;参数#8204,#8205规定了第2类行程限制范围.
而参数#8202,#8203规定了对第2类行程限制范围的检查是有效还是无效,一般默认值是有效; 所以一旦对第2类行程限制范围设定了数值(设定了参数#8204,#8205的数值),上电后就进行检查.
对于上述的故障现象而言: 在使用"绝对值检测系统"时,系统在上电后就实施了原点设置,系统已经建立了坐标系. 如果对第2类行程极限也进行了设置,系统一直在进行检测,当行程极限很小时,一点动就会出现报警.
而使用"相对值检测系统"时,上电后并未进行回原点操作,系统尚未建立坐标系,所以系统未进行"过行程检测".但可进行点动操作,所以不报警.
这就是造成令人迷惑的原因.
5. 客户报告
数控系统出现: 正 ,负极限同时报警;
检查: 检查正,负极限开关有效性.
发现全部失效. 检查输入其他输入信号也全部失效.
判断 : 输入信号公共端掉线 .经检查确实输入信号公共端继电器故障.
处理:更换继电器后故障排除
6. 故障现象:三菱M64系统,开机后显示器闪烁 ,显示帧翻滚;最后呈黑点逐渐浸入状.
判断: 显示器故障或从控制器到显示器的连接电缆F098故障.
检查: F098电缆的外观无异常.(以前曾经有多例F098电缆被烧坏融化现象).虽然无异常现象,但系统接地不良会导致F098电缆烧毁或损坏.
处理: 更换F098电缆后故障消除.要求客户进一步检查数控系统接地问题.
7. 客户报告数控系统不受控制:
检查: 所有输入信号无效,但外部输入线路正常;
判断: 可能基本I/O 板 失效.
进一步检查 : 意外发现站号开关被拨动.基本I/O板站号应该为0,1 但被拨动为2,3 .所以输入信号无法接收.
处理 :准确设置.基本I/O板站号为0,1. 故障消除.
8. 在天气潮湿,连续下雨的季节 同时有三例客户报告主轴编码器信号紊乱;一例报告显示器黑屏. 天气好转后.以上故障全部消失;
有一例客户报告三菱C64系统停机一个月后开机,系统出现"位置误差过大"报警. 但机床尚未开始运动, 要求客户检查编码器连接电缆是否松动,并要求其连续开机10小时热机.后客户报告系统正常运行.
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