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“小孔机”—机床加工精度异常故障解析
2018-09-27

  

     “中走丝线切割机床”—机床加工精度异常故障解析

       系统参数发生变化或改动、机械故障、机床电气参数未优化电机运行异常、机床位置环异常或控制逻辑不妥,是生产中数控机床加工精度异常故障的常见原因,找出相关故障点并进行处理,机床均可恢复正常。

  生产中经常会遇到数控机床加工精度异常的故障。此类故障隐蔽性强、诊断难度大。导致此类故障的原因主要有五个方面:(1)机床进给单位被改动或变化。(2)机床各轴的零点偏置(NULLOFFSET)异常。(3)轴向的反向间隙(BACKLASH)异常。(4)电机运行状态异常,即电气及控制部分故障。(5)机械故障,如丝杆、轴承、轴联器等部件。此外,加工程序的编制、刀具的选择及人为因素,也可能导致加工精度异常。

  1.系统参数发生变化或改动

  系统参数主要包括机床进给单位、零点偏置、反向间隙等等。例如SIEMENS、FANUC数控系统,其进给单位有公制和英制两种。机床修理过程中某些处理,常常影响到零点偏置和间隙的变化,故障处理完毕应作适时地调整和修改;另一方面,由于机械磨损严重或连结松动也可能造成参数实测值的变化,需对参数做相应的修改才能满足机床加工精度的要求。

  2.机械故障导致的加工精度异常

  一台THM6350卧式加工中心,采用FANUC0i-MA数控系统。一次在铣削汽轮机叶片的过程中,突然发现Z轴进给异常,造成至少1mm的切削误差量(Z向过切)。调查中了解到:故障是突然发生的。机床在点动、MDI操作方式下各轴运行正常,且回参考点正常;无任何报警提示,电气控制部分硬故障的可能性排除。分析认为,主要应对以下几方面逐一进行检查。

  (1)检查机床精度异常时正运行的加工程序段,特别是刀具长度补偿、加工坐标系(G54~G59)的校对及计算。

  (2)在点动方式下,反复运动Z轴,经过视、触、听对其运动状态诊断,发现Z向运动声音异常,特别是快速点动,噪声更加明显。由此判断,机械方面可能存在隐患。

  (3)检查机床Z轴精度。用手脉发生器移动Z轴,(将手脉倍率定为1×100的挡位,即每变化一步,电机进给0.1mm),配合百分表观察Z轴的运动情况。在单向运动精度保持正常后作为起始点的正向运动,手脉每变化一步,机床Z轴运动的实际距离d=d1=d2=d3…=0.1mm,说明电机运行良好,定位精度良好。而返回机床实际运动位移的变化上,可以分为四个阶段:①机床运动距离d1>d=0.1mm(斜率大于1);②表现出为d=0.1mm>d2>d3(斜率小于1);③机床机构实际未移动,表现出*标准的反向间隙;④机床运动距离与手脉给定值相等(斜率等于1),恢复到机床的正常运动。

  无论怎样对反向间隙(参数1851)进行补偿,其表现出的特征是:除第③阶段能够补偿外,其他各段变化仍然存在,特别是第①阶段严重影响到机床的加工精度。补偿中发现,间隙补偿越大,第①段的移动距离也越大。

  分析上述检查认为存在几点可能原因:一是电机有异常;二是机械方面有故障;三是存在一定的间隙。为了进一步诊断故障,将电机和丝杠完全脱开,分别对电机和机械部分进行检查。电机运行正常;在对机械部分诊断中发现,用手盘动丝杠时,返回运动初始有非常明显的空缺感。而正常情况下,应能感觉到轴承有序而平滑的移动。经拆检发现其轴承确已受损,且有一颗滚珠脱落。更换后机床恢复正常。

  3.机床电气参数未优化电机运行异常

  一台数控立式铣床,配置FANUC0-MJ数控系统。在加工过程中,发现X轴精度异常。检查发现X轴存在一定间隙,且电机启动时存在不稳定现象。用手触摸X轴电机时感觉电机抖动比较严重,启停时不太明显,JOG方式下较明显。

  分析认为,故障原因有两点,一是机械反向间隙较大;二是X轴电机工作异常。利用FANUC系统的参数功能,对电机进行调试。首先对存在的间隙进行了补偿;调整伺服增益参数及N脉冲抑制功能参数,X轴电机的抖动消除,机床加工精度恢复正常。

  4.机床位置环异常或控制逻辑不妥

  一台TH61140镗铣床加工中心,数控系统为FANUC18i,全闭环控制方式。加工过程中,发现该机床Y轴精度异常,精度误差*小在0.006mm左右,*大误差可达到1.400mm。检查中,机床已经按照要求设置了G54工件坐标系。在MDI方式下,以G54坐标系运行一段程序即“G90G54Y80F100;M30;”,待机床运行结束后显示器上显示的机械坐标值为“-1046.605”,记录下该值。然后在手动方式下,将机床Y轴点动到其他任意位置,再次在MDI方式下执行上面的语句,待机床停止后,发现此时机床机械坐标数显值为“-1046.992”,同第一次执行后的数显示值相比相差了0.387mm。按照同样的方法,将Y轴点动到不同的位置,反复执行该语句,数显的示值不定。用百分表对Y轴进行检测,发现机械位置实际误差同数显显示出的误差基本一致,从而认为故障原因为Y轴重复定位误差过大。对Y轴的反向间隙及定位精度进行仔细检查,重新作补偿,均无效果。因此怀疑光栅尺及系统参数等有问题,但为什么产生如此大的误差,却未出现相应的报警信息呢?进一步检查发现,该轴为垂直方向的轴,当Y轴松开时,主轴箱向下掉,造成了超差。

  对机床的PLC逻辑控制程序做了修改,即在Y轴松开时,先把Y轴使能加载,再把Y轴松开;而在夹紧时,先把轴夹紧后,再把Y轴使能去掉。调整后机床故障得以解决。

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如何区分中走丝、慢走丝、中走丝  在日常生活中,我们常常听说中走丝、慢走丝、中走丝,对于业内人来说,可能是非常的简单,但是对于业外人来说,不知道三者之间到底应如何区分?  首先,中走丝、慢走丝、中走丝都是指的电火花中走丝线切割机床。电火花中走丝线切割(WirecutElectricalDischargeMachining简称WEDM).  1.什么是中走丝中走丝线切割,中走丝电火花中走丝线切割机(Medium-speedWirecutElectricalDischargeMachining简写MS-WEDM),属往复高速走丝电火花中走丝线切割机床范畴,是在高速往复走丝电火花中走丝线切割机上实现多次切割功能,被俗称为“中走丝中走丝线切割”。中走丝技术在这里指出,所谓“中走丝”并非指走丝速度介于高速与低速之间,而是复合走丝中走丝线切割机床,即走丝原理是在粗加工时采用高速(8-12m/s)走丝,精加工时采用低速(1-3m/s)走丝,这样工作相对平稳、抖动小,并通过多次切割减少材料变形及钼丝损耗带来的误差,使加工质量也相对提高,加工质量可介于高速走丝机与低速走丝机之间。因而可以说,用户所说的“中走丝”,实际上是往复走丝电火花中走丝线切割机借鉴了一些低速走丝机的加工工艺技术,并实现了无条纹切割和多次切割。  中走丝技术在实践中得出,在多次切割中第一次切割任务主要是高速稳定切割,可选用高峰值电流,较长脉宽的规准进行大电流切割,以获得较高的切割速度。第二次切割的任务是精修,保证加工尺寸精度。可选用中等规准,使第二次切割后的粗糙度Ra在1.4~1.7μm之间。为了达到精修的目的,通常采用低速走丝方式,走丝速度为1~3m/s,并对跟踪进给速度限止在一定范围内,以消除往返切割条纹,并获得所需的加工尺寸精度。第三次、第四次或更多次切割(目前中走丝控制软件*多可以实现七次切割)的任务是抛磨修光,可用*小脉宽(目前*小可以分频到1μs)进行修光,而峰值电流随加工表面质量要求而异,实际上精修过程是一种电火花磨削,加工量甚微,不会改变工件的尺寸大小。走丝方式则像第二次切割那样采用低速走丝限速进给即可。中走丝技术在加工过程中,多次切割还需注意变形处理,因为工件在中走丝线切割加工时,随着原有内应力的作用及火花放电所产生的加工热应力的影响,将产生不定向、无规则的变形,使后面的切割吃刀量厚薄不均,影响了加工质量和加工精度。因此需根据不同材料预留不同加工余量,以使工件充分释放内应力及完全扭转变形,在后面多次切割中能够有足够余量进行精割加工,这样可使工件*后尺寸得到保证。  2.中走丝是电火花中走丝线切割的一种,也叫高速走丝电火花中走丝线切割机床(WEDM-HS),其电极丝(一般采用钼丝)作高速往复运动,走丝速度为8~10m/s,电极丝可重复使用,加工速度较高,走丝容易造成电极丝抖动和反向时停顿,使加工质量下降,是我国生产和使用的主要机种,是我国**的电火花中走丝线切割加工模式。1960年,苏联首先研制出靠模中走丝线切割机床。中国于1961年也研制出类似的机床。早期的中走丝线切割机床采用电气靠模控制切割轨迹。当时由于切割速度低,制造靠模比较困难,仅用于在电子工业中加工其他加工方法难以解决的窄缝等。1966年,中国研制成功采用乳化液和中速走丝机构的高速走丝中走丝线切割机床,并相继采用了数字控制和光电跟踪控制技术。此后,随着脉冲电源和数字控制技术的不断发展以及多次切割工艺的应用,大大提高了切割速度和加工精度。  2.低速走丝中走丝线切割机电极丝以铜线作为工具电极,一般以低于0.2m/s的速度作单向运动,在铜线与铜、钢或超硬合金等被加工物材料之间施加60~300V的脉冲电压,并保持5~50um间隙,间隙中充满脱离子水(接近蒸馏水)等绝缘介质,使电极与被加工物之间发生火花放电,并彼此被消耗、腐蚀,在工件表面上电蚀出无数的小坑,通过NC控制的监测和管控,伺服机构执行,使这种放电现象均匀一致,从而达到加工物被加工,使之成为合乎要求之尺寸大小及形状精度的产品。目前精度可达0.001mm级,表面质量也接近磨削水平。电极丝放电后不再使用,而且采用无电阻防电解电源,一般均带有自动穿丝和恒张力装置。工作平稳、均匀、抖动小、加工精度高、表面质量好,但不宜加工大厚度工件。由于机床结构精密,技术含量高,机床价格高,因此使用成本也高。单向走丝电火花中走丝线切割机床早期只有国外公司的独有机种。台湾的低速走丝电火花中走丝线切割机起步虽然较晚,但这几年来发展迅速。其关键的一个举措就是由若干家电加工机床制造企业共同出资,在有关部门一定限度的支持下,由台湾工业技术研究院投入大量的人力、物力做关键技术的开发。经过10多年的攻关,在控制系统及电源等关键技术上取得了突破。台湾各企业制造的低速走丝电火花中走丝线切割机目前应属中档机的范围,近3年每年达到20%~30%的增长率,估计未来5年,台湾低速走丝电火花中走丝线切割机的年产量能达2000台,可占世界市场的25%以上。低速走丝电火花中走丝线切割机的技术含量高、市场前景好,可以获得较高的回报,是电加工行业各个厂家的“必争之地”、“战略高地”。也可以说,谁掌握了低速走丝电火花中走丝线切割机的技术,谁就获得了下一步企业发展壮大的机遇。为了抢占中国市场,日本、瑞士、台湾的电加工机床制造企业在中国大陆设厂生产这类机床。我国的科技工作者在科技部专项基金的支持下,投入了较大的研发力量,已完成新一代低速走丝电火花中走丝线切割机的研发,取得了重大突破,目前已拥有了具有自主知识产权的产品,并占领了一定的市场份额,其性能指标可达中档机水平。目前还有一些国内企业则希望通过与台湾相关企业的合作,来发展低速走丝电火花中走丝线切割加工技术。  与单向低速走丝电火花中走丝线切割机床相比,往复高速走丝电火花中走丝线切割机床在平均生产率、切割精度及表面粗糙度等关键技术指标上还存在较大差距。针对这些差距,本世纪初,国内有数家高速往复走丝电火花中走丝线切割机生产企业实现了在高速走丝机上的多次切割加工(该类机床被俗称为“中走丝”MediumSpeedWirecutElectricalDischargeMachining)。所谓“中走丝”并非指走丝速度介于高速与低速之间,而是复合走丝中走丝线切割机床,其走丝原理是在粗加工时采用8-12m/s高速走丝,精加工时采用1-3m/s低速走丝,这样工作相对平稳、抖动小,并通过多次切割减少材料变形及钼丝损耗带来的误差,使加工质量也相对提高,加工质量可介于高速走丝机与低速走丝机之间。因而可以说,用户所说的“中走丝”,实际上是往复走丝电火花中走丝线切割机借鉴了一些低速走丝机的加工工艺技术,并实现了无条纹切割和多次切割。经过几年的发展,国内几乎所有生产高速走丝电火花中走丝线切割机床的厂家都在生产及销售中走丝,但*终表明不是所有的往复走丝电火花中走丝线切割机都能进行多次切割,或者说不是所有的往复走丝电火花中走丝线切割机采用多次切割技术后都能获得好的工艺效果。多次切割是一项综合性的技术,它涉及到机床的数控精度、脉冲电源、工艺数据库、走丝系统、工作液及大量的工艺问题,并不是简单地在高速走丝机上加上一套运丝变频调速系统即可实现的,只有那些制造精度高,并在诸方面创造了多次切割条件的往复走丝电火花中走丝线切割机才能进行多次切割和无条纹切割,并获得显著的工艺效果。因此我们的生产企业必须充分注意到这个问题,一定要按系统工程来做,真正把这一技术用好,把这一产品做好。如目前已有一些企业为进一步提高机床本体精度,X、Y坐标工作台采用了直流或交流伺服电机作驱动单元直接驱动滚珠丝杠,同时采用了带螺距补偿功能的全闭环控制,可以利用数控系统对机床的定位精度误差进行补偿和修正。在保证精度的前提下,减小因长期使用而导致的加工精度下降,延长机床的使用寿命。运丝系统方面采用特殊(大多数采用金刚石)电极丝保持器,保持电极丝的相对稳定,减小加工过程中电极丝的张力变化。冷却系统方面改变常用的粗放冷却方式,采取多级过滤并对介电常数等关键参数加以控制,确保精加工的顺利进行。控制软件方面提供开放的加工参数数据库,可以根据材料的质地、厚度、粗糙度等条件选择对应的加工参数。相信经过我们的努力,多次切割技术将会更加完善,往复走丝电火花中走丝线切割加工技术也将得到更好的应用和发展。往复走丝电火花中走丝线切割机采用多次切割技术后,虽加工质量有明显提高,但它仍然属于高速走丝电火花中走丝线切割机的范畴,切割精度和光洁度仍与低速走丝机存在较大差距,且精度和光洁度的保持性也需要进一步提高。“中走丝机”具有结构简单、造价低以及使用消耗少等特点,因此也有其生存的空间,目前执行的标准仍然是高速走丝机的相关标准,因此生产企业在对用户的宣传上要注意,一定要实事求是。 推荐文章(来源百度

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