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     摘要: K211 五軸高速加工中心在加工過(guò)程中存在坐標(biāo)軸抖動(dòng)和主軸顫刀現(xiàn)象，嚴(yán)重影響工件的加工表面質(zhì)量和加工精度，致使機(jī)床處于半停工狀態(tài)。根據(jù)故障現(xiàn)象和對(duì)加工過(guò)程的觀察、分析和研究，綜合運(yùn)用機(jī)械和自控技術(shù)，最終徹底解決問(wèn)題，機(jī)床對(duì)工件加工表面質(zhì)量良好，精度符合生產(chǎn)要求。

      1、 K211 五軸高速加工中心抖動(dòng)顫刀現(xiàn)象

     K211 機(jī)床在近一年多的使用過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生Y軸抖動(dòng)，主軸顫刀現(xiàn)象，而且抖動(dòng)顫刀程度日益加深，嚴(yán)重影響工件的加工表面質(zhì)量( 圖1) 和加工精度，致使機(jī)床處于半停工狀態(tài)。

     通過(guò)對(duì)機(jī)床的加工過(guò)程進(jìn)行仔細(xì)觀察、分析和研究，發(fā)現(xiàn)機(jī)床ＲTCP 功能打開(kāi)的情況下，只要主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，即使是空轉(zhuǎn)，機(jī)床的A 軸讀數(shù)，也會(huì)有0． 002°的跳動(dòng)，同時(shí)Y 軸的最大跳動(dòng)量可以達(dá)到0． 01 mm，由于在實(shí)際加工過(guò)程中，A 軸和Y 軸受力會(huì)更大，所以坐標(biāo)值的跳動(dòng)也會(huì)更大，因此會(huì)對(duì)零件的表面加工質(zhì)量和精度造成嚴(yán)重的影響。而當(dāng)ＲTCP 功能關(guān)閉進(jìn)行測(cè)試時(shí)，A 軸依然會(huì)有0． 002°的跳動(dòng)，但Y 軸的讀數(shù)則幾乎保持不動(dòng)，只有0． 001 mm 左右的跳動(dòng)，這種跳動(dòng)在機(jī)床控制上可以忽略不計(jì)。

     對(duì)機(jī)床進(jìn)一步測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)，在ＲTCP 打開(kāi)時(shí)，如果機(jī)床C 軸旋轉(zhuǎn)90°，A 軸擺動(dòng)方向與X 軸平行，主軸旋轉(zhuǎn)，此時(shí)X 軸出現(xiàn)0． 01 mm 左右的跳動(dòng)，而Y 軸幾乎保持不動(dòng)。如果ＲTCP 關(guān)閉，則X 軸坐標(biāo)值保持不動(dòng)。經(jīng)過(guò)上面的測(cè)試和觀察，可以認(rèn)為，機(jī)床坐標(biāo)抖動(dòng)和主軸顫刀是由A 軸抖動(dòng)造成的。

      2 、機(jī)床故障發(fā)生的原因分析和故障處理

      機(jī)床在ＲTCP 功能打開(kāi)和關(guān)閉的情況下，機(jī)床坐標(biāo)軸顯示的數(shù)值狀態(tài)有顯著的變化，因此機(jī)床坐標(biāo)軸抖動(dòng)和主軸顫刀問(wèn)題是由于機(jī)床的ＲTCP 功能打開(kāi)，機(jī)床坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)造成的。ＲTCP 功能打開(kāi)，五軸機(jī)床A軸坐標(biāo)值變化會(huì)導(dǎo)致刀具中心位置的變化，而機(jī)床為保持刀具中心位置不變，會(huì)自動(dòng)使其他坐標(biāo)軸移動(dòng)。在A 軸擺動(dòng)方向與Y 軸平行時(shí)，A 軸位置的變化會(huì)導(dǎo)致Y 軸移動(dòng)，如果A 軸出現(xiàn)頻繁的微小變化，就會(huì)導(dǎo)致坐標(biāo)軸來(lái)回抖動(dòng)。A 軸的位置反饋是采用光柵尺全閉環(huán)位置反饋系統(tǒng)，由于在機(jī)床維修測(cè)試過(guò)程中，沒(méi)有給定坐標(biāo)移動(dòng)指令，A 軸位置讀數(shù)的變化是由于光柵尺讀數(shù)頭和光柵尺之間有微小相對(duì)運(yùn)動(dòng)造成的。造成A 軸讀數(shù)頭與光柵尺之間有微小相對(duì)運(yùn)動(dòng)的原因有以下幾種: ( 1)機(jī)械部件出現(xiàn)問(wèn)題，消隙機(jī)構(gòu)的碟形彈簧失效，彈力不夠，齒輪間隙大，在主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，主軸頭不可避免的有一定的振動(dòng)，導(dǎo)致A 軸讀數(shù)頭與光柵尺之間有微小的相對(duì)運(yùn)動(dòng); ( 2) 讀數(shù)頭安裝不牢固，在主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)有抖動(dòng); ( 3) 讀數(shù)頭或光柵尺有問(wèn)題，導(dǎo)致讀數(shù)信號(hào)出現(xiàn)誤差。

      對(duì) 第一種可能的原因，在打開(kāi)主軸頭檢查和測(cè)試消隙機(jī)構(gòu)時(shí)發(fā)現(xiàn)，碟形彈簧磨損比較嚴(yán)重，彈力不夠，于是更換碟形彈簧和調(diào)整墊片，在進(jìn)行測(cè)試加工時(shí)發(fā)現(xiàn)，主軸顫刀有較大的改善，加工的工件表面質(zhì)量有較明顯的改善，但是機(jī)床坐標(biāo)軸抖動(dòng)和主軸顫刀問(wèn)題依然存在。因此故障的主要原因出在光柵尺或讀數(shù)頭上。

    為驗(yàn)證是否是光柵尺系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，把機(jī)床改為半閉環(huán)位置反饋，屏蔽光柵尺和讀數(shù)頭，采用電動(dòng)機(jī)編碼器進(jìn)行位置反饋。機(jī)床A 軸改為半閉環(huán)后A 軸在主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)坐標(biāo)值保持不動(dòng)，因此可以認(rèn)定抖動(dòng)是由光柵尺或讀數(shù)頭造成的。在A 軸半閉環(huán)位置反饋條件下進(jìn)行了試件加工，加工工件表面質(zhì)量良好( 圖2) 。

     由于問(wèn)題出在光柵尺或讀數(shù)頭，所以把讀數(shù)頭拆下重新安裝固定，調(diào)整讀數(shù)頭與光柵尺的位置間距，使位置反饋信號(hào)良好。同時(shí)為了提高機(jī)床加工的工件表面質(zhì)量，提高機(jī)床坐標(biāo)軸的響應(yīng)速度，對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)的速度環(huán)比例增益Kp進(jìn)行調(diào)整，如表1。

                                              表1

      在進(jìn)行上述調(diào)整后，進(jìn)行試件加工，加工工件表面質(zhì)量良好，粗糙度值明顯減小，完全符合生產(chǎn)要求( 圖3) 。

     3 、結(jié)語(yǔ)

     K211 機(jī)床的坐標(biāo)軸抖動(dòng)和主軸顫刀問(wèn)題在進(jìn)行以上原因分析、研究和處理后，問(wèn)題徹底解決。對(duì)于五軸機(jī)床坐標(biāo)軸抖動(dòng)和主軸顫刀，加工的工件表面質(zhì)量差時(shí)，要從機(jī)械和電氣自控多方面綜合處理，才能達(dá)到良好的效果。