張永福 王紅芳

1.故障現(xiàn)象

意大利IMT公司生產(chǎn)的S10/3T-2型活塞橢圓、精槽組合加工立式車床，用于加工轎車活塞的三個(gè)環(huán)槽和橢圓、型線。控制系統(tǒng)采用GE FANUC 160i數(shù)控系統(tǒng)，配置電主軸和X、Z、U三個(gè)全閉環(huán)伺服軸，X、Z軸插補(bǔ)加工環(huán)槽，X軸按加工程序設(shè)定運(yùn)行到位后，由U軸和Z軸插補(bǔ)加工活塞橢圓和型線，基本結(jié)構(gòu)見圖1。

該機(jī)床先是因?yàn)橛脖P物理性損壞，造成基于Windows2000操 作 系 統(tǒng) 的FANUC系統(tǒng)HSSB驅(qū)動(dòng)、BOP以及嵌入BOP由IMT公司開發(fā)的活塞外圓編程、加工等軟件因缺少安裝程序而無法修復(fù)。后經(jīng)付費(fèi)請IMT公司和FANUC公司的維修人員一起，更換新硬盤，安裝相關(guān)軟件后，機(jī)床控制功能恢復(fù)正常生產(chǎn)，但隨后出現(xiàn)加工精槽時(shí)不定時(shí)撞刀故障，故障發(fā)生時(shí)控制系統(tǒng)沒有報(bào)警，加工程序仍然能繼續(xù)運(yùn)行。

2.檢修過程

測量發(fā)生撞刀時(shí)加工的活塞，發(fā)現(xiàn)撞刀都發(fā)生在環(huán)槽已基本加工完，外圓還沒有開始加工的程序處，環(huán)槽加工的寬度尺寸正常。據(jù)此分析故障發(fā)生的原因：①機(jī)械方面，因環(huán)槽加工的寬度尺寸正常，可基本排除故障由Z軸引起。又因機(jī)床所有進(jìn)給軸均為全閉環(huán)控制，發(fā)生故障時(shí)系統(tǒng)沒有報(bào)警，所以因X軸的貼塑導(dǎo)軌、滾珠絲杠和絲杠軸承等局部損壞造成故障的可能性不大；經(jīng)檢查X軸定位精度和重復(fù)定位精度均滿足要求，不存在振蕩現(xiàn)象，所以故障也不是因?yàn)閮奢S運(yùn)行或換向時(shí)發(fā)生振蕩造成。盡管如此，還是對X軸的相關(guān)部件進(jìn)行了檢查和調(diào)整。②電氣方面，若X軸光柵尺局部污染或損壞，造成位置反饋信號失調(diào)，就會(huì)引起故障。于是將X軸的光柵尺封閉，使X軸由全閉環(huán)暫時(shí)更改為半閉環(huán)方式，調(diào)整好相關(guān)參數(shù)后生產(chǎn)，機(jī)床加工的產(chǎn)品合格，但生產(chǎn)三個(gè)班次后，又出現(xiàn)撞刀現(xiàn)象。

操作人員提出在硬盤損壞前沒有撞刀現(xiàn)象發(fā)生，當(dāng)時(shí)用的是英文 Windows2000操作系統(tǒng)，而重裝后用的是中文Windows2000操作系統(tǒng)，懷疑是由于操作系統(tǒng)的不一致，使系統(tǒng)中某項(xiàng)條件滿足時(shí)影響加工程序的執(zhí)行，造成總是在同一位置出現(xiàn)撞刀現(xiàn)象，于是決定重新用英文版Windows2000安裝系統(tǒng)。因?yàn)镚E FANUC 160i數(shù)控系統(tǒng)國內(nèi)用量少，缺少相關(guān)資料，經(jīng)相關(guān)人員的努力，安裝完正版英文Windows2000操作系統(tǒng)后，又將相關(guān)控制軟件安裝并設(shè)置正確，使機(jī)床控制功能恢復(fù)，但正常加工兩個(gè)班次后再次出現(xiàn)同樣的撞刀故障。通過檢查確認(rèn)X軸的相關(guān)部件完好，故障發(fā)生時(shí)系統(tǒng)沒有報(bào)警發(fā)生，說明電氣控制部分正常。

為確定下一步故障檢修思路，又組織了相關(guān)人員，進(jìn)行充分分析和討論，認(rèn)為可能原因?yàn)椋孩贆C(jī)床加工時(shí)，活塞定位采用液壓缸拉動(dòng)四個(gè)拉爪將活塞拉緊的定位方式，為避免加工橢圓時(shí)活塞變形，在加工環(huán)槽時(shí)用高壓（1.3MPa），加工橢圓和型線時(shí)切換為低壓（0.6MPa）。因?yàn)榛钊娜齻€(gè)環(huán)槽用三把刀同時(shí)加工，在加工到槽底時(shí)，切削力最大，這時(shí)若拉緊力不能滿足要求，勢必造成活塞因松動(dòng)而撞刀。②加工完活塞環(huán)槽開始退刀時(shí)，X、Z軸均要反向，兩軸以插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)方式按斜線運(yùn)動(dòng)。若Z軸絲杠反向間隙大，在當(dāng)前的全閉環(huán)工作方式下反向運(yùn)行，若出現(xiàn)振蕩也會(huì)造成撞刀故障的發(fā)生。根據(jù)以上原因分析，制定并進(jìn)行了以下檢修過程：

（1）首先檢查活塞定位拉緊力，發(fā)現(xiàn)液壓壓力在加工過程中確有變化，進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)平衡Z軸油缸的氮?dú)庑钅芷髦械獨(dú)饬空?，但用于穩(wěn)定拉緊油缸油壓的氮?dú)庑钅芷髦械獨(dú)饬恳焉倭撕芏?，造成高低壓切換時(shí)拉力不穩(wěn)定。將氮?dú)庑钅芷髦械獨(dú)獬涞揭髷?shù)量，又檢修了所有相關(guān)油路的密封圈和電磁閥，確認(rèn)油路不存在泄露后，要求操作者再試加工。但由于加工精槽所用刀具已全部撞壞，新的還沒有購進(jìn)，便用比精車環(huán)槽刀更薄的粗車環(huán)槽刀僅加工環(huán)槽，不加工外圓，先驗(yàn)證故障是否因拉緊油壓變化造成。經(jīng)過四個(gè)班次的連續(xù)加工故障沒有出現(xiàn)，第五個(gè)班換上精車環(huán)槽刀后加工到第九只活塞，又出現(xiàn)相同撞刀故障。

（2）這次撞刀發(fā)生時(shí)，操作人員正好觀察到加工程序的運(yùn)行情況，確認(rèn)撞刀發(fā)生在即將加工到槽底但尚未加工完成時(shí)，這時(shí)沒有活塞拉緊高低壓的切換動(dòng)作，也沒有X軸和Z軸的換向。

（3）在排除X軸和液壓系統(tǒng)的問題后，又檢查了Z軸的定位精度和重復(fù)定位精度都滿足要求。在檢修Z軸托板時(shí)，發(fā)現(xiàn)固定Z軸托板楔鐵的螺栓有所松動(dòng)。兩個(gè)人在水平方向用力拉動(dòng)Z軸托板，通過用表檢量，Z軸托板在水平方向有0.5mm的位移量。將Z軸的三條托板楔鐵緊固，又檢測相關(guān)部件后，換好刀加工驗(yàn)證，機(jī)床恢復(fù)正常。

3.故障原因分析

當(dāng)三把槽刀加工到接近活塞環(huán)槽底時(shí)切削力達(dá)到最大，使得Z軸在水平方向的受力也達(dá)到最大，因固定Z軸托板楔鐵的螺栓松動(dòng)，一旦由于活塞材料構(gòu)造不一致等因素導(dǎo)致切削力增大，超過Z軸靠自身重力維持在水平方向的穩(wěn)定，這時(shí)主軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)，便導(dǎo)致了撞刀故障。

4.完善設(shè)備管理措施

這次設(shè)備故障歷時(shí)一個(gè)多月，不僅花費(fèi)近三萬元的維修費(fèi)，還造成四千余元的刀具損失費(fèi)，更嚴(yán)重的是影響了產(chǎn)品按時(shí)交付，引起客戶抱怨。為避免類似故障的重復(fù)發(fā)生，結(jié)合這次故障發(fā)生原因和維修過程，完善了設(shè)備管理的相關(guān)制度。

（1）配置開放式控制系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備的硬盤備份、存檔管理規(guī)定的完善。在以前的設(shè)備管理規(guī)定中，只要求對設(shè)備通過CF卡、計(jì)算機(jī)和刻錄光盤等方式做好數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)數(shù)據(jù)、PMC程序、參數(shù)和刀補(bǔ)等數(shù)據(jù)的前期備份和存檔。通過這次故障意識(shí)到，針對應(yīng)用越來越多帶有硬盤的開放式控制系統(tǒng)，包括工控機(jī)，SIEMENS公司產(chǎn)840D系統(tǒng)和FANUC公司產(chǎn)160i系統(tǒng)等，許多因缺少安裝軟件（有的因涉及系統(tǒng)、設(shè)備生產(chǎn)廠家的專利技術(shù)，也不提供安裝軟件），一旦硬盤或相關(guān)硬件損壞，自己無法恢復(fù)，特別是進(jìn)口設(shè)備，往往需要聯(lián)系國外生產(chǎn)廠家，不僅費(fèi)用高，同時(shí)會(huì)造成修復(fù)時(shí)間延誤，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。為此，在設(shè)備管理規(guī)程中增加了將硬盤做Ghost或重要硬盤直接克隆備份，并就備份資料和克隆硬盤的存檔、借用、歸還等進(jìn)行了嚴(yán)格規(guī)定。

（2）對設(shè)備日常維護(hù)工作嚴(yán)格檢查、考核制度的完善。這次故障雖然最終證明不是由于液壓壓力變動(dòng)引起，但氮?dú)庑钅芄拗械獨(dú)馊鄙倭藚s沒有在日常點(diǎn)檢時(shí)發(fā)現(xiàn)；Z軸楔鐵固定螺栓松動(dòng)沒有在設(shè)備定保時(shí)被檢查出來；根據(jù)加工環(huán)槽寬度滿足要求，想當(dāng)然認(rèn)為Z軸正常等，都說明設(shè)備日常點(diǎn)檢和定保工作雖有規(guī)定，但沒有做到位，檢查和考核制度不完善。為此，重新修訂了設(shè)備的日常點(diǎn)檢、定保及相關(guān)獎(jiǎng)懲制度，使設(shè)備操作者、維修人員和管理人員都明確了自己在設(shè)備維護(hù)中應(yīng)擔(dān)負(fù)的職責(zé)，真正將設(shè)備點(diǎn)檢、定保及檢查工作做到位。

由于數(shù)控設(shè)備的加工速度快、加工精度高和適合大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用越來越廣泛，進(jìn)口設(shè)備的數(shù)量也越來越多。這就要求設(shè)備管理工作必須同步跟上，才能提高設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性、減少維修時(shí)間和降低維修成本，保證實(shí)現(xiàn)利潤最大化。