2017年5月31日

淺談數控加工中心機床丟步現象

前不久，一位朋友來問我，一臺簡易數控加工中心出現丟步。現象是：“Z軸出現丟步，程序G00設定時出現丟步，當用G01設定進給量時則沒有丟步的現象。”所謂丟步，即步進電機在接到步進電源的輸出后，沒有旋轉到步進電源輸出的脈沖數（步數），缺少的步數就是丟失的步數，屬于失步的一種。失步包括丟步和越步兩種現象。造成失步的原因很多，在一些經濟型數控機床開環系統中經常出現，概乎原因，我想有兩種，軟件故障和硬件故障。一、軟件故障即系統故障，包括NC機床數據設定不當和系統加工程序參數設定不當。1.重新設置絲杠反向間隙補償值。這個數據非常實用，特別是機床使用幾年后，絲杠有一定磨損，用這個數據來補償絲杠間隙保證加工精度。（我認為）最簡易的測量方法是：將千分表固定在一機床平面上，用手輪正向反向移動工作臺或刀架，觀察表針的變化，多測幾個點，取中間值。 2.合理設定步進電機轉子較長的啟動加速時間，以便獲得足夠的能量，防止丟步；合理設定步進電機轉子較長的減速時間，防止出現越步或過沖現象。 3.降低系統的快速速率（G00的速率），，減少脈沖頻率。 4.有時合理的細分歩距角也能解決失步的問題。這里需要指出，細分不是步進電機的細分，而是步進電機驅動器的細分。細分的目的是減少步進電機的低頻振動，增加電機工作時的平穩性，提高電機的輸出扭矩，提高步進電機精度，在加工圓弧時效果尤為明顯，但相應的機床運行速度就會降低，所以這個數據并不是越高越好。 5.調整用戶零件加工程序。可以適當提高主軸轉速，降低走刀量，減小切削深度。*特別注意：當我們將NC數據改動后，系統必須重新啟動，重新確認一次，方能執行。二、硬件故障也可分兩個方面：機械故障和電氣故障。 1.機械故障的原因較多，也最難查找。比如：① 檢查絲杠是否軸向竄動，雙頭螺母是否預緊。 ② 在某一段，絲母與絲杠間隙是否過大或溜板鑲條是否太緊、太松。 ③ 絲杠有無彎曲變形，絲杠導槽內有無鐵屑、油泥等異物。 ④ 檢查聯軸器或傳動齒輪是否松動或異物卡住。 2.電氣故障： ① 在傳動鏈的適當部位安裝反饋元件，如編碼器、光柵尺等，徹底消除丟步的現象，但成本太高。 ② 建議采用大功率的步進電機，增加輸出扭矩，或者采用性能較好的混合式步進電機、交流伺服電機等方法，但成本會增高，我們還需權衡利弊。 ③ 驅動器故障：驅動器是把控制器發出的信號再處理放大輸給步進電機。如文章開頭所例，我們可以將X軸與Z軸驅動器交換對接，若Z軸工作正常，可以判定Z軸驅動器出現故障。首先檢查接線是否松動、折斷，其次取下驅動板，在了解基本原理的情況下，用萬用表檢測限流電阻、穩壓二極管等易損電子元件。同時，還可以檢測一下功放電路有無斷線、擊穿等現象。 ④ 控制器故障：控制器是控制脈沖方式的，可以進行程序的控制輸出，它發出的信號進入步進電機驅動器后，會由驅動器轉換成強電流信號，帶動電機運轉。看系統有沒有受到干擾，找出干擾源，降低干擾。我們可以選用較好的雙紋屏蔽線代替普通導線、加電源濾波器或采用光電隔離器等措施降低干擾。三、其他原因造成丟步，比如工件硬度太高、刀具磨損嚴重、刀具參數設定不當、外界強電干擾、電機負載過重等等，具體情況具體分析。

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