关键词：
机床调整（精选九篇）
机床调整 篇1
1.1 主轴回转精度的主要误差源
1.1.1 主轴的加工误差。
(1) 主轴上两个轴颈之间有同轴度误差。 (2) 主轴锥孔相对轴颈有同轴度误差。 (3) 轴颈有圆度误差。 (4) 轴承的轴向定位面与主轴轴线有垂直度误差。
1.1.2 轴承的加工误差。
(1) 滚动轴承的滚动体之间有尺寸误差及圆度误差;内圈孔相对滚道有偏心;内圈滚道有圆度误差;前、后轴承之间有同轴度误差等。 (2) 滑动轴承有内、外圆的圆度误差和同轴度误差;前、后轴承之间有同轴度误差;轴承孔与轴颈之间有尺寸误差等。
1.1.3 相配零件的加工误差及其装配质量。
(1) 箱体上的轴承孔有圆度误差;与轴承外圈相配合时有尺寸误差;轴向定位端面与孔的中心轴线有垂直度误差。 (2) 主轴上锁紧与调整轴承间隙的螺母有端面平面度误差;螺母端面与螺纹中心轴线之间有垂直度误差;螺纹之间存在联接误差等。 (3) 轴承衬套隔圈两端面有平行度误差。 (4) 装配中, 轴承间隙调整是否合适, 直接对主轴回转精度有明显影响。
1.2 导轨导向精度的主要误差源
1.2.1 受导轨几何精度的影响。
导轨导向精度主要受主轴运动的影响, 进而产生误差且对加工零部件的尺寸大小和零部件质量也会有一定的影响。所以对加工操作人员来讲, 熟练的掌握主轴运动的运动方向、速度是提升加工工艺水平的关键。对于环形导轨来说, 不仅仅会受到主轴中心线的垂直角度影响还会受到平直角度的影响, 对此要格外的小心进行加工处理。直线导轨在进行精度加工测量时, 往往比较单一, 只要保证表面不被磨损即可。
1.2.2 受导轨间隙是否合适的影响。
针对间隙不合格的导轨来说, 通常采用以下三种方式进行导轨精度加工:斜镶条调整法、压板移动调整法和磨刮压板接合面调整法等。这三种方法由于操作简单所以被广泛的应用于间隙调整过程中, 这样就可以大大提高导轨的精密度, 避免运动零部件因不规则导轨而出现偏差, 最终影响质量。
1.2.3 受导轨自身刚度的影响。
对于大型机械设备来说, 导轨自身刚度的承载力是极其重要的, 对精度也会产生一定的影响, 所以在实际的加工过程中必须针对不同机械进行承载力高度的调整, 保证导轨的精度不受其承载力的影响而出现质量问题。
1.3 传动链传动精度的主要误差源
传动件的传输在整个机械设备使用对传动精度的影响有着极其重要的作用, 不仅仅如此, 零部件的大小、合理程度也会对其有一定的影响, 再有就是传输过程中, 因受热、受力程度的不同也会对精度传动产生影响, 所以在实际的传输过程中要引起足够的重视。
2 设备精度调整的一般方法
2.1 调整间隙法
2.1.1 主轴回转精度的调整
主轴回转精度的调整不仅仅会受到自身因素的影响还会在一定程度上受到轴承的影响, 所以在调整的过程中, 必须严格控制好轴承相互之间的空隙, 在轴承滚动的过程中时刻进行附加力的调整, 使其承受在一定的范围内, 且要保证滚动体相互之间的弹性压力是不变的, 只有轴承预应力被控制在一定的范围内, 才能保证主轴回转精度在可控范围内不出现误差, 进而影响质量。
2.1.2 导轨导向精度的调整
导轨间隙的消除可以通过以下几种方式进行调整:首先可以通过移动压板进行间隙的调整。在调整的过程中, 可以将表面的固定螺丝定进行适当的调整, 然后调节导轨之间的大小间距, 使其留有一定的间隙, 零部件在导轨上进行滑动时, 可以检测螺丝固定松紧的程度, 进行相应的调整, 以便更好的保证导轨运动间隙的正常运作。其次可以通过磨刮压板进行调整导轨相互之间的间隙, 在进行调整的过程中一定要格外注意螺丝的松紧度, 此时螺丝必须固定在压板处, 然后在结合的过程中根据导轨的大小的进行调整, 进而保证导轨间隙符合要求。
2.1.3 丝杠与螺母之间间隙的调整
在机械设备运行中, 尤其是在单机螺母机械设备中, 其弹性的大小也会对间隙产生一定的影响, 所以在进行螺丝加固的过程中必须考虑到这方面的因素, 当对螺母加工时势必会导致孔内的间隙变小, 所以这种机械运作大多适合要求传输不高且承受力较低的机械运作中。
2.2 误差补偿法
2.2.1 移位补偿
(1) 径向圆跳动的补偿。对于轴上装配的零件, 例如齿轮、蜗轮等件, 应先测量出零件在外圆上和轴在零件装配处的径向圆跳动值, 并分别确定出最高点处的位置。装配时, 将两者径向圆跳动的最高点移动调整, 使其处于相差180°的方向上, 以相互抵消部分径向圆跳动误差。装配滚动轴承时, 可以将轴颈径向圆跳动的最高点和滚动轴承内孔径向圆跳动的最低点装在同一位置处。为了降低主轴前端的径向圆跳动值, 可以使前、后轴承处各自产生的最大径向圆跳动点位于同一轴向平面内的主轴中心线同侧, 并且使前轴承的误差值小于后轴承的误差值。
(2) 轴向窜动的补偿。首先应测量出主轴上轴承定位端面与主轴中心线的垂直度误差及其方向位置;再测量出推力轴承的端面圆跳动误差及其最高点的位置;最后使轴承定位端面的最高点移位, 以便和推力轴承端面圆跳动的最低点装配在一起, 就可减小轴向窜动的误差量。
2.2.2 综合补偿
综合补偿大多数被应用于普通的加工机械中, 可以针对机械自身的缺陷进行零部件的补充, 调换。从而保证工作面加工时, 不会因为机械设备自身而导致精度误差的出现。
2.3 零件修换法
零部件修换法主要是针对调整间隙或者误差而言, 在规定范围内, 可以将有关零部件进行精度调整, 最终调整在可控的范围内, 从某种设计角度来讲, 调整零部件换修法是最简单的精度调整。
2.4 配加零件法
2.4.1 箱体中的轴承孔由于拆卸轴承次数过多, 孔径往往变大, 或者受到其他损坏。
若不能再使用时, 可以将原轴承孔孔径镗大, 镶套后, 重新进行加工, 以满足安装轴承的精度要求。镗孔时, 既要考虑到使镶套的厚度不能太薄, 以增强嵌镶的牢固度, 又要考虑到对箱体的强度不能有过多的削弱。
2.4.2 精度调整中, 有时在静止配合面之间可以加入适当厚度的垫片, 以调整配合面之间的运动精度。
例如, 在推力轴承静圈与轴承座支承面之间, 以及径向滚动轴承的外圈端面与轴承盖端面之间, 增加垫片可以消除过大的轴向间隙。在蜗轮的定位端面增加垫片, 或者在蜗杆轴承座底面下增加垫片, 可以调整蜗杆副的啮合位置, 提高蜗杆副的装配精度。在齿条背面可以通过增加垫片, 减小齿条和齿轮之间的啮合间隙, 提高装配质量, 保证啮合精度的要求。
2.4.3
在已经弄清设备的传动关系、发生故障的原因和不影响零件强度的前提下, 可以通过增加定位销、紧定螺钉、定位环等必要零件, 提高装配部件的质量, 保证设备精度的稳定性。
摘要：科技的不断创新与进步, 大大推动了工业行业建设的发展, 机床设备作为工业建设中的主要设备之一, 对工业建设的发展也起到了一定的影响作用。近年来, 我国机床设备的发展, 虽然在一定程度上取得了相应地进步, 但是与发达国家相比, 仍然存在着一定的问题, 文章主要针对这些问题进行了简要的分析与总结, 并提出了相应的解决措施, 仅供参考。
关键词：机床,设备,调整方法
参考文献
[1]顾奇志.浅议高职机床设备维修改革[J].2011.
[2]杨永胜.论机床电气设备故障的维修与保养[J].装备制造技术, 2013.
[3]徐洪兵.浅析机床维修中存在的问题及其对策[J].中国新技术新产品, 2012.
机床调整 篇2
一、实验目的与要求：
实验目的：
1.掌握夹具的组成、结构及各部分的作用 2.理解夹具各部分连接方法，了解夹具的装配过程
3.掌握夹具与机床连接、定位方法，了解加工前的对刀方法。
实验要求：
1．通过本实验对组合夹具有进一步的认识，了解其在实际生产过程中的使用范围及优缺点。
2．通过对组合夹具元件的接触，加深了解各种组合夹具元件的功用。要求学生能识别各种类型的元件（如基础件，定位件，导向件等）。
3．通过方案构思，进一步巩固和应用课堂上讲授的工件定位，加紧原理及有关的计算。
4．通过实验，实际了解组合夹具的组装工艺及调整方法，并合理使用各种工具和量具。
二、实验设备：
1.钻床一套；
2.铣床夹具一套；
3.拆装、调整工具各一套。
三、实验内容及步骤：
1.熟悉整个夹具的总体结构，找出夹具中的定位元件、夹紧元件、对刀元件、夹具体及导向元件；熟悉各元件之间的连接及定位关系
2.使用工具，按顺序把夹具各连接元件元件拆开，注意各元件之间的连接状况，并把拆掉的各元件摆放整齐
3.利用工具，按正确的顺序在把各元件装配好，了解装配方法，并调整好各工作表面之间的位置
四、构思结构方案：
(1)根据工件的定位方式及定位基准面的选择定位元件。
(2)根据工件的加紧方式选择加紧元件。
(3)根据工件大小，加紧机构及加工机床条件选择基础件。
(4)选择其他元件，如引导元件，对刀元件，支撑元件及有关联接件。
浅谈数控机床丝杠传动间隙调整教学 篇3
关键词：加工精度 影响因素 调整 检验
在数控加工专业课教学中，经常出现因机床传动误差而造成的零件尺寸不合格的现象，这时就要对机床进行必要的调整。在数控机床加工过程中，其运行精度决定着零件加工后的尺寸精度，因此在学生实习零件加工前，首先要保证机床的运行精度和可靠性。数控机床的轴向间隙是容易产生尺寸误差的主要因素，轴向间隙主要是指进给传动滚珠丝杠螺母副间隙和固定或支撑轴承间隙，所以机床传动间隙的调整和补偿工作尤为重要和必要。
一、设备设施和教学场景的准备
在教学前，教师根据教学内容与要求，选用有代表性的经济性数车为教具，有意识地向学生提出一些问题，比如在加工前测量，根据需要在程序中插入刀补，执行完一次进给后出现尺寸误差的原因是什么。引导学生对编辑的加工程序进行分析，除了加工程序编写不合理、刀具、切削热因素以外，还有什么原因导致加工误差。以此激发学生的兴趣与好奇心。在教学过程中，通过问与答调动学生，让学生用自己的知识、思维去思考问题；在互动中使学生有兴趣学习新知识，在互动中培养学生提出问题的能力。这涉及专业课教学中的各个层次，如怎样提出问题——首先由老师提问，并引导学生进行解答，把课题内容引入机床本体的刚性和间隙调整方面。
二、课题理论分析与思考
在实践课的实践教学环节中，通过老师讲、示范操作，学生听、看、练的不同方式，增进学生对实践课的理解和掌握。
在实践课教学中，老师应注重实践教学环节的计划与内容，有意识地提出合适的问题吸引学生的注意力。比如，滚珠丝杠传动副是机床进给系统的主要部件，传动副间的间隙大小决定着加工过程刀具是否在合理轨迹内运行，如出现误差就需要制订一套解决的方案，丝杠间隙的调整就是其中一种解决策略。为了保证进给传动机构的精度和轴向刚度，必须消除轴向间隙。教师用简单的语言使学生适应这种学习方式，指出问题的思路，引导学生思考。
课题1 双螺母垫片式调整（图1）
双螺母垫片式消除方法是调整垫片的厚度，使左、右两个螺母产生相对轴向位移，即可消除间隙，并产生预紧力。用这种方法预紧时，预紧力应为最大轴向负载的1/3。此种形式结构简单可靠，刚度较好，使用时装卸方便。学生在课堂上提出问题，通过查找资料的方法，自己解答，把理论和实际联系起来，通过反复练习，从被动学习提升到主动学习的层次，既能够培养学生思考问题的能力，又能够达到培养学生观察、分析能力直至最终会操作的目的。
课题2 双螺母螺纹式调整（图2）
利用一个螺母上的外螺纹，通过圆螺母调整两个螺母的相对轴向位置实现预紧，调整好后用另一个圆螺母缩紧。这种结构调整方便，且在使用过程中可以随时调整，但预紧力大小不能准确控制。在课程教学中，教师应当以传授知识为基础， 侧重理论与动手能力的培养。在讲调整过程的同时，教师还要力争让学生发挥主导作用，调动学生“看”“练”的主动性和积极性。老师用简练、直接的方法，引导学生通过自己的课堂实践，参与到各个实践环节中，从而加深学生对实践课基本原理的理解和记忆，锻炼学生分析与动手实践的能力。
课题3 调整后的检验
进给间隙补偿量的测定，利用千分表校准轴的轴向间隙，把千分表固定到机床的导轨面上，千分表的表头轴向对准滑动导轨轴向面，并把指针调零，用进给切削速度沿相同方向移动100mm，再用相同的速度从当前位置返回到测量点。通过三次反复测量，读取千分表的刻度值，三次的平均值为补偿值。
在实践教学中，老师应注意创造开放性的问题情境，引导学生进行思考并反复练习，通过尝试、讨论、合作的学习方法，使学生能够从不同的角度思考、分析问题。让学生展开多角度的思维活动，从而培养学生思维的灵活性和操作的准确率。通过检测和诊断手段，找出具体的影响因素，采取有效的方法消除系统误差。
三、小结
通过教学过程的设计和课前的准备，充分发挥教师的特点，以培养学生解决问题的能力为主线，通过示范与自主练习结合的方式，进行一体化授课，学生通过反复看图、拆装，增进操作过程的熟练性，帮助学生拓展知识，以促进操作技能的全面提高。
参考文献：
[1]王爱玲.数控机床结构及应用[M].北京：机械工业出版社，2005.
[2]劳动和社会保障部教材办公室.数控机床操作工：高级[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2004.
重型机床的油膜测厚与调整 篇4
关键词：油膜测厚,调整方法,注意事项
1 立式圆工作台结构
随着科学技术不断发展, 机床静压技术不断提高, 应用更加广泛。但机床静压油膜调整不好, 很容易造成工作台与底座导轨研伤。以立车圆工作台为例 (如图1) , 工作台下面有3个测试点均布装有3个油膜测厚开关, 3个开关接入油膜测厚表, 保证工作台底平面均匀稳定, 供油由液压泵恒流静压提供, 电气控制油膜最低与最高, 当油膜厚度低于0.04mm时发出报警, 工作台停止运转。当油膜厚度高于0.12mm时也发出报警, 所以工作台浮升油膜在0.04~0.12mm之间运转。报警信号由油膜检测表输出, 进入PLC输入端, 通过PLC控制使工作台驱动电机停止。低位油膜报警是防止工作台研伤, 高位油膜报警是防止工作台刚性降低。
2 具体测量调整过程
油膜测厚表可显示油膜厚度及报警情况, 其实我们用到的只有1、2、3组参数, 进入2~4组数时需要设定密码。
1) 进入第2组按照表1输入参数。设置报警方式:超过设置值报警还是低于设置值报警。
如表2所示, 将报警延时设为1s, 目的是为了在油膜设置高度临界点处不至于报警过于频繁。
2) 设置输入信号方式、显示格式、报警范围。多次长按设置键 , 直到显示第4组参数设置如表3所示, 参数设置完毕后即进入调整阶段。
3) 接线时的注意事项。
确认油膜测开关 (T WA K 3-15/P00/105) 的棕红色线接+24V;蓝色线接0V, 黑色线分别接入油膜测厚表的信号输入端 (油膜测厚表的1、3、5脚) , 如图2。
油膜测厚开关的供电电源要一直供电, 即开机就监测工作台的实际油膜浮起量。并确认油膜测厚表的信号输入端的0电位 (油膜测厚表的2、4、6脚) 与油膜测开关供电的0电位为同源。
在安装油膜测厚开关时, 电气安装人员应了解3个油膜测厚开关的实际安装位置, 并将3个油膜测厚开关分别对应接到通道1、通道2、通道3上, 这样才能调整出实际值与显示值相符的参数。
4) 如表4所示, 调整报警与实际一致。多次长按设置键 , 直到显示第3组参数设置。
设置的时候要有一定顺序: (1) 先设置通道零点修正值, 没有静压浮起实际显示一般为负值, 例如:没有静压浮起实际显示为-0.12mm, 这时设置零点修正值0.12mm, 两者相加后显示为0.00, 退出参数界面, 观察在没有静压油膜浮起的时候各个通道显示值是否接近于0.00, 如果不对应, 更改为接近0.00。 (2) 上述步骤后, 给静压浮起并调整3个点的油膜浮起实际值, 例如:用千分表压在工作台, 给静压浮起后实际测量值0.12mm, 但满度修正前的显示值0.24mm, 这时设定满度修正值为0.5mm, 两者相乘后显示值为0.12mm, 这样用千分表实际测量值与满度修正值的显示一致。
5) 设置报警点:长按设置键 直到显示第1组参数, 设置如表5所示。
6) 参数设置完毕后需要自检验, 将油压下调, 直到实际油膜浮起量低于0.04mm, 观察3个通道是否报警, 如不报警还需调整1组参数, 然后将油压上调, 直到实际油膜浮起量高于0.12mm, 观察3个通道是否报警, 如不报警还需调整参数, 达到报警要求。
3 结论
数控机床主轴部件调整与故障维护 篇5
一、数控机床主轴部件结构与调整
1. 主轴部件结构
数控机床主轴部件主要由主轴本体及密封装置, 支承主轴的轴承, 配置在主轴内部的刀具卡紧及吹屑装置, 主轴的准停装置等组成。图1是NT-J320A型数控铣床主轴部件结构图, 该机床主轴可作轴向运动, 主轴的轴向运动坐标为数控装置中的Z轴, 轴向运动由直流伺服电机经齿形带轮与同步带带动丝杠转动, 通过丝杠螺母和螺母支承使主轴套筒带动主轴作轴向运动, 同时也带动脉冲编码器, 发出反馈脉冲信号进行控制。
主轴为实心轴, 上端为花键, 通过花键套与变速箱联结带动主轴旋转, 主轴前端采用两个特轻系列角接触球轴承支承, 两个轴承背靠背安装, 通过轴承内外圈隔套和主轴台阶与主轴轴向定位, 用圆螺母预紧, 消除轴承轴向间隙和径向间隙。后端采用深沟球轴承与前端组成一个相对于套筒的双支点单固式支承。主轴前端锥孔为7∶24锥度, 用于刀柄定位。主轴前端端面键, 用于传递铣削转矩。快换夹头用于快速松、夹刀具。
2. 主轴部件的拆卸与调整
(1) 主轴部件的拆卸。主轴部件维修拆卸前的准备工作与前述数控车床主轴部件拆卸准备工作相同。在准备就绪后, 即可进行拆卸工作。切断总电源及脉冲编码器以及主轴电机等电器的线路;拆下电机法兰盘联结螺钉;拆下主轴电机及花键套等部件 (根据具体情况, 也可不拆此部分) ;拆下罩壳螺钉, 卸掉上罩壳;折下丝杠座螺钉;折下螺母支承与主轴套筒的联接螺钉;向左移动丝杠和螺母支承等部件, 卸下同步带和螺母支承处与主轴套筒联接的定位销;卸下主轴部件;拆下主轴部件前端法兰和油封;拆下主轴套筒;拆下两处的圆螺母;拆下前后轴承和以及轴承隔套;卸下快换夹头。拆卸后的零件、部件应进行清选和防锈处理, 并妥善保管存放。
(2) 主轴部件的装配及调整。装配前准备装配设备及工具, 熟悉装配方法, 根据装配要求和装配部位的配合性质选取合适的装配方法。装配顺序可大体按拆卸顺序逆向操作, 机床主轴部件装配调整时应注意: (1) 为保证主轴工作精度, 调整时应注意调整好预紧螺母的预紧量; (2) 前后轴承应保证有足够的润滑油; (3) 螺母支承与主轴套筒的联接螺钉要充分旋紧; (4) 为保证脉冲编码器与主轴的同步精度, 调整同步带应保证合理张紧。
3. 刀具夹紧装置
在自动换刀机床的刀具自动夹紧装置中, 刀具自动夹紧装置的刀杆常采用7∶24的大锥度锥柄, 既利于定心, 也方便松刀。用碟形弹簧通过拉杆及夹头拉住刀柄的尾部, 使刀具锥柄和主轴锥孔紧密配合, 夹紧力达10k N以上。松刀时, 通过液压缸活塞推动拉杆来压缩碟形弹簧, 使夹头张开, 夹头与刀柄上的拉钉脱离, 刀具就可拔出进行新、旧刀具的更换, 新刀装入后, 液压缸活塞后移, 新刀具又被碟形弹簧拉紧。在活塞推动拉杆松开刀柄的过程中, 压缩空气由喷气头经过活塞中心孔和拉杆中的孔吹出, 将锥孔清理干净, 防止主轴锥孔中掉入切屑和灰尘, 同时保证刀具的正确位置。
二、数控铣床主传动链的维护
(1) 操作者要熟悉数控机床主传动链的结构、性能参数, 严禁超性能使用。当主传动链出现不正常现象时, 应立即停机排除故障。
(2) 每天开机前检查机床前机床的主轴润滑系统, 发现油量过低时及时加油 (图2) 。
(3) 操作者应注意观察主轴油箱温度, 检查主轴润滑恒温油箱, 调节温度范围, 使油量充足。机床运行时间过长时, 要检查主轴的恒温系统, 如果温度表温度过高, 应马上停机, 检查主轴冷却系统是否有问题 (图3) 。
(4) 使用带传动的主轴系统, 需定期观察调整主轴驱动皮带的松紧程度, 防止因皮带打滑造成的丢转现象。调整步骤: (1) 用手在垂直于V形带的方向上拉V形带, 作用力必须在两轮中间。 (2) 拧紧电机底座上4个安装螺栓。 (3) 拧动调整螺栓移动电机底座使V形带具有适度的松紧度。 (4) V形带轮槽必须清理干净, V形带轮槽沟内若有油、污物、灰尘等会使V形带打滑, 缩短V形带的使用寿命。
(5) 用液压系统平衡主轴箱重量的平衡系统, 需定期观察液压系统的压力表, 当油压低于要求值时, 要进行补油。使用液压拨叉变速的主传动系统, 必须在主轴停车后变速。使用啮合式电磁离合器变速的主传动系统, 离合器必须在<1~2r/min的转速下变速。注意保持主轴与刀柄联结部位及刀柄的清洁, 防止主轴机械碰击。
(6) 每年对主轴润滑恒温油箱中的润滑油更换一次, 并清洗过滤器。每年清理润滑油池底一次, 并更换液压泵滤油器。每天检查主轴润滑恒温油箱, 使其油量充足, 工作正常。防止各种杂质进入润滑油箱, 保持油液清洁。经常检查各处密封, 观察轴端是否有渗油现象, 防止润滑油产生大的泄漏。
(7) 刀具夹紧装置长时间使用后, 会使活塞杆和拉杆间的间隙加大, 造成拉杆位移量减少, 使碟形弹簧张闭伸缩量不够, 影响刀具的夹紧, 故需及时调整液压缸活塞的位移量。
(8) 经常检查压缩空气气压, 并调整到标准要求值, 足够的气压才能使主轴锥孔中的切屑和灰尘清理彻底。
(9) 定期检查主轴电机上的散热风扇 (图4) , 发现异常及时修理或更换, 以免电机产生的热量传递到主轴上, 影响加工精度。
三、主轴传动常见故障诊断及排除
1. 切削振动大
切削振动大, 可能是主轴箱和床身连接螺钉松动, 主轴与箱体精度超差或刀具与切削工艺问题。恢复精度后紧固连结螺钉, 检查刀具或切削工艺问题, 修理主轴或箱体, 使其配合精度达到要求。
2. 主轴箱噪声大
主轴部件动平衡不好, 齿轮啮合间隙不均或严重损伤, 齿轮精度差, 传动带过紧或过松, 润滑不良。重新进行动平衡, 调整间隙或更换齿轮, 调整或更换传动带, 不能新旧混用, 更换齿轮, 调整润滑油量, 保持主轴箱的清洁度。
3. 主轴无变速
压力是否足够, 变挡液压缸研损或卡死, 变挡复合开关失灵, 变挡液压缸拨叉脱落, 变挡液压缸窜油或内泄, 变挡电磁阀卡死。变挡复合开关失灵。根据问题可检测并调整工作压力, 修复有毛刺和研伤的液压缸, 清洗变挡复合开关后重装或更换新开关, 修复或更换密封圈, 检修清洗电磁阀。
4. 主轴不转动
保护开关没有压合或失灵, 主轴与电机连结带过松, 变挡电磁阀体内泄漏, 卡盘未夹紧工件, 变挡复合开关损坏, 主轴拉杆未拉紧夹持刀具的拉钉。可检修压合保护开关或更换, 调整或更换传动带, 调整主轴拉杆拉钉结构, 调整或修理卡盘, 更换电磁阀及复合开关。
5. 主轴发热
冷却润滑油不足, 润滑油脏或有杂质。补充冷却润滑油, 调整供油量, 清洗主轴箱, 更换新油。
6. 刀具夹不紧
刀具松夹弹簧上的螺母松动, 夹刀碟形弹簧位移量较小或拉刀液压缸动作不到位。调整碟形弹簧行程长度及调整拉刀液压缸行程。拧紧刀具松夹弹簧上的螺母, 使其最大工作载荷都达到13k N。
7. 刀具夹紧后不能松开
液压缸压力和行程不够, 松刀弹簧压合过紧。调整松刀弹簧压合螺母, 使其最大工作载荷符合13k N即可。调整液压压力和活塞行程开关位置。
摘要：数控铣床主轴部件的拆装、调整及故障维护, 给出主传动系统常见故障的排除方法。
机床调整 篇6
参数也称机床数据, 是对机床功能、轴运动控制、驱动类型、显示设定等进行定义的一系列数据, 主要包括伺服电机型式、齿轮比、转速、行程极限、丝杠补偿、机电控制参数及宏指令等。利用参数可以实现对伺服驱动、电机性能、运动控制、加工条件、机床坐标、操作模式、数据传输等方面的设定和调用。它是经过一系列试验、调整而获得的重要数据, 通常存放在由电池供电保持的RAM中或机床硬盘中。
在美国哈斯数控系统中, 在正常操作时需要用户改变的参数专门列出, 称为设置, 参数很少需要去改变。而在德国西门子系统中, 所有参数均放在机床数据页里, 之后又细分为通用机床数据、基本通道机床数据、轴机床数据、显示机床数据、驱动数据等, 其中有少部分数据为用户数据如14510、14512、32200等, 绝大部分数据需由系统制造商或机床制造商来设定。机床数据的正确与否直接影响到机床的正常工作及机床性能的充分发挥。通过设定机床数据, 用户可以改善及优化机器性能, 调整机床工作方式, 在维修工作中起到更换零部件所不能起到的作用。
二、数控机床参数的分类
1. 按其表示形式来划分有3类
(1) 状态型参数。状态型参数是指每项参数的8位二进制数位中, 每一位都表示了一种独立的状态或者是某种功能的有无。一般用1和0来表示。如西门子802D系统参数“331CONTOUR-MASK轮廓编程使能、20730 G0-LINEAR-MODE G0插补方式、20700 REFP-NC-START-LOCK未回参考点NC启动禁止”就是状态型参数。
(2) 比率型参数。比率型参数是指某项参数设置的某几位所表示的数值都是某种参量的比例系数。如西门子840D系统“32200 POSCTRL-GAIN (0) … (5) 位置环增益”为比率型参数。
(3) 真实值参数。真实值参数是指表示某项参数是直接表示系统某个参数的真实值。这类参数的设定范围一般是规定好的, 用户在使用时一定要注意其范围, 以免出错。如西门子840D系统“30200 NUM-ENCS编码器数量、36100 POS-LIMIT-MINUS第一软件限位负向、32000 MAX-AX-VELO最大轴速度”就是真实值参数。
2. 按参数本身的性质有2类
(1) 普通型参数。在数控系统厂家提供的资料上有详细介绍的参数均为普通型参数。这类参数只要按照资料上的说明弄清含义, 能正确灵活应用即可。
(2) 秘密级参数。有的参数系统厂家不做介绍, 有初始设定值, 用户无法弄清其含义, 若出错需请厂家专业人员维修。
三、参数优化和调整与典型故障维修
1. DMG125P立转卧加工中心性能的优化
DMG125P立转卧加工中心是2003年从德国引进的具有先进功能的大型加工中心, 配置海德汉数控系统和MILLPLUS软件系统。2013年该机床在运行过程中, 经常出现报警I311CCU Error number c4a4 card, 其意思是说号码为c4a4板的中央处理单元错误。报警发生后机床进给停止, 但主轴在惯性作用下一直旋转, 过一会才能慢慢停下来。
因报警经常发生, 维修人员多次修理未果, 在又一次报警时因主轴旋转导致刀柄与电主轴锥孔发生研磨, 使锥孔扩大造成电主轴损坏。该电主轴价值28.5万元, 购买新备件后予以更换。更换后该报警依然发生, 每天2~3次, 严重威胁设备的安全。在维修过程中, 通过2天的仔细观察, 发现报警多发生在机床执行G00过程中, 即每加工完一刀后, 主轴在快速提起再次进给时, 大都伴有报警出现。针对这种情况, 认为原因是机床经过10多年的3班倒生产, 其机械零部件磨损, 精度性能下降, 导致其在快速移动时, 运动精度不能满足参数规定的监控误差而发生报警。在此情况下, 查看进给轴X、Y、Z的快速移动速度参数3103、3203、3303, 分别为240000、400000、240000, 单位为100μm/min, 换算过来后, 快移速度为24 m/min、40 m/min、24 m/min, 这个速度在机床初期使用时可正常执行 (普通数控机床快移速度为8~12 m/min) , 但经过10多年使用后若机床依旧以这个速度运动, 机械部件如滚珠丝杠、螺母副、线性导轨、导轨滑块等的快速定位已不能满足精度要求, 因此调整参数如下。
3103 Max PTP Velocity[100 (μm, m Deg) /min], 最大的PTP速度, 单位[100 (μm, m Deg) /min) ]
第一轴 (X轴) 3103由400000改为120000
第二轴 (Y轴) 3203由240000改为120000
第三轴 (Z轴) 3203由400000改为120000
再次运行加工程序, 机床能正常工作, 连续10个月类似报警仅出现过1~2次, 且报警可复位。在此期间曾根据报警将C轴快速旋转速度也进行减小, 即第四轴3404由54000改为27000。但在10个月之后, 机床又出现了新的报警, 主要有:
Z07 Drifting outside no motion window PM52N201
I05 Emergency stop from machine tool PM52N201
I311 CCU Error number c4a4 card PM52N201
其意思为Z07漂移在无运动窗口范围之外;I05来自机床的紧急停止;I311中央处理单元出错, 号码c4a4卡。报警后面的PM52为程序号, N201为程序段号, 仔细查看程序, 当执行N201程序段时Z轴要快速下移到某个位置, 在到位时易出现报警, 由此分析认为, Z轴下移时铣头的重力作用及惯性使停止位置达不到机床要求的准停而报警, 于是考虑修改Z轴监控值参数3382, 内容为:3382 standstill monitor (0=off) [μm, m Deg]静止误差监控 (Z轴) , 将3382由200μm扩大为350μm, 监控值放大后试车亦无明显效果, 于是修改最大加速度的值, 各轴加速度值减小。
3104 Max PTP acceleration[ (mm, Deg) /s2]最大的PTP加速度 (X轴)
3204 Max PTP acceleration[ (mm, Deg) /s2]最大的PTP加速度 (Y轴)
3304 Max PTP acceleration[ (mm, Deg) /s2最大的PTP加速度 (Z轴)
第一轴 (X轴) 3104由3000改为2000, 单位mm/s2
第二轴 (Y轴) 3204由3000改为2000, 单位mm/s2
第三轴 (Z轴) 3304由3000改为2000, 单位mm/s2
即将各轴加速度由3 m/s2减小为2 m/s2, 使设备在启动中平稳加速。使用了几天之后又有报警, Z04 Max following error too large, 意思是最大的跟随误差太大, 经查机床资料, 涉及到参数3309, 内容为:3309 Quick stop deceleration[ (mm, Deg) /s2]快速停止减速度, 将第三轴 (Z轴) 3309由10 000 mm/s2减小为5000 mm/s2即由10 m/s2降为5 m/s2, 其余轴未变。之后试运行机床起到了明显的效果, Z轴达到了准确停止, 不再报警。
经过调整参数, 将各轴的快速运动速度降低, 同时将轴加速度与减速度的值也降低, 在设备使用多年机械精度下降的情况下保证了其正常运转, 并辅助检查各轴导轨的润滑情况, 确保了设备的正常运行。
2. VF5立式加工中心更换主轴编码器后参数适配的调整
VF5立式加工中心是2006年从美国哈斯公司引进的4轴4联动加工中心, 配置哈斯数控系统。2013年底该设备主轴损坏, 拆开检查后发现主轴外接编码器有故障, 于是向哈斯公司购买编码器。一周后编码器到货, 该编码器外形和原先的编码器略有区别, 维修人员将其安装到主轴上进行试车, 结果主轴不能运转, 也无报警。
仔细阅读编码器说明书, 发现购买的编码器为磁性编码器 (Magnetic Encoder) , 而原来编码器为光电编码器 (Optical Encoder) , 两者结构不同, 工作原理有所区别, 需要更改参数。说明书为英文, 内容大致是:当更换一个铣床主轴编码器或更换配备单个编码器的车床编码器时, 要更改参数79、182、186、187和239。1个车床可能有2个编码器, 即1个主轴编码器和1个电机编码器。如果是这种情况, 当更换主轴编码器时, 改变参数79和239。当更换电机编码器时, 改变参数182、186、187。当更换车床附属主轴编码器时, 改变参数540、544、545、570、和571。所有要改变的参数见表1。
每个参数里列举了许多不同的值, 根据机床参数情况, 这里仅列举了要修改的数值, 其余未列出。按照HAAS机床提供的方法, 在伺服关闭、SETTING 7改为OFF的情况下, 先改了182、186和187参数的值, 主轴可以旋转了, 但在空载时负荷就达到80%~90%, 声音特别大, 说明修改还不对。后又修改参数79和239, 之后再运行主轴, 空载时负荷显示为3%~4%, 声音也很正常, 机床故障排除。
3. N20德国车削中心安全集成技术故障排除及扩大机床加工区域
N20是2008年引进的数控车削中心, 配置西门子840D数控系统。2014年7月, 在加工某产品时, 工艺人员要求X轴在当前软件限位位置上向负方向再移动2 mm, 否则无法进行产品内孔的车削。按照常理把X轴负限位MD36100由-26 mm改为-28 mm, 并由操作人员执行向负方向移动。但在仅移动了一点距离且面板上显示X轴坐标值为-27.205时, 机床动作全部停止, 并伴随有报警发生, 内容为:
上面报警内容说X轴驱动停止触发, 处于安全位置监控中。X轴交叉检验出错, 代码52, NCK值为1000, 驱动值为-26219。按RESET键报警无法消除, 断电再启动也无效, 把参数MD36100恢复原值机床仍无法动作。
在西门子840D诊断指南中, 300915报警提到参数1335说X轴已经超过输入在MD1335中的安全结束位置的下极限位置。查U轴MD1335=-27000μm, 即X轴当前值-27.205已超过下极限值-27。于是把MD1335由-27000μm改为-29000μm, 然后执行NCK-RESET, 这时又有新的报警出现:
报警意思是说X、Z无安全的参考点, X轴驱动1安全数据校验和无效, 请确认并重新测试安全功能。采用840D系统常用的“用户协议”回机床参考点办法无效, 不能执行。仔细阅读报警300744的解释, 发现与安全相关的实际校验和MD1399并非上次机床确认的存储在MD1398 (只读参数) 中的校验和的值, 于是把MD1399=F841FH改为MD1398=F747H中的值F747H, 并按Set MD Active软键, 这时出现了新的报警:
报警内容主要是说X轴交叉检验错误, 驱动1已停止触发, 并处于安全位置监控循环中, 并提示错误代码为12。查27001代码12, 发现在安全下限值中, X轴MD36935[0]与MD1335[0]不相等, 于是把MD36935[0]由原来的-27改为-29, MD36935[1]也由原先的-27改为-29, 并执行NCK-RESET, 这时上面的报警消除, 出现了新的报警, 机床仍然无法运行, 报警内容为:
10621 Channel 1 axis MAX rests on software limit switch
27032Axis MAX safety data checksum invalid.Please confirm and re-test safety functions.
10621为常见报警, 即X轴到达软件负限位, 27032说X轴安全数据校验和无效, 请确认并重新测试安全功能。在机床数据页面中, 可找到Drive Config, 打开它在右边软键中按Copy SI Data, 即安全集成数据的复制, 复制完毕后按Confirm SI Data, 即进行安全集成数据确认。执行完后关机, 过1 min再开机, 报警全部清除, X轴能上下运行, 机床也处于正常状态, 经试验刀具可以进行内孔的加工了。
4. 西班牙双主轴车削中心数据恢复、Z轴屏蔽及反馈极性的改变
西班牙双主轴车削中心TCN-12P-2C-2T配置西门子840D数控系统, 该设备在经过一段时间停机后, 再次开机时机床报警120202 NC and PLC waiting for connection, 多次复位后又报警2001 PLC has not started, 即NC和PLC等待连接, PLC未启动, 看电控柜中NCU卡上PS和PF灯亮, 说明PLC有故障。按照西门子系统PLC总清与重新装载的方法, 即先对PLC进行总清, 然后从硬盘中进行读入, 但几次也不成功。为稳妥起见, 对NC和PLC进行备份。结果发现备份后的NC仅17000个字节, 与原先备份下的NC 378000字节相差太多, 说明NC数据丢失, 需重新进行装载。于是在NCU卡上将S3开关拨到1, 停顿2 s后再将其拨到0, 按RESET启动, 然后在START-UP界面中, 读入以前备份的378000字节NC, 这次NC成功装载。之后再装载PLC, 也顺利装载成功, 机床报警消除。
但因该机床Z轴光栅尺损坏, 需屏蔽Z1、Z2轴第二测量系统, 让第一测量系统生效。于是将Z1、Z2轴参数30200编码器数量由2改为1, 将DB32.DBX1.5由0改为1, DB32.DBX1.6由1改为0, 将DB36.DBX1.5由0改为1, DB36.DBX1.6由1改为0, 改完后一复位机床就报警25040 Axis Z2standstill monitoring, 轴Z2静止误差监控, 且Z2轴在复位过程中有窜动现象, Z2轴不能回零。
为解决此故障, 采用排除法。刚开始怀疑是Z2轴控制卡有问题, 将该控制卡与其他轴控制卡交换, 故障依旧。然后交换功率模块, 仍然是这样。最后怀疑是电机反馈线, 换一根新线仍不能排除报警。此时, 联想到该机床在未丢数据前无故障, 因此怀疑是在数据恢复过程中有不对的或不合适的数据被恢复, 需要在参数上找原因。仔细翻看该设备故障维修记录, 其中有一条是在2008年记录的, 当时将Z轴32110[0]Encoder feedback polo由-1改为1, 即编码器反馈极性为正反馈。对比其他进给轴, 也全是1。而此时的值为-1, 于是将其改为1, 按复位按钮后报警不再出现, Z2轴可正常移动, 机床恢复了正常。
四、结束语
机床调整 篇7
同时, 随着经济的发展, 环保问题已经成为世界各国关注的热点。不久前落幕的哥本哈根气候大会使“低碳经济”成为当前社会经济发展的主题。世界一些发达国家以环保构筑的绿色壁垒, 无疑增加了国际市场的准入难度, 污染环境和高耗能的产品或被拒之门外, 或被课以重税制裁。因此, 低碳经济、绿色制造技术的研究和应用, 是未来经济发展的方向, 也是产品进入国际市场的基础, 协会人士建议, 应引起机床工具行业企业的高度重视, 早日采取相应的措施。
目前, 我国正与多个国家和地区商谈签署自由贸易区协定, 对扩大双边、多边经贸合作将起到促进作用。2010年1月1日, 中国-东盟自由贸易区协议生效。由于东盟已经于日本、韩国、印度等国家签订自贸区协定, 中国企业在东盟投资生产的产品还可享受东盟这些国家的自贸区优惠关税待遇, 从而销往更广阔的国际市场。
在这样的背景下, 协会人士建议, 机床工具企业出口在有条件的地区应充分利用人民币结算, 这将有助于企业规避汇率风险, 降低贸易成本。据了解, 近期人民币贸易结算作为试点, 已由港澳地区扩展至东盟多国。未来三年内, 在其他亚洲经济体也将实现人民币结算, 同时, 与中东及南美地区等新兴市场的双边贸易, 也会趋向以人民币结算。
机床调整 篇8
关键词：乏信息融合,机床,误差,调整,可靠性,模糊集合理论
0 引言
一个复杂的机械加工过程是由若干工序组成的,在机械加工的每一道工序中总是需要对工艺系统进行调整,因而会产生调整误差。机床调整的基本方法有试切法和调整法,通常采用试切法调整,即对工件进行试切-测量-调整-再试切,直到工件达到要求的精度为止[1,2,3]。
对于制造过程而言,在大批量生产条件下,对轴承套圈磨削尺寸控制时,要对磨削系统进行调整。短期的调整过程可以看成一个静态过程,若短期内连续试磨少量工件(4~10个),那么得到的几个数据就构成了小样本数据序列,可以用静态方法分析。
采用乏信息系统理论分析,可以不考虑随机变量的概率分布问题,即使是小样本数据[4],用一种方法就可以评估具有不同概率分布的随机变量。在乏信息系统属性真值估计中,由于缺乏信息,一般要用多种方法对计算结果进行校正、融合与综合考虑,以从多个侧面获取系统的属性信息。因不同方法有不同准则,故所获取的属性信息各异。这些属性信息与系统的属性真值有关,可以构成一个集合,即估计真值集合。显然,该集合从不同侧面描述了系统的属性特征。利用真值融合技术[5,6,7]将这些信息进行融合,就可以更合理地估计出系统的属性真值。
本文基于融合隶属函数法、最大隶属度法、滚动均值法、算术平均值法和自助法,提出采用一种乏信息融合技术来调整机床的加工误差,并运用模糊集合理论[3,8],判断调整后的机床的可靠性[9]。
1 加工误差的乏信息融合技术
乏信息融合技术的第一步是用5种方法从原始数据序列获取5个初始估计真值;第二步是将这5个初始估计真值作为真值融合序列,再用这5种方法对真值融合序列进行多次融合,将获得的满足极差准则的最终融合值作为机床调整时有关工件的最终估计真值。
1.1 获取小样本数据
假设在机床调整阶段,机床试加工过程中输出的小样本数据,构成一个小样本原始数据序列,用向量X表示为
式中,X为机床调整时输出的小样本原始数据序列;x(n)为X中的第n个数据;N为X的数据个数,一般取4~10。
1.2 用乏信息融合技术预测估计真值
隶属函数法
在机床调整阶段,将原始数据序列X从小到大排序并重新编号,可得到数据序列Γ:
且有
定义差值序列d为
其中
一般di越小,数据越密集,反之越疏松,即di和xi的分布密度有关。为此,假设线性隶属函数mi(即概率密度因子)为
其中,最小差值和最大差值分别为
设紧邻均值序列Z为
其中
机床加工系统的一个初始估计真值X01为
最大隶属度法
基于上述的隶属函数法,设最大隶属度mmax为
取对应mmax的xv+1和xv的均值作为原始数据序列的初始估计真值X02,即
若有T个重复的mmax,则设第t个均值为解的进行时X0t:
机床加工系统的一个初始估计真值X02为
自助法
在机床调整阶段,从原始数据序列X中等概率可放回地抽样,每次抽取1个数据共抽取N个数据,得到一个自助样本Xb,连续重复抽取B次,得到B个自助再抽样样本:
式中,Xb为第b个自助样本;xb(n)为Xb中的第n个数据;N为Xb的数据个数。
求自助样本Xb的均值:
从而得到一个样本含量为B的自助大样本XG:
将XG从小到大排序,并分为Q组,得到各组的组中值XNq和离散频率Fq,其中q=1,2,…,Q。以频率Fq为权重,用加权均值表示机床加工系统的一个初始估计真值X03为
滚动均值法
滚动均值法来源于自助再抽样,但每次抽样的数据个数是从1到N之间变化的,并且依次序从前向后滚动,而且滚动是可返回的,反复抽样,抽样数据个数逐步增加,直到一次全部抽完为止,最后融合使抽样均值逐步逼近系统的真值。
基于原始数据序列X和式(2)、式(3)定义逐步均值累加项为
最后融合得到的机床加工系统的一个初始估计真值X04为
算术平均值法
基于原始数据序列X,可得机床加工系统的一个初始估计真值X05为
将以上5种方法得到的5个初始估计真值构成一个真值融合序列XF,用向量表示为
再用这5种方法对真值融合序列XF进行多次融合,得到满足极差准则的最终融合值,即机床加工系统的最终估计真值XFu。
1.3 机床加工误差的调整
在试切法调整机床的过程中,首先对试加工工件进行测量,获取工件某性能参数的测量值,然后将测量值与工件要求的理想值作比较,来判断机床是否调整到良好的运行状态。但任何一种精确的测量方法和精密量具都不可能绝对准确,机床在加工过程中必定会存在误差,即机床的调整误差不可避免。因此,在机床调整过程中,根据工件的加工质量要求,在保证加工工件满足质量要求的前提下,需合理规定机床的允许调整误差。
由于调整是未知的,在实际调整操作过程中,每次调整都应尽量使实际加工工件的测量值接近工件要求的理想值,由于机床结构较复杂,且其影响因素较多、较难控制,每次调整后得到的测量值的估计真值与工件的理想值会有一定的偏差。应参照机床的允许调整误差来决定调整机床的次数。
在调整机床的过程中,已知产品某性能参数要求加工的理想值XT和机床的允许调整误差μ。按照试切法调整机床,即在较短时间内连续试加工很少的几个工件,可依次获取该工件性能参数的测量值,并构成小样本原始数据序列X(即式(1))。
第一次试切时,给定工件的加工尺寸Xc1等于工件的理想值XT,运用乏信息融合技术得到该工件某性能参数的估计真值XFu1。
机床第一次调整产生的调整误差为
若μ1≤μ,则表明机床的加工误差能够满足产品某性能参数的允许调整误差,可认为此时机床已调整良好,即机床调整完毕,可对工件进行正常加工生产。
若μ1>μ,则表明机床的加工误差不能够满足产品某性能参数的允许调整误差,可认为此时机床仍没有调整好,须对机床的加工误差继续调整。
当XT>XFu1时,即工件的理想值大于测量值的估计真值XFu1,此时,应以给定工件的理想值XT为基础,在第二次试切时给定工件的加工尺寸Xc2为
当XT<XFu1时,即工件的理想值XT小于测量值的估计真值XFu1,此时,仍应以给定工件的理想值XT为基础,在第二次试切时给定工件的加工尺寸Xc2为
比较估计真值与理想值的大小,由式(19)和式(20),来确定第二次试切时给定的工件加工尺寸Xc2,然后运用乏信息融合技术得到该工件某性能参数的估计真值XFu2。
此时,机床第二次调整产生的调整误差为
若μ2≤μ,则表明机床的加工误差能够满足产品某性能参数的允许调整误差,可认为此时机床已调整良好,即机床调整完毕,可对工件进行正常加工生产。若第二次调整不满足要求,则需继续调整机床直到其加工误差满足规定的允许调整误差为止。
由于机床结构较复杂,随着加工时间的不断累积,会出现各种扰动等不稳定现象,机床加工误差的调整不可能一次完成,可能需要进行两次或两次以上更多的调整,因此,应根据调整过程中的实际情况,合理有序地完成机床加工误差的调整工作,从而使机床加工出的产品满足质量要求。
1.4 预测机床调整后的估计区间
1.4.1 确定小样本可靠数据
假设机床调整后,满足加工质量要求的小样本可靠数据,构成一个小样本可靠数据序列(表示系统本身的能力)Xr,即
式中,Xr为小样本可靠数据序列;xj为Xr中的第j个数据;g为Xr的数据个数。
1.4.2 预测机床调整后的估计区间
用模糊集合理论预测机床调整后的估计区间。首先,基于可靠数据序列Xr,借助于隶属函数法中式(2)~式(5),建立有关可靠数据的隶属函数。
设离散值h1s(xs)和h2s(xs)分别为
式中,ms为概率密度因子,且τ的含义与式(9)中的v相同。
若离散值h1s(xs)和h2s(xs)已知,则可以用最大模范数最小法得到隶属函数h1(x)和h2(x)。
在试验分析中,机床加工过程中输出的试验数据可看作是一个已知的离散变量,因此,利用所研究的试验数据得到的离散值h1s(xs)和h2s(xs)也是已知的。理论上讲,某系统属性的隶属函数图像是一条光滑的连续曲线,因此,隶属函数不能直接通过试验数据(离散变量)得到。为此,根据模糊集合理论,给出了求解隶属函数的基本思路:首先,设定两个分别含有待定系数al和bl的多项式f1和f2,且这两个多项式可以构成一条曲线Q;然后,尽量使得曲线Q与离散值h1s(xs)和h2s(xs)拟合,在二者拟合效果最好时,确定待定系数al和bl;最后,将拟合效果最好时得到的系数al和bl分别代入多项式f1和f2中,确定多项式f1和f2,从而得到多项式f1和f2对应的逼近值f1(x)和f2(x),此时逼近值f1(x)和f2(x)也就是所求的隶属函数h1s(xs)和h2s(xs)。
基于上述求解隶属函数的基本思路,根据模糊集合理论,利用最大模范数最小法求解隶属函数的具体步骤如下所示。
用两个多项式
分别逼近离散值h1s(xs)和h2s(xs)。即用式(25)和式(26)分别逼近式(23)和式(24),可得h1(x)=f1(x)和h2(x)=f2(x),从而得到隶属函数h1(x)和h2(x)。式中,L是多项式f1和f2的阶次,通常,L取3或4时可获得较高的逼近精度;X0为用最大隶属度法计算的有关机床加工系统的一个估计真值;al和bl分别为多项式f1和f2的待定系数。
设多项式f1和f2对应的逼近值f1(x)和f2(x)与离散值h1s(xs)和h2s(xs)的差值分别为
定义最大模范数
为了得到最精确的逼近值,应使得差值r1s和r2s的最大模范数最小化。为此,选择待定系数al满足
选择待定系数bl满足
则可以确定待定系数al和bl,进而得到隶属函数h1(x)和h2(x)。式中,r1和r2分别对应逼近值f1(x)和f2(x)与离散值h1s(xs)和h2s(xs)的最大差值的绝对值取最小时的r1s和r2s。其中,式(28)和式(29)的约束条件分别为
根据模糊集合理论,可知某机床加工系统的属性从真到假变化有一个过渡区间即
式中,G(x)为机床总体属性变化的特征函数,G(x)=1为真,G(x)=0为假;λ为水平,λ∈[0,1];λ*为最优水平。
设机床总体属性参数的变化区间为[XL,XU],XL表示估计区间的下界值,XU表示估计区间的上界值。根据式(30),在区间[XL,XU]内x是可用的,特征值为1;而在区间[XL,XU]外x是不可用的,特征值为0。根据水平λ,机床系统总体属性参数的变化区间可以描述为
即在h(x)=λ条件下获取x的估计区间[XL,XU]。
机床总体属性变化的隶属函数:
选择水平λ=λ*,且满足
可以求出机床总体属性参数的变化区间[XL,XU]。
机床总体属性参数的置信水平P可以用隶属函数表示为
由式(32)可知,P受λ和L的共同影响,若要求P值不变,则可调节λ和L来满足要求。此外,因获得的可靠数据较少(即g值较小),故L值很小,一般在1~4。在实际计算中,一般给定P,优选L,再调节λ以满足P,就可以得到在置信水平P下的估计区间[XL,XU]。
根据模糊集合理论,在给定的置信水平P下,可预测出可靠数据序列的估计区间,即机床调整后的估计区间。
1.5 预测调整后机床的可靠性
1.5.1 采集实际输出数据
假设机床在调整后,制造过程中实际输出的数据信息构成一个数据序列XA,即
式中,XA为实际输出的数据序列;xA(i)为XA中的第i个数据;K为XA的数据个数。
若实际输出的数据较少(即K值较小),预测的机床可靠性就会不准确。为准确预测调整后机床的可靠性,可以运用灰自助原理,利用实际输出的少量数据生成大量数据,再来预测调整后机床的可靠性。
按照自助法中的等概率可放回抽样方法,对式(33)进行抽样,得到的第b个自助样本XAb为
式中,xAb(i)为XAb中的第i个数据;K为XAb的数据个数。
由灰预测模型GM(1,1),设XAb的一次累加生成序列向量为
其中
一次累加生成序列向量Yb可用灰微分方程描述为
式中,u为一个连续变量;c1、c2为待定系数。
设均值生成序列向量为
其中
在初始条件yb(1)=xAb(1)下,设灰微分方程的最小二乘解为
其中,系数c1和c2为
式中,I为K-1维的单位矢量。
由式(38),可以得到累减生成的第b个数据:
根据灰自助原理,由式(39)可将实际输出的少量数据生成大量数据,并构成一个大样本数据序列β
由统计学可得,实际输出信息的取值区间为[IL,IU],其中IL表示实际输出信息的下界值,IU表示实际输出信息的上界值。
1.5.2 建立机床可靠性函数
在置信水平P下,预测的估计区间与实际输出信息的取值区间之间的关系为
机床调整后,加工过程中实际输出的数据信息应满足式(41);若不满足则需对机床进行可靠性分析。
设XA中有w个元素在估计区间[XL,XU]之外,则机床的可靠性函数R为
若XA中的K值较小,应根据式(34)~式(40),令XA=XAb,K=B。
根据式(42),可预测调整后的机床可靠性。如果可靠性R越大,表示运用乏信息融合技术获取的估计真值越准确,机床越可靠。若R≥P,则认为调整后的机床是可靠的;否则,认为调整后的机床是不可靠的。
2 案例研究
2.1 调整机床的仿真试验
在仿真试验中,已知待加工的30206圆锥滚子轴承内圈内径的理想值XT=30mm,规定的允许调整误差μ=0.002mm。
在第一次试切加工时,应按Xc1=XT=30mm调整机床。由于30206圆锥滚子轴承内圈内径的尺寸数据服从正态分布,用蒙特卡罗方法仿真出8个数学期望E=30mm和标准差s=0.01的服从正态分布的试验数据作为本次调整后获得的8个轴承内径测量值,并构成一个小样本原始数据序列X(N=8),且有X=(30.005 38,30.000 99,29.989 85,29.991 96,30.004 32,29.999 93,29.995 79,29.9879)mm,如图1所示。
在置信水平P=95%下,令B=20 000,运用乏信息融合技术的第一步内容,根据式(2)~式(17)处理小样本原始数据序列X,可以得到5个初始估计真值,并将这5个初始估计真值构成本次调整机床后获得的真值融合序列XF=(29.997 46,30.002 65,29.997 08,29.997 01,29.997 05)mm,如图2所示。
然后运用乏信息融合技术的第二步内容,根据式(2)~式(17)对真值融合序列XF进行了5次融合,从而得到满足极差准则的最终估计真值XFu1=29.997 59mm。
根据式(18)可得,第一次调整误差μ1=0.002 41mm,且μ1>μ,则机床的加工误差不能满足轴承性能参数的允许调整误差。因预测的估计真值XFu1=29.997 59mm<Xc1=30mm,此时,加工的轴承内圈内径的概率分布呈现左偏态分布现象,应对机床进行调整。
根据式(19)可得,在第二次试切加工时,应按Xc2=XT+μ1=30.002 41mm调整机床,用蒙特卡罗方法仿真出8个数学期望E=30.002 41和标准差s=0.01的服从正态分布的试验数据作为本次调整后获得的8个轴承内径测量值,并构成一个小样本原始数据序列X′(N=8),且有X′=(29.999 07,30.004 68,30.010 53,30.012 65,29.985,29.990 61,30.009 48,29.998 58)mm,如图3所示。
同理,在置信水平P=95%下,令B=20 000,运用乏信息融合技术的第一步内容,根据式(2)~式(17)处理小样本原始数据序列X′,可得5个初始估计真值,并将这5个值构成本次调整机床后获得的真值融合序列X′F=(30.004 18,29.998 82,30.001 73,30.001 32,30.0017)mm,如图4所示。
按照乏信息融合技术的第二步,根据式(2)~式(17)对真值融合序列X′F进行了4次融合,从而得到满足极差准则的最终估计真值XFu2=30.001 62mm。
根据式(21)可得,第二次调整误差μ2=0.001 62mm,且μ2<μ,则此时机床的加工误差能够满足轴承该性能参数的允许调整误差。此时,可认为机床已调整良好,可对工件进行正常加工生产。
在本次试验中,因第二次调整时机床已调整好,可根据模糊集合理论对第二次调整时获得的小样本原始数据序列X′(即此时可看作小样本可靠数据)进行处理,在置信水平P=95%下,优选L=3,再调节λ以满足P=95%,得到最优水平λ*=0.333 32,可预测出该机床调整后加工的轴承内圈内径的估计区间[XL,XU]=[29.983 71,30.0261]。以这样的结果可以预测在后续的正常生产中加工的轴承内圈内径的尺寸数据落在预测区间[29.983 71,30.0261]内的概率至少为95%,此时调整完毕。
2.2 机床调整后的仿真与试验
2.2.1 机床调整后的仿真分析
仿真一个服从正态分布的系统数据,模拟机床调整后的实际加工过程。用蒙特卡罗方法仿真出20 000个数学期望E=0和标准差s=0.01的服从正态分布的试验数据,并构成一个仿真数据序列X20000,如图5所示。
选取仿真数据序列X20000中的前10个仿真数据作为小样本数据序列X10(对应X20000中的序号为从1到10),如图6所示。小样本数据序列X10可认为是机床调整后获取的满足加工质量要求的小样本可靠数据序列Xr(g=10)。选取仿真数据序列X20000中的后19 990个仿真数据作为机床实际加工中输出的数据信息(对应X20000中的序号为从11到20 000),构成机床实际输出的数据序列XA(K=19 990)。
根据模糊集合理论,在置信水平P=95%下,优选L=3,调节λ以满足P=95%,得到最优水平λ*=0.3702,能够预测出小样本可靠数据序列Xr的估计区间[XL,XU]=[-0.020 77,0.0215]。
在本次仿真试验中,模拟的机床实际输出的数据序列XA的数据个数K=19 990,由统计学原理,计算出机床实际输出的数据序列XA中不在估计区间[-0.020 77,0.0215]内的数据个数w=637,根据式(41)~式(42),可得预测的可靠性R=96.81%>P=95%,则说明调整后的机床是可靠的。
2.2.2 机床调整后的试验研究
本试验选定30204型圆锥滚子轴承的外滚道圆度数据。在某专用磨床调整之后系统正常运行的一个磨削周期中,随机连续抽取30套轴承,按顺序编号后测量其外滚道圆度数据,测得的圆度数据依次为(单位:μm):1.74,1.76,2.04,0.80,1.46,1.62,1.73,1.76,2.70,1.19,1.60,1.47,1.04,1.56,1.19,1.32,1.23,2.23,0.90,1.24,1.77,1.21,1.88,1.34,1.98,1.30,1.64,2.03,2.73,0.95。所测的外滚道圆度数据构成一个数据序列X30。
选取外滚道圆度数据序列X30中前5个试验数据作为小样本数据序列X5(对应X30中的序号为从1到5),如图7所示。小样本数据序列X5可认为是机床调整后获取的满足加工质量要求的小样本可靠数据序列Xr(g=5)。
选取外滚道圆度数据序列X30中的后25个试验数据作为机床实际加工中输出的数据信息(对应X30中的序号为从6到30),构成机床实际输出的数据序列XA(K=25)。因K=25即实际输出的数据个数较少,预测出的机床可靠性结果可能不准确。为能够准确预测机床的可靠性,应运用灰自助原理,令B=20 000,将XA中的机床实际输出的25个数据生成20 000个数据,构成一个大量生成数据序列β,并将大量生成数据序列β作为机床调整后机床加工过程中实际输出的大量数据序列β,如图8所示。
根据模糊集合理论,在置信水平P=95%下,优选L=3,调节λ以满足P=95%,得到最优水平λ*=0.2399,能够预测出小样本可靠数据序列Xr的估计区间[XL,XU]=[0,0.0215]。由统计学原理,计算出机床实际输出的大量数据序列β中不在估计区间[0,0.0215]内的数据有11个,根据式(33)~式(42),可得预测的可靠性R=99.45%>P=95%,则说明调整后的机床是可靠的。
3 结束语
运用乏信息融合技术研究机床试加工时输出的小样本数据,获取了机床调整过程中工件的估计真值,对机床的加工误差进行了调整;运用模糊集合理论,在给定的置信水平下,借助于机床调整后输出的小样本可靠数据,预测了机床调整后的估计区间,并判断了调整后机床的可靠程度。
调整机床的仿真试验表明,运用乏信息融合技术,能够实现对机床的加工误差进行调整;机床调整后的试验结果表明,在置信水平95%下,运用模糊集合理论预测的机床可靠性大于置信水平,说明调整后的机床是可靠的,验证了运用乏信息融合技术调整机床的可行性。
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机床调整 篇9
1 相序问题和调速的例子
3MZ6230滚子凸度超精研机是一种无心贯穿式给圆柱或圆锥滚子超精的机床, 原理是让滚子从一对带凸度段的双曲导辊中间穿过, 上方加油石以一定的压力并以一定的频率震荡研磨。工艺调整需要振荡机构能够方便的升降, 给机床后面加了一个由电机拖动振荡机构升降的装置, 并在其上下各加一个行程开关防止碰撞。
此电路中, 采用了一个由-KM3和-KM4连锁组成的可逆接触器。正常情况下, 按住“上升”按钮-SB0, -KM3吸和, 电机正转, 振荡机构上升;按住“下行”按钮-SB1, -KM4吸和, 电机反转, 振荡机构下降;接近开关-SQ1和-SQ2在振荡机构到达“上”“下”限位时起作用, 实现振荡机构的点动升降。
此电路初步解决了升降问题, 然而升降电机不能调速, 需要选择的电机要求比较苛刻——要使用减速比合适而且力矩满足要求的电机, 而且要求供电的相序符合预期的“升”和“降”。如果反相, 两个接近开关不再起作用, 会让行程开关撞上顶块, 将行程开关撞坏。如果及时发现, 调换一下相序就可以解决, 然而用户在不明白情况下试机, 极有可能会导致机床故障。
此种方法要求用户能识别并及时矫正相序, 在机床应用中是不合适的。而自动识别相序的装置大多价值不菲, 而且不能解决升降速度不可调节的问题。根据出现的问题和要达到的效果, 采用变频器是一个合适的选择。
2 变频器的应用
变频器是把工频电源 (50Hz或60Hz) 变换成各种频率的交流电源, 以实现电机的变速运行的设备, 其整流电路将交流电变换成直流电, 直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波, 逆变电路将直流电再逆成交流电。变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。它本身的特性使它不受输入电流相序的影响。
利用变频器输出电流不受输入电流相序干扰的特性可以免去相序识别的困扰, 而且还可以对升降电机进行调速。然而如果给这台电机加一台变频器则大大增加了成本, 原有的电气箱空间也会非常紧张。
考虑到调整升降和振荡不会同时进行, 能不能用一台变频器控制这两台电机呢?经研究, 确定了这种方案的可行性。
综合考虑成本和使用性能, 改进的电路如图1所示。
-S1为转换开关, -SB4为“振荡架升”按钮, -S B 5为“振荡架降”按钮, -S B 8为“振荡停止”按钮, -SB9为“振荡开始”按钮, -SQ1为“上”行程开关, -SQ2为“下”行程开关。
此电路中振荡电机和升降电机通过一个转换开关由同一台变频器驱动。此处两台电机参数不同, 所以需要根据电机参数分别设置变频器的参数, 这要用到变频器的第二功能。
此方案中使用的是三菱FRS-540变频器, 自身带有第二功能, 它是指根据对变频器不同参数的设置, 使两台电机都能由同一台变频器供电正常运转。
此方案首先考虑的主要相关参数有:P 9为电子过流保护, H 7为第二电子过流保护, P 7为加速时间, P 8为减速时间, P 4 4为第二加减速时间, P 4 5为第二减速时间, P 4 7为第二V/F (基波频率) , 另外还要在使用变频器端子RL、RH、RM其中之一的情况下设定P 6 0~P 6 2。如果应用在其他案例中, 可能需要设置其他参数。
不难看出, P 9和H 7是两个电机的保护电流, 而P7和P44, P8和P45分别是两个电机的加减速设定时间。
-S 1是变频器用途为振荡机构升降或者振荡电机运转的转换开关, 默认为常闭, 即默认功能为振荡电机用, 需要调整升降时, 扳动转换开关, 就转到升降功能。在两种功能中, 都可以用这个变频器的调速旋钮-R P 1进行调速控制。
3 结语
机床的调整中位置的调整最为常见, 加之变频器在机床中的普遍应用, 使上面我们讨论的问题具有普遍性。本方案利用变频器自身不受外部相序干扰的特性, 通过使用变频器的第二功能, 分时控制两台电机。在不增加成本的同时, 实现了预期的目的。而且改进以后升降电机也可以通过变频器进行变速, 大大改善了机床的使用性能。
摘要：本篇论文针对3MZ6230滚子超精研机升降机构中出现的问题进行了分析, 首先解决了机床升降机构中的动力电机电源的相序判断问题, 然后根据机床的特点使用变频器的第二功能实现了一台变频器控制双电机的功能, 提高功能的同时降低了成本。
关键词：相序,变频器,第二功能
参考文献
[1]三菱变频调速器F R-S540使用手册. (编号IB (NA) —0600029—A) .
