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1、YK7232A磨齿机的故障诊断及修复 申报人：杞洪涛单位：装备部2011年10月24日n n摘要摘要摘要摘要：介绍：介绍YK7232AYK7232A磨齿机数控伺服系统的工作磨齿机数控伺服系统的工作原理，磨齿机各运动部件对齿轮加工精度的影响原理，磨齿机各运动部件对齿轮加工精度的影响以及出现此类故障时的针对性诊断修复方法。以及出现此类故障时的针对性诊断修复方法。n n关键词关键词关键词关键词：蜗杆砂轮；工件长度编码器；比例阀；：蜗杆砂轮；工件长度编码器；比例阀；接地屏蔽接地屏蔽 n n前言前言n nYK7232A磨齿机采用无锡星月科技公司为秦川发展磨齿机配套的数控装置来实现砂轮旋转、工件架上下运动
2、及工件电机旋转和砂轮进给等运动。通过对触摸屏的直观操作或修改调整，很方便的实现了我厂对高精度齿轮的磨削加工。. YK7232A控制系统工作原理n n1.1 系统构成n nYK7232A磨齿机电气控制系统主要由三部分组成：触摸屏显示界面、伺服控制系统、可编程控制器。n n该系统是一个闭环伺服控制系统。在这样一个系统中，被控对象的过程参数始终被连续测量，并与理论值进行比较，得到的差值用来调整被控对象的过程参数，其原理性框图如下：n n1.2 YK7232A1.2 YK7232A磨齿机伺服控制系统原理磨齿机伺服控制系统原理n n 该控制系统是基于自动控制系统原理，由两个该控制系统是基于自动控制系统原
3、理，由两个闭环伺服控制系统组成。主伺服环是由砂轮旋转闭环伺服控制系统组成。主伺服环是由砂轮旋转编码器来当输入量与工件旋转编码器来的实际值编码器来当输入量与工件旋转编码器来的实际值相比较，其差值经调节器、功率放大器等部件控相比较，其差值经调节器、功率放大器等部件控制控制工件电机运动。另一个伺服环是由长度测制控制工件电机运动。另一个伺服环是由长度测量编码器脉冲与工件旋转编码器脉冲同步、比较，量编码器脉冲与工件旋转编码器脉冲同步、比较，经脉冲经脉冲/ /电压转换器、前置放大及功率驱动等部件，电压转换器、前置放大及功率驱动等部件，控制液压比例阀带动工件架按给定速度运动。控制液压比例阀带动工件架按给定速
4、度运动。n n其系统框图如下所示：其系统框图如下所示：n n砂轮旋转编码器砂轮旋转编码器砂轮旋转编码器砂轮旋转编码器n n砂轮由三相交流电机变频驱动，然后由与电机直连的旋转砂轮由三相交流电机变频驱动，然后由与电机直连的旋转编码器将砂轮的旋转运动变换成电脉冲。该旋转编码器有编码器将砂轮的旋转运动变换成电脉冲。该旋转编码器有一个一个1800018000线线/ /转的光栅盘，它输出两个相位差为转的光栅盘，它输出两个相位差为9090的的TTLTTL信号（信号（UalUal，Ua2Ua2）及反相信号（）及反相信号（UalUal，Ua2Ua2）。这两路信号）。这两路信号进入系统后除了产生控制脉冲外，还用以
5、鉴别电机的旋转进入系统后除了产生控制脉冲外，还用以鉴别电机的旋转方向。方向。n n工件电机编码器和长度测量编码器工件电机编码器和长度测量编码器工件电机编码器和长度测量编码器工件电机编码器和长度测量编码器n n工件电机是一个直流伺服电机，工件与工件电机经工件电机是一个直流伺服电机，工件与工件电机经8:18:1的机的机械齿轮传动。而工件电机的运动与砂轮电机一样是由一旋械齿轮传动。而工件电机的运动与砂轮电机一样是由一旋转编码器来测量，也就是说，编码器所测量的运动速度是转编码器来测量，也就是说，编码器所测量的运动速度是工件运动速度的工件运动速度的8 8倍。倍。n n在工件磨削时，工件架进行在工件磨削时
6、，工件架进行Z Z轴方向运动，工件架的速度轴方向运动，工件架的速度由一长度测量编码器来测量，它提供的信号与旋转编码器由一长度测量编码器来测量，它提供的信号与旋转编码器类似。类似。修整器工件架蜗杆砂轮（后端带砂轮旋转编码器）内置长度行程光栅内置工件电机及编码器工件行程限位及中间位n n数控控制系统部件数控控制系统部件n n该控制系统由厂家研发的8块控制板组成，分别用于锁相，时序产生，各光栅信号的接受处理，工件行程的测量、修正、控制，X轴伺服控制，CPU控制，工件架与工件转速同步控制，部分信号的输入输出控制等功能。n n可能影响被磨削齿轮质量的故障因数可能影响被磨削齿轮质量的故障因数可能影响被磨削
7、齿轮质量的故障因数可能影响被磨削齿轮质量的故障因数n n通过对系统工作原理的理解，对通过对系统工作原理的理解，对YK7232AYK7232A磨齿机齿轮磨削质量可能产生影响的原因进磨齿机齿轮磨削质量可能产生影响的原因进行如下分析：行如下分析：n n 2.1 2.1 设备自有机械精度引起：设备自有机械精度引起：设备自有机械精度引起：设备自有机械精度引起：n n2.1.1 2.1.1 蜗杆砂轮蜗杆砂轮n nYK7232AYK7232A磨齿机工作时，蜗杆砂轮与工件是直接啮合且同时运转的。蜗杆砂轮的精度磨齿机工作时，蜗杆砂轮与工件是直接啮合且同时运转的。蜗杆砂轮的精度直接影响工件表面精度，而蜗杆砂轮除本
8、身的旋转精度由砂轮电机精度决定，同时它直接影响工件表面精度，而蜗杆砂轮除本身的旋转精度由砂轮电机精度决定，同时它的齿形由砂轮修整器休整砂轮来完成，所以砂轮修整器的精度也对工件精度有极大影的齿形由砂轮修整器休整砂轮来完成，所以砂轮修整器的精度也对工件精度有极大影响。响。n n 2.1.2 2.1.2 工件架工件架n n 齿轮磨削时，工件架带动工件旋转，同时工件架还要按照程序设定速度做垂直运动齿轮磨削时，工件架带动工件旋转，同时工件架还要按照程序设定速度做垂直运动用来保证工件有足够的磨削范围。这样工件架的两个运动以及工件芯轴的精度都会对用来保证工件有足够的磨削范围。这样工件架的两个运动以及工件芯轴
9、的精度都会对工件精度产生影响。工件精度产生影响。n n2.2 2.2 液压故障引起液压故障引起液压故障引起液压故障引起 n n工件架上下往复运动依靠电控液压比例阀阀口的开度大小来实现，由于电控液压比例工件架上下往复运动依靠电控液压比例阀阀口的开度大小来实现，由于电控液压比例阀的液压油中有细小的异物阻碍了阀芯的正常运动，也会造成工件架上下不稳定；阀的液压油中有细小的异物阻碍了阀芯的正常运动，也会造成工件架上下不稳定；n n其它原因造成的冷却油油压低，流量不足也会使工件表面烧灼，工件没有夹紧也影响其它原因造成的冷却油油压低，流量不足也会使工件表面烧灼，工件没有夹紧也影响工件质量。工件质量。n n2
10、.3 2.3 电气故障引起：电气故障引起：电气故障引起：电气故障引起：n n2.3.1 2.3.1 比例阀控制线路不良比例阀控制线路不良n n工件架垂直运动速度由电控比例阀的给定电压决定，当比例阀线圈的给定电压较小或工件架垂直运动速度由电控比例阀的给定电压决定，当比例阀线圈的给定电压较小或出现因震动造成的接触不良时也可能造成工件架运动故障；出现因震动造成的接触不良时也可能造成工件架运动故障；n n2.3.2 2.3.2 数控系统异常数控系统异常n n 通过对通过对YK7232AYK7232A磨齿机的原理分析，可以得知在齿轮磨削过程中，砂轮架进给、砂磨齿机的原理分析，可以得知在齿轮磨削过程中，砂
11、轮架进给、砂轮旋转、工件旋转、工件上下运动及其相关的编码器信号的变化都会对数控系统的稳轮旋转、工件旋转、工件上下运动及其相关的编码器信号的变化都会对数控系统的稳定运行带来影响。由于数控系统本身元件的性能下降或受到外界干扰都是数控系统的定运行带来影响。由于数控系统本身元件的性能下降或受到外界干扰都是数控系统的工作不稳定因数。工作不稳定因数。n n3 3典型故障的分析处理典型故障的分析处理典型故障的分析处理典型故障的分析处理工件架运行故障工件架运行故障工件架运行故障工件架运行故障n n该该磨磨齿齿机机在在使使用用中中曾曾出出现现工工件件架架在在运运行行中中发发生生停停顿顿现现象象：工工件件架架本本
12、应应缓缓慢慢连连续续做做垂垂直直往往复复运运动动时时，现现有有时时运运动动正正常常，正正常常完完成成工工作作循循环环；有有时时爬爬行行，本本应应在在300s300s完完成成工工件件的的磨磨削削加加工工，加加工工时时间间却却延延长长至至500s500s以以上上，有有时时工工件件架架停停止止运运动动。由由于于砂砂轮轮在在工工件件上上的的磨磨削削时时间间过过长长，而而工工件件没没有有发发生生上下位移变化造成工件局部表面烧坏，精度不合格。上下位移变化造成工件局部表面烧坏，精度不合格。n n 故障有时发生在工件架上升阶段，有时发生在下降阶段。故障有时发生在工件架上升阶段，有时发生在下降阶段。n n 根据
13、这种现象，分析故障的原因可能有以下两种：根据这种现象，分析故障的原因可能有以下两种：n n机械液压故障：工件架导轨变形或有异物卡住，造成机械液压故障：工件架导轨变形或有异物卡住，造成运行过程异常或液压比例阀油路有故障；运行过程异常或液压比例阀油路有故障；n n电气系统故障：比例阀控制线路有不良之处或数控系电气系统故障：比例阀控制线路有不良之处或数控系统失灵，系统没有接受到运行信号造成程序失步。统失灵，系统没有接受到运行信号造成程序失步。n n.1 .1机械系统检测机械系统检测n n首先检查工件架导轨无异常，可以排除工件架导轨故障。首先检查工件架导轨无异常，可以排除工件架导轨故障。n n然后拆卸
14、检查液压比例阀，比例阀油路各管接头连接正常，然后拆卸检查液压比例阀，比例阀油路各管接头连接正常，无泄漏。液压油清亮干净，比例阀阀芯运动流畅，液压系无泄漏。液压油清亮干净，比例阀阀芯运动流畅，液压系统无故障。统无故障。n n3.23.2电气系统检测电气系统检测n n比例阀的两个控制线圈阻值正常，控制线路的连线可靠无比例阀的两个控制线圈阻值正常，控制线路的连线可靠无松动，在电柜内检查控制线圈阻值也正常，比例阀控制线松动，在电柜内检查控制线圈阻值也正常，比例阀控制线路无异常。路无异常。n nYK7232AYK7232A数控滚齿机的数控系统共有数控滚齿机的数控系统共有8 8块不同工作性质的块不同工作性
15、质的电路板通过系统连接最后由电路板通过系统连接最后由PLCPLC进行脉冲和数据控制。出进行脉冲和数据控制。出现工件架工作中的停顿现象后，先后检查过与工件架运动现工件架工作中的停顿现象后，先后检查过与工件架运动有关的有关的YKA03YKA03板板( (各光栅信号的接收处理各光栅信号的接收处理) )、YKA04YKA04板板（完成磨削工件行程长度的测量）、（完成磨削工件行程长度的测量）、YKA07YKA07板（控制工件板（控制工件架即与工件转速同步，由按设定速度向上向下运动的闭环架即与工件转速同步，由按设定速度向上向下运动的闭环控制），并更换相关控制板，但不能解决工件架稳定运动控制），并更换相关控
16、制板，但不能解决工件架稳定运动的问题。的问题。n n由于工件架的额定进给和实际进给脉冲分别经脉由于工件架的额定进给和实际进给脉冲分别经脉冲冲/ /电压转换器转换成与脉宽及频率成比例的电压电压转换器转换成与脉宽及频率成比例的电压值，经差动前置放大，进入由方向控制开启与关值，经差动前置放大，进入由方向控制开启与关闭的功率驱动级，产生适当的驱动电流，控制比闭的功率驱动级，产生适当的驱动电流，控制比例阀的开口大小，从而控制运动速度的快慢。例阀的开口大小，从而控制运动速度的快慢。n n但连续工作测试一段时间后，在工件架在本应平但连续工作测试一段时间后，在工件架在本应平稳进给时测量发现电控液压比例阀控制线
17、圈的工稳进给时测量发现电控液压比例阀控制线圈的工作电压为断续的脉冲电压（作电压为断续的脉冲电压（0-0.3v0-0.3v跳变）。用示波跳变）。用示波器可以监视到工件架行程光栅的信号如下器可以监视到工件架行程光栅的信号如下 n n工件架上下运动的光栅信号异常，自然产生工件架运动不工件架上下运动的光栅信号异常，自然产生工件架运动不正常，造成这种现象的原因首先考虑是否安装在工件架内正常，造成这种现象的原因首先考虑是否安装在工件架内部的工件旋转圆光栅和工件架上下运动长光栅受到冷却油部的工件旋转圆光栅和工件架上下运动长光栅受到冷却油污染，致使光栅表面无法感应到检测信号，但拆卸工件架污染，致使光栅表面无法
18、感应到检测信号，但拆卸工件架防护罩后发现工件架内部比较干净，检查工件圆光栅和长防护罩后发现工件架内部比较干净，检查工件圆光栅和长光栅编码器，发现内部清洁无异常。光栅编码器，发现内部清洁无异常。n n排除外部可能，造成光栅异常只有数控系统自身受到干扰排除外部可能，造成光栅异常只有数控系统自身受到干扰了。认真检查数控系统的线路连接，发现系统的了。认真检查数控系统的线路连接，发现系统的YKA03YKA03板板（负责各光栅信号的接收处理的基座连接航插内部接地屏（负责各光栅信号的接收处理的基座连接航插内部接地屏蔽线有松动，航插线路连接不牢靠。由于数控系统内部的蔽线有松动，航插线路连接不牢靠。由于数控系统
19、内部的连接依靠多级航插过渡当信号电缆接地屏蔽线松动造成接连接依靠多级航插过渡当信号电缆接地屏蔽线松动造成接触不良后，以致数控系统的工作接地都不再可靠，相关的触不良后，以致数控系统的工作接地都不再可靠，相关的控制电缆线（数控系统的控制连线）受到外部干扰，造成控制电缆线（数控系统的控制连线）受到外部干扰，造成PLCPLC传送给数控系统的逻辑控制单元不能有效接收到工件传送给数控系统的逻辑控制单元不能有效接收到工件架运动指令，工件架运行过程中处于停顿或爬行状态，影架运动指令，工件架运行过程中处于停顿或爬行状态，影响工件架的运行。此时砂轮长期对工件局部进行磨削，造响工件架的运行。此时砂轮长期对工件局部进
20、行磨削，造成工件表面精度不能满足工艺要求。成工件表面精度不能满足工艺要求。n n 将接地屏蔽线重新连接可靠后，恢复送电，将接地屏蔽线重新连接可靠后，恢复送电，YK7232AYK7232A数控磨齿机连续加工出的齿轮均未发生工件上下运动失常数控磨齿机连续加工出的齿轮均未发生工件上下运动失常的现象。再次监测光栅信号也已恢复正常。的现象。再次监测光栅信号也已恢复正常。n n 工控系统的干扰源大都产生在电流、电压、电场、磁工控系统的干扰源大都产生在电流、电压、电场、磁场剧烈变化的部位，各个接地点电位分布不均，不同接地场剧烈变化的部位，各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，会引起工控系统地环路
21、电流，影响系点间存在地电位差，会引起工控系统地环路电流，影响系统正常工作。与工控设备连接的各类信号传输线，在传输统正常工作。与工控设备连接的各类信号传输线，在传输各类有效信息时，总会有外部干扰信号侵入。主要是信号各类有效信息时，总会有外部干扰信号侵入。主要是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，接地的目的通常有两个，其一为了安全，其二是为了扰，接地的目的通常有两个，其一为了安全，其二是为了抑制干扰。完善的接地系统是工控系统抗电磁干扰的重要抑制干扰。完善的接地系统是工控系统抗电磁干扰的重要措施之一。措施之一。n n 接地屏蔽线
22、有松动原因可能是厂家制造时处理不够完接地屏蔽线有松动原因可能是厂家制造时处理不够完善，也可能是在搬迁或使用过程中螺钉松脱造成。由于接善，也可能是在搬迁或使用过程中螺钉松脱造成。由于接地屏蔽线的接触不良，整个数控系统的工作接地不完善致地屏蔽线的接触不良，整个数控系统的工作接地不完善致使工件架在低速运动过程中，工件架上下运动行程光栅信使工件架在低速运动过程中，工件架上下运动行程光栅信号的信号受到干扰，进一步造成工件架比例控制阀的驱动号的信号受到干扰，进一步造成工件架比例控制阀的驱动电流时有时无，最终反映在工件（齿轮）在加工过程中的电流时有时无，最终反映在工件（齿轮）在加工过程中的停顿产生齿轮磨坏报
23、废现象。停顿产生齿轮磨坏报废现象。n n结束语结束语结束语结束语n n通过对对通过对对YK7232AYK7232A数控滚齿机的恢复，进一步认数控滚齿机的恢复，进一步认识和学习掌握到识和学习掌握到YK7232AYK7232A数控数控系统的各运动数控数控系统的各运动机构之间的联系以及对机床加工精度的影响，在机构之间的联系以及对机床加工精度的影响，在检修过程中提高了对机床性能的了解，但也有对检修过程中提高了对机床性能的了解，但也有对系统控制不熟悉和不理解之处，将在今后的工作系统控制不熟悉和不理解之处，将在今后的工作中进一步提高。同时更深刻的认识到数控系统的中进一步提高。同时更深刻的认识到数控系统的屏蔽接地对设备的高效和稳定运行有着非常大的屏蔽接地对设备的高效和稳定运行有着非常大的关系。关系。 谢 谢 ！
