Диагностика неисправностей системы ЧПУ электрическими методами

Диагностика механизма главного движения станка с ЧПУ. Практически во всех современных электроприводах станков с ЧПУ предусмотрена система активного контроля мгновенного значения силы тока электродвигателя. Сила тока электродвигате­ля пропорциональна механическому крутящему моменту, разви­ваемому на валу двигателя привода. Из этого следует, что устрой­ство ЧПУ может получать постоянную и непрерывную информа­цию о крутящем моменте (мощности), развиваемом (потребляе­мой) механической частью привода главного движения. Крутя­щий момент (мощность), развиваемый (потребляемая) механи­ческой частью главного привода, состоит из двух составляющих: крутящий момент (мощность) холостого хода и крутящий мо­мент (мощность) резания (металлообработки).

Крутящий момент (мощность) холостого хода характеризует нагрузку механизма привода при вращении шпинделя без реза­ния (без обработки). Поэтому, проконтролировав ток холостого хода электродвигателя на разных частотах (скоростях) вращения шпинделя, можно составить заключение о качестве изготовле­ния и сборки механизма главного движения станка. Если значе­ния крутящего момента (мощности) холостого хода соответствуют или меньше паспортных данных, механизм главного движения станка собран правильно. Превышение крутящего момента (мощ­ности) холостого хода относительно допустимых (указанных в паспорте) свидетельствует о неисправности сборки или о неис­правности компонентов механизма главного движения. Превы­шение крутящего момента (мощности) холостого хода может быть связано с перекосами, возникшими при сборке механических узлов, с перетяжкой или неисправностью подшипников, непра­вильным зацеплением зубчатых передач и с другими неисправ­ностями механической части станка, которые необходимо выя­вить и устранить путем разборки-сборки узлов, ремонта или за­мены комплектующих.

Контроль мгновенного значения силы тока холостого хода элек­тродвигателя при установившейся частоте (скорости) вращения шпинделя позволяет диагностировать качество балансировки уз­лов главного движения. Если мгновенные значения крутящего момента (мощности) холостого хода при установившейся скоро­сти не меняются или меняются незначительно, то качество сбор­ки и балансировки главного привода удовлетворительное. Колеба­ния мгновенных значений нагрузки холостого хода в пределах одного оборота шпинделя являются свидетельством неправиль­ной балансировки главного привода. Эти колебания могут быть также связаны с неисправностью подшипников и с другими при­чинами, которые нужно устранить при ремонте и наладке.

Данный метод используется и для контроля качества баланси­ровки и закрепления в шпинделе детали в токарном станке или инструмента в расточно-фрезерном станке.

Контроль мгновенного значения силы тока холостого хода элек­тродвигателя при динамических режимах пуска, останова, пере­хода с одной скорости на другую позволяет выявить наличие люф­тов и зазоров в главном приводе. Осциллограмма крутящего мо­мента (зависимость изменения крутящего момента от времени) при динамическом режиме изменения скорости наглядно пока­зывает возникновение динамических ударных нагрузок, возника­ющих при выборке люфтов и зазоров механической части привода.

Контроль статического значения силы тока электродвигателя при резании (металлообработке) позволяет осуществить диагнос­тику технологического процесса. Соответствие крутящего момента (мощности) нагрузки при установившейся скорости расчетным значениям для данного технологического режима свидетельствует об исправности станка, инструмента и точном выполнении заданной программы обработки. Превышение крутящего момента (мощности) нагрузки при установившейся скорости относитель­но расчетного значения для данного технологического режима может быть связано со следующими причинами:

• неисправность обрабатывающего инструмента;

• несоответствие заготовки требованиям технологии (повышен­ные значения припуска и твердости материала заготовки);

• ошибки в управляющей программе или в ее отработке (несо­ответствие скорости вращения шпинделя технологическому ре­жиму, завышенные значения глубины резания, подачи и др.).

Данный подход широко применяется для диагностики инстру­мента, в том числе при контроле износа инструмента. Например, оператору станка с ЧПУ известно (информация может содержаться в программе), что при обработке исправным инструментом дета­ли № А в процессе операции № Б нагрузка в соответствии с тех­нологическим режимом обработки должна составлять Х% номи­нальной нагрузки. Если при обработке этой детали данные по на­грузке больше X, т. е. превышают расчетные, то это может свиде­тельствовать об износе инструмента и необходимости его замены.

Контроль динамического значения силы тока электродвига­теля при резании (металлообработке) позволяет осуществлять диагностику инструмента, заготовки и других технологических режимов. Колебания мгновенных значений нагрузки холостого хода в пределах одного оборота шпинделя свидетельствуют о некруглости заготовки при токарной обработке или о неисправно­сти инструмента при расточно-фрезерной обработке. Например, осциллограмма крутящего момента (мощности), показывающая колебания в пределах одного оборота при фрезеровании, харак­теризует неисправность инструмента (поломку режущих кромок фрезы и т.д.).