奥地利WFL车铣中心功能缺失故障一例

宓方玮 黄贤超 陈 滨

(中国工程物理研究院机械制造工艺研究所，四川绵阳 621900)

某公司2007年进口的奥地利WFL公司生产的某M系列车铣中心，自投入使用以来一直无法进行重量较大的轴类工件的加工，经多次维修以及与厂家联系均不能解决问题，极大限制了设备使用效率和技术能力。我们在接到该公司的维修请求后，通过对机床性能和技术资料的深入分析，在较短时间内查明故障原因，并恢复了机床功能，得到使用单位高度好评。

1 故障现象

机床在加工重量较大轴类工件时，启动主轴，主轴出现抖动并伴有嗡嗡的声响，随即数控系统出现一长串报警。

2 故障说明

机床需要加工的工件重量约400 kg，采用主轴卡盘夹紧，中心架支撑、尾座顶尖顶住的装夹方式。表1所展示的是设备允许的最大加工重量。

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在工件装夹过程中，工件本身经过粗加工并进行了正确的找正处理，不存在偏心现象，中心架和尾座的状态处于正常状态，系统报警也是由于主轴出现报警后所引发的一系列后续报警，所以基本可以确定故障是由于主轴上装夹了较大工件所导致的。但是工件的重量远远在机床允许的装夹重量之下，这个现象实在耐人寻味。

该车铣中心采用的是SINUMERIK840D数控系统及SIMODRIVE611D驱动系统。我们首先采取了常规的检修手段:对机床主轴驱动器和相关主轴参数进行了细致检查，没有发现有参数丢失和异常现象;更换新的主轴驱动器，故障依然如故。这就说明在主轴的电气驱动方面没有问题。

3 主轴控制原理及故障分析

3.1 主轴结构及控制原理

通过认真查阅相关技术资料我们发现:该机床的主轴在结构方面比较特殊，不同于WFL其它M系列车铣中心。它的主轴由内置的水冷三相交流电动机驱动，电动机电枢、主轴、夹头和被夹持的工件与电气传动装置及其控制设备一起构成一体的“机电装置”。很明显，这样的主轴结构下，工件特性将对整个系统的特性产生直接的影响，所以当主轴所夹持工件重量发生较重大改变时，必须对传动控制电路进行调谐以取得最好的动力学特性，从而获得最佳切削性能。通常加工过程中机床使用的是标准调谐频率，但是，对于某些工件和夹持位置，标准调谐可能引起自激的扭转振动。在扭转引起的自然谐振频率在150～200 Hz范围内且谐振很明显的工件中，即便刀具没有动作，通过速度控制电路，这些振动也可能被激发，只有通过适当经过匹配的数字滤波器才能阻止这些振动的发生。总之，这些工件只允许相对较小的夹持直径，特点是带有龙头或轴形前端或在相对较大的离心体后跟有收缩结构。

扭转引起自然谐振频率约为200 Hz的工件示例(简化模型，示意了扭杆和离心体)，见图1所示。

在夹持这样的工件并启动主轴后，就有可能在主轴上产生振动，并可以听到响亮的嗡嗡声或滴滴声。

3.2 故障分析

目前该机床所加工的工件重量约400 kg左右，在主轴夹持并启动主轴时会产生振动，就在于改变了主轴的动力学特性，引发系统激振所致，所以要获得稳定及良好的切削性能必须手动选择适当的控制电路调谐频率。厂家在MILLTURN诊断菜单(卡盘控制区)设定了一个操作界面，见图2所示。通过这个平台，操作员可以在不同的参数块中选择一个匹配参数，用于该工件的加工。

按下机床控制面板上的“诊断”键并随后按下软件键“夹头”后，图2所示界面将会出现。在不同的传动参数块之间切换时，首先要将光标定位在“传动参数块”区域内，然后按选择键，选择键按一次即跳到相邻的下一个参数块上。

如果在加工过程中，主轴运行变得不稳定(特别是直径较小、重量较大的长轴类工件或偏心的重量较大的长轴类工件常有这个问题)，这时可以应用M－函数(对于左主轴，M6=161～164;对于右主轴，M15=161～164，每个参数各包含KP和CF两个参数)在NC程序中进行参数块的切换。

S1主参数设定:

M6=161 S1主轴参数设定转换1

M6=162 S1主轴参数设定转换2

M6=163 S1主轴参数设定转换3

M6=164 S1主轴参数设定转换4

S2主参数设定:

M15=161 S2主轴参数设定转换1

M15=162 S2主轴参数设定转换2

M15=163 S2主轴参数设定转换3

M15=164 S2主轴参数设定转换4

弄清上述原理后，我们在MILLTURN诊断菜单去找到了图2所示的操作界面，但是发现机床上该操作界面是灰色的，界面上“主轴1驱动器参数模块”下的可以下拉的数据框内没有数据;在NC程序中加入或在MDI方式下执行M6=161～164指令，机床也没有相应反应。这就说明该功能没有激活。

3.3 得出的结论

由此我们得出如下结论:某公司的车铣中心在夹持大型工件时出现主轴振动啸叫问题，并长期无法进行大型轴类工件加工的根源在于:设备功能缺失。

4 问题的解决方法及过程

我们联系了设备的代理商，把故障现象、自己的分析和判断，详细地与厂家进行了反复沟通，最后厂家确认了我们的结论，承认了他们工作的失误，并把解决方案传真给我们。

功能恢复的方法是必须在数控系统硬盘的C盘下找到“FILTER.INI”的文件，要对该文件内容进行修改，并保存。进行这项工作，需要了解特殊的操作方法和步骤，才能完成，有相当的风险(搞不好会导致数控系统数据丢失甚至瘫痪死机)，而且这种方法和步骤在我们目前的数控系统资料中都是没有的，只有在系统商级别才能够了解。

具体做法是:启动数控系统→进入Windows启动菜单→选1进入Windows→输入密码:SUNRISE→进入Windows界面→选择“我的电脑”→选择C盘→找到oem文件夹→找到“FILTER.INI”文件→打开“FILTER.INI”文件→找到内容为［S1－filter］vorhanden=0→更改vorhanden=1→对“FILTER.INI”文件进行修改并保存后，重启系统。

重启系统后，发现新的问题:在汉化版本下依然没有相应界面出现，需要在英文版本下才出现，说明该机床数控系统汉化做得不好，存在问题。处理办法是先在英文版本下进行手动谐振参数选择，选择好匹配的参数后再切换回中文界面。

恢复了机床功能后，我们又与操作工密切合作，对相关的主轴滤波参数和工艺参数进行调整，匹配出最佳调整方案，从而使主轴振动现象得以消失。上述工件的加工取得理想效果，并彻底解决了自该车铣中心引进后长期困扰的大型轴类工件无法加工的问题。

5 结语

该车铣中心功能缺失这一维修实例为我们提供了如下的经验教训:在维修时，如果不注重对技术资料的研究并对技术原理进行认真分析和理解，仅仅通过表面现象去处理问题，很容易把自己陷入误区;而在理解技术原理的基础上进行维修，就会目的性明确，切实提高维修效率，达到良好的维修效果和效益。

此次维修工作的亮点在于:我们从原理和实际现状方面找出了令使用单位和设备制造商都信服的证据，最终使不能正常发挥功效达5年之久的进口设备恢复到正常状态，为国家和企业挽回了损失，为自己赢得了荣誉。

［1］SINUMERIK 840D数控系统参数说明书［Z］.