1. Description du problème et champ d'application
Ce manuel est destiné au diagnostic du système et au dépannage des erreurs de positionnement qui se produisent dans les machines-outils CNC telles que les machines de fraisage, de tournage, de meulage et d'électroérosion. Un positionnement inexact peut entraîner des défauts de production, une augmentation du temps de cycle, des dommages aux outils et à la machine. Trois grandes catégories d’erreurs de positionnement sont définies selon le degré de criticité :
- Critique (Critique) : Les erreurs de positionnement qui dépassent les limites de tolérance de la pièce de plus de 50 % entraînent une défaillance complète du produit, des dommages à la machine ou à l'outil. Ils exigent l'arrêt immédiat des équipements.
- Majeur : Erreurs de positionnement comprises entre 25 et 50 % de la tolérance autorisée de la pièce. Peut conduire à des pièces acceptables sous condition ou à la nécessité de retouches. Ils nécessitent un arrêt programmé pour le diagnostic.
- Insignifiant (mineur) : Erreurs de positionnement allant jusqu'à 25 % de la tolérance autorisée de la pièce, mais déjà observées par l'opérateur ou enregistrées par le système de surveillance. Ils indiquent le début d’une dégradation du système. Ils nécessitent une surveillance et une inclusion dans la maintenance planifiée.
2. Précautions
ATTENTION : Avant de commencer tout travail de diagnostic ou de réparation sur des machines CNC, des règles de sécurité strictes doivent être respectées. Le non-respect de ces instructions pourrait entraîner des blessures graves, voire la mort, ou endommager l'équipement.
- Verrouillage et marquage (LOTO) : Assurez-vous d'effectuer la procédure de verrouillage et de marquage (Lockout/Tagout) conformément aux instructions internes de l'entreprise et aux exigences des normes (par exemple, DSTU EN 1037, ISO 14118). Assurer l’arrêt complet de toutes les sources d’énergie (électriques, hydrauliques, pneumatiques).
- Énergie résiduelle : Assurez-vous que toute l'énergie résiduelle (dans les condensateurs, les ressorts, les accumulateurs hydrauliques, les systèmes pneumatiques) est déchargée ou bloquée.
- Équipement de protection individuelle (EPI) : Utilisez toujours des EPI appropriés : lunettes de sécurité, gants de travail, chaussures de sécurité, vêtements de protection. Utilisez des gants et des outils diélectriques lorsque vous travaillez avec des composants électriques.
- Surfaces/composants chauds : Soyez prudent car certains composants (moteurs, entraînements, broches) peuvent être chauds même après la mise hors tension.
- Pièces mobiles : Ne travaillez jamais avec des protections ouvertes lorsque la machine est en marche. Évitez tout contact avec les pièces mobiles (SHP, guides linéaires).
3. Outils de diagnostic nécessaires
| Outil | Spécification/Modèle | Plage de mesure | Objectif |
|---|---|---|---|
| Multimètre numérique | True RMS, pas inférieur à la classe de précision 0,5 | Tension : jusqu'à 1 000 V (AC/DC) ; Courant : jusqu'à 10 A (AC/DC) ; Résistance : jusqu'à 50 MΩ | Vérification de l'alimentation électrique, de l'intégrité des câbles, de la résistance des enroulements du moteur, des signaux du codeur (tension). |
| Indicateur de type horloge/indicateur denté à levier | Classe de précision 0,001 mm, plage 0-10 mm | Précision : ±0,001 mm | Mesures du jeu, du faux-rond, du parallélisme, de la perpendiculaire et du déplacement axial. |
| Interféromètre laser | HEIDENHAIN, Renishaw ou équivalent | Longueur : jusqu'à 80 m ; Précision : ±0,5 μm/m | Mesure de haute précision de la précision linéaire, de la répétabilité, du jeu, de l'erreur de pas, de la rectitude. Correspondance ISO 230-2. |
| Imageur thermique (caméra thermographique) | Plage de température : -20°C à +350°C ; Précision : ±2°C ou 2% | Résolution : 320x240 IR | Détection de surchauffe des roulements, moteurs, accouplements, sources de déformation thermique des éléments de structure. |
| Oscilloscope numérique | Bande passante : au moins 100 MHz ; 2-4 canaux | Fréquence d'échantillonnage : au moins 1 Gwib/s | Analyse des signaux de retour des codeurs (signaux en quadrature, sinusoïdaux, impulsions), diagnostics de bruit, interférences, distorsions. |
| Analyseur de vibrations | Plage de fréquence : 0,5 Hz - 20 kHz ; Accéléromètre : 100 mV/g | Plage dynamique : >80 dB | Détection de balourd, d'incohérence, de défauts de roulements dans les boîtes de vitesses, les moteurs. Correspondance ISO 10816. |
| Logiciel de diagnostic d'asservissement | SEDRIVE (Siemens), DriveMonitor (FANUC), Servus (Bosch Rexroth) ou similaire | Cela dépend du fabricant | Analyse des paramètres d'asservissement, réglages du contrôleur PID, surveillance des erreurs, oscillographie des signaux internes. |
4. Liste de contrôle pour l'évaluation initiale
Avant de lancer un diagnostic détaillé, il est nécessaire de collecter un maximum d'informations sur les conditions du dysfonctionnement.
| Paramètre | Que faut-il observer/enregistrer | Objectif |
|---|---|---|
| Conditions d'utilisation | Température dans l'atelier (°C), humidité (%), présence de courants d'air, stabilité de l'alimentation (V). | Détection de l'influence du milieu extérieur, notamment sur la stabilité thermique. |
| Historique des alarmes | Notez les codes d'erreur de la CNC (par exemple, FANUC SV0401, Siemens 25000), l'heure et la fréquence de leur apparition. | Identification du type de dysfonctionnement et de sa fréquence. |
| Heure d'apparition de l'erreur | L'erreur apparaît-elle immédiatement après le démarrage, après une longue course ou après certains mouvements ? | Indique des problèmes thermiques ou une dépendance à la charge. |
| Localisation des erreurs | Sur quel axe (X, Y, Z, A, B) l'erreur est-elle observée ? Dans quelle amplitude de mouvement ? | Aide à affiner votre recherche à un système mécanique ou électrique spécifique. |
| Résultats du traitement | Contrôle des pièces traitées (imprécision des dimensions, manque de rondeur, marches sur les surfaces). Photos de défauts. | Identification visuelle de la nature de l'erreur de positionnement. |
| Modifications récentes | La maintenance a-t-elle été effectuée, les composants remplacés, le logiciel du logiciel CPC mis à jour et les programmes de traitement modifiés ? | Identifier les causes potentielles liées aux interventions récentes. |
| Bruits/vibrations mécaniques | Bruits inhabituels (grincements, bourdonnements, cognements) ou vibrations lors du mouvement de l'axe. | Signes d'usure ou de dommages mécaniques. |
5. Algorithme de diagnostic systématique
Suivez cet algorithme étape par étape pour identifier systématiquement la cause de l’erreur de positionnement.
- Contrôle initial (sans alimentation) :
- Inspection visuelle :
- Vérifiez l'état des câbles des moteurs, des encodeurs et des capteurs, les courbures et la fiabilité des connexions.
- Inspectez les accouplements entre le moteur et la boîte de vitesses pour détecter tout jeu, tout dommage ou toute vis desserrée.
- Vérifier la présence de corps étrangers sur le SHP, guides linéaires.
- Inspectez les capots de protection pour détecter tout dommage susceptible de gêner le mouvement.
- Contrôle mécanique manuel :
- Débranchez l'embrayage du servomoteur du SHV. Essayez de tourner le SHVP manuellement. SI La vanne tourne fermement ou avec une résistance notable ALORS vérifiez les roulements de la vanne, la présence de saletés, les dommages à l'écrou de la vanne (voir 7.1.3).
- Faites défiler le servomoteur manuellement. SI tourne de manière raide ou bruyante ALORS vérifiez les roulements du moteur.
- Déplacer l'axe de la machine manuellement (avec la télécommande débranchée ou le moteur arrêté). SI le mouvement se produit par à-coups ou avec un effort important ALORS vérifiez les guides linéaires, leur lubrification, la présence de dommages mécaniques.
- Inspection visuelle :
- Diagnostic du jeu des vis à billes (Ball Screw Backlash) :
- Mesure du jeu des vis à billes à l'aide d'un indicateur :
- Installer un indicateur de type horloge sur le bâti de la machine, poser sa jambe contre la partie mobile de l'axe (par exemple, une table).
- Passez en mode MDI dans le CPC.
- Déplacez l'axe vers la position où l'erreur se produit.
- Effectuez un petit mouvement (par exemple 10 mm) dans une direction (par exemple +X). Enregistrez la lecture de l’indicateur.
- Effectuez un petit mouvement (par exemple 10 mm) dans le sens opposé (-X). Enregistrez la lecture de l’indicateur.
- SI la différence entre les lectures de l'indicateur dépasse 0,02 mm ALORS la cause probable est le jeu de la tige de valve.
- SI le jeu est compris entre 0,005 mm et 0,02 mm ALORS il s'agit d'un signe d'usure initiale qui nécessite une surveillance ou une maintenance programmée.
- Particulièrement critique : jeu > 0,05 mm.
- Contrôle des roulements de la vanne :
- Vérifier le déplacement axial du support de vanne à l'aide de l'indicateur.
- SI le déplacement axial dépasse 0,005 mm ALORS les roulements du SHV doivent être remplacés ou ajustés.
- Utilisez un analyseur de vibrations. Mesurez la vibration sur les supports du SHVP. SI le niveau de vibration total dépasse 4,5 mm/s (RMS) ou des fréquences caractéristiques des roulements sont observées ALORS les roulements sont usés.
- Vérification de la fixation de l'écrou à vis :
- Inspectez la fixation de l'écrou à vis à la partie mobile pour déceler du desserrage.
- Serrez les fixations au couple recommandé (voir la documentation OEM).
- Mesure du jeu des vis à billes à l'aide d'un indicateur :
- Diagnostic du retour d'encodeur (Encoder Feedback) :
- Contrôle de l'intégrité du câble de l'encodeur :
- ATTENTION : Coupez l'alimentation de la CNC !
- A l'aide d'un multimètre, vérifier la conductivité de chaque conducteur du câble codeur. La résistance doit être <1 ohm.
- Vérifiez l'isolation du câble pour déceler un court-circuit avec le corps ou entre lui-même. La résistance doit être >1 MΩ.
- SI un circuit ouvert ou un court-circuit est détecté ALORS remplacez le câble de l'encodeur.
- Analyse des signaux du codeur avec un oscilloscope :
- Connectez l'oscilloscope aux sorties A, B, Z du codeur (signaux différentiels éventuels).
- Déplacez l'essieu manuellement ou à basse vitesse.
- SI les signaux en quadrature (A et B) n'ont pas de déphasage de 90° ± 10° ou ont une amplitude inégale (plus de 10 % de la valeur nominale) ALORS encodeur défectueux ou règle sale.
- IF signal Z (repère de référence) manquant ou instable ALORS encodeur défectueux ou règle sale.
- SI les signaux présentent un bruit ou une distorsion importante. ALORS vérifiez le blindage des câbles et la mise à la terre du système.
- Exemple de valeurs seuil : pour les codeurs TTL, l'amplitude des signaux doit être comprise entre 4,5 et 5,5 V. Pour les sinusoïdes - 0,5-1,2 V crête-crête.
- Vérifiez la présence de contamination ou de dommages sur la ligne de l'encodeur :
- ATTENTION : Coupez l'alimentation électrique de la CNC !
- Inspectez la règle optique ou la bande magnétique de l'encodeur pour déceler toute saleté, poussière, graisse et rayures.
- Nettoyez soigneusement la règle avec un agent spécial pour optique (sans abrasif) ou de l'alcool isopropylique.
- SI la règle est endommagée (rayures profondes, éclats) ALORS remplacez la règle ou l'encodeur.
- Vérification du décalage de l'encodeur/règle d'échelle :
- Vérifiez la fiabilité de la fixation de la tête de lecture de l'encodeur et de la règle elle-même.
- Vérifiez l'écart recommandé entre la tête de lecture et la règle (généralement 0,1 à 0,2 mm). Ajustez au besoin.
- Contrôle de l'intégrité du câble de l'encodeur :
- Diagnostic de compensation thermique (compensation thermique) :
- Surveillance de la température :
- Utilisez une caméra thermique pour surveiller la température de la poupée mobile, du plateau, des roulements et des moteurs pendant le fonctionnement de la machine.
- Comparez la température avec les valeurs nominales ou avec les températures de nœuds de travail similaires.
- SI la température du SHP en partie centrale s'écarte des bords de plus de 5°C après 30 minutes de fonctionnement ALORS déformation thermique probable.
- Vérification des capteurs de température :
- ATTENTION : Coupez l'alimentation du PDA !
- Vérifiez la résistance des thermistances ou des thermocouples, s'ils sont installés sur le SVP ou sur d'autres composants. Comparez avec les données du tableau ou les lectures d'un capteur fonctionnel.
- Vérifiez l'intégrité du câblage vers les capteurs de température.
- Réglage des paramètres du CPC :
- Vérifiez si la fonction de compensation thermique est activée dans les paramètres du CPC.
- Vérifier les paramètres de compensation (coefficients de dilatation, points de mesure). Si nécessaire, consulter la documentation du constructeur de la machine.
- Surveillance de la température :
- Diagnostics de réglage du servo :
- Analyse des erreurs du servo :
- Utilisez un logiciel de diagnostic du servo (tel que DriveMonitor) pour lire le journal des erreurs et les paramètres du servo.
- Faites attention aux erreurs de positionnement, aux erreurs de courant, aux erreurs de vitesse.
- Vérification des paramètres de gain :
- Vérifiez les valeurs de gain proportionnel (P), intégral (I) et différentiel (D) (contrôleur PID) pour l'axe correspondant.
- SI les valeurs sont très différentes des réglages d'usine ou des réglages d'autres axes sains ALORS probablement, le servo est en panne.
- Régler automatiquement le servo, si possible, en suivant les instructions du fabricant.
- Surveillance du signal d'asservissement avec un oscilloscope :
- Connectez l'oscilloscope au courant de sortie du servoamplificateur et surveillez la forme d'onde pendant le mouvement de l'axe.
- SI la forme d'onde du courant présente des oscillations, un dépassement important ou le courant de repos est nettement supérieur à la valeur nominale ALORS le servo doit être réglé ou il y a un problème mécanique (frottement, friction élevée).
- Vibrations mécaniques :
- À l'aide d'un analyseur de vibrations, mesurez les vibrations sur le moteur, l'embrayage et la boîte de vitesses.
- SI à certaines fréquences du mouvement de l'axe, il y a des vibrations importantes (> 3 mm/s RMS) qui résonnent avec les fréquences du servo ALORS le réglage du servo peut entrer en conflit avec la résonance mécanique du système.
- Analyse des erreurs du servo :
6. Matrice des dysfonctionnements et des causes
| Symptôme | Causes probables (par ordre décroissant de probabilité) | Test diagnostique | Résultat attendu lors de la confirmation de la cause |
|---|---|---|---|
| Imprécision du positionnement, notamment lors du changement de direction du mouvement (toujours plus importante lors du déplacement dans une direction) | Jeu du SHP (usure des écrous, roulements) ; Affaiblissement de l'embrayage servomoteur-SHV ; Déplacement des supports du SHVP. | Mesure du jeu avec un indicateur ; Vérification du jeu de l'embrayage ; Vérification du déplacement axial des supports SHVP. | Les lectures de l'indicateur changent de >0,02 mm lors du changement de direction ; L'accouplement présente un jeu visible ou une fixation lâche ; Déplacement axial des supports SHVP >0,005 mm. |
| Positionnement instable, erreurs de positionnement périodiques, "à-coups" de l'axe | Contamination/endommagement de la tête de règle/encodeur ; Câble d'encodeur défectueux ; Encodeur défectueux ; Interférence électromagnétique. | Inspection visuelle de la règle/tête ; Analyse des signaux codeurs avec un oscilloscope ; Vérification de l'intégrité du câble ; Vérification de la mise à la terre. | Saleté, rayures sur la règle ; Signaux d'encodeur déformés, bruyants ou manquants ; Rupture de câble/court-circuit ; Mauvaise mise à la terre de l'écran. |
| L'erreur de positionnement augmente avec le temps de fonctionnement de la machine ou après le chauffage | Déformation thermique du SHVP/lit ; Dysfonctionnement du système de compensation thermique ; Surchauffe des composants. | Surveillance de la température avec une caméra thermique ; Vérification des capteurs de température ; Vérification des paramètres du CPK. | Une différence de température significative du PSH sur toute sa longueur (>5°C) ; Lectures incorrectes du capteur ; Compensation thermique inactive ou mal configurée. |
| Oscillations de l'axe en position statique, réponses lentes ou imprécises aux commandes, augmentation du bruit du moteur | Réglage du servo incorrect (gain P, I, D) ; Résonance mécanique ; Servomoteur/entraînement défectueux. | Diagnostics du logiciel servo (journal des erreurs, paramètres) ; Analyse du courant moteur avec un oscilloscope ; Analyse vibratoire. | Erreurs de positionnement élevées dans le magazine ; Oscillations du courant du moteur ; Pics de résonance des vibrations à des fréquences proches des fréquences d'asservissement ; Valeurs P, I, D incorrectes. |
| Imprécision générale sur tout l'axe, "chute" des marques | Problèmes de fixation de la règle/encodeur ; Écart incorrect entre la tête et la règle. | Inspection visuelle, contrôle des fixations ; Mesurer l'écart avec une jauge d'épaisseur. | La règle vacille, les vis sont desserrées ; Le jeu est hors spécifications (par exemple >0,25 mm ou <0,05 mm). |
7. Analyse des causes profondes de chaque dysfonctionnement
7.1. Jeu de vis à billes (jeu de vis à billes)
7.1.1. Usure de l'écrou de la vis :
- POURQUOI : Raison la plus courante. L'usure résulte du frottement des billes contre les chemins de roulement de l'écrou et de l'arbre du SHV. Accélère en cas de lubrification insuffisante, de surcharge ou de présence de particules abrasives. L'usure de l'écrou entraîne une augmentation de l'écart entre les billes et les chenilles, ce qui se manifeste par un jeu.
- COMMENT CONFIRMER : Mesurez le jeu du SHV à l'aide d'un interféromètre laser (selon ISO 230-2) ou d'un indicateur de type montre. Déplacement manuel de l'axe de la machine avec le moteur débranché : une grande liberté de mouvement se fera sentir.
- DOMMAGES SI NON SUPPRIMÉS : Imprécision de positionnement, conicité, non-arrondi des pièces. Augmentation des vibrations, qui accélère l'usure des autres composants mécaniques (roulements, guides linéaires). Dommages à l'outil et à la machine dus à des charges dynamiques excessives.
7.1.2. Usure ou endommagement des roulements du SHVP :
- POURQUOI : Les butées sphériques (généralement à poussée radiale) garantissent la rigidité et la précision du positionnement axial. Leur usure, une précharge inappropriée ou des dommages (par exemple dus à des chocs) entraînent un jeu axial du SHV et un voile radial transmis à l'essieu.
- COMMENT CONFIRMER : Mesure du déplacement axial des supports du SHVP avec un indicateur. Analyse des vibrations des roulements. Un frottement ou un bruit caractéristique peut être ressenti lors de la rotation manuelle de la vanne.
- DOMMAGES SI NON RÉPARÉS : Positionnement instable, vibrations, augmentation du bruit, surchauffe des roulements, pouvant entraîner la destruction du support et du SHV.
7.1.3. Affaiblissement de l'embrayage servomoteur-SHV :
- POURQUOI : L'embrayage transmet le couple du servomoteur au servomoteur. Son affaiblissement, l'usure des éléments amortisseurs ou des cannelures entraînent la perte de synchronisation entre la rotation du moteur et le mouvement de l'axe, créant un jeu.
- COMMENT CONFIRMER : Inspectez visuellement l'accouplement pour détecter tout jeu lorsque vous essayez de le tourner à la main. Vérification du serrage des vis de fixation.
- DOMMAGES SI NON RÉPARÉS : Erreurs de positionnement se produisant de manière aléatoire ou avec des changements de direction rapides. Charge excessive sur le servomoteur et le servomoteur, pouvant entraîner leur usure prématurée.
7.2. Problèmes de retour d'encodeur
7.2.1. Contamination ou dommages à la tête de règle/encodeur :
- POURQUOI : La poussière, la graisse, le liquide de refroidissement ou les copeaux métalliques qui se déposent sur la règle optique ou la bande magnétique empêchent une lecture correcte. Les rayures ou les dommages mécaniques sur la règle/tête déformeront également le signal.
- COMMENT CONFIRMER : Inspection visuelle de la règle et de la tête d'encodeur. Analyse des signaux avec un oscilloscope : les signaux peuvent être manquants, déformés ou la marque Z peut "disparaître".
- DOMMAGES SI NON RÉPARÉS : Erreurs de positionnement chaotiques, impossibilité de sortir au point de référence, dysfonctionnements de la CNC, mouvement des axes avec des "à-coups". Peut provoquer une collision, des dommages à l'outil et à la machine.
7.2.2. Câble d'encodeur défectueux ou mauvais contact :
- POURQUOI : Les câbles posés dans les chemins de câbles sont sujets à l'usure mécanique et aux torsions. Une rupture de conducteur, un court-circuit entre les conducteurs ou à la "terre", ou une oxydation des contacts entraîne une perte ou une distorsion des signaux.
- COMMENT CONFIRMER : Vérification de l'intégrité du câble avec un multimètre (résistance, isolation). Analyse des signaux avec un oscilloscope - les signaux peuvent être de faible amplitude, très bruyants ou totalement absents.
- DOMMAGES SI NON RÉPARÉS : Perte de contrôle des axes, mouvements incontrôlés, alarmes CNC (par exemple "erreur d'encodeur"). Risque élevé de collision et de dommages accidentels aux équipements.
7.2.3. Défaillance de l'encodeur lui-même :
- POURQUOI : Les composants électroniques internes de l'encodeur (éléments optiques, photorécepteurs, microcircuits) peuvent tomber en panne en raison du vieillissement, d'une surchauffe, de chutes de tension, de vibrations ou de chocs mécaniques.
- COMMENT CONFIRMER : Après avoir exclu d'autres causes (câble, règle), le dysfonctionnement de l'encodeur est confirmé par l'absence ou des signaux de sortie incorrects lors de l'alimentation et du déplacement.
- DOMMAGES SI NON RÉPARÉS : Perte totale du retour d'axe entraînant l'arrêt de la machine.
7.3. Problèmes de compensation thermique
7.3.1. Déformation thermique du SHVP ou du cadre de lit :
- POURQUOI : L'échauffement du SHP pendant le fonctionnement (en raison du frottement) entraîne sa dilatation thermique. Si la machine ne dispose pas d'un système de refroidissement efficace du SHP ou d'une compensation thermique activée, la dilatation entraîne un changement de la position réelle par rapport au point de consigne. Le lit peut également chauffer, provoquant des déformations.
- COMMENT CONFIRMER : Mesure de la température du SHP avec une caméra thermique ou des thermomètres à contact. Détection de l'écart entre la position spécifiée et la position réelle, qui augmente avec le temps de fonctionnement de la machine. Mesure de précision linéaire avec un interféromètre laser après "échauffement" de la machine.
- DOMMAGES SI NON RÉPARÉS : Erreurs dans les dimensions des pièces qui changent au cours d'un quart de travail. Réduction de la précision et de la qualité du traitement.
7.3.2. Dysfonctionnement des capteurs de température ou du système de refroidissement :
- POURQUOI : Si la machine est équipée de capteurs de température pour la compensation, leur dysfonctionnement (rupture, court-circuit, panne) entraîne des données incorrectes pour la CNC. Un dysfonctionnement de la pompe ou une contamination des filtres du système de refroidissement du SHP entraîne sa surchauffe.
- COMMENT CONFIRMER : Vérification des lectures des capteurs de température dans le système de diagnostic CHPC. Vérification de l'intégrité du câblage du capteur. Vérification des performances du système de refroidissement (débit de fluide, pression).
- DOMMAGES SI NON SUPPRIMÉS : Identique à la déformation thermique. De plus, une surchauffe peut accélérer l’usure de la tige de soupape et des roulements.
7.4. Problèmes de configuration des servos
7.4.1. Réglage incorrect des paramètres du contrôleur PID :
- POURQUOI : Les paramètres de gain du servo (P, I, D) déterminent la réponse du système aux signaux de commande et aux perturbations. Des valeurs incorrectes (telles qu'un gain P trop élevé ou un gain I trop faible) peuvent entraîner des oscillations, des dépassements, une réponse lente ou un maintien de position inexact.
- COMMENT CONFIRMER : Analyse des oscillogrammes de mouvement et de courant moteur à l'aide d'un logiciel de diagnostic d'asservissement. Observer la réponse de l'axe à la commande de mouvement (y a-t-il oscillation, réajustement).
- DOMMAGES SI NON SUPPRIMÉS : Mouvement irrégulier de l'axe, vibration, surchauffe du moteur, réduction de la précision du traitement, usure rapide des composants mécaniques en raison de charges dynamiques accrues.
7.4.2. Résonance mécanique :
- POURQUOI : Chaque système mécanique possède ses propres fréquences de résonance. Si les fréquences du servo (surtout en cas de réglage incorrect) coïncident avec ces fréquences de résonance, des vibrations importantes se produisent qui dégradent la précision du positionnement.
- COMMENT CONFIRMER : Analyse des vibrations de fréquence à l'aide d'un analyseur de vibrations. Détection des pics de vibrations à des fréquences coïncidant avec les fréquences de fonctionnement du servo variateur.
- DOMMAGES SI NON RÉPARÉS : Vibrations excessives entraînant une usure rapide des roulements, des garnitures mécaniques, un desserrage des fixations et une dégradation importante des surfaces usinées.
8. Procédures de dépannage étape par étape
8.1. Élimination du contrecoup du SHP
- Remplacement de l'écrou de commutation :
- SÉCURITÉ : effectuez la procédure LOTO.
- Débranchez l'écrou de la vis de la partie mobile de l'essieu.
- Retirez l'écrou de l'arbre de prise de force (un dispositif spécial peut être nécessaire pour empêcher les billes de se désagréger).
- Installez un nouvel écrou de tige de valve en suivant les instructions du fabricant. Assurez-vous que l'orientation est correcte.
- Fixez l'écrou à la partie mobile avec le couple de serrage recommandé (par exemple, 80-120 Nm pour M10).
- VÉRIFIER : Répétez la mesure du jeu avec un indicateur ou un interféromètre laser. Jeu admissible <0,01 mm.
- Remplacement ou réglage des roulements du support SHV :
- SÉCURITÉ : Effectuer la procédure LOTO.
- Démonter les supports du SHVP.
- Remplacez les roulements par des neufs (généralement un jeu de butées radiales avec précharge). Utilisez un outil spécial pour l'installation.
- Installer les supports en place en respectant le couple de serrage recommandé des boulons de fixation.
- VÉRIFIER : Mesurez le déplacement axial des supports SHVP avec un indicateur. Il doit être <0,003 mm. Réaliser une analyse vibratoire.
- Serrage ou remplacement de l'accouplement servomoteur-SHV :
- SÉCURITÉ : Effectuer la procédure LOTO.
- Vérifier le serrage des vis d'embrayage. Serrez au couple recommandé par le fabricant (par exemple, 15-25 Nm pour les accouplements montés sur arbre).
- Si l'accouplement est usé ou endommagé, remplacez-le par un neuf.
- VÉRIFIER : Contrôle visuel de l'absence de jeu. Test de l'axe à basse vitesse.
8.2. Dépannage du retour d'encodeur
- Nettoyage de la règle et de la tête d'encodeur :
- SÉCURITÉ : effectuez la procédure LOTO.
- Nettoyez soigneusement la règle et les éléments optiques de la tête codeuse avec un chiffon doux et non pelucheux imbibé d'alcool isopropylique ou d'un agent spécial pour optique. N'utilisez pas de matériaux abrasifs !
- VÉRIFIER : Après le nettoyage, analysez les signaux avec un oscilloscope. Les signaux doivent être propres, sans bruit, avec une phase et une amplitude correctes.
- Remplacement du câble de l'encodeur :
- SÉCURITÉ : effectuez la procédure LOTO.
- Débranchez l'ancien câble. Posez un nouveau câble en suivant le tracé et les rayons de courbure d'origine. Évitez les tensions et les dommages mécaniques.
- Connectez le nouveau câble en vous assurant que chaque conducteur est correctement connecté (broche à broche).
- VÉRIFIER : Vérifiez l'intégrité du nouveau câble avec un multimètre. Analysez les signaux du codeur avec un oscilloscope.
- Remplacement de l'encodeur :
- SÉCURITÉ : effectuez la procédure LOTO.
- Démontez l'encodeur défectueux.
- Installez le nouvel encodeur en veillant à un bon alignement et à l'écart recommandé entre la tête et la règle (généralement 0,1 à 0,2 mm).
- Fixez l'encodeur avec le couple recommandé.
- VÉRIFIER : Après l'installation, analysez les signaux avec un oscilloscope. Effectuez la procédure de définition du point de référence (point zéro) du CPC.
8.3. Élimination des problèmes de compensation thermique
- Vérification et activation de la compensation thermique dans le CPC :
- Saisissez les paramètres du CPC. Vérifier l'état de la fonction de compensation thermique (ON/OFF). S’il est désactivé, activez-le.
- Vérifiez les paramètres de compensation (par exemple, les coefficients de dilatation thermique pour un SHVP spécifique). Si nécessaire, ajuster selon la documentation du fabricant de la machine-outil ou avec un interféromètre laser après avoir mesuré la déformation.
- VÉRIFIER : Après avoir effectué les modifications, réchauffez la machine et mesurez la précision du positionnement à l'aide d'un interféromètre laser.
- Diagnostic et réparation du système de refroidissement SHP :
- SÉCURITÉ : effectuez la procédure LOTO.
- Vérifiez le niveau du liquide de refroidissement, l'état de la pompe, des filtres et de l'échangeur de chaleur.
- Nettoyez les filtres, remplacez le liquide, réparez ou remplacez la pompe/échangeur de chaleur si nécessaire.
- VÉRIFIER : Surveillance de la température de l'échangeur thermique avec une caméra thermique ou des capteurs intégrés. La température ne doit pas dépasser les valeurs nominales (par exemple +5°C par rapport à la température ambiante) après une heure de fonctionnement.
8.4. Paramètres des servos
- Exécution du réglage automatique du servo :
- Démarrez le logiciel de diagnostic du servo (par exemple, Servus, DriveMonitor).
- Sélectionnez la fonction de réglage automatique. Suivez les instructions du fabricant du logiciel et du servo. La machine effectuera des mouvements de test pendant le réglage automatique.
- VÉRIFIER : Après le réglage automatique, vérifiez les paramètres de gain. Testez le démarrage de l'axe, en observant le mouvement et l'absence d'oscillations.
- Ajustement manuel des paramètres du contrôleur PID :
- Si l'ajustement automatique n'a pas donné de résultats ou n'est pas disponible, effectuez un ajustement manuel.
- Ajustez séquentiellement les paramètres de gain P, I, D, en commençant par P. Augmentez P jusqu'au moment des oscillations, puis diminuez un peu. Ensuite, ajustez I et D pour optimiser la réponse et éliminer les erreurs statiques.
- VÉRIFIER : Utilisez la fonction oscilloscope du logiciel de diagnostic d'asservissement pour surveiller l'erreur de positionnement et le courant du moteur. Le mouvement doit être fluide, sans ajustements ni oscillations.
- Identifier et éliminer les sources de résonance mécanique :
- À l'aide d'un analyseur de vibrations, identifiez les composants qui vibrent à des fréquences de résonance.
- Vérifier la rigidité de la fixation des moteurs, des supports du SHVP et des guides linéaires. Serrez toutes les attaches desserrées.
- Si la vibration est due à un balourd, équilibrez les pièces en rotation (par exemple le volant moteur).
- VÉRIFIER : Réanalyse des vibrations. Le niveau de vibration doit être dans les limites normales (généralement < 2,8 mm/s RMS pour les machines neuves, < 4,5 mm/s RMS pour les machines usées).
9. Mesures préventives
| La cause première | Stratégie de prévention | Méthode de surveillance | Intervalle recommandé |
|---|---|---|---|
| Usure de l'écrou et des roulements SHP | Lubrification régulière de la vanne et des roulements conformément aux instructions du fabricant (ISO 100). Utilisation de lubrifiant de haute qualité. Protection contre la pollution (housses de protection réparables). | Mesure du jeu avec un indicateur ; Analyse des vibrations des roulements ; Surveillance de la consommation de courant du servomoteur. | Mensuel (contrecoup) ; Annuellement (vibration); Hebdomadaire (lubrification). |
| Encrassement/endommagement du codeur | Nettoyage régulier de la règle et de la tête codeur. Vérification de l'intégrité des housses de protection. | Inspection visuelle de la règle et de la tête ; Analyse des signaux codeurs avec un oscilloscope (programmé). | Mensuel (inspection/nettoyage); Annuellement (analyse du signal). |
| Déformation thermique | Assurer une température stable dans le magasin. Activation et réglage correct de la fonction de compensation thermique du CHPC. Maintenance du système de refroidissement SHVP. | Surveillance de la température du SHP avec une caméra thermique ; Vérification de l'efficacité du système de refroidissement. | Trimestriel (thermographie); Annuellement (entretien du système de refroidissement). |
| Dégradation du servo/réglage incorrect | Ajustement automatique prévu des servomoteurs. Contrôle régulier des composants mécaniques pour éviter les résonances. | Analyse des paramètres des servos via un logiciel de diagnostic ; Analyse vibratoire des moteurs et SHV. | Annuellement (ajustement automatique); Annuellement (analyse vibratoire). |
| Problèmes de câble | Inspection régulière des goulottes de câbles pour vérifier l'usure des câbles et leur bon acheminement. | Inspection visuelle des câbles ; Vérification de la résistance et de l'isolation des câbles avec un multimètre (prévu). | Trimestriel (inspection visuelle); Une fois tous les 2 ans (mesures électriques). |
10. Pièces de rechange et composants
| Description de la pièce | Spécification | Quand remplacer | Catégorie UNITEC |
|---|---|---|---|
| Écrou ShVP | Selon le modèle SHVP (par exemple, THK BNK, NSK BSS). Classe de précision C3/C5. | Avec jeu >0,02 mm ou usure importante. | Transmission de mouvement |
| Roulements de support ShVP | Résistance radiale (par exemple, série NSK 7000). Classe de précision P4/P5. | Avec déplacement axial >0,005 mm, bruit, surchauffe ou vibration >4,5 mm/s. | Roulements |
| Servomoteur d'embrayage-SHVP | Accouplement flexible (par exemple KTR ROTEX, R+W). Diamètre de l'arbre et couple transmis. | En cas de jeu visible, d'usure des amortisseurs ou de dommages. | Accouplements et entraînements |
| Codeur linéaire | Selon le modèle de machine (par exemple HEIDENHAIN LC, FANUC Alpha i). Longueur de mesure, type de signal. | En cas de distorsion/absence de signaux, impossibilité de nettoyage des dommages. | Capteurs et automatisation |
| Câble codeur | Câble blindé et flexible pour goulottes de câbles. Nombre de cœurs, type de connecteur. | En cas de circuit ouvert, court-circuit, dommage à l'isolation. | Câbles et connecteurs |
| Servomoteur | Modèle, puissance, moment. | En cas de panne, impossibilité de réglage, surchauffe constante. | Servomoteurs |
| Servomoteur (pilote) | Modèle, courant nominal. | En cas de panne, erreurs constantes, incapacité à contrôler le moteur. | Servomoteurs |
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11. Liens
- DSTU EN 1037 : Sécurité des machines. Prévention des démarrages inattendus.
- ISO 14118 : Sécurité des machines. Prévention des démarrages inattendus.
- ISO 230-2 : Méthodes de test pour les machines-outils. Partie 2 : Détermination de la précision de positionnement et de la répétabilité des machines CNC.
- ISO 10816 : Vibrations mécaniques. Évaluation des vibrations des machines par mesures sur pièces non tournantes.
- Manuels d'utilisation et de maintenance des fabricants de machines-outils (par exemple DMG MORI, MAZAK, OKUMA).
- Documentation pour les systèmes d'asservissement (par exemple FANUC, Siemens, Bosch Rexroth).