1. Descrizione del problema e ambito di applicazione
Questo manuale è destinato alla diagnostica del sistema e alla risoluzione dei problemi relativi agli errori di posizionamento che si verificano nelle macchine utensili CNC come fresatrici, torniture, rettificatrici e macchine per elettroerosione. Un posizionamento impreciso può portare a difetti di produzione, aumento del tempo ciclo e danni agli utensili e alla macchina. Tre categorie principali di errori di posizionamento sono definite dal grado di criticità:
- Critico (Critico): Errori di posizionamento che superano i limiti di tolleranza della parte di oltre il 50% portano al guasto completo del prodotto, danni alla macchina o allo strumento. Chiedono il fermo immediato delle attrezzature.
- Maggiore: Errori di posizionamento compresi tra il 25 e il 50% della tolleranza consentita della parte. Può portare a parti condizionatamente accettabili o alla necessità di rilavorazione. Richiedono una sosta programmata per la diagnostica.
- Insignificante (minore): errori di posizionamento che rientrano fino al 25% della tolleranza consentita della parte, ma sono già osservati dall'operatore o registrati dal sistema di monitoraggio. Indicano l'inizio del degrado del sistema. Richiedono monitoraggio e inclusione nella manutenzione programmata.
2. Precauzioni
ATTENZIONE: Prima di iniziare qualsiasi lavoro di diagnostica o riparazione su macchine CNC, è necessario seguire rigide regole di sicurezza. La mancata osservanza di queste istruzioni potrebbe causare lesioni gravi o mortali o danni all'apparecchiatura.
- Lockout e tagout (LOTO): Assicurati di eseguire la procedura di lockout/tagout in conformità con le istruzioni interne dell'azienda e i requisiti degli standard (ad esempio, DSTU EN 1037, ISO 14118). Garantire l'arresto completo di tutte le fonti di energia (elettrica, idraulica, pneumatica).
- Energia residua: assicurarsi che tutta l'energia residua (nei condensatori, nelle molle, negli accumulatori idraulici, nei sistemi pneumatici) sia scaricata o bloccata.
- Dispositivi di protezione individuale (DPI): Utilizza sempre DPI adeguati: occhiali di sicurezza, guanti da lavoro, scarpe di sicurezza, indumenti protettivi. Utilizzare guanti e strumenti dielettrici quando si lavora con componenti elettrici.
- Superfici/Componenti caldi: fai attenzione perché alcuni componenti (motori, unità, mandrini) possono essere caldi anche dopo aver spento l'alimentazione.
- Parti mobili: Non lavorare mai con le protezioni aperte mentre la macchina è in funzione. Evitare il contatto con parti in movimento (SHP, guide lineari).
3. Strumenti diagnostici necessari
| Strumento | Specifica/Modello | Campo di misura | Scopo |
|---|---|---|---|
| Multimetro digitale | Vero RMS, non inferiore alla classe di precisione 0,5 | Voltaggio: fino a 1000 V (AC/DC); Corrente: fino a 10 A (AC/DC); Resistenza: fino a 50 MΩ | Controllo dell'alimentazione, dell'integrità del cavo, della resistenza dell'avvolgimento del motore, dei segnali dell'encoder (tensione). |
| Indicatore tipo orologio/Indicatore dentato a leva | Classe di precisione 0,001 mm, range 0-10 mm | Precisione: ±0,001 mm | Misurazioni di gioco, eccentricità, parallelismo, perpendicolarità e spostamento assiale. |
| Interferometro laser | HEIDENHAIN, Renishaw o equivalente | Lunghezza: fino a 80 m; Precisione: ±0,5 μm/m | Misurazione ad alta precisione di accuratezza lineare, ripetibilità, gioco, errore di passo, rettilineità. Conformità alla norma ISO 230-2. |
| Termocamera (telecamera termografica) | Intervallo di temperatura: da -20°C a +350°C; Precisione: ±2°C o 2% | Risoluzione: 320x240 IR | Rilevazione del surriscaldamento di cuscinetti, motori, giunti, fonti di deformazione termica degli elementi strutturali. |
| Oscilloscopio digitale | Larghezza di banda: almeno 100 MHz; 2-4 canali | Frequenza di campionamento: almeno 1 Gwib/s | Analisi dei segnali di retroazione degli encoder (segnali in quadratura, sinusoidali, impulsivi), diagnostica di rumore, interferenze, distorsioni. |
| Analizzatore di vibrazioni | Gamma di frequenza: 0,5 Hz - 20 kHz; Accelerometro: 100 mV/g | Gamma dinamica: >80 dB | Rilevazione di squilibri, incoerenze, difetti dei cuscinetti nei cambi, nei motori. Conformità ISO 10816. |
| Software di diagnostica servo | SEDRIVE (Siemens), DriveMonitor (FANUC), Servus (Bosch Rexroth) o simili | Dipende dal produttore | Analisi dei parametri del servo, impostazioni del controller PID, monitoraggio degli errori, oscillografia dei segnali interni. |
4. Lista di controllo della valutazione iniziale
Prima di iniziare una diagnosi dettagliata è necessario raccogliere quante più informazioni possibili sulle condizioni del malfunzionamento.
| Parametro | Cosa osservare/registrare | Scopo |
|---|---|---|
| Termini di utilizzo | Temperatura in officina (°C), umidità (%), presenza di correnti d'aria, stabilità dell'alimentazione (V). | Rilevazione dell'influenza dell'ambiente esterno, in particolare sulla stabilità termica. |
| Cronologia degli allarmi | Annotare i codici di errore del CNC (ad esempio, FANUC SV0401, Siemens 25000), l'ora e la frequenza con cui si verificano. | Identificazione del tipo di malfunzionamento e della sua frequenza. |
| Ora in cui si è verificato l'errore | L'errore compare subito dopo la partenza, dopo una lunga corsa o dopo determinati movimenti? | Indica problemi termici o dipendenza dal carico. |
| Errore di localizzazione | Su quale asse (X, Y, Z, A, B) si osserva l'errore? In quale range di movimento? | Aiuta a restringere la ricerca a uno specifico sistema meccanico o elettrico. |
| Elaborazione dei risultati | Ispezione dei pezzi lavorati (imprecisioni dimensionali, ovalità, gradini sulle superfici). Foto dei difetti. | Identificazione visiva della natura dell'errore di posizionamento. |
| Modifiche recenti | È stata effettuata la manutenzione, sono stati sostituiti componenti, aggiornato il software del software CPC e modificati i programmi di lavorazione? | Individuazione delle potenziali cause legate ai recenti interventi. |
| Rumori/vibrazioni meccanici | Rumori insoliti (scricchiolii, ronzii, colpi) o vibrazioni durante il movimento dell'asse. | Segni di usura o danneggiamento meccanico. |
5. Algoritmo diagnostico sistematico
Seguire questo algoritmo passo passo per identificare sistematicamente la causa dell'errore di posizionamento.
- Controllo iniziale (senza alimentazione):
- Ispezione visiva:
- Controllare i cavi di motori, encoder, sensori per danni, piegature, affidabilità della connessione.
- Ispezionare gli accoppiamenti tra il motore e il cambio per verificare che non vi siano giochi, danni o viti allentate.
- Verificare la presenza di corpi estranei su SHP, guide lineari.
- Ispezionare le coperture protettive per eventuali danni che potrebbero interferire con il movimento.
- Controllo meccanico manuale:
- Scollegare la frizione del servomotore dall'SHV. Prova a girare manualmente l'SHVP. SE La valvola gira saldamente o con notevole resistenza QUINDI controllare i cuscinetti della valvola, la presenza di sporco, danni al dado della valvola (Vedere 7.1.3).
- Scorrere manualmente il servomotore. SE gira forte o fa rumore THEN controlla i cuscinetti del motore.
- Muovere manualmente l'asse della macchina (con il radiocomando scollegato o il motore spento). SE il movimento avviene a scatti o con grande sforzo ALLORA controlla le guide lineari, la loro lubrificazione, la presenza di danni meccanici.
- Ispezione visiva:
- Diagnostica del gioco delle viti a sfere (Ball Screw Backlash):
- Misurazione del gioco delle viti a sfere utilizzando un indicatore:
- Installare un indicatore di tipo orologio sul basamento della macchina, appoggiare la gamba contro la parte mobile dell'asse (ad esempio, un tavolo).
- Passare alla modalità MDI nel CPC.
- Spostare l'asse nella posizione in cui si verifica l'errore.
- Effettuare un piccolo movimento (es. 10mm) in una direzione (es. +X). Registrare la lettura dell'indicatore.
- Effettuare un piccolo movimento (es. 10 mm) nella direzione opposta (-X). Registrare la lettura dell'indicatore.
- SE la differenza nelle letture dell'indicatore supera 0,02 mm ALLORA la causa probabile è il gioco dello stelo della valvola.
- SE il gioco è 0,005 mm - 0,02 mm THEN questo è un segno di usura iniziale che richiede monitoraggio o manutenzione programmata.
- Particolarmente critico: gioco > 0,05 mm.
- Controllo dei cuscinetti della valvola:
- Controllare lo spostamento assiale del supporto della valvola utilizzando l'indicatore.
- SE lo spostamento assiale supera 0,005 mm ALLORA i cuscinetti dell'SHV devono essere sostituiti o regolati.
- Utilizzare un analizzatore di vibrazioni. Misurare la vibrazione sui supporti dell'SHVP. SE si osservano il livello di vibrazione totale superiore a 4,5 mm/s (RMS) o le frequenze caratteristiche dei cuscinetti ALLORA i cuscinetti sono usurati.
- Controllo del fissaggio del dado:
- Ispezionare il fissaggio del dado alla parte mobile per verificare che non si allenti.
- Stringere gli elementi di fissaggio alla coppia consigliata (vedere la documentazione OEM).
- Misurazione del gioco delle viti a sfere utilizzando un indicatore:
- Diagnostica feedback encoder (Encoder Feedback):
- Controllo integrità cavo encoder:
- ATTENZIONE: spegnere l'alimentazione del CNC!
- Utilizzando un multimetro, controllare la conduttività di ciascun conduttore del cavo dell'encoder. La resistenza dovrebbe essere <1 ohm.
- Controllare l'isolamento del cavo per eventuali cortocircuiti verso il corpo o tra di esso. La resistenza dovrebbe essere >1 MΩ.
- SE viene rilevato un circuito aperto o in corto ALLORA sostituire il cavo dell'encoder.
- Analisi dei segnali dell'encoder con un oscilloscopio:
- Collegare l'oscilloscopio alle uscite A, B, Z dell'encoder (segnali differenziali, se presenti).
- Muovere l'asse manualmente o a bassa velocità.
- I segnali in quadratura IF (A e B) non hanno uno sfasamento di 90° ± 10° o hanno un'ampiezza irregolare (più del 10% del valore nominale) THEN encoder difettoso o righello sporco.
- IF segnale Z (segno di riferimento) mancante o instabile THEN codificatore difettoso o righello sporco.
- SE i segnali presentano rumore o distorsione significativi QUINDI controlla la schermatura del cavo e la messa a terra del sistema.
- Esempio di valori di soglia: per gli encoder TTL, l'ampiezza dei segnali deve essere compresa tra 4,5 e 5,5 V. Per le sinusoidi: 0,5-1,2 V picco-picco.
- Verificare la presenza di contaminazione o danni alla linea dell'encoder:
- ATTENZIONE: spegnere l'alimentazione del CNC!
- Ispezionare il righello ottico o il nastro magnetico dell'encoder per verificare che non siano presenti sporco, polvere, grasso e graffi.
- Pulisci accuratamente il righello con un agente speciale per ottica (senza abrasivi) o alcool isopropilico.
- SE il righello è danneggiato (graffi profondi, scheggiature) ALLORA sostituisci il righello o il codificatore.
- Controllo dell'offset dell'encoder/righello della scala:
- Verificare l'affidabilità del fissaggio della testina di lettura dell'encoder e del righello stesso.
- Controllare la distanza consigliata tra la testina di lettura e il righello (solitamente 0,1 - 0,2 mm). Regolare secondo necessità.
- Controllo integrità cavo encoder:
- Diagnostica della compensazione termica (compensazione termica):
- Monitoraggio della temperatura:
- Utilizzare una termocamera per monitorare la temperatura della testata, del basamento, dei cuscinetti e dei motori durante il funzionamento della macchina.
- Confronta la temperatura con i valori nominali o con le temperature di nodi funzionanti simili.
- SE la temperatura del Piccolo Idroelettrico nella parte centrale differisce da quella dei bordi di più di 5°C dopo 30 minuti di funzionamento THEN probabile deformazione termica.
- Controllo dei sensori di temperatura:
- ATTENZIONE: spegnere il PDA!
- Controllare la resistenza dei termistori o delle termocoppie, se installati sull'SVP o su altri componenti. Confrontare con i dati della tabella o le letture di un sensore funzionante.
- Controllare l'integrità del cablaggio ai sensori di temperatura.
- Impostazione dei parametri del CPC:
- Verificare se la funzione di compensazione termica è attivata nei parametri CPC.
- Verificare i parametri di compensazione (coefficienti di dilatazione, punti di misura). Se necessario consultare la documentazione del produttore della macchina.
- Monitoraggio della temperatura:
- Diagnostica di regolazione del servo:
- Analisi degli errori del servo:
- Utilizzare il software di diagnostica del servo (come DriveMonitor) per leggere il registro degli errori e i parametri del servo.
- Prestare attenzione agli errori di posizionamento, errori di corrente, errori di velocità.
- Controllo dei parametri di guadagno:
- Controlla i valori di guadagno proporzionale (P), integrale (I) e differenziale (D) (controller PID) per l'asse corrispondente.
- I valori IF sono molto diversi dalle impostazioni di fabbrica o dalle impostazioni di altri assi sani THEN probabilmente il servo è guasto.
- Autotuning del servo, se possibile, seguendo le istruzioni del produttore.
- Monitoraggio del segnale del servo con un oscilloscopio:
- Collega l'oscilloscopio alla corrente di uscita del servoamplificatore e monitora la forma d'onda durante il movimento dell'asse.
- SE la forma d'onda della corrente presenta oscillazioni, superamento significativo o corrente di quiescenza significativamente superiore a quella nominale. THEN Il servo necessita di messa a punto o c'è un problema meccanico (sfregamento, attrito elevato).
- Vibrazioni meccaniche:
- Utilizzando un analizzatore di vibrazioni, misura le vibrazioni sul motore, sulla frizione e sul cambio.
- SE a determinate frequenze del movimento dell'asse ci sono vibrazioni significative (> 3 mm/s RMS) che risuonano con le frequenze del servo ALLORA l'impostazione del servo potrebbe entrare in conflitto con la risonanza meccanica del sistema.
- Analisi degli errori del servo:
6. Matrice dei malfunzionamenti e delle cause
| Sintomo | Probabili cause (in ordine decrescente di probabilità) | Test diagnostico | Risultato atteso quando si conferma la causa |
|---|---|---|---|
| Imprecisione di posizionamento, soprattutto quando si cambia la direzione del movimento (sempre maggiore quando ci si sposta in una direzione) | Gioco del piccolo idroelettrico (usura di dadi, cuscinetti); Indebolimento della frizione servomotore-SHV; Spostamento dei supporti dell'SHVP. | Misurazione del gioco con indicatore; Controllo del gioco della frizione; Controllo dello spostamento assiale dei supporti SHVP. | Le letture dell'indicatore cambiano di >0,02 mm quando si cambia direzione; Il giunto presenta un gioco visibile o un fissaggio lasco; Spostamento assiale dei supporti SHVP >0,005 mm. |
| Posizionamento instabile, errori periodici di posizionamento, "scatti" dell'asse | Contaminazione/danneggiamento della testina righello/encoder; Cavo dell'encoder difettoso; Encoder difettoso; Interferenza elettromagnetica. | Ispezione visiva del righello/testa; Analisi dei segnali dell'encoder con un oscilloscopio; Controllo dell'integrità del cavo; Controllo della messa a terra. | Sporco, graffi sul righello; Segnali encoder distorti, rumorosi o mancanti; Rottura/cortocircuito del cavo; Scarsa messa a terra dello schermo. |
| L'errore di posizionamento aumenta con il tempo di funzionamento della macchina o dopo il riscaldamento | Deformazione termica di SHVP/letto; Malfunzionamento del sistema di compensazione termica; Surriscaldamento dei componenti. | Monitoraggio della temperatura con una termocamera; Controllo dei sensori di temperatura; Controllo dei parametri del CPK. | Una differenza significativa di temperatura del Piccolo Idroelettrico lungo la sua lunghezza (>5°C); Letture errate del sensore; Compensazione termica inattiva o configurata in modo errato. |
| Oscillazioni dell'asse in posizione statica, risposte lente o imprecise ai comandi, aumento della rumorosità del motore | Impostazione servo errata (guadagno P, I, D); Risonanza meccanica; Servomotore/azionamento difettoso. | Diagnostica software servo (registro errori, parametri); Analisi della corrente del motore con un oscilloscopio; Analisi delle vibrazioni. | Elevati errori di posizionamento nel magazzino; Oscillazioni della corrente del motore; Picchi di vibrazione di risonanza a frequenze vicine alle frequenze dei servo; Valori P, I, D errati. |
| Imprecisione generale lungo l'intero asse, "caduta" dei segni | Problemi con il collegamento del righello/codificatore; Spazio non corretto tra testa e righello. | Ispezione visiva, controllo del fissaggio; Misurare la distanza con uno spessimetro. | Il righello traballa, le viti sono allentate; Il gioco non rientra nelle specifiche (ad esempio, >0,25 mm o <0,05 mm). |
7. Analisi delle cause profonde di ciascun malfunzionamento
7.1. Gioco della vite a ricircolo di sfere (Gioco della vite a ricircolo di sfere)
7.1.1. Usura della chiocciola:
- PERCHÉ: Il motivo più comune. L'usura si verifica a causa dell'attrito delle sfere contro le piste della chiocciola e l'albero dell'SHV. Accelera con lubrificazione insufficiente, sovraccarico o presenza di particelle abrasive. L'usura della chiocciola porta ad un aumento della distanza tra le sfere e le piste, che si manifesta come gioco.
- COME CONFERMARE: Misurazione del gioco SHP utilizzando un interferometro laser (secondo ISO 230-2) o un indicatore di tipo orologio. Muovere manualmente l'asse della macchina con il motore disconnesso: si avvertirà una notevole libertà di movimento.
- DAMAGE IF NOT REMOVED: Imprecisione di posizionamento, conicità, non rotondità delle parti. Aumento delle vibrazioni, che accelera l'usura di altri componenti meccanici (cuscinetti, guide lineari). Danni all'utensile e alla macchina dovuti a carichi dinamici eccessivi.
7.1.2. Usura o danni ai cuscinetti dell'SHVP:
- PERCHÉ: I cuscinetti reggispinta sferici (solitamente reggispinta radiale) garantiscono rigidità e precisione del posizionamento assiale. La loro usura, precarico improprio o danni (ad esempio dovuti a urti) portano al gioco assiale dell'SHV e all'eccentricità radiale trasmessa all'asse.
- COME CONFERMARE: Misurazione dello spostamento assiale dei supporti dell'SHVP con un indicatore. Analisi delle vibrazioni dei cuscinetti. Ruotando manualmente la valvola si può avvertire attrito o un rumore caratteristico.
- DAMAGE IF NOT FIXED: Posizionamento instabile, vibrazioni, aumento del rumore, surriscaldamento dei cuscinetti, che possono portare alla distruzione del supporto e dell'SHV.
7.1.3. Indebolimento della frizione servomotore-SHV:
- PERCHÉ: La frizione trasmette la coppia dal servomotore al servomotore. Il suo indebolimento, l'usura degli elementi smorzanti o delle scanalature porta alla perdita di sincronizzazione tra la rotazione del motore e il movimento dell'asse, creando giochi.
- COME CONFERMARE: Ispezionare visivamente il giunto per rilevare eventuali giochi quando si tenta di ruotarlo manualmente. Controllo del serraggio delle viti di fissaggio.
- DAMAGE IF NOT FIXED: Errori di posizionamento che si verificano in modo casuale o con rapidi cambiamenti di direzione. Carico eccessivo sul servomotore e sul servomotore, che può portare alla loro usura prematura.
7.2. Problemi di feedback dell'encoder
7.2.1. Contaminazione o danno alla testa del righello/codificatore:
- PERCHÉ: Polvere, grasso, liquido refrigerante o trucioli metallici che si depositano sul righello ottico o sul nastro magnetico impediscono la lettura corretta. Anche graffi o danni meccanici al righello/testina distorceranno il segnale.
- COME CONFERMARE: Ispezione visiva del righello e della testa del codificatore. Analizzando i segnali con un oscilloscopio: i segnali potrebbero mancare, essere distorti o il segno Z potrebbe "scomparire".
- DAMAGE IF NOT FIXED: Errori di posizionamento caotici, impossibilità di uscire al punto di riferimento, malfunzionamenti del CNC, movimento degli assi con "scatti". Può causare collisioni e danni all'utensile e alla macchina.
7.2.2. Cavo del codificatore difettoso o cattivo contatto:
- PERCHÉ: I cavi posati nelle canaline sono soggetti a usura meccanica e attorcigliamenti. Una rottura del conduttore, un cortocircuito tra i conduttori o verso "terra" o l'ossidazione dei contatti portano alla perdita o alla distorsione dei segnali.
- COME CONFERMARE: Controllare l'integrità del cavo con un multimetro (resistenza, isolamento). Analisi dei segnali con un oscilloscopio: i segnali possono essere di bassa ampiezza, molto rumorosi o completamente assenti.
- DAMAGE IF NOT FIXED: Perdita di controllo dell'asse, movimenti incontrollati, allarmi CNC (ad es. "errore encoder"). Elevato rischio di collisione e danni accidentali alle apparecchiature.
7.2.3. Guasto del codificatore stesso:
- PERCHÉ: I componenti elettronici interni dell'encoder (elementi ottici, fotorecettori, microcircuiti) possono guastarsi a causa di invecchiamento, surriscaldamento, cadute di tensione, vibrazioni o shock meccanici.
- COME CONFERMARE: Escluse altre cause (cavo, righello), il malfunzionamento dell'encoder è confermato dall'assenza o da segnali di uscita errati durante l'accensione e lo spostamento.
- DAMAGE IF NOT FIXED: Perdita completa del feedback dell'asse con conseguente arresto della macchina.
7.3. Problemi di compensazione termica
7.3.1. Deformazione termica del SHVP o del telaio del letto:
- PERCHÉ: Il riscaldamento del Piccolo Idroelettrico durante il funzionamento (a causa dell'attrito) porta alla sua espansione termica. Se la macchina non dispone di un efficace sistema di raffreddamento del Piccolo Idroelettrico o di una compensazione termica attivata, l'espansione porta ad una modifica della posizione effettiva rispetto al set point. Inoltre il letto può surriscaldarsi provocando deformazioni.
- COME CONFERMARE: Misurazione della temperatura del Piccolo Idroelettrico con una termocamera o termometri a contatto. Rilevamento della discrepanza tra la posizione specificata e quella effettiva, che aumenta con il tempo di funzionamento della macchina. Misurazione della precisione lineare con un interferometro laser dopo il "riscaldamento" della macchina.
- DAMAGE IF NOT FIXED: Errori nelle dimensioni delle parti che cambiano durante un turno di lavoro. Riduzione della precisione e della qualità dell'elaborazione.
7.3.2. Malfunzionamento dei sensori di temperatura o del sistema di raffreddamento:
- PERCHÉ: Se la macchina è dotata di sensori di temperatura per la compensazione, il loro malfunzionamento (rottura, cortocircuito, guasto) porta a dati errati per il CNC. Un malfunzionamento della pompa o la contaminazione dei filtri del sistema di raffreddamento del piccolo idroelettrico porta al suo surriscaldamento.
- COME CONFERMARE: Controllo delle letture dei sensori di temperatura nel sistema diagnostico CHPC. Controllo dell'integrità del cablaggio del sensore. Controllo delle prestazioni del sistema di raffreddamento (flusso del fluido, pressione).
- DAMAGE IF NOT REMOVED: Come per la distorsione termica. Inoltre, il surriscaldamento può accelerare l'usura dello stelo e dei cuscinetti della valvola.
7.4. Problemi di configurazione del servo
7.4.1. Impostazione errata dei parametri del controller PID:
- PERCHÉ: I parametri di guadagno del servo (P, I, D) determinano la risposta del sistema ai segnali di controllo e ai disturbi. Valori errati (come guadagno P troppo alto o guadagno I troppo basso) possono provocare oscillazioni, superamenti, risposta lenta o mantenimento della posizione impreciso.
- COME CONFERMARE: Analisi degli oscillogrammi di movimento e corrente del motore utilizzando il software di diagnostica servo. Osservare la risposta dell'asse al comando di movimento (c'è oscillazione, riaggiustamento).
- DAMAGE IF NOT REMOVED: Movimento irregolare dell'asse, vibrazioni, surriscaldamento del motore, riduzione della precisione di lavorazione, rapida usura dei componenti meccanici a causa dell'aumento dei carichi dinamici.
7.4.2. Risonanza meccanica:
- PERCHÉ: Ogni sistema meccanico ha le proprie frequenze di risonanza. Se le frequenze del servo (soprattutto con accordatura errata) coincidono con queste frequenze di risonanza, si verificano vibrazioni significative che compromettono la precisione del posizionamento.
- COME CONFERMARE: Analisi delle vibrazioni in frequenza utilizzando un analizzatore di vibrazioni. Rilevazione dei picchi di vibrazione a frequenze che coincidono con le frequenze di funzionamento del servoazionamento.
- DAMAGE IF NOT FIXED: Vibrazioni eccessive che portano alla rapida usura di cuscinetti, tenute meccaniche, allentamento degli elementi di fissaggio e notevole degrado delle superfici lavorate.
8. Procedure dettagliate per la risoluzione dei problemi
8.1. Eliminazione del gioco del Piccolo Idroelettrico
- Sostituzione del dado dell'interruttore:
- SICUREZZA: eseguire la procedura LOTO.
- Scollegare il dado dalla parte mobile dell'asse.
- Rimuovere il dado dall'albero della presa di forza (potrebbe essere necessario un dispositivo speciale per evitare la rottura delle sfere).
- Installare un nuovo dado dello stelo della valvola seguendo le istruzioni del produttore. Assicurati che l'orientamento sia corretto.
- Fissare il dado alla parte mobile con la coppia di serraggio consigliata (ad esempio 80-120 Nm per M10).
- VERIFICA: Ripetere la misurazione del gioco con un indicatore o un interferometro laser. Gioco ammissibile <0,01 mm.
- Sostituzione o regolazione dei cuscinetti del supporto SHV:
- SICUREZZA: eseguire la procedura LOTO.
- Smontare i supporti dell'SHVP.
- Sostituire i cuscinetti con altri nuovi (solitamente un set di cuscinetti reggispinta radiali con precarico). Utilizzare uno strumento speciale per l'installazione.
- Installare i supporti in posizione, rispettando la coppia di serraggio consigliata dei bulloni di fissaggio.
- VERIFICA: Misurare lo spostamento assiale dei supporti SHVP con un indicatore. Dovrebbe essere <0,003 mm. Effettuare un'analisi delle vibrazioni.
- Serraggio o sostituzione accoppiamento servomotore-SHV:
- SICUREZZA: eseguire la procedura LOTO.
- Controllare il serraggio delle viti della frizione. Serrare alla coppia consigliata dal produttore (ad esempio 15-25 Nm per giunti pendolari).
- Se il giunto è usurato o danneggiato, sostituirlo con uno nuovo.
- CHECK: Controllo visivo dell'assenza di gioco. Prova di funzionamento dell'asse a basse velocità.
8.2. Risoluzione dei problemi relativi al feedback dell'encoder
- Pulizia del righello e della testina del codificatore:
- SICUREZZA: eseguire la procedura LOTO.
- Pulire accuratamente il righello e gli elementi ottici della testa dell'encoder con un panno morbido e privo di lanugine inumidito con alcol isopropilico o un agente speciale per l'ottica. Non utilizzare materiali abrasivi!
- VERIFICA: Dopo la pulizia, analizzare i segnali con un oscilloscopio. I segnali devono essere puliti, privi di rumore, con fase e ampiezza corrette.
- Sostituzione cavo encoder:
- SICUREZZA: eseguire la procedura LOTO.
- Scollegare il vecchio cavo. Posare un nuovo cavo, seguendo il percorso originale e i raggi di curvatura. Evitare tensioni e danni meccanici.
- Collegare il nuovo cavo, assicurandosi che ciascun conduttore sia collegato correttamente (pin-to-pin).
- VERIFICA: Controlla l'integrità del nuovo cavo con un multimetro. Analizzare i segnali dell'encoder con un oscilloscopio.
- Sostituzione codificatore:
- SICUREZZA: eseguire la procedura LOTO.
- Smontare l'encoder difettoso.
- Installare il nuovo encoder, garantendo il corretto allineamento e lo spazio consigliato tra la testa e il righello (solitamente 0,1 – 0,2 mm).
- Fissare l'encoder con la coppia consigliata.
- VERIFICA: Dopo l'installazione, analizzare i segnali con un oscilloscopio. Eseguire la procedura per impostare il punto di riferimento (Zero Point) del CPC.
8.3. Eliminazione dei problemi di compensazione termica
- Verifica e attivazione della compensazione termica nel CPC:
- Inserisci i parametri CPC. Controllare lo stato della funzione di compensazione termica (ON/OFF). Se disabilitato, attivalo.
- Controllare i parametri di compensazione (ad esempio, i coefficienti di espansione della temperatura per uno specifico SHVP). Se necessario, regolare secondo la documentazione del produttore della macchina utensile o con un interferometro laser dopo aver misurato la deformazione.
- VERIFICA: Dopo aver apportato le modifiche, riscalda la macchina e misura la precisione del posizionamento utilizzando un interferometro laser.
- Diagnosi e riparazione del sistema di raffreddamento SHP:
- SICUREZZA: eseguire la procedura LOTO.
- Controllare il livello del liquido refrigerante, le condizioni della pompa, dei filtri e dello scambiatore di calore.
- Pulire i filtri, sostituire il fluido, riparare o sostituire la pompa/scambiatore di calore secondo necessità.
- VERIFICA: Monitoraggio della temperatura dello scambiatore di calore con una termocamera o sensori integrati. La temperatura non deve superare i valori nominali (ad esempio +5°C rispetto alla temperatura ambiente) dopo un'ora di funzionamento.
8.4. Impostazioni dei servi
- Esecuzione della regolazione automatica del servo:
- Avviare il software di diagnostica del servo (ad esempio, Servus, DriveMonitor).
- Selezionare la funzione di sintonizzazione automatica. Seguire le istruzioni del produttore del software e del servo. La macchina eseguirà movimenti di prova durante la regolazione automatica.
- VERIFICA: Dopo la sintonizzazione automatica, controllare i parametri di guadagno. Testare l'avviamento dell'asse, osservando il movimento e l'assenza di oscillazioni.
- Regolazione manuale dei parametri del controller PID:
- Se la regolazione automatica non ha prodotto risultati o non è disponibile, eseguire la regolazione manuale.
- Regolare in sequenza i parametri di guadagno P, I, D, iniziando da P. Aumentare P fino al momento delle oscillazioni, quindi diminuire leggermente. Successivamente, regolare I e D per ottimizzare la risposta ed eliminare l'errore statico.
- VERIFICA: Utilizza la funzione oscilloscopio nel software di diagnostica del servo per monitorare l'errore di posizionamento e la corrente del motore. Il movimento deve essere fluido, senza aggiustamenti e oscillazioni.
- Identificazione ed eliminazione delle fonti di risonanza meccanica:
- Utilizzando un analizzatore di vibrazioni, identificare i componenti che vibrano a frequenze di risonanza.
- Controllare la rigidità del fissaggio dei motori, dei supporti dell'SHVP e delle guide lineari. Stringere tutti gli elementi di fissaggio allentati.
- Se la vibrazione è dovuta ad uno squilibrio, equilibrare le parti rotanti (ad esempio il volano motore).
- VERIFICARE: Nuova analisi delle vibrazioni. Il livello di vibrazione deve rientrare nei limiti normali (tipicamente < 2,8 mm/s RMS per le macchine nuove, < 4,5 mm/s RMS per quelle usurate).
9. Misure preventive
| La causa principale | Strategia di prevenzione | Metodo di monitoraggio | Intervallo consigliato |
|---|---|---|---|
| Usura della chiocciola e dei cuscinetti SHP | Lubrificazione regolare della valvola e dei cuscinetti secondo le istruzioni del produttore (ISO 100). Utilizzo di lubrificante di alta qualità. Protezione contro l'inquinamento (coperture protettive riparabili). | Misurazione del gioco con indicatore; Analisi delle vibrazioni dei cuscinetti; Monitoraggio del consumo di corrente del servomotore. | Mensile (gioco); Annualmente (vibrazione); Settimanale (lubrificazione). |
| Contaminazione/danno dell'encoder | Pulizia regolare del righello e della testa dell'encoder. Controllo dell'integrità delle coperture protettive. | Ispezione visiva del righello e della testa; Analisi dei segnali dell'encoder con un oscilloscopio (prevista). | Mensile (ispezione/pulizia); Annualmente (analisi del segnale). |
| Deformazione termica | Garantire una temperatura stabile in officina. Attivazione e corretta impostazione della funzione di compensazione termica del CHPC. Manutenzione del sistema di raffreddamento SHVP. | Monitoraggio della temperatura del Piccolo Idroelettrico con termocamera; Controllo dell'efficienza del sistema di raffreddamento. | Trimestrale (termografia); Annualmente (manutenzione del sistema di raffreddamento). |
| Degrado del servo/impostazione non corretta | Regolazione automatica pianificata dei servoazionamenti. Controllo regolare dei componenti meccanici per prevenire la risonanza. | Analisi dei parametri del servo tramite software diagnostico; Analisi delle vibrazioni di motori e SHV. | Annualmente (regolazione automatica); Annualmente (analisi delle vibrazioni). |
| Problemi con i cavi | Ispezione regolare delle canaline per cavi per verificarne l'usura e il corretto instradamento. | Ispezione visiva dei cavi; Controllo della resistenza e dell'isolamento dei cavi con un multimetro (previsto). | Trimestrale (ispezione visiva); Una volta ogni 2 anni (misure elettriche). |
10. Pezzi di ricambio e componenti
| Descrizione della parte | Specifica | Quando sostituire | Categoria UNITEC |
|---|---|---|---|
| Dado ShVP | Secondo il modello SHVP (ad esempio, THK BNK, NSK BSS). Classe di precisione C3/C5. | Con gioco >0,02 mm o usura significativa. | Trasmissione del moto |
| Cuscinetti di supporto ShVP | Resistenza radiale (ad esempio, serie NSK 7000). Classe di precisione P4/P5. | Con spostamento assiale >0,005 mm, rumore, surriscaldamento o vibrazioni >4,5 mm/s. | Cuscinetti |
| Servomotore frizione-SHVP | Giunto flessibile (ad es. KTR ROTEX, R+W). Diametro dell'albero e coppia trasmessa. | In caso di gioco visibile, usura degli ammortizzatori o danni. | Giunti e azionamenti |
| Encoder lineare | A seconda del modello della macchina (ad es. HEIDENHAIN LC, FANUC Alpha i). Lunghezza di misura, tipo di segnale. | In caso di distorsione/assenza di segnali, impossibilità di pulizia da eventuali danni. | Sensori e automazione |
| Cavo dell'encoder | Cavo schermato e flessibile per canaline portacavi. Numero di core, tipo di connettore. | In caso di circuito aperto, cortocircuito, danni all'isolamento. | Cavi e connettori |
| Servomotore | Modello, potenza, momento. | In caso di guasto, incapacità di regolazione, surriscaldamento costante. | Servoazionamenti |
| Servoazionamento (driver) | Modello, corrente nominale. | In caso di guasti, errori costanti, incapacità di controllare il motore. | Servoazionamenti |
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11. Collegamenti
- DSTU EN 1037: Sicurezza delle macchine. Prevenzione dell'avvio inaspettato.
- ISO 14118: Sicurezza delle macchine. Prevenzione dell'avvio inaspettato.
- ISO 230-2: Metodi di prova per macchine utensili. Parte 2: Determinazione della precisione di posizionamento e della ripetibilità delle macchine CNC.
- ISO 10816: Vibrazioni meccaniche. Valutazione delle vibrazioni della macchina mediante misure su parti non rotanti.
- Manuali d'uso e manutenzione di produttori di macchine utensili (es. DMG MORI, MAZAK, OKUMA).
- Documentazione per servosistemi (ad es. FANUC, Siemens, Bosch Rexroth).