摘 要：數(shù)控機床是機械、液壓、電氣和計算機技術(shù)高度集成的一體化產(chǎn)品，其故障的發(fā)生也多數(shù)是機械、液壓、電氣等方面的綜合反映。分析數(shù)控機床進給系統(tǒng)的爬行與振動現(xiàn)象產(chǎn)生原因，闡述故障的診斷與維修，并通過實例說明診斷與維修技術(shù)方法。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機床;爬行;振動;維修

Abstract: CNC machine tools are high integrative production, and those malfunction are all most the compositive reflection on the machinery, hydraulic pressure and electricity. This paper analyses the reason of crawl and vibration phenomenon in CNC machine tool feed drive system, expounds the malfunction measuring and servicing, and illuminates the technical method getting across some example.

Key words: CNC Machine Tools, Crawl, Vibration, Servicing

1 數(shù)控機床進給系統(tǒng)爬行與振動現(xiàn)象及其產(chǎn)生原因

　　在驅(qū)動移動部件低速運行過程中，數(shù)控機床進給系統(tǒng)會出現(xiàn)移動部件開始時不能啟動，啟動后又突然作加速運動，而后又停頓，繼而又作加速運動，移動部件如此周而復(fù)始忽停忽跳、忽慢忽快的運動現(xiàn)象稱為爬行。而當(dāng)其以高速運行時，移動部件又會出現(xiàn)明顯的振動。

　　對于數(shù)控機床進給系統(tǒng)產(chǎn)生爬行的原因，一般認(rèn)為是由于機床運動部件之間潤滑不好，導(dǎo)致機床工作臺移動時靜摩擦阻力增大;當(dāng)電機驅(qū)動時，工作臺不能向前運動，使?jié)L珠絲杠產(chǎn)生彈性變形，把電機的能量貯存在變形上;電動機繼續(xù)驅(qū)動，貯存的能量所產(chǎn)的彈性力大于靜摩擦力時，機床工作臺向前蠕動，周而復(fù)始地這樣運動，產(chǎn)生了爬行的現(xiàn)象。

　　事實上這只是其中的一個原因，產(chǎn)生這類故障的原因還可能是機械進給傳動鏈出現(xiàn)了故障，也可能是進給系統(tǒng)電氣部分出現(xiàn)了問題，或者是系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置不當(dāng)?shù)木壒剩€可能是機械部分與電氣部分的綜合故障所造成。

2 爬行與振動故障的診斷與排除

　　對于數(shù)控機床出現(xiàn)的爬行與振動故障，不能急于下結(jié)論，而應(yīng)根據(jù)產(chǎn)生故障的可能性，羅列出可能造成數(shù)控機床爬行與振動的有關(guān)因素，然后逐項排隊，逐個因素檢查，分析、定位和排除故障。查到哪一處有問題，就將該處的問題加以分析，看看是否是造成故障的主要矛盾，直至將每一個可能產(chǎn)生故障的因素都查到。最后再統(tǒng)籌考慮，提出一個綜合性的解決問題方案，將故障排除。

　　排除數(shù)控機床進給系統(tǒng)爬行與振動故障的具體方法如下：

　　2.1 對故障發(fā)生的部位進行分析

　　爬行與振動故障通常需要在機械部件和進給伺服系統(tǒng)查找問題。因為數(shù)控機床進給系統(tǒng)低速時的爬行現(xiàn)象往往取決于機械傳動部件的特性，高速時的振動現(xiàn)象又通常與進給傳動鏈中運動副的預(yù)緊力有關(guān)。另外，爬行和振動問題是與進給速度密切相關(guān)的，因此也要分析進給伺服系統(tǒng)的速度環(huán)和系統(tǒng)參數(shù)。

　　2.2 機械部件故障的檢查和排除

　　造成爬行與振動的原因如果在機械部件，首先要檢查導(dǎo)軌副。因為移動部件所受的摩擦阻力主要是來自導(dǎo)軌副，如果導(dǎo)軌副的動、靜摩擦系數(shù)大，且其差值也大，將容易造成爬行。盡管數(shù)控機床的導(dǎo)軌副廣泛采用了滾動導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌或塑料導(dǎo)軌，如果調(diào)整不好，仍會造成爬行或振動。靜壓導(dǎo)軌應(yīng)著重檢查靜壓是否建立;塑料導(dǎo)軌應(yīng)檢查有否雜質(zhì)或異物阻礙導(dǎo)軌副運動，滾動導(dǎo)軌則應(yīng)檢查預(yù)緊是否良好。

　　導(dǎo)軌副的潤滑不好也可能引起爬行問題，有時出現(xiàn)爬行現(xiàn)象僅僅就是導(dǎo)軌副潤滑狀態(tài)不好造成的。這時采用具有防爬作用的導(dǎo)軌潤滑油是一種非常有效的措施，這種導(dǎo)軌潤滑油中有極性添加劑，能在導(dǎo)軌表面形成一層不易破裂的油膜，從而改善導(dǎo)軌的摩擦特性。

　　其次，要檢查進給傳動鏈。在進給系統(tǒng)中，伺服驅(qū)動裝置到移動部件之間必定要經(jīng)過由齒輪、絲杠螺母副或其他傳動副所組成的傳動鏈。有效提高這一傳動鏈的扭轉(zhuǎn)和拉壓剛度，對于提高運動精度，消除爬行非常有益。引起移動部件爬行的原因之一常常是因為對軸承、絲杠螺母副和絲杠本身的預(yù)緊或預(yù)拉不理想造成的。傳動鏈太長、傳動軸直徑偏小、支承和支承座的剛度不夠也是引起爬行的不可忽略的因素，因此在檢查時也要考慮這些方面是否有缺陷。

　　另外機械系統(tǒng)連接不良，如聯(lián)軸器損壞等也可能引起機床的振動和爬行。

　　2.3 進給伺服系統(tǒng)故障的檢查和排除

　　如果爬行與振動的故障原因在進給伺服系統(tǒng)，則需要分別檢查伺服系統(tǒng)中各有關(guān)環(huán)節(jié)。應(yīng)檢查速度調(diào)節(jié)器、伺服電機或測速發(fā)電機、系統(tǒng)插補精度、系統(tǒng)增益、與位置控制有關(guān)的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定有無錯誤、速度控制單元上短路棒設(shè)定是否正確、增益電位器調(diào)整有無偏差以及速度控制單元的線路是否良好等環(huán)節(jié)，逐項檢查分類排除。

　　2.3.1 速度調(diào)節(jié)器的檢測

　　對速度調(diào)節(jié)器的故障，主要檢測給定信號、反饋信號和速度調(diào)節(jié)器本身是否存在問題。給定信號可以通過由位置偏差計數(shù)器出來經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換給速度調(diào)節(jié)器送出的模擬信號VCMD的檢測實現(xiàn)，這個信號是否有振動分量可以通過對伺服板上的插腳用示波器來觀察。如果就有一個周期的振動信號，那毫無疑問機床振動是正確的，速度調(diào)節(jié)器這一部分沒有問題，而是前級有問題;然后向D/A轉(zhuǎn)換器或偏差計數(shù)器去查找問題，如果我們測量結(jié)果沒有任何振動的周期性的波形，那么問題肯定出在反饋信號和速度調(diào)節(jié)器。

　　2.3.2 測速電機反饋信號的檢測

　　反饋信號與給定信號對于調(diào)節(jié)器來說是完全相同的。因此出現(xiàn)了反饋信號的波動，必然引起速度調(diào)節(jié)器的反方向調(diào)節(jié)，這樣就引起機床的振動。由于機床在振動，說明機床的速度在激烈的振蕩中，當(dāng)然測速發(fā)電機反饋回來的波形也一定是動蕩的。這時如果機床的振動頻率與電機旋轉(zhuǎn)的速度存在一個準(zhǔn)確的比率關(guān)系，譬如振動的頻率是電機轉(zhuǎn)速的四倍頻率。這時我們就要考慮電機或測速發(fā)電機有故障的問題。

　　2.3.3 電機檢查

　　當(dāng)機床振動頻率與電機轉(zhuǎn)速成一定比率，首先就要檢查一下電動機是否有故障，檢查它的碳刷、整流子表面狀況，以及檢查滾珠軸承的潤滑情況。

　　另外電動機電樞線圈不良也會引起系統(tǒng)振動。這種情況可以通過測量電動機的空載電流進行確認(rèn)，若空載電流隨轉(zhuǎn)速成正比增加，則說明電動機內(nèi)部有短路現(xiàn)象。出現(xiàn)本故障一般應(yīng)首先清理換向器、檢查電刷等環(huán)節(jié)，再進行測量確認(rèn)。如果故障現(xiàn)象依然存在，則可能是線圈匝間有短路現(xiàn)象，應(yīng)對電動機進行維修處理。如果沒有什么問題，就要檢查測速發(fā)電機。

　　2.3.4 脈沖編碼器或測速發(fā)電機的檢測

　　對于脈沖編碼器或測速發(fā)電機不良的情況，可按下述方法進行測量檢查。首先將位置環(huán)、速度環(huán)斷開，手動電動機旋轉(zhuǎn)，觀察速度控制單元印制電路板上F/V變換器的電壓，如果出現(xiàn)電壓突然下跌的波形，則說明反饋部件不良。

　　測速發(fā)電機中常常出現(xiàn)的一個問題是炭刷磨下來的炭粉積存在換向片之間的槽內(nèi)，造成測速發(fā)電機換向片片間短路，一旦出現(xiàn)這樣的問題就會引起振動。#p#分頁標(biāo)題#e#

　　2.3.5 系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)節(jié)

　　一個閉環(huán)系統(tǒng)也可能是由于參數(shù)設(shè)定不合理而引起系統(tǒng)振蕩，消除振蕩的最佳方法就是減少放大倍數(shù)。在FUNAC的系統(tǒng)中調(diào)節(jié)RV1，逆時針方向轉(zhuǎn)動，這時可以看出立即會明顯變好，但由于RV1調(diào)節(jié)電位器的范圍比較小，有時調(diào)不過來，只能改變短路棒，也就是切除反饋電阻值，降低整個調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)。

　　2.3.6 外部干擾的處理

　　對于固定不變的干擾，可檢查F/V變換器、電流檢測端子以及同步端的波形，檢查是否存在干擾，并采取相應(yīng)的措施。對于偶然性干擾，只有通過有效的屏蔽、可靠的接地等措施，盡可能予以避免。

　　采用這些方法后，還做不到完全消除振動，甚至是無效的，就要考慮對速度調(diào)節(jié)器板更換或換下后徹底檢查各處波形。

3 故障診斷與維修實例

　　〖例1〗 一臺配套FUNAC 11ME系統(tǒng)的加工中心，在長期使用后，X軸作正向運動時發(fā)生振動。

　　故障分析及處理：

　　伺服進給系統(tǒng)產(chǎn)生振動、爬行的原因主要有以下幾種：

　?。?）機械部分安裝、調(diào)整不良;

　　（2）伺服電動機或速度、位置檢測部件不良;

　?。?）驅(qū)動器的設(shè)定和調(diào)整不當(dāng);

　?。?）外部干擾、接地、屏蔽不良等等。

　　為了分清故障部位，考慮到機床伺服系統(tǒng)為半閉環(huán)結(jié)構(gòu)，脫開電動機與絲杠的連接后再次開機試驗，發(fā)現(xiàn)故障仍然存在，因此初步判定故障原因在伺服驅(qū)動系統(tǒng)的電氣部分。

　　為了進一步判別故障原因，維修時可更換了X、Y軸的伺服電動機進行試驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)故障轉(zhuǎn)移到了Y軸，由此判定故障原因是由于X軸電動機不良引起的。

　　利用示波器測量伺服電動機內(nèi)裝式編碼器的信號，最終發(fā)現(xiàn)故障是由于編碼器不良而引起的;更換編碼器后，機床恢復(fù)正常工作。

　　〖例2〗 一臺配套FUNAC 6ME系統(tǒng)的加工中心，X軸在運動時速度不穩(wěn)。由運動到停止的過程中，在停止位置出現(xiàn)較大幅度的振蕩，有時不能完成定位，必須關(guān)機后，才能重新工作。

　　故障分析及處理：

　　仔細(xì)觀察機床的振動情況，發(fā)現(xiàn)X軸振蕩頻率較低，且無異常聲。

　　從振蕩現(xiàn)象上看，故障現(xiàn)象與閉環(huán)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定有關(guān)，如：系統(tǒng)增益設(shè)定過高、積分時間常數(shù)設(shè)定過大等。檢查系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定、伺服驅(qū)動器的增益、積分時間電位器調(diào)節(jié)等均在合適的范圍，且與故障前的調(diào)整完全一致，因此可以初步判斷X軸的振蕩與參數(shù)的設(shè)定與調(diào)節(jié)無關(guān)。為了進一步驗證，維修時在記錄了原調(diào)整值的前提下，將以上參數(shù)進行了重新調(diào)節(jié)與試驗，發(fā)現(xiàn)故障依然存在，證明了判斷的正確性。

　　在以上處理的基礎(chǔ)上，將參數(shù)與調(diào)整值重新回到原設(shè)定后，對伺服電動機與測量系統(tǒng)進行了檢查。首先清理測速發(fā)電機和伺服電動機的換向器表面，并用數(shù)字表檢查測速發(fā)電機繞組情況。檢查發(fā)現(xiàn)，該伺服電動機的測速發(fā)電機轉(zhuǎn)子與電動機軸之間的連接存在松動，粘接部分已經(jīng)脫開;經(jīng)重新連接后，開機試驗，故障現(xiàn)象消失，機床恢復(fù)正常工作。

　　〖例3〗 某工件在加工圓弧時，圓弧插補后出現(xiàn)走刀過渡痕跡，加工質(zhì)量不合格。

　　故障分析及處理：

　　經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)X軸有爬行現(xiàn)象。經(jīng)對速度環(huán)，位置環(huán)調(diào)整均無效。檢查機械機構(gòu)時發(fā)現(xiàn)工作臺未從靜壓導(dǎo)軌上浮起。進一步檢查液壓系統(tǒng)時發(fā)現(xiàn)工作臺支路有泄漏環(huán)節(jié)，調(diào)整泄漏環(huán)節(jié)后，工作臺可浮起且X軸爬行現(xiàn)象消失，加工質(zhì)量合格。

　　〖例4〗 配FUNAC 6ME數(shù)控系統(tǒng)的立式銑床在自動加工某一曲線零件時出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，表面粗糙高。

　　故障分析及處理：

　　在運行測試程序時，直線、圓弧插補時皆無爬行現(xiàn)象，由此確定原因在編程方面。經(jīng)對加工程序仔細(xì)檢查后發(fā)現(xiàn)該加工曲線是由眾多小段圓弧組成的，而編程時又使用了正確定位檢查G61指令，將程序中的G61取消，改用G64后，爬行現(xiàn)象消除。

4 結(jié)論

　　數(shù)控機床是一個完整的有機整體，機械、電氣、液壓的控制存在相互聯(lián)系和相互影響。因此分析解決爬行與振動故障時，應(yīng)有整體概念和經(jīng)驗，這樣才能有效解決實際問題。

　　如果故障既有機械部件的原因，又有進給伺服系統(tǒng)的原因，而且很難分辨出引起這一故障的主要矛盾，就要進行多方而的檢測，耐心細(xì)致地分析和診斷，直至找出故障根源。若故障的根源是綜合性因素造成的，只有采取綜合的排除故障的方法才能解決。

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