苗鵬

摘 要：數(shù)控機床具有精度穩(wěn)定及精確、電氣控制系統(tǒng)可靠、保護措施齊全等普通機床不能比擬的優(yōu)點，正是因為這種優(yōu)點，在工業(yè)生產(chǎn)中，數(shù)控機床往往都是半精加工、精加工的重要保證，因此，進給系統(tǒng)爬行與振動是不允許發(fā)生在數(shù)控機床上的。而產(chǎn)生這類故障的原因有很多，結合筆者以往的維修經(jīng)驗，總結一些可能的原因，希望對讀者有一些幫助。

關鍵詞：爬行與振動；產(chǎn)生原因

機床進給系統(tǒng)運動時，當其運行速度低到一定值（如0.5mm/min）時，往往不是作連續(xù)勻速運動，而是時走時停、忽快忽慢，這種現(xiàn)象稱之為爬行。表現(xiàn)輕微時為目光不易察覺的顫振，表現(xiàn)嚴重時為大距離的間歇性沖動。而當其以高速運行時，移動部件又會出現(xiàn)明顯的振動。

產(chǎn)生這類故障的原因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，還可能是機械部分與電氣部分的綜合故障所造成。爬行和振動嚴重影響機床加工精度和加工面的光滑，如果現(xiàn)象處理不及時，嚴重會破壞液壓系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，使機床導軌加速磨損，甚至產(chǎn)生廢品和事故。

1 爬行與振動故障的診斷與排除方法

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緊力有關。另外，爬行和振動問題是與進給速度密切相關的，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)。

1.1 機械部件故障檢查

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

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緊或預拉不理想造成的。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。

1.2 導軌潤滑油檢查

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

有些機床油泵吸油管正好在切削液與潤滑油之間，所以泵在工作時，就把切削液與潤滑油同時吸入，使切削液與潤滑油混合，造成潤滑油的運動粘度降低，繼而使靜壓導軌靜壓區(qū)壓力變小，摩擦系數(shù)變大，機床產(chǎn)生爬行。這時就要進行更換潤滑油或者進行油水分離來消除故障。

1.3 進給電機檢查

如果發(fā)現(xiàn)數(shù)控機床振動頻率與電機轉(zhuǎn)速成一定比率，那么需要檢查一下電動機是否有故障，碳刷、整流子（銅頭）表面狀況、電機前后軸承逐一檢查。

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，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)本故障一般應首先清理換向器、檢查電刷等環(huán)節(jié)，再進行測量確認。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，通過更換備用電機解決。

1.4 脈沖編碼器或測速發(fā)電機的檢查

對于編碼器故障，可以觀察機床操作面板上故障軸功率條變化幅度大小，以及運動電流變化幅度大小。一般編碼器硬件損壞可能導致上述變化幅度增大。

測速發(fā)電機中常常出現(xiàn)的故障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，導致片間阻值不平衡，進而產(chǎn)生爬行和振動。

1.5 數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)節(jié)

爬行與振動也可能是由于機床參數(shù)設定不合理而引起系統(tǒng)振蕩，消除振蕩的最佳方法就是修改位置環(huán)增益KV系數(shù)。通過適當?shù)恼{(diào)整KV系數(shù)來減少機床的振動。

但這種原因不多見，因為機床參數(shù)是出廠時機床調(diào)試人員設定的最優(yōu)配置，其中位置環(huán)增益主要影響伺服系統(tǒng)的響應，設定越大，動態(tài)響應越快，跟隨誤差越小，定位時間越短。設置過大會引起機械震動，但在機械穩(wěn)定的前提下，盡量設大。如果盲目的減少位置環(huán)增益，會對機床定位精度產(chǎn)生影響。

高剛性連接時位置環(huán)增益可設較大，但不要超過機械系統(tǒng)的固有頻率中剛性或者低剛性連接時，不要設置過高，會引起機械振蕩如果爬行和振動機械方面如果解決比較困難時，可以適當調(diào)節(jié)KV系數(shù)，但最終必須要從根本上解決問題，排除故障。

1.6 伺服控制系統(tǒng)的檢查

伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)存在干擾，數(shù)控系統(tǒng)的NCU做運算是一個很精密的計算過程，如果引入干擾，那么伺服系統(tǒng)發(fā)出的指令肯定會有波動，進而導致電機轉(zhuǎn)數(shù)的不穩(wěn)定。處理方法：做好伺服系統(tǒng)的接地和屏蔽工作，使用帶屏蔽層的電纜做反饋線和動力線。

2 維修實例

〖例1〗一臺配套西門子8MC數(shù)控系統(tǒng)的5×12米數(shù)控龍門銑，X軸（工作臺）運動時發(fā)生振動。

故障分析及處理：

由于該機床是上世紀80年的產(chǎn)品，各部件老化比較嚴重，X軸采用直流驅(qū)動控制系統(tǒng)，電機為永磁直流電動機。首先機械檢查工作臺靜壓，發(fā)現(xiàn)壓力夠，有浮起。電氣入手，用鉗形表測電流，發(fā)現(xiàn)電流波動范圍特別大，將X軸電機測速機轉(zhuǎn)子拆下，用萬用表量片間阻值，發(fā)現(xiàn)有兩片斷路，于是更換測速機轉(zhuǎn)子后，機床恢復正常工作。

〖例2〗 一臺配套西門子8MC系統(tǒng)數(shù)控Φ160鏜床，X軸（立柱）在運動時速度不穩(wěn)。低速和高速都存在一定幅度的振動。

故障分析及處理：

仔細檢查機床，發(fā)現(xiàn)X軸（立柱）運動過程中電流不是很大，在機床允許的范圍內(nèi)，但電流波動幅度較大。檢查機床導軌浮起，該機床是靠風壓浮起，風壓無泄漏，浮起符合標準。

于是維修人員從電機和測速機入手，檢查測速機，發(fā)現(xiàn)測試機轉(zhuǎn)子與直流電機在工作時有些旋轉(zhuǎn)不同步，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子固定螺絲松動，緊好，故障消除。

〖例3〗 一臺配套西門子840D系統(tǒng)數(shù)控5×15米數(shù)控龍門銑在加工過程中，在精車時發(fā)現(xiàn)加工表面呈波浪狀。

故障分析及處理：

經(jīng)維修人員檢查發(fā)現(xiàn)X軸（工作臺）有爬行現(xiàn)象。檢查機械機構時發(fā)現(xiàn)工作臺在靜壓導軌上浮起量較小，進一步檢查工作臺靜壓泵，該機床一共有三個靜壓泵，檢查發(fā)現(xiàn)其中一個靜壓為零，開始以為靜壓泵損壞，將靜壓電機拆下時，原來與泵聯(lián)接的電機對輪損壞，更換備件后，機床故障消除。

3 結束語

數(shù)控機床爬行與振動現(xiàn)象出現(xiàn)的周期較長，無規(guī)律，不定期，給查找分析帶來了很多困難。所以對待此類問題，需要對具體情況分析，進行耐心的查找，而且檢查時特別需要維修人員利用機械、電氣、液壓等方面的綜合知識，就會將機床運動中的爬行和振動現(xiàn)象降低到最小的極限，從而保證機床的正常工作。endprint