摘 要：數(shù)控機(jī)床是機(jī)械、液壓、電氣和計(jì)算機(jī)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(jī)械、液壓、電氣等方面的綜合反映。分析數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的爬行與振動(dòng)現(xiàn)象產(chǎn)生原因，闡述故障的診斷與維修，并通過實(shí)例說明診斷與維修技術(shù)方法。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床;爬行;振動(dòng);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(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)爬行與振動(dòng)現(xiàn)象及其產(chǎn)生原因

　　在驅(qū)動(dòng)移動(dòng)部件低速運(yùn)行過程中，數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)移動(dòng)部件開始時(shí)不能啟動(dòng)，啟動(dòng)后又突然作加速運(yùn)動(dòng)，而后又停頓，繼而又作加速運(yùn)動(dòng)，移動(dòng)部件如此周而復(fù)始忽停忽跳、忽慢忽快的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象稱為爬行。而當(dāng)其以高速運(yùn)行時(shí)，移動(dòng)部件又會(huì)出現(xiàn)明顯的振動(dòng)。

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

　　事實(shí)上這只是其中的一個(gè)原因，產(chǎn)生這類故障的原因還可能是機(jī)械進(jìn)給傳動(dòng)鏈出現(xiàn)了故障，也可能是進(jìn)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?，還可能是機(jī)械部分與電氣部分的綜合故障所造成。

2 爬行與振動(dòng)故障的診斷與排除

　　對(duì)于數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)的爬行與振動(dòng)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(jī)床爬行與振動(dòng)的有關(guān)因素，然后逐項(xiàng)排隊(duì)，逐個(gè)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(gè)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(gè)綜合性的解決問題方案，將故障排除。

　　排除數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)爬行與振動(dòng)故障的具體方法如下：

　　2.1 對(duì)故障發(fā)生的部位進(jìn)行分析

　　爬行與振動(dòng)故障通常需要在機(jī)械部件和進(jìn)給伺服系統(tǒng)查找問題。因?yàn)閿?shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)低速時(shí)的爬行現(xiàn)象往往取決于機(jī)械傳動(dòng)部件的特性，高速時(shí)的振動(dòng)現(xiàn)象又通常與進(jìn)給傳動(dòng)鏈中運(yùn)動(dòng)副的預(yù)緊力有關(guān)。另外，爬行和振動(dòng)問題是與進(jìn)給速度密切相關(guān)的，因此也要分析進(jìn)給伺服系統(tǒng)的速度環(huán)和系統(tǒng)參數(shù)。

　　2.2 機(jī)械部件故障的檢查和排除

　　造成爬行與振動(dòng)的原因如果在機(jī)械部件，首先要檢查導(dǎo)軌副。因?yàn)橐苿?dòng)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(dòng)、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(jī)床的導(dǎo)軌副廣泛采用了滾動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌或塑料導(dǎo)軌，如果調(diào)整不好，仍會(huì)造成爬行或振動(dòng)。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(yùn)動(dòng)，滾動(dòng)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(shí)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(shí)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(jìn)給傳動(dòng)鏈。在進(jìn)給系統(tǒng)中，伺服驅(qū)動(dòng)裝置到移動(dòng)部件之間必定要經(jīng)過由齒輪、絲杠螺母副或其他傳動(dòng)副所組成的傳動(dòng)鏈。有效提高這一傳動(dòng)鏈的扭轉(zhuǎn)和拉壓剛度，對(duì)于提高運(yùn)動(dòng)精度，消除爬行非常有益。引起移動(dòng)部件爬行的原因之一常常是因?yàn)閷?duì)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(dòng)鏈太長、傳動(dòng)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(shí)也要考慮這些方面是否有缺陷。

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

　　2.3 進(jìn)給伺服系統(tǒng)故障的檢查和排除

　　如果爬行與振動(dòng)的故障原因在進(jìn)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(jī)或測速發(fā)電機(jī)、系統(tǒng)插補(bǔ)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(cuò)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(xiàng)檢查分類排除。

　　2.3.1 速度調(diào)節(jié)器的檢測

　　對(duì)速度調(diào)節(jié)器的故障，主要檢測給定信號(hào)、反饋信號(hào)和速度調(diào)節(jié)器本身是否存在問題。給定信號(hào)可以通過由位置偏差計(jì)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(hào)VCMD的檢測實(shí)現(xiàn)，這個(gè)信號(hào)是否有振動(dòng)分量可以通過對(duì)伺服板上的插腳用示波器來觀察。如果就有一個(gè)周期的振動(dòng)信號(hào)，那毫無疑問機(jī)床振動(dòng)是正確的，速度調(diào)節(jié)器這一部分沒有問題，而是前級(jí)有問題;然后向D/A轉(zhuǎn)換器或偏差計(jì)數(shù)器去查找問題，如果我們測量結(jié)果沒有任何振動(dòng)的周期性的波形，那么問題肯定出在反饋信號(hào)和速度調(diào)節(jié)器。

　　2.3.2 測速電機(jī)反饋信號(hào)的檢測

　　反饋信號(hào)與給定信號(hào)對(duì)于調(diào)節(jié)器來說是完全相同的。因此出現(xiàn)了反饋信號(hào)的波動(dòng)，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(jī)床的振動(dòng)。由于機(jī)床在振動(dòng)，說明機(jī)床的速度在激烈的振蕩中，當(dāng)然測速發(fā)電機(jī)反饋回來的波形也一定是動(dòng)蕩的。這時(shí)如果機(jī)床的振動(dòng)頻率與電機(jī)旋轉(zhuǎn)的速度存在一個(gè)準(zhǔn)確的比率關(guān)系，譬如振動(dòng)的頻率是電機(jī)轉(zhuǎn)速的四倍頻率。這時(shí)我們就要考慮電機(jī)或測速發(fā)電機(jī)有故障的問題。

　　2.3.3 電機(jī)檢查

　　當(dāng)機(jī)床振動(dòng)頻率與電機(jī)轉(zhuǎn)速成一定比率，首先就要檢查一下電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)電樞線圈不良也會(huì)引起系統(tǒng)振動(dòng)。這種情況可以通過測量電動(dòng)機(jī)的空載電流進(jìn)行確認(rèn)，若空載電流隨轉(zhuǎn)速成正比增加，則說明電動(dòng)機(jī)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(jìn)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(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行維修處理。如果沒有什么問題，就要檢查測速發(fā)電機(jī)。

　　2.3.4 脈沖編碼器或測速發(fā)電機(jī)的檢測

　　對(duì)于脈沖編碼器或測速發(fā)電機(jī)不良的情況，可按下述方法進(jìn)行測量檢查。首先將位置環(huán)、速度環(huán)斷開，手動(dòng)電動(dòng)機(jī)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(jī)中常常出現(xiàn)的一個(gè)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(jī)換向片片間短路，一旦出現(xiàn)這樣的問題就會(huì)引起振動(dòng)。#p#分頁標(biāo)題#e#

　　2.3.5 系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)節(jié)

　　一個(gè)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(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)可以看出立即會(huì)明顯變好，但由于RV1調(diào)節(jié)電位器的范圍比較小，有時(shí)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(gè)調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)。

　　2.3.6 外部干擾的處理

　　對(duì)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(duì)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(dòng)，甚至是無效的，就要考慮對(duì)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(shí)例

　　〖例1〗 一臺(tái)配套FUNAC 11ME系統(tǒng)的加工中心，在長期使用后，X軸作正向運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)生振動(dòng)。

　　故障分析及處理：

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

　?。?）機(jī)械部分安裝、調(diào)整不良;

　　（2）伺服電動(dòng)機(jī)或速度、位置檢測部件不良;

　?。?）驅(qū)動(dòng)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(jī)床伺服系統(tǒng)為半閉環(huán)結(jié)構(gòu)，脫開電動(dòng)機(jī)與絲杠的連接后再次開機(jī)試驗(yàn)，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(dòng)系統(tǒng)的電氣部分。

　　為了進(jìn)一步判別故障原因，維修時(shí)可更換了X、Y軸的伺服電動(dòng)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，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(dòng)機(jī)不良引起的。

　　利用示波器測量伺服電動(dòng)機(jī)內(nèi)裝式編碼器的信號(hào)，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(jī)床恢復(fù)正常工作。

　　〖例2〗 一臺(tái)配套FUNAC 6ME系統(tǒng)的加工中心，X軸在運(yùn)動(dòng)時(shí)速度不穩(wěn)。由運(yùn)動(dòng)到停止的過程中，在停止位置出現(xiàn)較大幅度的振蕩，有時(shí)不能完成定位，必須關(guān)機(jī)后，才能重新工作。

　　故障分析及處理：

　　仔細(xì)觀察機(jī)床的振動(dòng)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(shí)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(dòng)器的增益、積分時(shí)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(jìn)一步驗(yàn)證，維修時(shí)在記錄了原調(diào)整值的前提下，將以上參數(shù)進(jìn)行了重新調(diào)節(jié)與試驗(yàn)，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(duì)伺服電動(dòng)機(jī)與測量系統(tǒng)進(jìn)行了檢查。首先清理測速發(fā)電機(jī)和伺服電動(dòng)機(jī)的換向器表面，并用數(shù)字表檢查測速發(fā)電機(jī)繞組情況。檢查發(fā)現(xiàn)，該伺服電動(dòng)機(jī)的測速發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與電動(dòng)機(jī)軸之間的連接存在松動(dòng)，粘接部分已經(jīng)脫開;經(jīng)重新連接后，開機(jī)試驗(yàn)，故障現(xiàn)象消失，機(jī)床恢復(fù)正常工作。

　　〖例3〗 某工件在加工圓弧時(shí)，圓弧插補(bǔ)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(duì)速度環(huán)，位置環(huán)調(diào)整均無效。檢查機(jī)械機(jī)構(gòu)時(shí)發(fā)現(xiàn)工作臺(tái)未從靜壓導(dǎo)軌上浮起。進(jìn)一步檢查液壓系統(tǒng)時(shí)發(fā)現(xiàn)工作臺(tái)支路有泄漏環(huán)節(jié)，調(diào)整泄漏環(huán)節(jié)后，工作臺(tái)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(dòng)加工某一曲線零件時(shí)出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，表面粗糙高。

　　故障分析及處理：

　　在運(yùn)行測試程序時(shí)，直線、圓弧插補(bǔ)時(shí)皆無爬行現(xiàn)象，由此確定原因在編程方面。經(jīng)對(duì)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(shí)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(jī)床是一個(gè)完整的有機(jī)整體，機(jī)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(dòng)故障時(shí)，應(yīng)有整體概念和經(jīng)驗(yàn)，這樣才能有效解決實(shí)際問題。

　　如果故障既有機(jī)械部件的原因，又有進(jìn)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(jìn)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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