数控机床进给系统爬行与振动故障分析

数控机床进给系统爬行与振动故障分析
发布时间：2021-06-04T04:35:56.217Z 来源：《中国科技人才》2021年第9期作者：王森
[导读] 在驱动移动部件低速运行过程中，数控机床进给系统会出现移动部件开始时不能启动，启动后又突然作加速运行，而后又停顿，继而又作加速运动，移动部件如此周而复始，忽停忽跳，忽快忽慢的运动现象称为爬行。

而当其以高速运行时，移动部件有会出现明显的振动。

中国航发西安动力控制科技有限公司 710077
摘要：本文通过对数控设备发生爬行与振动故障原因的分析，总结了一些解决此类问题的方法。

关键词：数控设备；振动；维修
1：前言
在数控设备维修实践中，经常发生机床振动的故障。

但引起的原因多，如何找到故障点，找到真正的振动源，需要对故障现象进行分析和判断。

2：总结
通过近几年来对数控机床维修的经验，我对数控机床进给系统爬行与振动故障的检测与维修总结了以下几点：
2.1：数控机床进给系统爬行与振动现象及产生的原因：
在驱动移动部件低速运行过程中，数控机床进给系统会出现移动部件开始时不能启动，启动后又突然作加速运行，而后又停顿，继而又作加速运动，移动部件如此周而复始，忽停忽跳，忽快忽慢的运动现象称为爬行。

而当其以高速运行时，移动部件有会出现明显的振动。

对于数控机床进给系统产生爬行的原因，一般认为是由于机床运动部件之间润滑不好，导致机床工作台移动时静摩擦阻力增大。

当电机驱动时，工作台不能向前运动，使滚珠丝杠产生弹性变形。

把电机的能量贮存在变形上，电机继续驱动，贮存能量所产生的弹性力大于静摩擦力时，机床工作台向前蠕动，周而复始的这样运动，产生了爬行的现象。

事实上这只是其中一个原因，产生这种故障的原因还可能是机械进给传动链出现了故障，也可能是电气部分的问题，还可能是机械与电气综合故障所致。

2.2：爬行与振动故障诊断与排除：
对于数控机床出现的爬行与振动故障，不能急于下结论，而应根据产生故障的可能性，罗列出可能造成数控机床爬行与振动有关因素。

然后逐项排查，分析，定位和排除故障。

查到哪处有问题，就将该处的问题加以分析，看看是否造成故障的主要矛盾，直至将每一个可能产生故障的因素都查到。

最后统筹考虑，提出综合性的解决问题方案，将故障排除。

排除爬行与振动的具体方法如下：
2.2.1 对故障发生的部位进行分析：
爬行与振动故障通常需要在机械部件和进给伺服系统查找问题。

因为数控机床进给系统低速时的爬行现象往往取决于机械传动部件的特性。

高速时的振动现象通常又与进给传动链中运动副的预紧力有关。

另外，爬行和振动问题是与进给速度密切相关的，因此也要分析进给伺服系统的速度环和系统参数。

2.2.2 机械部件故障的检查和排除：
造成爬行与振动的原因如果在机械部件，首先要检查导轨副。

因为移动部件所受的摩擦阻力主要来自导轨副。

如果导轨副的动，静摩擦系数大，而其差值也大，将容易造成爬行。

尽管数控机床的导轨副广泛采用了滚动导轨，静压导轨或塑料导轨，如果调整不好，仍会造成爬行或振动。

静压导轨着重检查静压是否建立。

塑料导轨应检查有无杂质或异物阻碍导轨副运动。

滚动导轨应检查预紧力是否良好。

导轨副的润滑不好也可能引起爬行问题。

有时出现爬行现象就仅仅是导轨副润滑状态不好造成的。

这时采用防爬作用的导轨润滑油是一种非常有效的措施。

这种导轨润滑油中有极性添加剂，能在导轨表面形成一层不易破坏的油膜，从而改善导轨的摩擦特性。

其次，要检查进给传动链，在进给系统中，伺服驱动装置到移动部件之间必定要经过由齿轮，丝杠螺母副或其它传动副所组成的传动链。

有效提高这一传动链的扭转和拉压刚度，对于提高运动精度，消除爬行非常有益。

引起部件爬行的原因之一常常是因为对轴承，丝杠螺母副和丝杠本身的预紧或预拉不理想造成的。

传动链太长，传动轴直径偏小，支撑和支撑座刚度不够也是造成爬行的不可忽略的因素。

因此在检查时也要考虑这些方面的因素。

另外，机械系统连接不良，如联轴器损坏也可能引起机床的爬行和振动。

2.2.3 进给伺服系统故障的检查和排除
如果爬行与振动的故障原因在进给伺服系统，则需要分别检查伺服系统中各有关环节。

应检查速度跳节器，伺服电机或测速发电机，系统插补精度，系统增益，与位置控制有关的系统参数设定有无错误，速度控制单元上短路棒设定是否正确，增益电位器调整有无偏差以及速度控制单元的线路是否良好的环节。

逐项检查，分类排除。

3：下面是近期遇到的几个实例：
3.1 实例1：
我单位有一台宁江机床厂的卧式加工中心THM6350，机床启动后，X轴走起来出现抖动，无法加工产品。

故障分析：首先，将X轴全闭环改为半闭环后，故障现象仍然存在。

因此确定与X轴光栅尺没有关系。

接下来检查X轴的控制系统，对系统控制参数进行了调整，检查X轴伺服，效果不明显，没发现问题。

初步认为故障原因在X轴的传动系统上。

接下来检查X轴与电机的联轴节，X轴丝杠的丝杠座。

没发现问题。

最后检查X轴丝杠的丝母，发现丝杠磨损，与丝母之间存在间隙。

丝母松动。

由于丝杠采购周期长，费用高，所以决定把丝杠丝母进行调整。

解决方法：拆卸X轴丝杠，重新调整丝母与丝杠间隙。

恢复丝杠的精度。

调整完后安装。

重新检查各个传动部件，振动消失，机床恢复正常。

3.2 实例2
机床型号：德国哈默五轴加工中心C600U
故障现象：Y轴在进给过程中振动很大，停止进给运动后振动慢慢的减弱，镗出的孔有震纹。

故障分析与解决：首先检查机床导轨副的润滑情况。

松开Y轴的抱闸手动盘动丝杠，在丝杠开始转动的瞬间和转动的过程中并没有感觉到很大的摩擦阻力，说明导轨副的润滑良好。

其次检查进给传动链。

检查对轴承，丝杠丝母副和丝杠本身的预紧和配合均比较理想。

检查联轴器也没有任何的损坏情况。

接下来检查进给伺服。

将Y轴的速度编码器端口，位置编码器端口及PWM信号端口与X轴的速度编码器端口及PWM信号端口互换，互换后开机实验，移动X轴没有出现振动，而Y轴故障依旧，说明Y轴的光栅尺没有问题。

将此故障现象咨询哈默公司的售后服务工程师，其判断为丝杠磨损，需更换丝杠。

但是，因为该机床为进口车床，国内没有此类丝杠的备件，从国外订货周期需要三个月到六个月，而其费用相当昂贵。

因此，设想如果能够通过调整系统参数消除Y轴震动，不仅可以减少机床故障的停机时间，而且还可以节省购买丝杠的费用。

最后通过多次实验，把加速参数MP1060.1修改为6.速度前馈控制系统的Kv系数MP1510.1修改为6后，Y轴震动消除，机床恢复正常。

4结束语：
从以上实例故障看出，引起的本质都是不同类型的震动，但震动的原因却差别很大。

在数控设备震动类故障维修中，既有设备部件老化，也有一些如光栅尺的污染。

地角松动，润滑系统不好等可以通过简单预防和检查就能解决问题甚至减少，避免故障的发生。

所以认真做好设备的点检、保养等日常工作，认真研究设备的故障规律等可以更好的解决设备出现的故障。

参考文献：
1.THM6350机械维修手册。

2.C600U机床说明书。