机床爬行故障分析

中国高新技术企业

机床爬行故障分析

文／李洁裴晓光周立军

【摘要】数控机床的系统爬行问题是很普遍的现象，在机床中经常出现，甚至在有些数控机床中还没有报

警。

【关键词】爬行振动测速

机床以低速运行时，机床工作台是蠕动着向前运动；机床要以高速运行时，就出现震动。但有一些经济数控系统中，却没有报警，即使有时出现报警，报警的信息表明也不是你所看到不正常现象的报警。

一、概述

机床爬行和振动问题是属于速度的问题。我们知道机床的速度的整个调节过程是由速度调节器来完成的。速度调节器的时间常数，也就是速度调节器积分时间常数是以毫秒计的，因此，整个机床的伺服运动是一个过渡过程，是一个调节过程。

二、排除故障的方法

机床振动问题是速度调节器问题，只能从速度调节器入手。可以从下面这些方面查找爬行故障：一个是给定信号，一个是反馈信号，再一个就是速度调节器的本身。

１．给定信号问题

给定信号是由位置偏差计数器出来经数模转换器Ｄ／Ａ转换给速度调节器送来的模拟给定ＶＣＭＤ，这个信号是否有振动分量，可以通过伺服板上的插脚（西门子８系统的伺服板是５６号线）来看一看它是否在那里有振动。如果它就是有一个周期的振动信号，那毫无疑问机床振动是正确的，速度调节器本身没有问题，而是给定有问题，向Ｄ／Ａ转换器或偏差计数器去查找问题或者是给定的外部元件问题。如果我们测量结果没有任何振动的周期性的波形。那么问题肯定出在其他两个部分。

２．反馈信号问题

首先就要检查一下电动机是否有故障，检查它的碳刷，整流子表面状况，以及机械振动的情况，并要检查滚珠轴承的润滑的情况，整个这个检查，可不必全部拆卸下来，可通过视觉进行观察就可以了，轴承可以用耳去听声音来检查。如果没有什么问题，就要检查测速发电机。

我们再用示波器去观察测速发电机的波形，可以看到，测速发电机反馈的波形中是否出现规律的大起大落，十分混乱现象。这时，我们最好能测一下机床的振动频率与电机旋转的速度是否存在一个准确的比率关系，譬如振动的频率是电机转速的四倍频率。这时我们就要考虑电机或测速发电机有故障的问题。

测速发电机就是一台小型的永磁式直流发电机，它的输出电压应正比于转速，也就是输出电压与转速是线性关系。只要转速一定，它的输出电压波形应当是一条直线，但由于齿槽的影响及整流子换向的影响，在这直线上附着一个微小的交变量。为此，测速反馈电路上都加了滤波电路，这个滤波电路就是削弱这个附在电压上的交流分量。

测速发电机中常常出现的一个毛病就是炭刷磨下来的炭粉积存在换向片之间的槽内，造成测速发电机片间短路，一旦出现这样的问题就避免不了这个振动的问题。这是因为这个被短路的元件一会在上面支路，一会在下面支路，一会正好处于换向状态，这３种情况就会出现３种不同的测速反馈的电压。在上面支路时，上面支路由于少了一个元件，电压必然要小，而当它这个元件又转到了下面支路时，下面的电压也小，这时不论在上面支路，还是在下面支路中，都必然使这两条支路的端电压下降，且有一个平衡电流流过这两条并联的支路，又造成一定的电压降。当这个元件处于换向，正好它也处于短路，这时上下两个支路没有短路元件，电压得以恢复，且也无环流。这样，与正常测速发电机状态一样。为此，三种不同情况下电压做了一个周期地变化，这个电压反馈到调节器上时，势必引起调节器的输出也做出相应地，周期地变化。这是仅仅说了一个元件被短路。特别严重时有一组换向片全部被碳粉给填平了，全部短路，这样就会更为严重的电压波动。

反馈信号与给定信号对于调节器来说是完全相同的。所以出现了反馈信号的波动，必然引起速度调节器的反方向调节，这样就引起机床的振动。

这种情况发生时，非常容易处理，只要把电机后盖拆下，就露出测速发电机的整流子。这时不必做任何拆卸，只要用尖锐的勾子，小心地把每个槽子勾一下，然后用细砂纸光一下勾起的毛刺，把整流片表面再用无水酒精擦一下，再放上炭刷就可以了。这里特别要注意的是用尖锐的勾子去勾换向片间槽口时，别碰到绕组，因为绕组线很细，一旦碰破就无法修复，只有重新更换绕组。再一个千万不要用含水酒精去擦，这样弄完了绝缘电阻下降无法进行烘干，这样就会拖延修理期限。

除了我们上面讨论过这些引起振动的原因外，还可能是系统本身的参数引起的振荡。我们知道一个闭环系统也可能由于参数设定不好，而引起系统振荡，但最佳的消除这个振荡方法就是减少它的放大倍数，在ＦＡＮＵＣ的系统中调节ＲＶ１，逆时钟方向转动，这时可以看出立即会明显变好，但由于ＲＶ１调节电位器的范围比较小，有时调不过来，只能改变短路棒，也就是切除反馈电阻值，降低整个调节器的放大倍数。

３．速度调节器问题

采用这些方法后，还做不到完全消除振动，甚至是无效的，就要考虑对速度调节器板更换或换下后彻底检查各处波形。故障也能消除。

在这个实例中，出现爬行时，电机是在低速，一旦提高速度就震起来，这时可能出现过流报警。产生这种报警的原因是机床工作台面为了迅速跟随反馈信号的变化而变化，必须有一个很大的加速度才行，这个加速度就是由电机的转矩给出的。电机转矩的变化来响应这个速度给定信号（实际上是反馈信号）的变化。转矩就是电流信号。大的转矩，就是大的电流信号造成的，在电流环中出现了一个电流的激烈变化，从而出现了过电流现象．在振动时不报警，而在振动加大时，出现了过电流报警。

三、结语

由于数控机床是机电一体化产品，这里边影响机床正常工作的因素很多，除了电气方面的问题之外，机械方面的问题也与电气的问题混在一起，这种情况就十分难以分辨出到底哪个因素在这个问题中的比重占有多少。这些相关的因素是制约我们迅速查出故障的重要因素。

（作者单位系第一重型机械集团公司有限责任公司设备维修分公司

阿城继电器股份有限公司

河北省质检站）

科技论坛６８

－－