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)木壒剩€可能是機(jī)械部分與電氣部分的綜合故障所造成。

    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：

    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. 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。

    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(cè)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。

    （1）速度調(diào)節(jié)器的檢測(cè)

    對(duì)速度調(diào)節(jié)器的故障，主要檢測(cè)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(cè)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(cè)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）測(cè)速電機(jī)反饋信號(hào)的檢測(cè)

    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(cè)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(cè)速發(fā)電機(jī)有故障的問題。

    （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(cè)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(cè)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(cè)速發(fā)電機(jī)。

    （4）脈沖編碼器或測(cè)速發(fā)電機(jī)的檢測(cè)

    對(duì)于脈沖編碼器或測(cè)速發(fā)電機(jī)不良的情況，可按下述方法進(jìn)行測(cè)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(cè)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(cè)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)。

    （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)。

    （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(cè)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。

    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：

    （1）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(cè)部件不良；
    （3）驅(qū)動(dòng)器的設(shè)定和調(diào)整不當(dāng)；
    （4）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。