數(shù)控機床爬行故障分析

陳舒 岳志軍 王亦迪 王明宇

摘要：數(shù)控機床的爬行與振動故障是低速運動時的一種復雜的自激振動現(xiàn)象，是一種大型設備常見故障。它的存在對機床的低速進給有很大影響，在機械加工過程中，會嚴重影響加工精度，降低產(chǎn)品質(zhì)量。本文針對數(shù)控機床產(chǎn)生爬行與振動故障的原因進行了深入分析，并提出了排除故障的具體措施和方法。

關鍵詞：爬行故障故障分析

數(shù)控機床爬行現(xiàn)象多發(fā)生在機床啟動或低速運轉(zhuǎn)時，表現(xiàn)形式為進給系統(tǒng)的移動部件開始時不能運動，爾后又突然加速運動，再停止，然后又重新運動，周而復始，在啟動、停止、快速運動間反復轉(zhuǎn)化。機床出現(xiàn)爬行現(xiàn)象時沒有報警信號，但它也是數(shù)控機床故障，屬于進給系統(tǒng)無報警故障的一種。數(shù)控機床出現(xiàn)爬行現(xiàn)象時，維修技術人員到現(xiàn)場后分析引起爬行的原因。只有正確分析產(chǎn)生原因，才能及時排除故障，確保機器的正常運轉(zhuǎn)。

1、認真分析，找到故障發(fā)生的部位

數(shù)控機床發(fā)生爬行現(xiàn)象時，首先要找到發(fā)生故障的部位。數(shù)控機床爬行現(xiàn)象出現(xiàn)時，直接表現(xiàn)部位是傳動部分出現(xiàn)周而復始的移動。分析數(shù)控機床的組成原理圖我們可以知道，從數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出給定指令到故障直接發(fā)生的部位，要經(jīng)過數(shù)控系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)及檢測部分才能實現(xiàn)移動部件的運動，所以這些部分出現(xiàn)故障最有可能引起機床爬行。即：引起機床爬行的原因一是機械部分的自身原因；二是相關部分出現(xiàn)問題，如數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、反饋系統(tǒng)等。所以，排除故障時既要檢查機械部分，也要檢查與機械相關的部分。

2、機械部件故障的檢查和排除

在檢查機床故障時，應遵循的一個基本原則是先靜態(tài)后動態(tài)，先解決機械部分，再解決電氣部分。所以遇到爬行問題時，也應先從機械方面著手，進給傳動部分是引起數(shù)控機床爬行的主要機械因素。數(shù)控機床的進給部分主要部件為絲杠、導軌、齒輪及支撐軸承等，都是引起機床爬行現(xiàn)象的主要因素，故檢查機械傳動部分時，主要應從以下幾個方面入手：

一要檢查進給傳動鏈軸承、絲杠螺母副和絲杠本身是否預緊，預緊是否合理；二要檢查傳動件間隙是否過大，機械系統(tǒng)連接是否完好無損，機械部件（如聯(lián)軸器）是否損壞；三要檢查潤滑部位是否良好，導軌裝配時是否調(diào)整好。導軌副的潤滑不好也可能引起爬行問題，有時出現(xiàn)爬行與振動現(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。

如果檢查結(jié)果是機械部分出現(xiàn)問題，一要將絲杠、絲杠螺母副及軸承重新預緊；二要重新調(diào)整傳動件間隙；三要重新連接機械傳動部分，更換損壞的部件；四要將潤滑部位重新潤滑，與潤滑有關部分重新裝配。

3、進給伺服系統(tǒng)分析

如果故障原因來源于進給伺服系統(tǒng)，則要認真檢查伺服系統(tǒng)中各相關環(huán)節(jié)。如：檢查速度調(diào)節(jié)器；根據(jù)故障特點檢查電動機或測速發(fā)電機是否有問題；檢查系統(tǒng)插補精度是否太差，檢查增益是否太高；與位置控制有關的系統(tǒng)參數(shù)設定有無錯誤；速度控制單元上短路棒設定是否正確；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。應對這些環(huán)節(jié)逐項檢查、分類排除。

4、速度調(diào)節(jié)器的檢測

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

5、電機檢查

當機床振動頻率與電機轉(zhuǎn)速成一定比率,首先就要檢查一下電動機是否有故障,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，應對電動機進行維修處理。如果沒有什么問題，就要檢查測速發(fā)電機。

6、測速發(fā)電機的檢查與分析

測速發(fā)電機是一臺小型的永磁式直流發(fā)電機，它的輸出電壓應正比于轉(zhuǎn)速，也就是輸出電壓與轉(zhuǎn)速是線性關系。只要轉(zhuǎn)速一定，它的輸出電壓波形應當是一條直線，但由于齒槽的影響及整流子換向的影響，在這直線上附著一個微小的交變量。為此，測速反饋電路上都加了濾波電路，這個濾波電路就是削弱這個附在電壓上的交流分量。測速發(fā)電機中常常出現(xiàn)的一個問題就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)電機片間短路，一旦出現(xiàn)這樣的問題就避免不了產(chǎn)生振動。這是因為這個被短路的元件一會在上面支路，一會在下面支路，一會正好處于換向狀態(tài)，這3種情況就會出現(xiàn)3種不同的測速反饋的電壓。在上面支路時，上面支路由于少了一個元件，電壓必然要小，而當它這個元件又轉(zhuǎn)到了下面支路時，下面的電壓也小，這時不論在上面支路，還是在下面支路中，都必然使這兩條支路的端電壓下降，且有一個平衡電流流過這兩條并聯(lián)的支路，又造成一定的電壓降。當這個元件處于換向，正好它也處于短路，這時上下兩個支路沒有短路元件，電壓得以恢復，且也無環(huán)流。這樣，與正常測速發(fā)電機狀態(tài)一樣。

7、結(jié)語

數(shù)控機床爬行現(xiàn)象會直接影響加工精度、定位精度，損壞工具，產(chǎn)生噪音，造成機械故障等。所以在實際生產(chǎn)中，要盡量避免機床爬行現(xiàn)象的發(fā)生。但如果出現(xiàn)機床爬行現(xiàn)象，維修人員應熟練掌握它的控制原理，在工作中不斷摸索，積累經(jīng)驗，以便發(fā)生故障時做到及時準確的排除，確保設備正常運轉(zhuǎn)。

參考文獻

[1]趙中敏.數(shù)控機床低速爬行分析及對策研究[J].中國設備工程,2009.5.