數(shù)控機(jī)床爬行與振動(dòng)故障研究

李壯,李詩若

摘要 本文結(jié)合當(dāng)前數(shù)控機(jī)床爬行與故障展開了研究和討論。旨在說明出現(xiàn)這種故障的原因和引發(fā)因子，筆者從實(shí)際工作出發(fā)，經(jīng)過大量的研究和分析，對當(dāng)前數(shù)控機(jī)床在工作的過程中所出現(xiàn)爬行問題，給出了相應(yīng)的解析，同時(shí)還針對實(shí)際情況提供了一些診斷方法和預(yù)報(bào)技術(shù)，為數(shù)控機(jī)床的維修和調(diào)試提供指導(dǎo)依據(jù)。

關(guān)鍵詞 故障分析；數(shù)控機(jī)床；動(dòng)態(tài)特性

中圖分類號TH13 文獻(xiàn)標(biāo)識碼A 文章編號 1674-6708（2011）43-0168-01

數(shù)控機(jī)床在調(diào)試和運(yùn)行過程中出現(xiàn)的爬行現(xiàn)象是一種經(jīng)常性的故障，直接對數(shù)控機(jī)床造成嚴(yán)重的后果，經(jīng)濟(jì)損失也是相當(dāng)引人注目的。經(jīng)過大量的研究發(fā)現(xiàn)，引發(fā)這種故障的主要原因有液壓、機(jī)械、電氣、潤滑等很多方面，它們之間都存在著一種緊密的銜接關(guān)系，相互緊密地交織在一起。我們需要在實(shí)踐中經(jīng)常性的發(fā)現(xiàn)問題，開拓思想，積累經(jīng)驗(yàn)，逐漸學(xué)會剖析故障的能力，最終總結(jié)出解決問題的最佳方案。本文就針對若干種經(jīng)常性的爬行與振動(dòng)情況一一進(jìn)行了研究和解答，同時(shí)例舉了多種故障元器件和故障表現(xiàn)形式，并擬定和提出了解決此故障的策略和相關(guān)意見。

1 摩擦阻力引起的爬行

眾所周知，機(jī)床床身的工作臺和導(dǎo)軌導(dǎo)軌面都是依據(jù)刮削或磨削的，形成一個(gè)平順而光滑的表面，但是，在事實(shí)上這個(gè)表面還是呈現(xiàn)著一定程度的微峰，這些微峰以犬牙形狀參差不起地鑲嵌在表面平臺之上。因?yàn)榛瑒?dòng)導(dǎo)軌的兩個(gè)接觸面都是通過微峰峰尖接觸，所以在它們之間的難免會出現(xiàn)微小的接觸面，可想而知，峰尖上所要承受的壓力就是向當(dāng)?shù)馗吡?，在一定程度上已?jīng)達(dá)到了彈性變形最大值，特別是一些大(重)型的數(shù)控機(jī)床。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)接觸點(diǎn)發(fā)生了塑性變形之后，其金屬分子就會產(chǎn)生一定強(qiáng)度的粘著反應(yīng)，加上微峰之間的交錯(cuò)嚙合，在他們相對運(yùn)行的時(shí)候就很容易出現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的爬行和振動(dòng)現(xiàn)象。這就是機(jī)床運(yùn)動(dòng)的兩導(dǎo)軌上所出現(xiàn)的摩擦阻力的原因。

如果機(jī)床在運(yùn)行中出現(xiàn)了爬行現(xiàn)象，那么此時(shí)一定是在低速運(yùn)動(dòng)，兩導(dǎo)軌面之間難以形成高速運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)壓油膜，所以出現(xiàn)了因微峰直接接觸的邊界潤滑。這個(gè)時(shí)候兩導(dǎo)軌表面的微峰之間能夠直接接觸，壓力比較高，所以直接導(dǎo)致了塑性變形，因運(yùn)動(dòng)而引發(fā)的接觸局部升溫，出現(xiàn)了金屬分子之間的粘著，通常稱為“冷焊”，這個(gè)時(shí)候兩導(dǎo)軌間的摩擦系數(shù)是最高的。改善摩擦阻力和改善摩擦阻力的變化，關(guān)鍵在于減小摩擦曲線隨運(yùn)動(dòng)速度遞增而降低的斜率，也就是說減小靜、動(dòng)摩擦系數(shù)差，說白了就是關(guān)鍵要改良潤滑時(shí)的狀態(tài)。

2離心力引起的振動(dòng)

當(dāng)主軸工件和部件轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，因?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)中心和質(zhì)量中心的偏離，所以就會產(chǎn)生了繞回轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)的離心力，這個(gè)離心力屬于車床產(chǎn)生整機(jī)振動(dòng)和導(dǎo)致不穩(wěn)定的根本因素。平常離心力的大小通常都是依據(jù)下列公式得出：

W=Meω2

式中，M為被加工件與主軸部件的質(zhì)量的和（kg）；e為被加工件和主軸部件的旋轉(zhuǎn)中心與質(zhì)量中心的偏心距（m）；W為離心力（N）；ω為主軸 （工件）旋轉(zhuǎn)角速度（rad/s）。

從上式中我們可以得出，旋轉(zhuǎn)件的質(zhì)量與離心力的大小、轉(zhuǎn)速的平方和偏心距成正比。為了降低振動(dòng)，在加工大工件、質(zhì)量攤鋪不平衡的毛坯件及偏心工件時(shí)，可適當(dāng)?shù)慕档娃D(zhuǎn)速，尤其是在加工偏心量大的工件時(shí)，應(yīng)當(dāng)添加質(zhì)量平衡塊以減小偏心距，降低因離心力而產(chǎn)生的振動(dòng)。不可否認(rèn)，上述公式事實(shí)上只是表面上的給出了激振力的大小，而在具體工作中，離心力的大小是不斷的發(fā)生變化，即被加工工件的質(zhì)量、偏心距和角速度是在不斷的變化，工件質(zhì)量與偏心距的變化很少在線檢測，即使可以檢測也不在去檢測它們，這是由于離心力的檢測有更簡化、更精確及更快捷的檢測方法。當(dāng)離心力對數(shù)控車床產(chǎn)生作用后，車床便會有繞其邊緣傾倒的跡象，此種跡象是由離心力對車床底邊的力矩所產(chǎn)生的結(jié)果，故稱為“顛覆力矩”。當(dāng)離心力位于水平狀態(tài)時(shí)，顛覆力矩就會升為極大值，其大小可由下列公式得出：

M = Wh

式中，M為顛覆力矩（N·m）；W為旋轉(zhuǎn)件的離心力（N）。

3 液壓系統(tǒng)泄漏引起的爬行

由于液壓系統(tǒng)中密封圈衰老碎裂，執(zhí)行元件破損等產(chǎn)生外泄，使系統(tǒng)壓力減小致使爬行，例如液壓泵內(nèi)的零件破損，會引發(fā)液壓泵輸出流量和壓力減小或晃動(dòng)；閥類元件和液壓缸破損，元件空間增加，或液壓缸活塞與缸體相互空間加大，導(dǎo)致高壓腔和低壓腔相通產(chǎn)生壓力過小，使推力降低，當(dāng)阻力發(fā)生變化時(shí)，液壓泵不足以供應(yīng)壓力變化而致使爬行。在液壓系統(tǒng)的爬行中，準(zhǔn)時(shí)消除液壓缸中的氣體是預(yù)防爬行的最佳方式。

4 加工程序引起的振動(dòng)

細(xì)作更為復(fù)雜的曲面時(shí)，通常采用CAM編程軟件例如：Pro/E、UG、MasterCAM 等編程。在使用MasterCAM編程過程中，部分客戶為了達(dá)到更高的精確度或者為了防止走圓弧出現(xiàn)差錯(cuò)，便采取了不大的過濾或索性不過濾，成型的程序是非常集中的點(diǎn)位，在加速性能不是較佳的數(shù)控機(jī)床上細(xì)作時(shí)便會出現(xiàn)上下顛簸和左右搖擺的振動(dòng)現(xiàn)象。譬如當(dāng)加工一個(gè)圓時(shí)，由于上下顛簸或左右搖擺所產(chǎn)生的振動(dòng)，便會制作出很多棱邊，反而對加工時(shí)所預(yù)期的精度產(chǎn)生了不良影響。

數(shù)控機(jī)床是一個(gè)完備和統(tǒng)一的有機(jī)整體，機(jī)械、電氣、液壓的控制天生存在相互關(guān)聯(lián)、相互作用。故此，剖析處理進(jìn)給系統(tǒng)出現(xiàn)的故障時(shí)，對數(shù)控機(jī)床發(fā)生的爬行和振動(dòng)故障等的問題，無需急于定論和詮釋，應(yīng)依據(jù)引誘其產(chǎn)生故障的原因，列舉出最大可能產(chǎn)生數(shù)控機(jī)床爬行和振動(dòng)的相關(guān)因子，最后將各項(xiàng)進(jìn)行逐一排查和檢驗(yàn)，剖析、定向和解除故障。檢查到哪一處有疑惑，就將此處的疑惑進(jìn)行剖析，查看其是否為產(chǎn)生故障的直接矛盾，直到把各項(xiàng)可能引發(fā)故障的因子都排查出來為止。最后再全盤統(tǒng)籌，擬定出一個(gè)既滿足實(shí)際要求又實(shí)用的解決問題的方案，徹底將故障排除。故此，我們應(yīng)加大整體概念的綜合性培養(yǎng)和總結(jié)工作及生活的經(jīng)驗(yàn)，只有這樣我們才能有效且方便的解決實(shí)際問題。

參考文獻(xiàn)

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