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論數(shù)控機(jī)床的爬行與振動(dòng)
論文摘要:文章對(duì)數(shù)控機(jī)床的爬行與振動(dòng)故障原因作了簡(jiǎn)單分析，指出一些診斷排故的方法和策略
數(shù)控機(jī)床是集機(jī)、電、液、氣、光等為一體的自動(dòng)化機(jī)床，經(jīng)各部分的執(zhí)行功能，最后共同完成機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)的移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、夾緊、松開(kāi)、變速和換刀等各種動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)切削加工任務(wù)。工作時(shí)，各項(xiàng)功能相互結(jié)合，發(fā)生故障時(shí)也混在一起，故障現(xiàn)象和原因并非簡(jiǎn)單一一對(duì)應(yīng)。一種故障現(xiàn)象可能有幾種不同的原因，大部分故障以綜合形式出現(xiàn)，數(shù)控機(jī)床的爬行與振動(dòng)就是一個(gè)明顯的例子。
數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)所驅(qū)動(dòng)的移動(dòng)部件在低速運(yùn)行時(shí)，出現(xiàn)移動(dòng)部件開(kāi)始不能啟動(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)，如此周而復(fù)始，這種移動(dòng)部件忽停忽跳，忽快忽慢的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，稱為爬行；而當(dāng)其高速運(yùn)行時(shí)，移動(dòng)部件又出現(xiàn)明顯的振動(dòng)。這一故障現(xiàn)象就是典型的進(jìn)給系統(tǒng)的爬行與振動(dòng)故障。
造成這類故障的原因有多種可能，可能是因?yàn)闄C(jī)械部分出現(xiàn)了故障所導(dǎo)致，也可能是進(jìn)給系統(tǒng)電氣部分出現(xiàn)了問(wèn)題，還可能是機(jī)械部分與電氣部分的綜合故障所造成，甚至可能因編程有誤也會(huì)產(chǎn)生爬行故障。
一、分析機(jī)械部分原因與對(duì)策
因?yàn)閿?shù)控機(jī)床低速運(yùn)行時(shí)的爬行現(xiàn)象往往取決于機(jī)械傳動(dòng)部分的特性，高速時(shí)的振動(dòng)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)，由此數(shù)控機(jī)床的爬行與振動(dòng)故障可能會(huì)在機(jī)械部分。
如果在機(jī)械部分，首先應(yīng)該檢查導(dǎo)軌副。因?yàn)橐苿?dòng)部件所受的摩擦阻力主要是來(lái)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，如果導(dǎo)軌間隙調(diào)整不好，仍會(huì)造成爬行或振動(dòng)。對(duì)于靜壓導(dǎo)軌副應(yīng)著重檢查靜壓是否到位，對(duì)于塑料導(dǎo)軌可檢查有否雜質(zhì)或異物阻礙導(dǎo)軌副運(yùn)動(dòng)，對(duì)于滾動(dòng)導(dǎo)軌則應(yīng)檢查預(yù)緊措施是否良好。關(guān)注導(dǎo)軌副的潤(rùn)滑也有助于分析爬行問(wèn)題，導(dǎo)軌副潤(rùn)滑狀態(tài)不好，導(dǎo)軌的潤(rùn)滑油不足夠，致使溜板爬行。這時(shí)，添加潤(rùn)滑油，且采用具有防爬作用的導(dǎo)軌潤(rùn)滑油是一種非常有效的措施。這種導(dǎo)軌潤(rùn)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)軌的摩擦特性防止爬行。
其次，要檢查進(jìn)給傳動(dòng)鏈。因?yàn)樵谶M(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(guò)由齒輪、絲杠螺母副或其他傳動(dòng)副所組成的傳動(dòng)鏈。定位精度下降、反向間隙增大也會(huì)使工作臺(tái)在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)中出現(xiàn)爬行。通過(guò)調(diào)整軸承、絲杠螺母副和絲杠本身的預(yù)緊力，調(diào)整松動(dòng)環(huán)節(jié)，調(diào)整補(bǔ)償環(huán)節(jié)，都可有效地提高這一傳動(dòng)鏈的扭轉(zhuǎn)和拉壓剛度（即提高其傳動(dòng)剛度），對(duì)于提高運(yùn)動(dòng)精度，消除爬行非常有益；另外傳動(dòng)鏈太長(zhǎng)，傳動(dòng)軸直徑偏小，支承座的剛度不夠也是引起爬行的因素。因此，在檢查時(shí)也要考慮這些方面是否有缺陷，逐個(gè)排查。
二、分析進(jìn)給伺服系統(tǒng)原因與對(duì)策
如果故障原因在進(jìn)給伺服系統(tǒng)，則需分別檢查伺服系統(tǒng)中各有關(guān)環(huán)節(jié)。數(shù)控機(jī)床的爬行與振動(dòng)問(wèn)題屬于速度問(wèn)題，與進(jìn)給速度密切相關(guān)，所以也就離不開(kāi)分析進(jìn)給伺服系統(tǒng)的速度環(huán)，檢查速度調(diào)節(jié)器故障一是給定信號(hào)，二是反饋信號(hào)，三是速度調(diào)節(jié)器自身故障。根據(jù)故障特點(diǎn)（如振動(dòng)周期與進(jìn)給速度是否成比例變化）檢查電動(dòng)機(jī)或測(cè)速發(fā)電機(jī)表面是否光整；還可檢查系統(tǒng)插補(bǔ)精度是否太差，檢查速度環(huán)增益是否太高；與位置控制有關(guān)的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定有無(wú)錯(cuò)誤；伺服單元的短路棒或電位器設(shè)定是否正確；增益電位器調(diào)整有無(wú)偏差以及速度控制單元的線路是否良好，應(yīng)對(duì)這些環(huán)節(jié)逐項(xiàng)檢查、分類排除。
三、其它因素
有時(shí)故障既不是機(jī)械部分的原因，又不是進(jìn)給伺服系統(tǒng)的原因，有可能是其它原因如編程誤差。如FANUC 6M系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床在一次切削加工時(shí)出現(xiàn)過(guò)載爬行。經(jīng)過(guò)仔細(xì)核查，發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)故障引起過(guò)載，更換電動(dòng)機(jī)過(guò)載消除，可爬行還是存在。先從機(jī)床著手尋找故障原因，結(jié)果核實(shí)傳動(dòng)鏈沒(méi)問(wèn)題，又查進(jìn)給伺服系統(tǒng)確認(rèn)無(wú)故障，隨后對(duì)加工程序進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)工件曲線的加工，采用細(xì)微分段圓弧逼近來(lái)實(shí)現(xiàn)，而在編程中用了G61指令，也即每加工一段就要進(jìn)行一次到位停止檢查，從而使機(jī)床出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，將G61改為G64指令連續(xù)切削，爬行消除。
如果故障既有機(jī)械部分的原因，又有進(jìn)給伺服系統(tǒng)的原因，很難分辨出引起這一故障的主要矛盾，這是制約我們迅速查出故障原因的重要因素。面對(duì)這種情況，要進(jìn)行多方面的檢測(cè)，運(yùn)用機(jī)械、電氣、液壓等方面的綜合知識(shí)，采取綜合分析判斷，排除故障。
數(shù)控機(jī)床是技術(shù)密集和知識(shí)密集的設(shè)備，故障現(xiàn)象是多樣的，其表現(xiàn)形式也沒(méi)有簡(jiǎn)單的規(guī)律可遵循，這就要求維修的技術(shù)人員要有電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電氣自動(dòng)化技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)、機(jī)械理論與實(shí)踐技術(shù)、液壓與氣動(dòng)等較全面的綜合技術(shù)知識(shí)，還要求具有綜合分析和解決問(wèn)題的能力。
參考文獻(xiàn)：
1、蔣建強(qiáng)數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修北京：電子工業(yè)出版社2006
2、張秀玲數(shù)控機(jī)床維修技師手冊(cè)北京：機(jī)械工業(yè)出版社2006
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