论数控机床的爬行和振动

1目录摘要····················································································1第一章数控机床概述········································错误!未定义书签。1.1数控机床的原理·····································错误!未定义书签。1.2数控机床产生爬行的原因·························错误!未定义书签。1.3数控机床爬行和振动的分析······················错误!未定义书签。第二章数控机床故障的分析·······························错误!未定义书签。2.1分析机械部分原因与对策·························错误!未定义书签。2.2分析进给伺服系统原因与对策···················错误!未定义书签。第三章排除数控机床进给系统爬行与振动故障的方法错误!未定义书签。3.1对故障发生的部位进行分析······················错误!未定义书签。3.2机械部件故障的检查和排除······················错误!未定义书签。3.3进给伺服系统故障的检查和排除················错误!未定义书签。第四章故障诊断与维修实例·······························错误!未定义书签。4.1举例说明故障分析及处理···············································11结论···················································································12参考文献·············································································13后记···················································································142摘要数控机床是现代机械工业的重要技术装备,也是先进制造技术的基础装备。数控机床随着微电子技术、计算机技术、自动控制技术的发展得到飞跃发展。目前，几乎所有传统机床都有了数控机床的品种。数控技术极大地推动了计算机辅助设计、计算机辅助制造、柔性制造系统、计算机集成制造系统、虚拟制造系统和敏捷制造的发展，但是，随着数控机床的发展，机床的故障也越来越重要。本论文叙述对数控机床的爬行与振动故障原因作了一系列分析，指出许多诊断排除故障的方法和策略。并举了一些例子，如何对故障部位的分析、处理，并有效的解决问题。关键词：数控机床爬行与振动分析诊断故障维修3第一章数控机床爬行和振动概述1.1数控机床的原理数控机床是集机、电、液、气、光等为一体的自动化机床，经各部分的执行功能，最后共同完成机械执行机构的移动、转动、夹紧、松开、变速和换刀等各种动作，实现切削加工任务。工作时，各项功能相互结合，发生故障时也混合在一起，故障现象和原因并非简单一一对应。一种故障现象可能有几种不同的原因，大部分故障以综合形式出现，数控机床的爬行与振动就是一个明显的例子。数控机床进给伺服系统所驱动的移动部件在低速运行时，出现移动部件开始不能启动，启动后又突然作加速运动，而后又停顿，继而又作加速运动，如此周而复始，这种移动部件忽停忽跳，忽快忽慢的运动现象，称为爬行；而当其高速运行时，移动部件又出现明显的振动。这一故障现象就是典型的进给系统的爬行与振动故障。1.2数控机床产生爬行的原因对于数控机床进给系统产生爬行的原因，一般认为是由于机床运动部件之间润滑不好，导致机床工作台移动时静摩擦阻力增大；当电机驱动时，工作台不能向前运动，使滚珠丝杠产生弹性变形，把电机的能量贮存在变形上；电动机继续驱动，贮存的能量所产的弹性力大于静摩擦力时，机床工作台向前蠕动，周而复始地这样运动，产生了爬行的现象。事实上这只是其中的一个原因，产生这类故障的原因还可能是机械进给传动链出现了故障，也可能是进给系统电气部分出现了问题，或者是系统参数设置不当的缘故，还可能是机械部分与电气部分的综合故障所造成。1.3数控机床爬行和振动的分析爬行与振动故障通常发生在机械部分和进给伺服系统。进给系统低速时的爬行与机械传动部件的特性有关；高速时振动通常与进给传动链中运动副预紧力有关，而爬行和振动与伺服进给系统进给速度及位置控制系统的增益密切相关。若造成爬行与振动的原因在机械部分，应首先检查导轨副。因移动部件所受的摩擦阻力主要是来自导轨副，导轨副的动、静摩擦因数大，且其差值也大，容易造成爬行。目前数控机床的导轨副广泛采用了滚动导轨、静压导轨或塑料导轨，如果导轨副的间隙调整不好，仍会造成爬行或振动。对于静压导轨应着重检查静压是否4建立，对于塑料导轨可检查导轨面上是否有杂质或异物，对于滚动导轨则应检查导轨副的预紧情况等。其次，要检查进给传动链。有效地提高传动链的传动刚度，对于提高运动精度，消除爬行非常有益。引起爬行的原因常常是轴承、丝杠螺母副和丝杠本身的预紧或预拉不理想，传动链中存在间隙；或传动链长，传动轴直径偏小，支承和支承座的刚度不够等。另外，克服爬行除了在系统中引入阻尼、变更系统的动力特性外，从摩擦学的角度最有效的方法就是通过改善润滑或变更材料以改变摩擦因数。有时爬行就是因导轨副润滑状态不好造成的。采用具有防爬作用的导轨润滑油是一种非常有效的措施，这种导轨润滑油中有极性防爬添加剂，能在导轨表面形成一层不易破裂的油膜，从而改善导轨的摩擦特性。如果故障原因在进给伺服系统，首先确认振动周期与进给速度是否成比例变化。如果成比例变化，则故障的起因可能是机床、电机、检测元件不良。如果不成比例且大致固定，则大都与位置控制有关的系统参数发生变化有关。如位置环增益参数设置变大，则机床易产生振动，在调整该参数时应注意位置的准确性、快速性、平稳性。其中系统快速响应性和稳定性是一对矛盾，当系统调到一定快速响应（临界点）后再增大增益时，系统就产生振荡。在数控机床应用中，首先考虑的是位置准确性和系统稳定性，在此前提下尽可能地提高系统的快速响应性。所以，位置环增益设置值不能太大，应根据数控机床的固有性能来设置。若机床产生振荡，首先要适当减少位置环增益。5第二章数控机床爬行和振动故障的分析2.1、分析机械部分原因与对策因为数控机床低速运行时的爬行现象往往取决于机械传动部分的特性，高速时的振动又通常与进给传动链中运动副的预紧力有关，由此数控机床的爬行与振动故障可能会在机械部分。如果在机械部分，首先应该检查导轨副。因为移动部件所受的摩擦阻力主要是来自导轨副，如果导轨副的动、静摩擦系数大，且其差值也大，将容易造成爬行。尽管数控机床的导轨副广泛采用了滚动导轨、静压导轨或塑料导轨，如果导轨间隙调整不好，仍会造成爬行或振动。对于静压导轨副应着重检查静压是否到位，对于塑料导轨可检查有否杂质或异物阻碍导轨副运动，对于滚动导轨则应检查预紧措施是否良好。关注导轨副的润滑也有助于分析爬行问题，导轨副润滑状态不好，导轨的润滑油不足够，致使溜板爬行。这时，添加润滑油，且采用具有防爬作用的导轨润滑油是一种非常有效的措施。这种导轨润滑油中有极性添加剂，能在导轨表面形成一层不易破裂的油膜，从而改善导轨的摩擦特性防止爬行。其次，要检查进给传动链。因为在进给系统中，伺服驱动装置到移动部件之间必定要经过由齿轮、丝杠螺母副或其他传动副所组成的传动链。定位精度下降、反向间隙增大也会使工作台在进给运动中出现爬行。通过调整轴承、丝杠螺母副和丝杠本身的预紧力，调整松动环节，调整补偿环节，都可有效地提高这一传动链的扭转和拉压刚度（即提高其传动刚度），对于提高运动精度，消除爬行非常有益；另外传动链太长，传动轴直径偏小，支承座的刚度不够也是引起爬行的因素。因此，在检查时也要考虑这些方面是否有缺陷，逐个排查。2.2、分析进给伺服系统原因与对策如果故障原因在进给伺服系统，则需分别检查伺服系统中各有关环节。数控机床的爬行与振动问题属于速度问题，与进给速度密切相关，所以也就离不开分析进给伺服系统的速度环，检查速度调节器故障一是给定信号，二是反馈信号，三是速度调节器自身故障。根据故障特点（如振动周期与进给速度是否成比例变化）检查电动机或测速发电机表面是否光整；还可检查系统插补精度是否太差，检查速度环6增益是否太高；与位置控制有关的系统参数设定有无错误；伺服单元的短路棒或电位器设定是否正确；增益电位器调整有无偏差以及速度控制单元的线路是否良好，应对这些环节逐项检查、分类排除。爬行与振动故障的诊断与排除对于数控机床出现的爬行与振动故障，不能急于下结论，而应根据产生故障的可能性，罗列出可能造成数控机床爬行与振动的有关因素，然后逐项排队，逐个因素检查，分析、定位和排除故障。查到哪一处有问题，就将该处的问题加以分析，看看是否是造成故障的主要矛盾，直至将每一个可能产生故障的因素都查到。最后再统筹考虑，提出一个综合性的解决问题方案，将故障排除。7第三章排除数控机床进给系统爬行与振动故障的方法3.1对故障发生的部位进行分析爬行与振动故障通常需要在机械部件和进给伺服系统查找问题。因为数控机床进给系统低速时的爬行现象往往取决于机械传动部件的特性，高速时的振动现象又通常与进给传动链中运动副的预紧力有关。另外，爬行和振动问题是与进给速度密切相关的，因此也要分析进给伺服系统的速度环和系统参数。3.2机械部件故障的检查和排除造成爬行与振动的原因如果在机械部件，首先要检查导轨副。因为移动部件所受的摩擦阻力主要是来自导轨副，如果导轨副的动、静摩擦系数大，且其差值也大，将容易造成爬行。尽管数控机床的导轨副广泛采用了滚动导轨、静压导轨或塑料导轨，如果调整不好，仍会造成爬行或振动。静压导轨应着重检查静压是否建立；塑料导轨应检查有否杂质或异物阻碍导轨副运动，滚动导轨则应检查预紧是否良好。导轨副的润滑不好也可能引起爬行问题，有时出现爬行现象仅仅就是导轨副润滑状态不好造成的。这时采用具有防爬作用的导轨润滑油是一种非常有效的措施，这种导轨润滑油中有极性添加剂，能在导轨表面形成一层不易破裂的油膜，从而改善导轨的摩擦特性。其次，要检查进给传动链。在进给系统中，伺服驱动装置到移动部件之间必定要经过由齿轮、丝杠螺母副或其他传动副所组成的传动链。有效提高这一传动链的扭转和拉压刚度，对于提高运动精度，消除爬行非常有益。引起移动部件爬行的原因之一常常是因为对轴承、丝杠螺母副和丝杠本身的预紧或预拉不理想造成的。传动链太长、传动轴直径偏小、支承和支承座的刚度不够也是引起爬行的不可忽略的因素，因此在检查时也要考虑这些方面是否有缺陷。另外机械系统连接不良，如联轴器损坏等也可能引起机床的振动和爬行。3.3进给伺服系统故障的检查和排除如果爬行与振动的故障原因在进给伺服系统，则需要分别检查伺服系统中各有关环节。应检查速度调节器、伺服电机或测速发电机、系统插补精度、系统增益、与位置控制有关的系统参数设定有无错误、速度控制单元上短路棒设定是否正确、8增益电位器调整有无偏差以及速度控制单元的线路是否良好等环节，逐项检查分类排除。3.3.1速度调节器的检测对速度调节器的故障，主要检测给定信号、反馈信号和速度调节器本身是否存在问题。给定信号可以通过由位置偏差计数器出来经D/A转换给速度调节器送出的模拟信号VCMD的检测实现，这个信号是否有振动分量可以通过对伺服板上的插脚用示波器来观察。如果就有一个周期的振动信号，那毫无疑问机床振动是正确的，速度调节器这一部分没有问题，而是前级有问题；然后向D/A转换器或偏差计数器去查找问题，如果我们测量结果没有任何振动的周期性的波形，那么问题肯定出在反馈信号和速度调节器。3.3.2测速电机反馈信号的检测反馈信号与给定信号对于