机床爬行

关键词： 数控机床 经济 设备 生产

机床爬行（精选四篇）

机床爬行 篇1

爬行是机床常见而不正常的运动状态, 主要出现在机床各传动系统的执行部件上 (如刀架系统、工作台等) , 且一般在低速行时出现较多。运动速度低时, 润滑油被压缩, 油膜变薄, 油楔作用降低, 部分油膜破坏, 摩擦面阻力发生变化。通常情况下, 轻微程度的爬行有不易察觉的振动, 显著的爬行则是大距离地跳动。

进给运动中的爬行现象破坏了系统运动的均匀性, 不仅使被加工件精度和表面质量下降, 也会破坏液压系统工作的稳定性, 使机床导轨加速磨损, 甚至产生废品和事故。

1 机床爬行原因分析

引起爬行的主要原因, 是摩擦因数随运动速度的变化和传动系统刚性不足。机床在实际使用中, 爬行现象主要是在传动系统刚性不足, 驱动力与负载摩擦阻力波动变化的情况下形成。机床液压系统侵入空气, 液压元件间隙增大及机械装置自身原因都可能引起爬行故障。

我们知道爬行是指机床运动部件慢速动行时的不平稳性, 表现为有规律的一停一跃。这种现象的出现, 以磨床居多数, 会严重影响工作的表面质量和尺寸精度。产生原因可用实例来说明:假设有一原动件通过弹簧推动另一从动件, 当原动件以等速向前运动, 通过弹簧推动从件在平面上滑行时, 当原动件启动后, 首先需压缩弹簧一段距离, 直到足以克服从动件的静摩擦力时, 从动件才会起动, 此时弹簧蓄能。当从动件起动后, 由于动摩擦系数小于静摩擦系数, 于是使从动件获得一个加速度, 此时弹簧放能。如果移动速度很慢, 弹簧的压缩量又较大, 那么从动件的速度很快就会超过原动件, 产生一个跳跃, 直到弹簧压力和动摩擦力平衡后, 从动件开始减速, 但因为惯性, 但因为惯性, 还会再向前冲一段距离。至此, 从动件因为失去了原动力就会停下来, 直到原动件重新压缩弹簧到能克服从动件的静摩擦力时, 又重复上述循环。

此实例和实际导轨副产生爬行的机理十分相似。从动件可以视作溜板或工作台, 平面可以视作导轨。二驱动系统不可能是完全刚性的, 在驱动过程中不可避免地会有弹性变形, 因而可以认为是弹簧起同样作用。

2 解决对策

2.1 改善导轨摩擦特性

改善导轨摩擦特性就是降低摩擦阻力和减小静、动摩擦系数之差。为此, 可采取以下措施:

2.1.1 滑动面的加工方法, 从降低摩擦阻力的角度看, 总的来说是磨削比刮削好。

试验表明, 上导轨面用碗形砂轮端面磨削, 下导轨面用盘形砂轮周边磨削, 可获得最好的效果;其次是下导轨面用碗形砂轮端面磨削, 上导轨面刮研。当上、下导轨面都为磨削时, 其接触情况应用着色检验, 接触指标须满JB2278—78《金属切削机床通用技术条件》和JB2280—78《金属切削机床械加工结合面接触的检验及评定》的规定 (表1) 。

对刮研的导轨面, 摩擦阻力和接触点数有关, 点数太少说明接触面积小, 比压大, 不易形成油膜。但也不是接触点数越多越好, 若接触点数太多, 超过每25*25毫米20—25点, 大多数接触点呈尖峰状, 同样不利于形油膜, 造成尖峰与尖峰接触, 使摩擦阻力增大。对于上、下导轨面都为刮研的状况, 看来以基本 (满足可以稍偏少) JB2278—78规定的指标 (表2) 为适宜。对于上导轨面刮研, 下导力面磨削的状况, 只检验刮研面的接触点数, 考核指标为表2的75%。

2.1.2 在上导轨表面粘贴塑料板, 台聚四氟乙烯、足龙等, 可使摩擦系数和静、动摩擦系数之差降低60%左右, 对防止爬行有显著效果。

但塑料的导热性差, 在通常铸铁对铸铁滑动时, 摩擦热是同时从两个滑动表面传导出去, 如果一个表面是塑料, 就阻碍了热的传记导。在重载和高速的情况下, 大量摩擦热会使机床身温度很快上升, 由此而产生的变形足以破坏机床的原始精度。

2.1.3 选用具有防爬特性的润滑油。

低速运行时, 导轨润滑只能是边界润滑状态 (介于干摩擦和液体摩擦之间的一种状态) , 而一般润滑油的边界油膜都不够强固, 容易出现干摩擦。因此, 为排除爬行, 宜采用专用的防爬导轨油, 其中加入了各种添加剂, 增强润滑油的吸附及楔入能力, 以提高边界油膜的强度过, 防止干摩擦, 对降低摩擦阻力, 防止爬行, 有一定效果。

多润滑的粘度, 从防止爬行的角度看, 宜选用粘度大的润滑油。但工作台负荷分布不均时, 润滑油大会使导轨的油墨厚薄不均, 从而引起工作台倾斜, 降低机床加工精度。

2.1.4 对新的或大修后的机床, 由于导轨面上刮削或磨削的刀痕较深, 以致摩擦阻力较大。

可在导轨面上涂敷薄薄一层氧化铬, 用手动的方法 (切勿有机动) 对研几个来回, 对排除爬行有一定效果。

2.1.5 采用静压导轨, 实现完全的液体摩擦, 可以从根本上解决爬行问题。

但是, 成功地应用静压导轨并不是很简单的事, 也不是在所有场合都可以使用, 比如外圆磨床工作台很单薄的构件, 由于工件往往被顶得过紧, 于是工作台就产生弹性变形而拱凸起来, 使静压油墨难以形成。因此, 在改造老设备时, 若准备采用静压导轨, 应慎重, 除了考虑技术上是否可能外, 经济上是否合算也是必须考虑的问题。

2.2 降低驱动阻力驱动阻力的主要组成部分是导轨副的摩擦阻力, 和正压力成正比, 所以设计时应尽量减轻运动部件的重量。

而在维修上, 主要应排除因零件质量或装配不善而引起的附加阻力。如果是齿轮齿条驱动, 常见的故障原因是因偏斜或偏心而致啮合不均或啮合过紧。如果是液压驱动, 问题大多出在油缸上, 常见的故障原因包括:油缸两端支架上的封圈压得过紧或太松;活塞杆两端螺母拧得太紧, 以至同心不良;活塞杆和活塞不同心;活塞杆的弯曲;缸体内孔形状精度不良 (孤行、锥型等) ;油缸安装和导轨不平行;缸内腐蚀拉毛等。另外, 还须注意楔铁是否弯曲, 楔铁和压板是否调整得过紧等。在找出故障原因后, 就可以采取针对性措施性来加以排除。

3 应注意的问题

在整个驱动系统的总刚度中, 最末一个环节的刚度往往有决定性的影响, 这是设计上必须注意的一个问题。而在维修上, 主要应注意排除液压系统中的空气。油液本身的压缩性极小, 一般可以认为油液是不可压缩的。但空气的压缩性很大, 侵入液压系统后, 一部分溶解于压力油中, 一部分就形成气泡浮游在压力油里, 随着液压系统工作循环而产生反复的压缩和膨胀, 起到了“弹簧”的作用, 于是导致了爬行。

空气侵入液压系统的原因是多方面的, 除了接头松动以及密封损坏等原因外, 大多数是由于油泵吸油不畅, 在吸油管中造成负压所致。是否有空气侵入以及侵入的程度, 一般可根据油池表面是否有气泡来判断。为了排出液压系统中的空气, 有些机床设有排气装置, 如果没有排气装置, 可开动液压系统, 使工作台在最大行程上快速行动, 强迫排出空气。

在实际工作中, 只要采取行之有效地方法和措施, 就会将机床运动中的爬行现象降低到最小的极限, 从而保证机床的正常工作。

摘要：机床进给系统的运动件, 当其运行速度低到一定值 (如0.5mm/min) 时, 往往不是作连续匀速运动, 而是时走时停、忽快忽慢, 这种现象称之为爬行。严重影响着工作的表面质量和尺寸精度, 由于引起其原因复杂, 往往不易排除, 所以一直被认为是机床运动中最棘手的故障之一。本文试图就这个问题加以粗浅的论证与探索。

机床爬行 篇2

1 爬行原因分析

数控机床的系统较为庞大, 爬行的因素也比较多, 我们将从电气、机械、润滑三大部分进行分析。

1.1 电气控制引起的原因

数控机床工作台或刀架的移动多采用步进驱动或伺服驱动, 随着设备使用时间的增加, 设备电气元件逐渐老化。原来出厂调试匹配的驱动器输出的扭矩也随着电气元件老化而有所减少, 这些将造成设备驱动能力下降, 再者设备机械部件磨损加剧后, 摩擦力大大提高, 造成驱动器输出扭矩不足以拖动工作台或刀架, 从而引起设备爬行。其次线路连接松动或接头老化也会引起设备动力不足从而造成爬行现象。

1.2 机械结构引起的原因

(1) 不同设备支撑形式引起的原因。数控机床有不同的支撑形式, 如滑动导轨、滚动导轨、液压导轨等。不同的导轨在长时间使用后老化情况有所不同, 而引起爬行的原因也各不相同。普通滑动导轨大部分采用镶条调整滑动间隙, 镶条在长时间磨损后, 间隙增大, 导油槽路堵塞引起爬行;贴塑滑动导轨长时间磨损后贴塑层损坏, 阻尼系数增大引起爬行。对于滚动导轨, 如果是线轨, 导轨长时间磨损后, 承重能力更弱, 加工部件稍重, 拖动能力不足会引起爬行;滚动导轨的硬轨, 虽然承重较大, 但是导轨长时间磨损后, 传动系统性能下降, 加工速度稍快也会引起爬行。液压导轨爬行的原因主要考虑液压系统老化后, 油压不足造成导轨副内的油膜无法形成, 而设备出现爬行。

(2) 机械传动引起的原因。由于设备的使用年限过长, 或已经超出了该设备的正常使用年限, 而使其设备内部的各零件因时间较长而产生松动老化现象, 从而极大地增加了设备在运行所能承受的负荷力, 因而导致机床设备的爬行问题。采用齿轮传动的数控设备, 由于各传动齿轮之间与齿条间隙过大, 使设备运行过程中所承受的外力增大, 而使设备本身消耗功率过大, 这不仅对设备的运行寿命造成了极大的影响, 也会造成很严重的爬行问题;或者是由于设备中齿轮与轴承之间以及轴承与轴承之间的配合间隙较大, 也同样会造成爬行问题。另外, 设备中用来固定各个零件之间的联接紧固件发生松动而造成爬行也是数控机床爬行原因中不可小看的重点。再者, 丝杠副在调整时, 为了提高丝杠的传动精度, 通常做预拉伸安装。如果预拉伸力量过大, 丝杠丝母弹性变形过大, 引起转动阻力大也会引起爬行。

1.3 润滑系统引起的原因

对于线轨和硬轨, 润滑不足也是数控机床爬行另一个重要的原因。国内生产的数控机床多采用集中润滑站润滑, 润滑站间隔一定的时间会自动给出几秒钟的润滑油, 润滑油通过毛细润滑管道到达各个润滑点。

(1) 设备阀中的节流器毛细管堵塞造成的。由于节流器的毛细管堵塞, 使设备中的各个压力值之间的相差变大, 从而造成其轴承上的各浮量数值的不同, 由此使轴承产生爬行问题。 (2) 设备使用过程中润滑油不小心进入了切消液内。因为进油口刚好设在润滑油的切消液之间, 在吸油管进行工作时, 当少量的润滑油滑入切消液内时, 则会使润滑油的粘性降低, 而使整个设备运作中的压力变小, 使设备的运行速度减慢, 从而使设备轴承产生爬行问题。 (3) 空气进入液压系统的方式是有很多种的, 由于设备在工作运行中, 为了能够达到一定的运行空间和间断性的运行模式, 因此, 轴承与轴承之间是需要有一定的距离的, 而空气就是通过这种距离而进入到了液压系统中, 使内部的各零件因为空气的入侵而生锈老化, 从而产生严重的爬行问题。

1.4 人为操作不当造成的机床爬行

在设备运行工作中, 由于人为的原因而造成的爬行问题也是不容忽视的。首先, 由于工作人员在操作过程中, 并没有事先仔细的阅读过该设备的有关使用说明和使用规则, 而单单只是凭借着自己的经验而对设备进行操作, 使设备无法进行正常的工作和运转而造成的爬行;其次, 设备的使用人员并没有按有关指示经常对设备进行维护和检修, 也并不是很清楚地知道其设备的运行状况, 再次使用设备时也并没有做到仔细认真地去审核设备中的每个轴承和零件是否都正确与完好, 由此而产生的爬行问题也是并不少见的。

2 爬行的解决方法

上述我们已经简单地了解到了引起爬行的各种原因, 既然已经知道了原因, 那么就要有针对性地对产生这些问题的原因做出相应的解决措施。这里就来逐步地分析一下如何解决爬行问题以及具体的解决措施。

因驱动能力下降而引起的设备爬行, 可以提高驱动器输出的扭矩来解决。具体做法是调整驱动器的增益参数, 如增大位置增益、速度增益数值来提升驱动能力。当然也要适当减少另一些参数来匹配驱动能力, 如适当减少加、减速时间常数, 从而减小驱动器的瞬时功率, 避免对功率元件大的冲击, 防止烧毁驱动电路等。线路部分, 要对设备中各种连接线的部分进行彻底检查, 看看各个连接线之间的连接是否正确和是否完好, 如有发现短路或末连接等现象, 要及时地对设备进行整体的维修, 连接线修复好之后要利用电压表对其进行安全测试, 测试合格后才可以运行该设备, 以免造成爬行现象的发生。

机械结构引起的爬行解决方法主要是在解决设备自身问题而引起的爬行的时候, 其因素是多种多样的。要先分析导轨的形式, 磨损情况。比如贴塑导轨磨损严重而导致的机床爬行问题, 我们就要更换贴塑膜。滚动导轨磨损严重或滚珠损坏就要配对更换滚动副。液压导轨要调整液压压力, 漏油等。要想解决这一问题, 就要系统地对设备进行分析处理。另外, 机械传动链间隙引起的爬行, 首要任务是排除间隙。如轴承间隙, 轴承之间的距离有一个正确的运行间距, 在不影响设备正常运行的情况下, 尽量地减小轴承之间可能存在的致危距离。滚珠丝杠副严重磨损时, 要调整丝杠副间隙, 丝杠预紧要合理。同时, 要对设备的其它方面过行更为精准的检测。对于机床设备要进行正规的维修和检测, 如发现有零件破损等现象时要对其进行及时的更换, 如设备使用时限过长而导致发生爬行时, 要及时地更换设备, 以免造成更为严重的后果和损失。

润滑系统引起爬行处理方法:此类问题解决较为繁琐, 主要是修复各个堵塞毛细油路, 平衡各个润滑点的润滑压力, 及时添加润滑油等。由于毛细油路分布较多, 走势遍布设备各个运动环节, 该项工作要求耐心、细致的全面检查, 以确保润滑系统正常工作。

人为操作因素所造成的该类问题也是不容小看的。其一, 数控机床的操作人员在对其设备进行操作前, 必须要认真仔细地对数控机床的各种操作规范和操作流程进行详细的阅读, 确切地明白该设备的各种使用方法和相关的注意事项;其二, 由于数控机床是一个较为先进的工业生产工具, 因此, 对操作者的各方面技术要求也相对的有所提高。从而要求对数控机床的操作人员进行全面的专业知识普及和技能的全方位培训, 并进行相关的考试, 考试合格后方能持证上岗;其三, 由于数控机床的操作过程中是需要十分严谨的工作态度的, 因此要求所有的操作人员在操作过程中必须认真负责, 如果发现由人为而引起的机床爬行问题时, 要做到责任到人。

3 结语

数控机床是我国工业生产中的一个较为先进的技术工具, 它不仅代表着我国的先进加工技术水平, 同时也证明着我国的经济工业实力, 因此, 在数控机床的使用中, 无论是设备电气还是机械部件或润滑部分造成的爬行问题, 都要找出相应的解决方案与措施。只有在生产活动中确保设备的正常运行, 才能有效地确保我国在工业经济生产中可持续发展的社会状态。

摘要：随着我国数控设备应用的发展, 早期投入的数控机床已经使用了较长的一段时间, 设备逐渐老化, 问题随之而发, 其中爬行问题表现较为严重, 本文就此问题作出了简要的分析, 并给出了一定的解决方法。

关键词：工业,数控,机床,爬行,导轨,润滑

参考文献

[1]王海燕.浅析数控机床爬行原因及解决方法[J].机电信息, 2011 (18) :88-89.

[2]张文俊.浅谈数控机床爬行现象的解决[J].机械研究与应用, 2005.18 (4) :38-39.

机床爬行 篇3

当机床在运行过程中出现爬行现象时, 机床维修工作者应当抵达现场问清在机床发生爬行现象前后机床所表现出的各种工作形式, 尔后寻找发生爬行现象的原因, 同时采取相应的措施进行维修。

1 对机床出现故障的运行状态进行全面的了解和熟悉

当机床出现故障时, 机床维修工作者应当及时抵达现场对状况进行充分的了解, 包括以下3点:

1) 对出现故障的数控机床的运用状况进行了解, 看该机床是运用数年的还是刚刚安装的;

2) 了解该次故障是在机床低速运行情形下出现的, 还是在刚启动的状况下发生的。倘若该故障出现在机床低速运行的情形下, 那么应当对此时机床在加工还是在移动的工作状态进行熟悉, 了解机床加工的是哪一种程序, 在加工其他程序的过程中是不是也出现过类似的现象;倘若该故障出现在机床刚刚启动的情形下, 那么在该次故障发生之前机床的工作状态是不是正常, 还是机床表现出一些不正常状态但依然能够启动;

3) 当数控机床出现故障时是不是存在一些外界干扰或者异常现象。

2 根据掌握的情况, 寻找爬行现象出现的部位

当数控机床出现一些爬行现象时, 表现最直接的一个部位就是机床的转动部位出现了循环性移动。从数控系统发出信息到移动部件, 中间要经过数控系统、伺服系统、检测部位, 只有完成该程序的传递后方可实现移动部件的运转, 因此, 只要这些部位中的任何一个部分出现故障时都会导致数控机床出现爬行现象。

一般情况下, 数控机床出现爬行现象主要与以下几点有关:1) 进给速度, 这主要由控制系统的反馈环、位置环和速度环进行决定, 应当将检查的重点放在反馈部位的软件、硬件配置和伺服系统上;2) 摩擦润滑, 主要通过对液压部位和机械的检查来解决。

3 运用排除法找出机床爬行的原因并进行解决

当数控机床出现爬行现象时, 应当进行详细的排查, 然后再做具体的维修, 详见如下:

1) 首先对机械部位的故障进行查找, 并把导致故障出现的原因进行排除

维修数控机床所遵循的原则即为先处理机械部分, 再处理电气部分, 先静态后动态。因此, 当机床出现爬行现象时, 应当先查找机械部分, 导致机床出现爬行现象的一个核心机械因素就是进给转动部分。机床的进给部分主要由丝杠、齿轮及导轨等组成, 这些组成元件均是导致数控机床出现爬行现象的核心因素, 因此, 在对机械转动部位进行检查时, 应当将重点放在以下几点上:

(1) 丝杠自身、进给传动链轴承及丝杠螺母副是不是预紧完备, 预紧是不是符合规定和有关要求;如果预紧不好, 应当重新预紧; (2) 机械部件是不是被损坏, 如果损坏, 应当更换已经损坏的部件;转动空隙是不是太大, 如果空隙太大, 应当对空隙进行重新调整;机械系统的连接是不是正常, 如果连接不正常, 应当重新连接; (3) 导轨配置的调整是不是合理, 如果不合理, 应当重新调整;润滑部分是不是完好, 如果不完好, 应当重新润滑, 同时对与润滑相关的部分进行重新配置。就滑动导轨而言, 需检查是不是有其他物质或是一些杂物阻碍导轨副的正常运转;对滚动轨道来说, 需检查预紧方案是不是妥当、合理。

2) 电气部位的故障查找, 并把电气部位的故障进行排除

在检查电气故障时, 我们应当遵循“先软件, 后硬件”的检查原则。

(1) 软件

对软件的检查应当将重点放在系统参数设置以及数控加工程序上。

(1) 系统参数设置在很大程度上对机床进行机械加工的工作环境起到了决定性的作用, 特别体现在新安装的数控机床上, 倘若系统参数的设置不合理, 那么整个调试系统将出现不稳定的现象, 机床在低速运行的过程中将发生爬行。对数控机床的爬行现象来说, 应当将重点放在系统的放大倍数的检查上, 合理的减小系统的放大倍数, 通过运用改变短路棒的方法对反馈电阻进行切除; (2) 当爬行现象出现在机械的加工过程中时, 也应当对加工时的一些程序进行适当的考虑。

(2) 硬件

对硬件的检查应当将重点放在对信号的确保、电机的检查以及测量反馈元件的检测上。

(1) 确保给定信号恰当、正确。进给信号包括反馈、给定信号两种。给定信号通过信号速度调节器所输出的一些模拟信号进行相应的检测和判断, 倘若所输出的一些信号属于循环性振动信号, 那么就证明速度调整器不存在问题;这时应当将对象放到偏差计数器的检查上, 倘若检测结果一点都没有循环性振动波形, 那么就证明给定信号不存在问题。给定信号和反馈信号在原理上应是相似的, 倘若反馈信号和给定信号之间存在差异, 那么就应当对测量反馈元件和电机进行检查; (2) 对电机进行检测。如果数控机床的振动频率和电机的转速不同, 那么就应当将检查对象放到电机上。对电机进行检查时, 首先应对电机内部架构是不是完好的状态进行检查, 倘若电机内部结构存在被损坏的现象, 那么应当及时更换损坏部件, 同时采取措施进行相应的润滑。接着对电机电枢线圈的接触情况进行检查, 倘若线圈没有接触到位, 那么也会导致机床爬行现象的出现。通过电机空载电流对电机电枢线圈的接触情况进行检查, 倘若空载电流和转速之间成正比增加的关系, 那么就证明在电机内部存在一定的短路现象, 这时应当及时对短路现象进行维修, 确保电机的正常工作;倘若检查结果没有问题, 那么就应当进行测量反馈元件的检查工作; (3) 对测量反馈元件进行检测。测量反馈部分是不是存在故障, 应当首先对有关电路的接触状况进行检查。在检查前应断开速度环和位置环, 采用手动的方式对电机进行旋转, 观察F/V变换器中的一些电压波形。如果发生电压下跌情形, 那么就表明部件接触不好;反之, 则接触良好。在维修时, 倘若有备用检测元件, 那么便可通过替换备件的方式对反馈元件进行检测和判断, 看反馈元件是不是存在一定的问题, 倘若有问题, 那么就应当对已经出现问题的元件进行替换。

4 结论

机床爬行现象会对机床的加工精度以及定位精度等造成直接性的影响。因此, 在实际操作中, 应当将爬行现象出现的概率降到最低。倘若出现爬行现象, 维修人员应当依据故障出现的实际情形, 通过排除法对故障出现的原因进行分析, 并采取相应的措施进行解决。

参考文献

[1]樊昌信.通信原理[M].5版.北京:电子工业出版社, 2001.

机床爬行 篇4

关键词：数控机床,爬行,振动,维修

0 引言

数控机床在调试和运行过程中出现的爬行现象是常见的故障, 它直接影响数控机床的加工精度和加工质量。通过分析发现, 爬行主要是机械、液压、电气和润滑等综合作用的结果, 振动是所有做回转或往复运动的机械设备的普遍现象。当数控机床发生振动时, 工件表面质量恶化, 产生明显的表面振纹。振动的发生使得机床和刀具磨损加剧, 寿命缩短, 振动产生的噪音既污染工作环境也危害操作工人的身体健康。

1 数控机床爬行和振动故障分析

1.1 摩擦阻力引起的爬行

数控机床的工作台和导轨的接触面之间看似很光滑, 但其微观上则是凸凹不平的峰谷。当工作台在导轨上滑行时, 2个接触表面都是通过波峰峰尖接触, 相应地当接触点发生塑性变形后, 其2接触面之间产生一定强度的黏着现象, 这就很容易造成数控机床出现爬行现象。爬行现象通常出现在低速运动时。

1.2 液压系统泄漏引起的爬行

在液压系统中, 由于执行元件破损产生外泄或由于密封圈老化破损导致液压系统压力变小可使数控机床出现爬行现象。例如, 液压泵内零件的损坏会引起液压泵输出流量和压力减小, 最终引起爬行。

1.3 切削厚度引起的振动

切削厚度的变化是产生振动的原因之一。如果一个平面直角切削刀沿着垂直于圆柱形工件的轴向进给, 轴夹在机床尾架和卡盘之间, 主轴在进给方向上是柔性的, 进给切削力Ff将会引起主轴的振动。

在首次切削后由于进给Y方向工件的弯曲振动, 在工件表面上会留下波纹, 其方向为径向切削力Ff的方向。第二次切削的刀具将在首次切削所产生的振纹y (t-T) 基础上继续切削, 并在工件表面留下本次切削的振纹y (t) 。随之产生的动态切削厚度不是一个常数, 而是随振动频率和工件转速变化的函数, 其表示形式为:

h (t) =h0-[y (t) -y (t-T) ]

式中, h0为切削厚度, 等于机床的进给率;y (t) -y (t-T) 为切削厚度的变化量, 即第二次切削所产生的振纹和第一次切削所产生振纹的差值。

1.4 离心力引起的振动

离心力是由于主轴工件和部件发生相对转动时转动中心和质量中心的偏离而产生的。该离心力是引起机床整机振动的主要原因。离心力的大小根据以下公式计算:

W=Meω2

式中, W为离心力 (N) ;M为被加工工件质量和主轴质量之和 (kg) ;e为偏心距, 即加工工件与主轴部件旋转中心和质量中心的偏差值 (m) ;ω为旋转角速度 (r/s) 。

2 数控机床爬行和振动故障的维修

我们应根据实际情况分析产生爬行和振动故障的各种可能性, 然后再通过检查机床来逐一排除。下面具体介绍:

2.1 机械部分故障的维修

在数控机床维修时, 应遵循一个基本原则, 即先静态再动态, 先解决机械部分再解决电气部分。对于机械部分, 首先要检查导轨副, 因为移动部件受到的摩擦阻力主要来自导轨副, 摩擦阻力过大就会造成机器的爬行。对于静压导轨应主要检查静压是否建立, 贴塑导轨应检查是否有杂质阻碍导轨副的运动, 并且要检查润滑是否良好。其次, 要检查进给传动链轴承、丝杠螺母副和丝杠本身是否预紧合理。最后还要检查传动件间隙是否过大, 机械系统连接是否完好无损。如发现间隙过大, 就要及时调整机械传动件之间的间隙。

2.2 电气部分故障的维修

电气部分的故障分为软件部分故障和硬件部分故障。软件部分主要查看系统参数设置和数控加工程序。数控机床的爬行若表现在移动部件发生故障, 则属于速度问题, 所以主要应检查信号调节器、电机和测量反馈元件的硬件。在保证了给定信号的正确后, 要对电机进行检查, 看其内部结构是否损坏, 然后检查电机电枢线圈接触状况, 最后检查反馈元件, 检查时应将位置环和速度环断开, 手动旋转电机并观察速度控制单元印制电路板上F/V变换器的电压波形。如果电压波形出现突然下跌的情况, 说明部件接触不良。在维修过程中如有备用的检测元件, 也可通过更换备用件的方法检测判断反馈元件是否出现问题, 如果确实出现问题, 要及时更换出现问题的元件。

3 数控机床维修实例

下面以一台配套FUNAC 11ME系统的加工中心为例来分析和排除其振动故障。闭环进给伺服系统原理如图1所示。

该加工中心由于使用年限较久, 在一次X轴作正向运动时出现了振动状况, 后续常发生这种故障。经过分析, 得出伺服进给系统可能产生故障的原因:驱动器的设定和调整不当;伺服电动机或速度、位置检测部件不良;机械部分安装或调整不良;外部干扰、接地、屏蔽不良等。接下来在脱开电动机与丝杠的连接后进行开机试验, 发现故障仍然存在, 可以初步判定伺服驱动系统的电气部分是引起故障的关键部分。接着在维修时更换X、Y轴的伺服电动机进行试验, 结果发现故障转移到了Y轴, 由此可判定故障是由X轴的电机引起。利用示波器测量伺服电动机内装式编码器的信号, 最终发现故障是由于编码器不良而引起的。更换编码器后, 机床恢复正常工作。

4 结语

引起数控机床爬行的原因通常有以下几点:机床运动部件之间润滑不良导致工作台运动时静摩擦阻力增大;液压系统由于执行元件破损产生外泄或密封圈老化破损导致液压系统压力变小。而数控机床的振动则通常由切削厚度的变化和离心力引起。在排除机床故障时, 应仔细分析和诊断, 直到找到故障根源。

参考文献

[1]陈明, 王春梅.数控机床进给系统爬行与振动故障的检测与维修[J].制造技术与机床, 2011 (10) :97～99

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[3]沈序康.数控机床爬行与振动故障研究[J].西华大学学报:自然科学版, 2012, 28 (6) :32～35

[4]席大鹏, 王玉勇, 张瑜婉.浅析数控机床爬行与振动故障的检测与维护[J].管理学家, 2012 (7) :384