楊云峰

（中國航發(fā)西安動力控制科技有限公司，陜西西安 710077）

0 引言

在驅(qū)動移動部件低速運行過程中，數(shù)控機床進給系統(tǒng)會出現(xiàn)移動部件開始時不能啟動，啟動后又突然做加速運動，而后又停頓，繼而又做加速運動，移動部件周而復始忽停忽跳、忽慢忽快的運動現(xiàn)象稱為爬行。當高速運行時，移動部件又會出現(xiàn)明顯的振動。

數(shù)控機床進給系統(tǒng)產(chǎn)生爬行和振動的原因較多，一般認為是由于機床運動部件之間潤滑不好，導致機床工作臺移動時產(chǎn)生靜摩擦阻力；當電機驅(qū)動時，工作臺不能向前運動，使?jié)L珠絲桿產(chǎn)生彈性變形，把電機的能量儲存在變形上；電機繼續(xù)驅(qū)動，儲存的能量所產(chǎn)生的彈性力大于靜摩擦力時，機床工作臺向前蠕動，周而復始的這樣運動，產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。

事實上這只是其中的1 個原因，產(chǎn)生這類故障的原因還可能是機械進給傳動鏈出現(xiàn)故障，也可能是進給系統(tǒng)電氣部分出現(xiàn)問題，或者是電氣部分和機械部分的綜合故障所造成的，還有1 個最容易被忽略的原因就是系統(tǒng)參數(shù)設置不當。系統(tǒng)參數(shù)設置不當主要包括2 個方面：①故障前后系統(tǒng)參數(shù)被人為修改；②機床長期運行絲杠機械性能發(fā)生變化，與當前的系統(tǒng)控制參數(shù)不夠匹配。這兩種原因?qū)е碌臋C床振動都可以通過修改某些系統(tǒng)參數(shù)來消除機床的振動。如果是由于第二個方面原因?qū)е碌臋C床進給系統(tǒng)產(chǎn)生振動，那么通過適當調(diào)整機床進給系統(tǒng)的系統(tǒng)參數(shù)來消除振動，不僅可以減少機床故障的停機時間，而且還可以節(jié)省大筆更換絲杠備件的費用。

1 故障診斷與維修實例

將歷年來遇到的常見的數(shù)控系統(tǒng)通過調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)來消除機床進給系統(tǒng)振動的典型故障及分析過程描述出來，以期為廣大機床維修人員解決類似問題提供參考。

1.1 德國哈默五軸加工中心C600U

（1）故障現(xiàn)象：機床配置海德漢TNC530i 數(shù)控系統(tǒng)。Y 軸在進給過程中振動很大，停止進給運動后振動慢慢的減弱，鏜出的孔有振紋。

（2）故障分析與解決：首先檢查機床導軌副的潤滑情況。松開Y 軸的抱閘手動盤動絲杠，在絲杠開始轉(zhuǎn)動的瞬間和轉(zhuǎn)動的過程中并沒有感覺到很大的摩擦阻力，說明導軌副潤滑良好。其次檢查進給傳動鏈。檢查軸承、絲杠螺母副和絲杠本身的預緊和配合均比較理想；檢查聯(lián)軸器也沒有任何損壞的情況。

接下來檢查進給伺服。將Y 軸的速度編碼器端口、位置編碼器端口及PWM 信號端口與X 軸的速度編碼器端口、位置編碼器端口及PWM 信號端口互換。互換后開機實驗，移動X 軸沒有出現(xiàn)振動，而Y 軸故障依舊，說明Y 軸的伺服驅(qū)動沒有問題。考慮到機床伺服系統(tǒng)為全閉環(huán)結(jié)構(gòu)，所以，將Y 軸由全閉環(huán)控制改成半閉環(huán)控制，開機實驗后故障依舊，說明Y 軸的光柵尺沒有問題。

將此故障現(xiàn)象咨詢哈默公司的售后服務工程師，其判斷為絲杠磨損，需更換絲杠。但是，因為該機床為進口機床，國內(nèi)沒有此類絲杠的備件，從國外訂貨周期需要3 到6 個月，而且費用相當昂貴，因此，設想如果能夠通過調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)消除Y 軸振動，不僅可以減少機床故障的停機時間，而且可以節(jié)省購買絲杠的費用。最后通過多次試驗，把加速度參數(shù)MP1060.1 修改為6，速度前饋控制系統(tǒng)的KV 系數(shù)MP1510.1 修改為6 后，Y 軸振動消除，機床恢復正常。

1.2 德國車削中心CTX320

（1）故障現(xiàn)象：機床配置西門子840D 數(shù)控系統(tǒng)。X 軸在從正向往負向進給的時候，振動逐漸增大。

（2）故障分析與解決：因為該機床X 軸用的是直線電機，沒有絲杠，首先檢查導軌副的潤滑情況及導軌副的安裝位置是否發(fā)生變化，經(jīng)檢查后均正常，所以，初步判斷為進給伺服系統(tǒng)出現(xiàn)故障。

為了進一步判斷故障的原因，更換X 軸的伺服驅(qū)動，再次開機實驗，故障依舊。更換NCU（numerical control unit，數(shù)控單元）及NCU BOX，再次開機實驗故障依舊。

檢查系統(tǒng)的參數(shù)設定、伺服驅(qū)動器的增益、積分時間電位器調(diào)節(jié)等均在合適的范圍內(nèi)，與故障前的調(diào)整完全一致，但是，由于機床的長期運行，機床的機械性能與新機床剛開始調(diào)試時相比可能會發(fā)生變化，而現(xiàn)在的系統(tǒng)的參數(shù)設定、伺服驅(qū)動器的增益、積分時間電位器調(diào)節(jié)等均匹配的是新機床調(diào)試時候的機械性能，為驗證此猜想，維修時記錄原值的前提下，經(jīng)過多次修改實驗，最后將參數(shù)1407#原來的值180 000 改為90 000 后，移動Y 軸振動消失，機床恢復正常。

1.3 寶雞數(shù)控車床J1CK6140

（1）故障現(xiàn)象：機床配置FAGOR 8025T 數(shù)控系統(tǒng)。X 軸伺服故障，更換X 軸伺服后，X 軸在進給運動中竄動很大。

（2）故障分析與解決：為分清故障部位，考慮到機床伺服系統(tǒng)為半閉環(huán)結(jié)構(gòu)，脫開電動機與絲杠的連接后再次開機實驗，發(fā)現(xiàn)故障仍然存在，因此初步判定故障原因在電氣部分的伺服驅(qū)動系統(tǒng)。為進一步判別故障原因，采用置換法找1 臺與該機床同型號的X 軸的電機在與絲杠脫開的情況下安裝后再次開機實驗，故障依然存在，因此初步判定是更換的伺服驅(qū)動有問題。因為更換的伺服驅(qū)動在原來的機床上是驅(qū)動Z 軸的，而FAGOR 伺服驅(qū)動的軸控制參數(shù)是在伺服上設置的，所以懷疑是因為Z 軸和X 軸的控制參數(shù)不一樣，經(jīng)過與另外一臺與該機床型號一樣的機床的X 軸伺服上的控制參數(shù)對比，確實不一樣，按照與該機床同型號的機床的X 軸伺服控制參數(shù)設置好后，機床恢復正常。

1.4 德國五軸連動加工中心50eV

（1）故障現(xiàn)象：機床配置HEIDENHAIN MILLPLUS 數(shù)控系統(tǒng)，X 軸手動或者自動進給時振動很大。

（2）故障分析與解決：檢查X 軸的定位精度和重復定位精度均在正常范圍之內(nèi)，說明絲母和絲杠及聯(lián)軸節(jié)的連接均沒有問題，檢查X 軸的反向間隙也在正常范圍內(nèi)。把控制X 軸位置編碼器的參數(shù)4606 從1 改為0 后，X 軸由全閉環(huán)控制改成半閉環(huán)控制，系統(tǒng)重啟后在手動和自動方式下，X 軸進給均沒出現(xiàn)振動，因此懷疑機床長期運行，絲杠磨損，機械性能發(fā)生變化，與當前的位置控制參數(shù)不匹配。為不讓X 軸的精度受到影響，把X軸位置編碼器的參數(shù)4606 從0 改為1，恢復X 軸為全閉環(huán)控制。經(jīng)過多次反復試驗，把速度控制增益參數(shù)4626 從35000 改為20000，把位置增益參數(shù)4624 從4000 改為2500 后，系統(tǒng)重啟后在手動和自動方式下，移動X 軸振動消失，機床恢復正常。

2 結(jié)束語

數(shù)控機床是一個完整的有機整體，機械、電氣、液壓的控制存在相互聯(lián)系和相互影響。因此分析解決爬行與振動故障時，應該有整體的概念和經(jīng)驗，這樣才能有效解決實際問題。

對于使用時間比較長的機床出現(xiàn)進給系統(tǒng)的爬行和振動故障，為節(jié)約維修時間和更換絲杠的備件費用，首先應該考慮通過適當修改某些系統(tǒng)參數(shù)，達到消除機床進給系統(tǒng)的爬行和振動故障，如果通過反復試驗修改參數(shù)確實無法消除機床的振動，再考慮通過其它方法來消除機床進給系統(tǒng)的振動。