陈舒 岳志军 王亦迪 王明宇

摘要：数控机床的爬行与振动故障是低速运动时的一种复杂的自激振动现象，是一种大型设备常见故障。它的存在对机床的低速进给有很大影响，在机械加工过程中，会严重影响加工精度，降低产品质量。本文针对数控机床产生爬行与振动故障的原因进行了深入分析，并提出了排除故障的具体措施和方法。

关键词：爬行故障故障分析

数控机床爬行现象多发生在机床启动或低速运转时，表现形式为进给系统的移动部件开始时不能运动，尔后又突然加速运动，再停止，然后又重新运动，周而复始，在启动、停止、快速運动间反复转化。机床出现爬行现象时没有报警信号，但它也是数控机床故障，属于进给系统无报警故障的一种。数控机床出现爬行现象时，维修技术人员到现场后分析引起爬行的原因。只有正确分析产生原因，才能及时排除故障，确保机器的正常运转。

1、认真分析，找到故障发生的部位

数控机床发生爬行现象时，首先要找到发生故障的部位。数控机床爬行现象出现时，直接表现部位是传动部分出现周而复始的移动。分析数控机床的组成原理图我们可以知道，从数控系统发出给定指令到故障直接发生的部位，要经过数控系统和伺服系统及检测部分才能实现移动部件的运动，所以这些部分出现故障最有可能引起机床爬行。即：引起机床爬行的原因一是机械部分的自身原因；二是相关部分出现问题，如数控系统、伺服系统、反馈系统等。所以，排除故障时既要检查机械部分，也要检查与机械相关的部分。

2、机械部件故障的检查和排除

在检查机床故障时，应遵循的一个基本原则是先静态后动态，先解决机械部分，再解决电气部分。所以遇到爬行问题时，也应先从机械方面着手，进给传动部分是引起数控机床爬行的主要机械因素。数控机床的进给部分主要部件为丝杠、导轨、齿轮及支撑轴承等，都是引起机床爬行现象的主要因素，故检查机械传动部分时，主要应从以下几个方面入手：

一要检查进给传动链轴承、丝杠螺母副和丝杠本身是否预紧，预紧是否合理；二要检查传动件间隙是否过大，机械系统连接是否完好无损，机械部件（如联轴器）是否损坏；三要检查润滑部位是否良好，导轨装配时是否调整好。导轨副的润滑不好也可能引起爬行问题，有时出现爬行与振动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。

如果检查结果是机械部分出现问题，一要将丝杠、丝杠螺母副及轴承重新预紧；二要重新调整传动件间隙；三要重新连接机械传动部分，更换损坏的部件；四要将润滑部位重新润滑，与润滑有关部分重新装配。

3、进给伺服系统分析

如果故障原因来源于进给伺服系统，则要认真检查伺服系统中各相关环节。如：检查速度调节器；根据故障特点检查电动机或测速发电机是否有问题；检查系统插补精度是否太差，检查增益是否太高；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；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。

4、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，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。

5、电机检查

当机床振动频率与电机转速成一定比率,首先就要检查一下电动机是否有故障,检查它的碳刷、整流子表面状况,以及检查滚珠轴承的润滑情况。另外电动机电枢线圈不良也会引起系统振动。这种情况可以通过测量电动机的空载电流进行确认,若空载电流随转速成正比增加,则说明电动机内部有短路现象。出现本故障一般应首先清理换向器、检查电刷等环节,再进行测量确认。如果故障现象依然存在，则可能是线圈匝间有短路现象，应对电动机进行维修处理。如果没有什么问题，就要检查测速发电机。

6、测速发电机的检查与分析

测速发电机是一台小型的永磁式直流发电机，它的输出电压应正比于转速，也就是输出电压与转速是线性关系。只要转速一定，它的输出电压波形应当是一条直线，但由于齿槽的影响及整流子换向的影响，在这直线上附着一个微小的交变量。为此，测速反馈电路上都加了滤波电路，这个滤波电路就是削弱这个附在电压上的交流分量。测速发电机中常常出现的一个问题就是炭刷磨下来的炭粉积存在换向片之间的槽内，造成测速发电机片间短路，一旦出现这样的问题就避免不了产生振动。这是因为这个被短路的元件一会在上面支路，一会在下面支路，一会正好处于换向状态，这3种情况就会出现3种不同的测速反馈的电压。在上面支路时，上面支路由于少了一个元件，电压必然要小，而当它这个元件又转到了下面支路时，下面的电压也小，这时不论在上面支路，还是在下面支路中，都必然使这两条支路的端电压下降，且有一个平衡电流流过这两条并联的支路，又造成一定的电压降。当这个元件处于换向，正好它也处于短路，这时上下两个支路没有短路元件，电压得以恢复，且也无环流。这样，与正常测速发电机状态一样。

7、结语

数控机床爬行现象会直接影响加工精度、定位精度，损坏工具，产生噪音，造成机械故障等。所以在实际生产中，要尽量避免机床爬行现象的发生。但如果出现机床爬行现象，维修人员应熟练掌握它的控制原理，在工作中不断摸索，积累经验，以便发生故障时做到及时准确的排除，确保设备正常运转。

参考文献

[1]赵中敏.数控机床低速爬行分析及对策研究[J].中国设备工程,2009.5.