浅析NCT进给系统产生爬行与振动故障的因素

李振华

摘要：进给系统的爬行与振动是NCT经常出现的故障，如何有效地检测并及时维修将直接影响NCT的加工精度和效率。

关键词：爬行；振动；维修

一、分析原因

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。

1.机械部分

对NCT来说，因其移动部件所受阻力主要来自导轨副，而导轨副的动、静摩擦因数大，差值也大，故易造成爬行。另外，如果轴承、丝杠螺母副和丝杠本身的预紧或预拉不理想：传动链传动链长且存在间隙；传动轴直径偏小，支承和支承座的刚度不够等也可引起爬行；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，采用具有防爬作用的导轨润滑油是一种非常有效的措施。

2.进给伺服系统

在驱动移动部件低速运行过程中，NCT进给系统会出现移动部件忽停忽跳、忽慢忽快的爬行现象。而当其以高速运行时，移动部件又会出现明显的振动。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，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部分的综合故障所造成。

二、故障诊断与排除

当NCT出现的爬行与振动故障时，应根据产生故障的可能性，列出可能造成数控机床爬行与振动的有关因素，然后逐个因素检查、分析、定位和排除故障。

1.机械部件故障的检查和排除

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。尽管NCT的导轨副广泛采用了滚动导轨、静压导轨或塑料导轨，但调整不好，仍会造成爬行或振动。静压导轨应着重检查静压是否建立；塑料导轨应着重检查有否杂质或异物；滚动导轨应着重检查预紧是否良好。其次要检查进给传动链。有效提高传动链的扭转和拉压刚度，这对于提高运动精度、消除爬行非常有益。

2.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。

(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，如果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。

(2)测速电机反馈信号的检测。反馈信号与给定信号对于调节器来说是完全相同的。因此出现了反馈信号的波动，必然引起速度调节器的反方向调节，这样就引起机床的振动。由于机床在振动，说明机床的速度在激烈的振荡中。当然测速发电机反馈回来的波形也一定是动荡的。这时如果机床的振动频率与电机旋转的速度存在一个准确的比率关系，譬如振动的频率是电机转速的四倍频率。这时我们就要考虑电机或测速发电机有故障的问题。

(3)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。

(4)脉冲编码器或测速发电机的检测。对于脉冲编码器或测速发电机不良的情况，可按下述方法进行测量检查。首先将位置环、速度环断开，手动电动机旋转。观察速度控制单元印制电路板上F／V变换器的电压，如果出现电压突然下跌的波形，则说明反馈部件不良。测速发电机中常常出现的一个问题是炭刷磨下来的炭粉积存在换向片之间的槽内。造成测速发电机换向片片问短路，一旦出现这样的问题就会引起振动。

(5)系统参数的调节

一个闭环系统也可能是由于参数设定不合理而引起系统振荡，消除振荡的最佳方法就是减少放大倍数。在FUNAC的系统中调节RV1。逆时针方向转动，这时可以看出立即会明显变好，但由于RV1调节电位器的范围比较小，有时调不过来，只能改变短路棒，也就是切除反馈电阻值，降低整个调节器的放大倍数。

总之，NCT进给系统产生振动及爬行的现象，主要原因在于机床机械结构及进给伺服系统出现了故障，我们只要按照科学的方法和步骤就能够在短时间段内找出产生故障的原因，从而给机床的及时维修创造了条件。无形中提高了机床的使用效率。