数控机床进给轴爬行和抖动的分析和解决

俎晓莉，郝利军，张 江

（安阳鑫盛集团股份有限公司，河南 安阳455000）

0 引言

数控是一种高精密机床，脉冲当量一般为0.01～0.001mm。机床的爬行是指机床在缓慢运动时，出现的运动部件开始移动缓慢，时而加速运动，时而停顿，如此反反复复，一会快一会慢，时走时停的非匀速运动。实际上机床抖动和爬行是一个概念，本文我们作为一个问题去分析。机床爬行严重影响被加工零件的精度，加大工件的粗糙度，使刀具和机床的使用寿命大大降低，引起机床爬行的原因分机械和电器两种。

1 机械部分

1.1 传动部位

传动部分没有装好，如皮带轮打滑和联轴器松动，我们厂前几年生产的42/52数控车床伺服电机和丝杆连接部分是皮带轮，如果出现皮带轮过长或过短，都容易造成爬行。近几年我们厂用弹性联轴器直接将丝杠和伺服电机连接起来，爬行的概率大大减少。但在机床长期加工过程中，由于机械的磨损造成联轴器松动，这样丝杠和电机的传动不同步，一下紧一下松，以致造成移动部分不能连续运动，就会引起工作台振荡，严重影响零件的表面加工精度，而且对丝杆和导轨面的损害也很大。我们的处理方法是把联轴器全部松开，对伺服电机轴打表，如果转动正常，就重新连接联轴器，边拧螺丝边打表，表转动正常一般问题就解决了，如果这样还不行就检查丝杆的磨损程度。

1.2 润滑油

机床在长期使用过程中如果润滑泵不工作，油路堵塞，油管缺油，或者因机床无护罩导致加工铁屑、乳化液和灰尘等进入导轨表面，会造成导轨表面划伤和大面积深沟。在长期的工作中由于和运动部件接触不均衡，会使工作台在运动过程中不能均衡向前运动，从而爬行振荡的运动就产生了。对于这种不均衡的运动应当把保持机床润滑畅通和床面的干净作为维护机床的重点。

1.3 切削液

切屑液选择不合理，过稠或过稀，黏度不够，酸碱值不匹配等，易在常温下和空气中的氧起反应，氧化反应的产生物附在金属上不仅容易使金属表面失去光滑性，而且产生的酸性物质还能腐蚀金属表面，这样机床也能因为接触面不均匀，容易产生爬行的现象。在长期的机床使用和维修中，提高润滑油的黏度可减少这种现象的发生，但不能根本上消除，而且太高的黏稠度会使工作台飘起，反而影响机床加工精度，可在导轨油中加些油性和酸性极压添加剂来改变这种状况，效果显著。

2 电器部分

我们以国产数控代表广州数控所配DA98B驱动为例来说明：

用户在调试电机参数时，首先按照电机对应的型号代码调出电机的默认参数，在电机运行中，如果出现震动、有噪音、爬行、出力不够等异常情况时，则需要调整基本性能参数。一般来讲，图1中参数应先调整内环速度环，再调整外环速度环。

PA5速度环比例增益值，设定值越大，增益越大，刚度也越大，调整时参数值要依据具体的驱动单元型号和所加载荷的具体情况来定，常规是负载惯量越大，需要设定值越大，在机床不产生振动的情况下，我们尽可能设定最大。

PA6速度环积分时间常数，设定速度环调节器和时间常数，一般情况下设定越大积分值速度越快，刚度也越大，参数设定值要依据所用伺服驱动单元型号和负载而定，负载惯量越大，设定值越小。

图2 是驱动某电机带一定惯量负载的阶跃指令输入响应曲线。

曲线1表示PA5设定值较小，PA6为0时的速度阶跃输入曲线，电机特性很软，动态响应较慢，存在较大的稳定误差；

曲线2表示PA5、PA6取值比较合适时的速度阶跃输入曲线，电机刚度适中，动态响应快；

曲线3表示PA5较小，PA6较大时的速度阶跃输入曲线，瞬时超调最大，电机易产生振荡。

PA7（电流指令低通滤波器系数），电流指令低通滤波器用于限制电流指令频带，避免电流冲击和振荡，使电流响应平稳，一般情况下该低通滤波器系数尽量设大，如电机出现啸叫，适当减少该值；该值太小可能会引起电机抖动。

PA8速度检验低通滤波器，设定值越小截止频率就越低，电机所发出的噪声就越小，如果负载惯量比较大时，我们可适当地减少此值，但数值太小，造成响应慢，也会造成振荡和爬行。数值太大，截止频率越高，速度反馈响应越快，如果不需要过高的速度响应，可以适度增加此值。

PA9位置环比例增益，设定值越大，增益就相对越高，这样刚度越大，在相同频率指令脉冲条件下，一般位置滞后量越小。但是太大的值可能会造成振荡或超调。

所需参数值根据具体的伺服单元型号和所使用负载的情况而定。

3 结束语

当机床出现故障时，应首先分析问题出现部位，然后再判断是机械还是电气故障。然后根据不同的问题逐步解决。本篇只是对广数系统在机床出现振动时进行了分析。对其他不同的系统可调整其相应的参数。

[1]张柱银.数控原理与数控机床[M].北京:化工工业出版社，2003.

[2]王洪波.数控机床电气维修技术[M].北京：电子工业出版社，2007.

[3]广州数控设备有限公司.GSK使用手册（DA98A/DA01B交流伺服驱动单元）[Z].