数控机床减隔震技术探讨

2020-12-28李长春邓真

装备维修技术 2020年17期

李长春邓真

摘要：随着我国工业的不断发展，数控机床在我国得到了越来越广泛的应用，我国的数控机床经过了几十年的发展，在高速化，精密化以及复合化等方面都已经取得了较好的发展，但是我国数控机床在减隔震方面却仍存在一定的问题，本文就减隔震技术进行了分析，以求为数控机床的发展提供一点思考。

关键词：数控机床;减隔震技术;探讨

1、研究背景及目的

一般数控卧式车铣中心为了提高主轴系统的输出扭矩，都会通过大型的减速齿轮箱来提升扭矩;而由于都是大型零件，所以进给轴的行程很长，一般采用齿轮齿条传动。所以在重型镗车床的监测中，通过振动信号对主轴箱和齿轮齿条的进给传动部分进行监测是有效地方法。主轴、进给轴、伺服轴等等是数控卧式车铣中心上的主要功能部件，机床工作时这些部件会产生振动，直接影响加工零件的精度。传统方法主要是以振动信号作为主传动系统故障的载体，即通过安装在传动轴支撑部件的传感器来获得传动系统的状态信息，并通过对振动信号的分析处理来提取典型故障特征。振动法是故障诊断中的一种成熟、有效的方法。所以在重型镗车床传动系统的监测中，通过振动信号对机床传动链进行监测是有效地方法。

在数控卧式车铣中心中，传动系统复杂，所以传动链的缺陷有很多种类型，比如主轴箱齿轮磨损、主轴不平衡、进给不平稳、滚珠丝杠磨损等等，这些故障的产生都会对机床本体的振动产生较大影响。通过对振动信号的分析处理来提取典型故障特征，是对数控卧式车铣中心的故障诊断和加工精度的评判有重要意义。

2、数控卧式车铣中心传动系统的振动诊断技术探讨

数控卧式车铣中心的结构特点是体积庞大、传动复杂、低转速、大扭矩，所以为了获得大的输出扭矩，机床主轴的传动比很高。一般重型机床的主轴都是通过大型齿轮减速箱进行传动的，所以对重型机床的传动系统进行故障诊断，关键是对主轴减速箱的状态监测和故障诊断。

目前在齿轮故障诊断中，广泛使用箱体振动信号。从成分复杂的箱体振动信号中将待诊断的齿轮振动信号分离出来，是齿轮诊断的关键所在。但是由于齿轮的早期故障振动信号非常微弱，以及从振源到箱体测试点的振动传递路径导致齿轮振动信号产生严重的失真，加之箱体振动信号的成分非常复杂，致使采用箱体振动信号测试方法很难发现齿轮的早期故障特征。

以主轴45rpm和60rpm为例，分析系统测试结果。分别采用频谱和包络谱、倒频谱进行分析。

频谱和包络谱法：

45rpm切端面时信号

频域谱

包络谱

由于机床运行速度不高，所以频谱主要反映在低频信号中，由谱图可以明显看出在0.91Hz处幅值达到最大，此信号为输出转频。信号解调后主频成分为0.91Hz，相对应的转速为55rpm，这样与此相似的对应转速为主轴转速，可以推断故障源可能发生在主轴啮合齿轮上。

60rpm切端面时信号

频谱图

包络谱

同样，60rpm时加载信息与45rpm时加载信息具有相同的特点，信号解调后在1.24Hz处幅值达到最大值，此信号输出转频。在60rpm时，同样主轴转频成为主要激振频率，振动与噪声源可能出现在主轴啮合齿轮上。

倒频谱法：

45rpm切端面时振动信号

主要频率为0.93Hz、413.22Hz、235.85Hz、0.463Hz、137.74Hz、71.84Hz、 0.31Hz、183.5Hz。其中0.93Hz为主轴在45rpm时的转频，而0.463Hz、0.31Hz为其倍频成分。413.22 Hz与137.74Hz也具有倍频成分关系，而137.74Hz是2级传动齿轮啮合频率。71.84Hz是3级传动齿轮啮合频率。

60rpm切端面时振动信号

主要频率为1.23Hz、235.85Hz、137.74Hz、0.61Hz、71.84Hz、0.25Hz、0.2Hz、0.31Hz。其中1.23Hz为主轴在60rpm时的转频，而0.61Hz、0.31Hz为其倍频成分。

分析结果：

从信号的时域谱与频域谱进行分析，主轴转频为主要分量，在各个加速度谱图中均存在，齿轮箱可能存在以下几种故障原因：

1.主轴、大齿轮或工件偏心;

2.滑移齿轮偏心，或者间隙偏大。

解決思路：

重点检查了滑移齿轮处，发现滑移齿轮所在的花键存在加工缺陷，经过修改，机床主轴箱的振动和噪声减小。

2.2.3 分析结论：

从以上分析可以看出，2、3级传动上振动较强，是主要的振动源，由此可以分析齿轮箱存在如下可能的问题：（1）滑移齿轮齿轮啮合间隙较大。（2）3级传动上的齿轮间隙较大。

参考文献：、

[1] 黄健. 数控机床技术的应用与发展[J]. 信息周刊， 2019（7）：0057-0057.