机床爬行与振动
浅析数控机床爬行与振动故障的分析与维修
式 中， ｎ 指 切削厚度 ， 它等于机床的进 给率 ； ｙ （ ｔ ） － ｙ （ ｔ 一 『 ｊ 指 着 在维修时更换 ｘ 、 Ｙ 轴的伺服电动 机进行试 验， 结果发现 故障 的是切削厚度 的变化量 ， 即第一次切削所产生 的振 纹和第 二次 转移到 了Ｙ 轴， 由此可以判 定故障是由ｘ 轴 的电机 引起 。 利用示 切削所产生振纹的差值。 波器 测量伺服电动机 内装式编码器 的信 号， 最终发现 故障是 由 （ ４ ） 离心力引起 的振动。 离心力是 由于主轴工件和部件发 生 于编码器不 良而引起的。 更换编码器后， 机床恢复正常工作。
重启系统 才能继续工作。 糙度达到了加工要求。
分析与处理 ： 通 过振动情况来 看， ｘ 轴的振动较小无噪声，
（ ２ ） 数控机床 的爬行和振动故障如果表现在移动部件 ， 则主
初步 猜测ｘ 轴 的振 动主要是由于闭环参数设 置不当而 引起 ， 比 要应该检查信号调节器、电机和测量 反馈 元件 的硬 件。 在维修
关键 词 ： 数控机 床 ； 爬 行； 振动； 维修
在数控机床维修时， 应遵循一个基本原则， 即先静态再动 ２电气部分
态， 先解决机械部分再解决电器 部分。 电气部分 的故障分为软件部分和硬件部分
。
１ 机械 部分
（ １ ） 软件部分主要查看系统参数设置和数控加工程序。 对于
（ １ ） 首先检查导轨副。 因为移动 部件 受到的摩 擦阻力主要是 精度要求较高的复杂 曲面， 在编写程序时候， 由于考虑不周， 可
合理。 还要检查传动件 间隙是否过大 ， 机 械系统连接是否完好 插补 时都 不会发 生爬 行现 象 ， 因此可以判断机械 部分没有 问
无损。 如果发现 间隙过大 ， 就要及时调整机械传动件之 间的问 题 ， 造 成爬行 的原 因在于零件的加工程序 。 通 过分析 该 曲线零
数控机床爬行现象的原因和对策
浅析数控机床爬行现象的原因和对策摘要：本文对数控机床的爬行现象进行了分析，建立了爬行现象的力学模型，提出了消除爬行现象的措施。
关键词：数控机床爬行低速运动数控机床在低速运动下会发生时快时慢时走时停的爬行现象，影响加工表面的加工质量，表面粗糙度及定位精度。
数控机床爬行还会造成磨擦副的加速磨损，影响机床零件的使用寿命，缩短刀具的使用寿命，机床导轨爬行严重时，甚至使机床丧失加工能力。
因此，数控机床在低速下的爬行问题的研究显得尤为重要[1-4]。
1.爬行现象的定义爬行广义的是指运动部件非匀速运动，如图1所示。
在机床的进给运动和调整运动中，由于运动速度很低，通常出现如图1形式的爬行，即时走时停形式的运动，也就是所谓的粘滑运动[5]。
这种形式的爬行在机床中较为常出现，所以我们通常所指的爬行，主要是指粘滑运动。
图1爬行的两种形式2.爬行现象的力学模型[6-7]由于爬行现象实际上就是一种摩擦自激振动现象，为对其系统进行分析，可以将数控机床进给系统简化为单自由度系统模型。
各轴之间传动看成弹簧刚度的串联，而阻尼重点考虑导轨和工作台，忽略其它次要因素，这样就将复杂的系统简化为单自由度系统。
物理模型如图2所示：图2爬行现象的力学模型v0——驱动速度；k——系统刚度；c——系统阻尼；m——移动部件的质量；x（t）——移动部件的位移；（t）——移动部件的速度；f——摩擦力根据图2列出动力学方程：m+c（-v0）+k（x-v0t）+f=0 （1）解此方程并推导出机床爬行的临界速度公式：vc=δf4πξkm（m/s）（2）式中：δf——静动摩擦力之差（n）ξ——振动系统的阻尼比m—运动部件的质量（kg）从公式（2）中可以看到影响机床爬行的几个因素有：系统刚度，动静摩擦力之差，移动部件的质量和系统中的阻尼。
（1）传动刚度的影响重型数控车床纵向进给系统的系统刚度越大，临界爬行速度越低，爬行现象越不明显。
（2）δf的影响工作台与导轨之间的动静摩擦系数之差是产生爬行的根本原因，差值越大，临界速度越高，越容易出现爬行现象。
机床导轨爬行的起因和解决措施
机床导轨爬行现象的起因和解决措施机制09-**号 ***机床在低速或微量进给运动时,往往保持不了均匀的速度，进入时快时慢、时动时停的不稳定状态，这就是所谓爬行现象。
爬行是一个复杂的摩擦自激振动现象,对其机理的认识,到目前为止依然争论颇多,尚未有统一的微分方程式对其精确描述。
目前主要使用光栅爬行测量系统和激光干涉测量系统分析、测量导轨的爬行问题。
机床在运行过程中经常会遇到爬行问题。
进给运动中的爬行现象破坏了系统运动的均匀性，不仅使被加工件精度和表面质量下降，也会严重影响机床的加工精度、表面粗糙度和定位精度,破坏液压系统工作的稳定性，使机床导轨加速磨损，甚至产生废品和事故。
因此，爬行现象是精密机床及重型机床必须解决的问题，加工工件时应尽量避免它的产生。
我们知道爬行是指机床运动部件慢速动行时的不平稳性，表现为有规律的一停一跃。
这种现象的出现，以磨床居多数，会严重影响工作的表面质量和尺寸精度。
引起爬行的主要原因，是摩擦因数随运动速度的变化和传动系统刚性不足。
机床在实际使用中，爬行现象主要是在传动系统刚性不足，驱动力与负载摩擦阻力波动变化的情况下形成。
机床液压系统侵入空气，液压元件间隙增大及机械装置自身原因都可能引起爬行故障。
出现爬行现象可能由很多原因造成,概括起来包括机械和电气两方面因素。
在解决此故障时要考虑诸多因素,逐一进行排除。
例如，数显机床在出现爬行问题时,要观察电机低速运转有无电流断续现象,电枢回路串接一块电流表,低速运行时观察指针有无摆动,若有摆动则故障多数发生在电气部分。
对于直流调速系统控制的进给轴,又尤以测速机发生故障居多。
在检查测速机时,可以先用万用表测量测速机反馈电压,监测电压是否平稳。
如果反馈电压有波动,首先检查测速机线路有无故障,看看反馈线是否虚连。
另外我们经常忽略的一个问题是检查测速机的屏蔽线是否联接良好,屏蔽线有损坏或者联接不好都有可能使外部信号干扰混入,从而发生爬行现象。
在静态检查测速机时,可以测量测速机的电阻阻值及测速发电机有无匝间断路和短路现象。
浅析机床爬行现象产生的原因及其对策
浅析机床爬行现象产生的原因及其对策爬行是机床运动中常见的现象，严重影响着工作的表面质量和尺寸精度，由于引起其原因复杂，往往不易排除，所以一直被认为是机床运动中最棘手的故障之一。
本文试图就这个问题加以粗浅的论证与探索。
标签：爬行滑动摩擦阻力机床进给系统的运动件，当其运行速度低到一定值（如0.5mm/min）时，往往不是作连续匀速运动，而是时走时停、忽快忽慢，这种现象称之为爬行。
爬行是机床常见而不正常的运动状态，主要出现在机床各传动系统的执行部件上（如刀架系统、工作台等），且一般在低速行时出现较多。
运动速度低时，润滑油被压缩，油膜变薄，油楔作用降低，部分油膜破坏，摩擦面阻力发生变化。
通常情况下，轻微程度的爬行有不易察觉的振动，显著的爬行则是大距离地跳动。
进给运动中的爬行现象破坏了系统运动的均匀性，不仅使被加工件精度和表面质量下降，也会破坏液压系统工作的稳定性，使机床导轨加速磨损，甚至产生废品和事故。
一、机床爬行原因分析引起爬行的主要原因，是摩擦因数随运动速度的变化和传动系统刚性不足。
机床在实际使用中，爬行现象主要是在传动系统刚性不足，驱动力与负载摩擦阻力波动变化的情况下形成。
机床液压系统侵入空气，液压元件间隙增大及机械装置自身原因都可能引起爬行故障。
我们知道爬行是指机床运动部件慢速动行时的不平稳性，表现为有规律的一停一跃。
这种现象的出现，以磨床居多数，会严重影响工作的表面质量和尺寸精度。
（1）爬行的产生是由于静摩擦系数大于动摩擦系数，而驱动系统的刚性又不够，一直不断地反复蓄能与放能的结果。
因此，排除爬行的一切措施，都不外乎从减小驱动阻力，减小静、动摩擦系数之差和驱动系统刚度三方面来着手。
（2）爬行只在低速运行时才会出现，高速时，从动件的速度来不及超过原动件，弹簧始终处于压缩状态，没有放能的阶段，另外，高速时润滑油的油楔作用增大，更接近于液体摩擦，于是静、动摩擦系数之差减小，所以，高速时不会产生爬行现象。
机床导轨爬行现象的产生机理研究
机理研究》2023-10-29•研究背景和意义•机床导轨爬行现象概述•机床导轨爬行现象的产生机理分目录析•防止机床导轨爬行的措施研究•结论与展望01研究背景和意义数控机床在机械制造领域的重要性机床导轨爬行现象对机床精度的影响国内外对机床导轨爬行现象研究的现状揭示机床导轨爬行现象的产生机理提高机床的加工精度和性能为解决机床导轨爬行现象提供理论支持和技术指导02机床导轨爬行现象概述机床导轨爬行现象是指在机床运行过程中，工作台或刀架在某一方向上的运动呈现出间歇性或周期性的速度变化，导致加工精度下降甚至引发事故的现象。
机床导轨爬行现象通常表现为工作台或刀架在运动过程中出现卡顿、抖动或噪声等异常现象。
机床导轨爬行现象定义机床导轨爬行现象的危害增加刀具磨损和损坏机床导轨爬行现象会对刀具产生额外的冲击力，加速刀具的磨损和损坏，增加换刀频率和维护成本。
缩短机床使用寿命机床导轨爬行现象会加速机床导轨的磨损，缩短机床的使用寿命和维修周期。
降低加工精度和表面质量机床导轨爬行现象会导致工作台或刀架的运动不平稳，进而影响加工精度和表面质量。
机床导轨爬行现象的影响因素机床传动系统刚性不足会导致工作台或刀架在运动过程中产生振动和变形，从而引发机床导轨爬行现象。
传动系统刚性不足导轨润滑不良会导致摩擦系数增大，增加工作台或刀架的负载，进而引发机床导轨爬行现象。
导轨润滑不良机床传动链松动会导致各运动部件之间的配合关系发生变化，从而引发机床导轨爬行现象。
传动链松动电气控制系统误差会导致工作台或刀架的运动不平稳，进而引发机床导轨爬行现象。
电气控制系统误差03机床导轨爬行现象的产生机理分析机床导轨的静力学分析静摩擦力01在导轨的静止状态下，由于表面微观不平度的影响，会产生一定的静摩擦力。
这种静摩擦力是导轨爬行现象产生的一个重要因素。
滑动摩擦力02当导轨运动时，表面微观不平度会产生滑动摩擦力。
滑动摩擦力的变化也会引起导轨爬行现象的产生。
润滑状态03润滑状态对导轨的静力学性能有很大的影响。
数控机床爬行与振动故障的分析及维修
直角切 削刀沿着垂直 于圆柱形工件 的轴 向进 给， 轴夹在 机床尾
架和卡盘之 间， 主 轴 在进 给方 向 上 是 柔 性 的 ， 进 给切削力 Ｆ Ｉ 将 会 引起 主轴 的振 动 。 在 首 次 切 削 后 由于 进 给 ｙ方 向工 件 的 弯 曲 振 动 ， 在 工 件 表 面 上 会 留下 波 纹 ， 其方 向为径 向切 削力 Ｆ ｆ 的 方 向 。第 二 次 切 削 的刀 具 将 在 首 次 切 削 所 产 生 的 振 纹 ｙ （ ｔ 一 丁） 基 础 上 继 续 切
３ 数 控 机 床 维 修 实例
下面 以一 台配套 Ｆ ＵＮＡＣ １ １ ＭＥ系统的加 工中心为例来分 析和排除其振动故障 。闭环进 给伺服系统原理如图 １ 所示 。
削， 并 在工 件表面留下本 次切 削的振纹 （ ） 。随之产生 的动态 切削厚度不是一个常数 ， 而是 随振 动频率和工件转 速变化 的 函
于云成
（ 汇通机 械厂 ， 黑 龙江 齐 齐 哈尔 １ ６ １ ０ ０ ０ ）
摘
要： 针 对数 控机床 在调 试 或运行 过程 中 出现 的爬行 和振 动 问题 ， 分 析 了产生 此类 故障 的原 因 ， 并 以实例 介绍 了故 障行； 振动； 维 修
０ 引 言
数控机床在调试 和运行 过程 中出现 的爬行 现象是 常见 的 故障 ， 它直接影 响数控机床 的加 工精度和加工 质量 。通过 分析 发现 ， 爬行 主要是 机械 、 液压 、 电气和润 滑等综 合作 用 的结果 ， 振动是所有做 回转或往 复运 动的机械 设备 的普遍 现象 。当数 控机床发生振动时 ， 工件表 面质量恶 化 ， 产 生明显 的表 面振纹 。 振动的发生使得机床 和刀具 磨损 加剧 ， 寿命 缩短 ， 振动 产生 的 噪音既污染工作环境也危害操作工人的身体健康 。
数控机床系统产生振动爬行的原因及消除措施
【 李 祥 ． 体 育 学【 ． 京 ： 民体 育 出版 社 ，０２ １ 】 学校 Ｍ］ 北 人 ２０． ［ 教 育部 ， ２ 】 国家体 育 总局 ． 于 实施 《 家 学生 体 质 健 康 标 准 》 关 国
的通 知 ．
技师班的学生。另外 ， 场地 、 器材 、 设施 的不足 ， 也严重
（） ３ 改革 传统教 学模式 ， 培养 学生 的独立 能力 ， 优 化体育教育 的环境 ， 因人 ， 因时 ， 因地 ， 因材施 教。增 强 学生的 自信心及参加运动 的主动性与积极性 。始终 贯 彻“ 健康第 一” 的指导思 想 ， 绝不 让 “ 强体育 锻炼 ， 加 增 强人们体质 ” 成为一句空话 。
差。 高职班 学生 的营养不 良， 超重和肥胖检 出率均高于
（ ）加强体育基础 设施建设 ，增设更 多的运动场 ２ 地， 购买 、 添置更 多的体育 器材 ， 改善落 后的体 育场所
和体育设施 ， 足广大的学生参 与体 育活动的需要 ， 满 创 造更多 的时间和空间满足学 生参与体育活动 的需要。
７ ％左右 ， ０ 如不能消除故障， 不宜继续降低该参数值。 （ 加入 比例微积分器（ Ｉ 四） ＰＤ） 比例微积分器是一个 多功能控制器 ，它不仅能有 效地对 电流 电压信 号进行 比例增 益 ，同时可调节输出 信号滞后成超前 的问题 ，振荡故 障有时 因输出 电流电 压发生滞后成超前情况而产生 ， 时可通过ＰＤ 这 Ｉ 来调节 输出电流 电压相位 。 （ ） 五 采用高频抑制功能 以上讨论 的是有关 低频振荡 时参数 优化方 法 ， 而 有时数控系统会因机械上某些振荡原 因产生反 馈信号 中含有高频谐波 ， 这使输 出转矩里不恒定 ， 从而产生振 动。 对于这种高频振荡情况 ， 可在速度 环上加入一阶低
数控机床爬行与振动分析
摘要 ： 主要介绍 了数控机床爬 行与振动的现象 ， 并对其进 行分析 ， 出了具体解决 的方法和思路 。 给 关键词 ： 数控 机床 ； 爬行 与振动 ； 断与维修 诊
中 图分 类 号 ．Ｇ １ ． Ｔ ５９ １ 文献标识码 ： Ａ
Ｔ ｅ Ａｎ ｌｓｓｆｒｔｅ Ｃ ｅ ｐ ｎ ｎ ｂ ａｉｎ ｏ ｃ ｉ ｅ Ｔ ｏ ｈ ａｙ ｉ ０ ｈ ｒ ｅ ｉ ｇ ａ ｄ Ｖｉ ｒｔ ｆＮＣ Ｍａ ｈｎ ｏ ｌ ｏ
维普资讯
Ｎ ． ｏ１
Ｍａｃ ０ ６ ｒｈ２ Ｄ
《 重型机械科技》
ＨＥＡ ＶＹ ＭＡＣ ｌ ｝Ｉ ＮＥＲ Ｓ Ｉ ＣＥ ＡＮＤ Ｉ Ｙ Ｃ ＥＮ ＥＣＨＮＯ ＯＧＹ Ｌ
数控机床爬行与振动分析
赵 中敏
（ 淮海工学 院东港学 院实验 中心 ， 江苏 ２ ２６ ） ２ ０ ９
床故障的因素是 多方 面的， 在进行数控机床故障 的诊断时， 要重视机床各部分的交接点。
一
和进给伺服系统部分 找问题 ， 因为数控机床进给
系统 低速 时 的爬行 现象 往往 取决 于机 械传 动 部分 的特 性 ， 高速 时 的振 动 又 通 常 与 进 给传 动链 中运 动 副 的预 紧力有关 ； 另外 ， 行 与振 动 问题都 与进 爬 给 速度 密切 相关 ， 以必 须 分 析 进 给 伺 服 系 统 的 所
刖 置
数控 机床 一般 由 Ｃ Ｃ装 置 、 入／ 出装 置 、 Ｎ 输 输
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
动后又突然做加速运动 ， 而后又停顿 ， 继而又做加 速运动， 如此周而复始 。这种移动部件一停一跳，
一
伺服驱动系统 、 机床电器逻辑控制装置、 机床等组 成 ， 控 机 床 的各 部 分 之 间 有 着密 切 的联 系。 数 Ｃ Ｃ装置将数 控加工程序信息按两类控 制量分 Ｎ 别输 出： 一类 是 连 续 控 制量 ， 往 伺 服 驱 动 系统 ； 送
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数控机床中有很多明显的不正常现象，但在有一些经济数控系统中，却没有报警，即使有时出现报警，报警的信息表明也不是你所看到不正常现象的报警。
机床出现爬行与振动就是一个明显的例子。
机床以低速运行时，机床工作台是蠕动着向前运动；机床要以高速运行时，就出现震动。
关于机床爬行有的书上写着：由于润滑不好，而使机床工作台移动时摩擦阻力增大。
当电机驱动时，工作台不向前运动，使滚珠丝杠产生弹性变形，把电机的能量贮存在变形上。
电动机继续驱动，贮存的能量所产的弹性力大于静摩擦力时，机床工作台向前蠕动，周而复始地这样运动，而产生了爬行的现象。
然而事实并非如此，仔细看一下导轨面润滑的情况，就可以断定不是这个问题。
机床爬行和振动问题是属于速度的问题。
既然是速度的问题就要去找速度环，我们知道机床的速度的整个调节过程是由速度调节器来完成的。
特别应该着重指出，速度调节器的时间常数，也就是速度调节器积分时间常数是以毫秒计的，因此，整个机床的伺服运动是一个过渡过程，是一个调节过程。
凡是与速度有关的问题，只能去查找速度调节器。
因此，机床振动问题也要去查找速度调节器。
可以从以下这些地方去查找速度调节器故障：一个是给定信号，一个是反馈信号，再一个就是速度调节器的本身。
第一个是由位置偏差计数器出来经D／A转换给速度调节器送来的模拟是VCMD，这个信号是否有振动分量，可以通过伺服板上的插脚（FANUC6系统的伺服板是X18脚）来看一看它是否在那里振动。
如果它就是有一个周期的振动信号，那毫无疑问机床振动是正确的，速度调节器这一部分没有问题，而是前级有问题，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。
那么问题肯定出在其他两个部分。
我们可以去观察测速发电机的波形，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一定也是动荡不已的。
但是我们可以看到，测速发电机反馈的波形中是否出现规律的大起大落，十分混乱现象。
这时，我们最好能测一下机床的振动频率与电机旋转的速度是否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。
因为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，以及机械振动的情况，并要检查滚珠轴承的润滑的情况，整个这个检查，可不必全部拆卸下来，可通过视察官进行观察就可以了，轴承可以用耳去听声音来检查。
如果没有什么问题，就要检查测速发电机。
测速发电机一般是直流的。
测速发电机就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毛病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这个振动的问题。
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。
为此，
三种不同情况下电压做了一个周期地变化，这个电压反馈到调节器上时，势必引起调节器的输出也做出相应地，周期地变化。
这是仅仅说了一个元件被短路。
特别严重时有一遍换向片全部被碳粉给填平了，全部短路，这样就会更为严重的电压波动。
反馈信号与给定信号对于调节器来说是完全相同的。
所以，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。
这种情况发生时，非常容易处理，只要把电机后盖拆下，就露出测速发电机的整流子。
这时不必做任何拆卸，只要用尖锐的勾子，小心地把每个槽子勾一下，然后用细砂纸光一下勾起的毛刺，把整流片表面再用无水酒精擦一下，再放上炭刷就可以了。
这里特别要注意的是用尖锐的勾子去勾换向片间槽口时，别碰到绕组，因为绕组线很细，一旦碰破就无法修复，只有重新更换绕组。
再一个千万不要用含水酒精去擦，这样弄完了绝缘电阻下降无法进行烘干，这样就会拖延修理期限。
除了我们上面讨论过这些引起振动的原因外，还可能是系统本身的参数引起的振荡。
众所周知；一个闭环系统也可能由于参数设定不好，而引起系统振荡，但最佳的消除这个振荡方法就是减少它的放大倍数，在FANUC的系统中调节RV1，逆时钟方向转动，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。
采用这些方法后，还做不到完全消除振动，甚至是无效的，就要考虑对速度调节器板更换或换下后彻底检查各处波形。
在这个实例中，出现爬行时，电机是在低速，一旦提高速度就震起来，这时电流就可能出现过流报警。
产生这种报警的原因是机床工作台面为了迅速跟随反馈信号的变化而变化，必须有一个很大的加速度才行，这个加速度就是由电机的转矩给出的。
电机转矩的变化来响应这个速度给定信号（实际上是反馈信号）的变化。
转矩就是电流信号。
大的转矩，就是大的电流信号造成的，在电流环中出现了一个电流的激烈变化，从而出现了过电流现象。
在振动时不报警，而在振动加大时，出现了过电流报警。