机床爬行原因及解决对策
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。
爬行现象的危害及消除方法
此外，由于运行不稳定，还会产生噪声，严重影响环境。
影响爬行现象的因素及消除爬行的措施
1．影响爬行的因素
影响爬行的因素可归纳为如下几点：
(1)当摩擦副处于边界摩擦时，存在静、动摩擦系数之差，而且动摩擦系数又随滑动速度的增加而降低，这就可能使系统具有负阻尼或零阻尼；
(2)运动件的质量较大，因而具有较大的惯性；
爬行现象的危害及消除方法
1．影响加工精度机械加工时，可使加工表面出现明显刀痕，影响表面粗糙度。
2．影响定位精度在定位精度要求较高的数控系统中，很难实现精确定位，不能保证位置精度。
3．损坏工具运动的不稳定，造成加工负载突变，会损坏刀具，降低机床的使用寿命。
4．容易造成机械故障如在液压系统中，活塞杆运动不稳定，极易造成系统的倾斜，机械卡死。
(3)传动机构的刚度不足；
(4)当移动件的质量：、摩擦副摩擦面间的摩擦牲质和传动机构的刚度一定时，在移动除爬行的措施
(1)提高进给传动系统的刚度在允许的条件下，适当提高各传动件或组件的刚度，缩小各传动轴的跨度，合理布置轴上零件的位置，如适当的加粗传动丝杠的直径，缩短传动丝杠的长度，减少和消除各传动副之间的间隙；采用全螺母结构，提高丝杠螺母的接触刚性和传动刚性；尽量缩短进给机构的传动链，减小传动件数量和弹性变形；合理分配传动比，使多数传动件受力较小，变形小。
(2)减小动、静摩擦系数的差值用滚动摩擦、流体（空气、液压）摩擦代替滑动摩擦，如采用滚动丝杠、静压螺母、滚动导轨和静压导轨等，从根本上改善摩擦面间的摩擦性质。此外，采用各种卸荷装置，选择适当的摩擦副材料，提高导轨的制造与装配质量，采用导轨油等都可以减小摩擦力，消除或减少爬行现象。
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 ．
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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
产生爬行的原因及排除
产生爬行的原因及排除
1）因为空气的压缩性较大，当含有气泡的液体到达高压区而受到剧烈压缩时，会使油液体积变小，使工作部件产生爬行。
采取措施：在系统回路的高处部位设置排气装置，将空气排除。
2）由于相对运动部件间的磨擦阻力太大或磨擦阻力变化，致使工作部件在运动时产生爬行。
采取措施：对液压缸、活塞和活塞杆等零件的形位公差和表面粗糙度有一定的要求；并应保证液压系统和液压油的清洁，以免脏物夹入相对运动件的表面间，从而增大磨擦阻力。
3）运动件表面间润滑不良，形成干磨擦或半磨擦，也容易导致爬行。
采取措施：经常检查有相对运动零件的表面间润滑情况，使其保持良好。
4）若液压缸的活塞和活塞杆的密封定心不良，也会出现爬行。
采取措施：应卸除载荷，使液压缸单独动作，测定出磨擦阻力后，校正定心。
5）因液压缸泄漏严重，导致爬行。
采取措施：减少泄漏损失，或加大液压泵容量。
6）在工作过程中由于负载变化，引起系统供油波动，导致工作部件爬行。
采取措施：注意选用小流量下保持性能稳定的调速阀，并且在液压缸和调速阀间
尽量不用软管联接，否则会因软管变形大，容易引起爬行现象。
有关数控机床的爬行因素与解决技巧分析
有关数控机床的爬行因素与解决技巧分析爬行属于复杂摩擦自激振动的现象,出现这一现象的原因,主要是因为摩擦面上的摩擦系数的变化和传动机构的刚度不足。
当驱动件开始以匀速运动的时候时,工作台尚没有动,而驱动力也没有达到所需克服的静摩擦力,所以就会压缩弹簧继续移动,弹簧的压缩量加大,工作台所受的驱动力随之增大,当驱动力超过静摩擦力时,开始移动此时静摩擦转化为动摩擦,摩擦系数迅速下降,使移动的速度增大。
随着弹簧的伸长,弹力在减小,当弹力等于动摩擦力时,系统处于平衡状态。
但由于惯性,工作台仍以较大的速度移动,弹力进一步减小,当其小于动摩擦力时,加速度为负值,工作台的惯性不能克服摩擦力时,便停止运动,驱动件再重新压缩弹簧,上述现象重复循环,就出现了时走时停的爬行现象。
又因为摩擦系数的变化是非线性的,在弹簧重新被压缩的过程中,工作台的速度尚未降至零时,弹力有可能大于动摩擦力,使它的速度再次增大,这就出现了或快或慢的爬行现象。
1、机床产生爬行的因素分析机床的爬行和振荡故障一般情况下都是发生在进给伺服系统和机械部分。
产生爬行的原因除了机械方面一些不可消除的弹性变形、传动间隙、摩擦阻力等因素外,伺服系统的相关参数也是不可忽视的。
伺服系统分为直流和交流两种,这里只介绍直流伺服系统引起的爬行。
主要引起伺服系统爬行的有四种情况:传动机械装太大;速度环的振动;位置环所引起的输出电压的不稳定;可调定位器过大导致的电压的失真输出。
2、解决技巧及措施分析2.1 闭环伺服系统造成的爬行很多的数控伺服系统都是采用半闭环装置,而全闭环伺服系统通常都是在局部半闭环系统不发生振荡的前提下进行参数调整,因此两者大同小异,这里只探讨全闭环情况下的参数优化。
在伺服系统中有参考的标准值,例如FANUC-OC系列为3000,西门子3系统为1666,出现爬行可降低增益,但不能降太多,因此要保证系统的稳态误差。
负载惯量比一般设置在发生爬行时所示参数的70%左右,如不能消除故障,不宜继续降低该参数值。
数控机床出现振动爬行的原因
数控系统的振荡现象已成为数控全闭环系统的共同性问题。
这个问题已经成为影响数控设备正常使用的重要因素之一。
系统振荡时会造成机床产生爬行与振动故障,尤其在卧式带立柱的轴和旋转数控工作台轴其系统出现振荡的频率较高。
为了解决这个大难题,我们就要着重分析产生振荡的原因。
机床的振荡故障通常发生在机械部分和进给伺服系统。
产生振荡的原因有很多,陈了机械方面存在不可消除的传动间隙、弹性变形、摩擦阻力等诸多因素外,伺服系统的有关参数的影响也是重要的一方面。
伺服系统有交流和直流之分,本文主要讨论直流伺服系统因参数影响引起的振荡。
大部分数控机床采用的是全闭环方式。
引起伺服系统振动的原因大致有四种情况:a位置环不良又引起输出电压不稳;b速度环不良引起的振动;c伺服系统可调定位器太大引起电压输出失真;d传动机械装如丝杠间隙太大。
这些控制环的输出参数失真或机械传动装置间隙太大都是引起振动的主要因素。
它们都可以通过伺服控制系统进行参数优化。
找到原因,采取消除振荡的基本措施(一)闭环伺服系统造成的振荡有些数控伺服系统采用的是半闭环装置,而全闭环伺服系统必须是在其局部半闭环系统不发生振荡的前提下进行参数调整,所以两者大同小异,本文只讨论全闭环情况下的参数优化方法。
(二)降低位置环增益在伺服系统中有参考的标准值,出现振荡可适当降低增益,但不能降太多,因为要保证系统的稳态误差。
(三)降低负载惯量比负载惯量比一般设置在发生振动时所示参数的70%左右,如不能消除故障,不宜继续降低该参数值。
(四)加入比例微积分器(PID)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,这时可通过PID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。
机床爬行的问题及解决方案
造成数控机床爬行的原因可能是：【一】动摩擦系数影响临界速度分析动摩擦系数f增大的原因，主要有以下两个方面：（1）导轨润滑油混入了切削液。
分析原因：油泵吸油管正好在切削液与润滑油之间，所以泵在工作时，就把切削液与润滑油同时吸入，使切削液与润滑油混合，造成润滑油的运动粘度降低，继而使静压导轨静压区压力变小。
由此，动摩擦系数f增大，Δf随之减小，临界速度V减小，X轴产生爬行。
（2）部分静压分配阀中的毛细管节流器堵塞。
分析原因：部分毛细管节流器堵塞后，各个静压区压力值相差较大，造成X轴滑座各点上浮量不同。
由此，动摩擦系数f增大，Δf随之减小，临界速度V减小，x轴产生爬行。
Δf是静摩擦系数和动摩擦系数之差。
【二】进给系统刚性影响临界速度分析原因：①联接紧固件松动；②传动齿轮齿条间隙较大；③齿轮与轴以及轴与轴承配合间隙过大。
以上是以“X轴方向静压导轨”故障为例说明，其他轴与其大同小异。
如果是普通贴塑导轨，也应该是以上两条主要原因造成的。
金属切削机床爬行因素分析与消除措施来源：中国论文下载中心[ 09-11-15 10:50:00 ] 作者：范国权编辑：studa20-【摘要】本文重点分析金属切削机床爬行故障形成因素及消除措施。
【关键词】爬行因素分析液压系统机床机床工作台或拖板在运动中出现时走时停、或快或慢的现象称为爬行。
所谓爬行就是指时走时停非匀速的运动,表现轻微时为目光不易察觉的颤振,表现严重时为大距离的间歇冲动。
如:坐标镗床难以实现精确定位及微量进给,个别情况还可能出现扎刀、飞蹦工件等。
机床爬行时,移动部件突然跳动移位的大小称爬行量,较大的爬行量可采用百分表直接顶在执行部件上表针移动的刻度变化值,而较轻微的爬行量则可以采用精密仪器检测。
机床的爬行影响着加工工件的质量和表面粗糙度,并且还会造成机床摩擦副的加速磨损,缩短机床零件的使用寿命,所以必须及时消除。
机床产生爬行的原因有单一性的,也有综合性的。
一、机理分析引起爬行的原因很多,但主要有以下两个方面。
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浅谈机床爬行原因及解决对策
[摘要]机床爬行是机床常见的一种非报警性故障，引起爬行的原因是多方面的，包括机械方面、液压方面、电气方面等。
先对爬行问题产生原因进行合理分析，并对消除方法做了细致研究，为修理机床提供方便。
[关键词]机床爬行消除
中图分类号：g41 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2013）22-0269-01
0 引言
机床进给系统的运动件，当运行速度低到一定值时，往往不是做连续匀速运动，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），且一般在低速运动时出现较多。
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发现的振动，显著的爬行则是大幅度的跳动。
1 机床爬行的危害
爬行现象是机床低速运行时较易出现的机械故障，主要是由于爬行破坏了系统运动的均匀性，这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。
其危害主要包括如下：
1.1 影响机床的加工精度
机械加工时，可使加工表面出现明显刀痕，并影响表面粗糙度。
1.2 影响机床的定位精度
在定位精度要求较高的数控系统中很难实现精确定位，不能保证位置度。
1.3 造成工具的损害
运动的不稳定会造成加工负载的突变，并损害刀具，降低机床的使用寿命。
1.4 易造成机械故障
在液压系统中，活塞杆运动不稳定，极易造成系统的倾斜，使其机械卡死。
2 爬行原因分析
2.1 机械系统的原因
在机械传动链中，轴与齿轮、凸轮与杠杆、丝杠与丝母等，在受力时会产生弯曲、扭转及接触变形，从而引起机床的爬行。
如丝杠丝母副的丝杠直径较小，丝母壳体壁厚较薄，可以产生爬行，对于重型机床，采用丝杠丝母副极易产生爬行。
再者，传动链较长也会使机床产生爬行。
2.2 液压系统的原因
在液压传动系统中，混入油液中的空气是产生爬行的主要原因。
其次是液压系统中泵体、阀体、密封件等的损坏，也可以引起机床的爬行。
此外液压缸及活塞杆的装配质量也可以产生爬行。
2.3 电气系统的原因
数控机床可能发生故障的有以下几个组件：机械部分、电气部分和强电控制部分、进给伺服系统、主轴驱动系统、数控装置。
爬行故障通常在机械部分和进给伺服系统部分找原因，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，另外，爬行问题与进给速度密切相关，所以必须分析进给伺服系统的速度环。
2.4 机床润滑油品质问题也是引起爬行的原因
润滑油在工作温度条件下很容易与空气中的氧气发生氧化反应，其产物是一种胶状物，如果它粘附在导轨面上，不仅使其易产生酸性腐蚀，而且会使摩擦面丧失润滑性，从而引起机床导轨爬行故障。
3 消除爬行的措施
3.1 有效地降低摩擦阻力
有效的改善导轨摩擦阻力的变化环境，在于减小摩擦曲线随运动速度增加而下降的斜率，也就是减小静、动摩擦系数差，其重要措施在于有效的改善润滑环境。
3.1.1 改善导轨润滑环境
保证较为有效的润滑油量及较好的润滑油油性，黏度适宜。
对于工作台载荷较大的机床应采用粘度高且耐磨的专业导轨润滑油。
3.1.2 改善导轨储油条件
在单靠润滑油本身难以达到性能要求的情况下，可以通过改善工作面的储油条件，加入添加剂，改善润滑油的性能。
例如加入硫化鲸鱼油、三甲酚磷酸脂等，或在导轨上涂一层固体润滑剂。
3.1.3 合理利用特殊材质
在导轨上粘贴一层tsf导轨软带（tsf导轨软带是一种以聚四氟乙烯为基的高分子复合材料，具有优异的摩擦特性，摩擦系数很低，约为铸铁滑动导轨的1/10）。
在当机床导轨摩擦较重，修复困难时采用tsf导轨软带是一种非常省事的办法。
3.1.4 对导轨结构进行改造
对大型和高精度机床采用液体静压导轨。
液体静压导轨就是在导轨面上开出一定面积的油槽，让压力油通过节流器进入油槽，在两导轨面之间保持一定厚度的油膜，全行程液体摩擦。
这种静压导轨摩擦系数较小，无论滑动速度多么低，工作台均能平稳移动，但静压导轨结构复杂，成本高，应用受到限制。
3.2 提高传动系统刚性
3.2.1 提高传动零件的加工精度
零部件的装配过程中，尽量减小装配间隙。
装配合理，如零件的平行、垂直关系，轴的同心，螺纹连接的松紧程度等。
3.2.2 减少传动链
在机械传动中，除尽量减少动力传递层次，对传动类零件从材料和工艺上提高其刚性。
3.2.3 增强密封程度
对液压机床主要是防止液压系统的空气侵入，增强液压元件及结合处的密封程度。
在快速往复移动的状态下，合理有效的开启排气阀将空气排出。
3.3 检查进给伺服系统
爬行问题与进给速度密切相关，进给伺服系统的不稳定也会引起爬行现象的产生，所以还要对伺服系统中各个环节逐项检查，分类排除。
如检查速度调节器，根据故障特点如振动周期与进给速度是否成比例变化，检查电机或测速发电机、检查系统增益是否太高、检查系统参数设定有无错误以及速度控制单元的线路是否良好等。
4 结束语
机床进给运动的低速稳定性是影响加工精度的重要原因，引起机床故障的原因是多方面的，可能是单纯的机械部分，液压部分或电气部分等原因，也可能是多方面因素造成的，所以必须综合考虑消除故障的方法。
参考文献
[1] 王江萍.机械设备故障诊断技术及应用[m].西安：西北工业大学出版社，2010
作者简介
张浩扬（1984-），男，辽宁省凌源市人，助理工程师，主要从事机械设备维护方面的研究。
汤兑江（1985-），男，辽宁省沈阳市人，助理工程师，主要从事机械设备维护方面的研究。