机床爬行故障分析
数控机床进给系统爬行与振动故障分析
数控机床进给系统爬行与振动故障分析发布时间：2021-06-04T04:35:56.217Z 来源：《中国科技人才》2021年第9期作者：王森[导读] 在驱动移动部件低速运行过程中，数控机床进给系统会出现移动部件开始时不能启动，启动后又突然作加速运行，而后又停顿，继而又作加速运动，移动部件如此周而复始，忽停忽跳，忽快忽慢的运动现象称为爬行。
而当其以高速运行时，移动部件有会出现明显的振动。
中国航发西安动力控制科技有限公司 710077摘要：本文通过对数控设备发生爬行与振动故障原因的分析，总结了一些解决此类问题的方法。
关键词：数控设备；振动；维修1：前言在数控设备维修实践中，经常发生机床振动的故障。
但引起的原因多，如何找到故障点，找到真正的振动源，需要对故障现象进行分析和判断。
2：总结通过近几年来对数控机床维修的经验，我对数控机床进给系统爬行与振动故障的检测与维修总结了以下几点：2.1：数控机床进给系统爬行与振动现象及产生的原因：在驱动移动部件低速运行过程中，数控机床进给系统会出现移动部件开始时不能启动，启动后又突然作加速运行，而后又停顿，继而又作加速运动，移动部件如此周而复始，忽停忽跳，忽快忽慢的运动现象称为爬行。
而当其以高速运行时，移动部件有会出现明显的振动。
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。
当电机驱动时，工作台不能向前运动，使滚珠丝杠产生弹性变形。
把电机的能量贮存在变形上，电机继续驱动，贮存能量所产生的弹性力大于静摩擦力时，机床工作台向前蠕动，周而复始的这样运动，产生了爬行的现象。
事实上这只是其中一个原因，产生这种故障的原因还可能是机械进给传动链出现了故障，也可能是电气部分的问题，还可能是机械与电气综合故障所致。
2.2：爬行与振动故障诊断与排除：对于数控机床出现的爬行与振动故障，不能急于下结论，而应根据产生故障的可能性，罗列出可能造成数控机床爬行与振动有关因素。
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。
数控机床爬行故障分析与处理
二 解决爬行问题的方法 1 首先找出发生故障的部位 有机械部分,进给伺服系统或者是数控装置.通常爬行部 分的故障产生在机械部分或进给伺服系统 2 机械部分故障分析 动,静摩擦力的差异是产生爬行的根本原因.检测机械部 分时,首先检查导轨副,因为移动部件所受的摩擦阻力主要是 来自导轨副,导轨副分为滚动导轨和贴塑导轨.对贴塑导轨, 检查是否有杂质或异物阻碍导轨副移动.对滚动导轨检查预紧 措施是否得当,还有检查导轨副的润滑,如果润滑状态不好, 也可能造成爬行故障. 3 进给伺服系统 爬行问题与进给速度有密切关系,伺服系统不稳定会引起 爬行现象,检查伺服系统增益参数和有关系统参数的设定.
数控机床爬行故障1.产生爬行故障的因素 机床爬行现象: 伺服系统在作低速运动或作微量移动 时,移动部件出现速度不均匀,时走时停或时快时慢 的现象. 2.产生因素 2.1 2.2 2.3 2.4 机械进给传动链出现故障 润滑不良 进给传动系统电气部分出现问题 系统参数设置不当
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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 。
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有关数控机床的爬行因素与解决技巧分析摘要本文通过对导致数控机床爬行的因素进行分析与总结，采用逐步检查的方法进行故障的诊断及排除，并通过一定的经验和技巧来解决故障，以希能给机床的维修人员提供参考和借鉴。
关键字数控机床；爬行；故障；技巧中图分类号TG659 文献标识码A 文章编号1674-6708100-0115-02在经济飞速开展的今天，数控机床作为一个先进生产力的代表，已经在工业生产中占有很重要的位置，具有不可估量的作用。
但随着时间的推移，较早被使用在生产一线的数控机床的投入时间较长，设备中的各个环节都出现老化的迹象，久而久之就会出现一些故障，较为常见的就是机床爬行问题。
这就需要针对爬行问题进行深入的分析，并根据实地情况总结出解决故障的方法。
1 数控机床爬行的表现形式数控机床爬行简单来说数控机床进给伺服系统在做低速或微量位移运动时，移动部件出现速度不均匀，即时走时停或时快时慢的现象。
这种现象不会有报警提示，是一种无报警系统故障，一定要引起工作人员和维修人员的重视。
数控机床如果出现爬行现象，其具有很严重的危害，不仅会使加工的精度达不到标准，还有可能损坏工具，产生噪音，严重的情况下引起整个机床的故障，使加工过程不能顺利地进行，不能按时完成加工任务。
2 数控机床产生爬行现象的因素分析爬行现象其实是数控机床中一种比拟常见的，而又没有报警提示的故障，引起这种现象的原因有许多，比方机械方面的故障、电气故障、润滑故障或者是系统参数设置问题以及人为操作的因素等等。
2.1进给伺服控制系统导致的爬行进给伺服系统是一个控制位置及速度的系统，它是由位移指令和位置检测反应信号来进行位置的控制、速度的调节的，如果进给伺服系统中的速度调节器出现问题，就会使机床的运动失去了过度过程的控制，会失去调节。
因此进给伺服控制系统是一个精度高，结构复杂、本钱高，同时又存在很多不稳定因素的系统，所以进给伺服系统就可能导致机床爬行的产生。
机床液压传动系统的爬行故障分析和减小措施
２Ｏ．ｌ ０８１
机床液压传动系统的爬行故障分析和减小措施
河 南 质量 工 程 职 业 学 院 郭 国 选 孙迎 远
摘
要 ：本 文对机床液 压传动系统 出现爬行故 障现象产 生的原因进行 了理论分析 和总结 ，从液压缸产 生爬 行 、混入 空气 、油液 污染、
导 轨 等 方 面 对 减 小液 压 传 动 系 统 的 爬 行 故 障 现 象 提 出 了 具 体 措 施 。 关键 词 ： 机 床 液 压 ；液 压 传 动 ；爬 行 故 障
的 过 滤 器 ， 以防 止 吸 油 阻 力 增 大 而 使 溶
以注 意 。 为 了 消 除爬 行 现 象 ， 密 封 圈 应 具 备 下 列基 本 条 件 ： 密 封 材 料 的 动 摩 擦 阻 力 与 静摩 擦 阻 力 之 差 要 小 ： 在 密 封 结 构 上 ， 滑 动 阻 力 应 尽 量 小 ； 密 封 件 的 刚
动 部件 产 生 眼睛 不 易 察觉 的 振 动 ， 显 著 隔 板 隔 开 。
的爬 行 使 运 动 部件 产 生 大 距 离 的 跳 动 。 爬 行 故 障 ， 是在 传动 系 统 的 刚 性 不 足 ，
２、 由于 密 封 不 严 或 管 接 头 处 和 液
压 元 件 接 合 面 处 的螺 钉 拧 得 不 紧 ， 外 界 件 的影 响很 大 。一 般 情 况 下 ，应 先 检 查 ２、 若 液 压 缸 的 活 塞 和 活 塞 杆 的密
油 液 体 积 变 小 ，致 使 系 统 产 生 噪音 、振 运 动 部 件 间 摩 擦 阻 力 太 大 或 摩 擦 阻 力变 即 挤 压 作 用 ， 增 大 接 触 面 压 力 来 实 现 密 化 ，机 床 导 轨 副 的精 度 达 不 到 要 求 ，局
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。
数控镗铣床爬行故障原因分析与处理
数控镗铣床爬行故障原因分析与处理针对数控镗铣床产生爬行故障的原因进行了深入分析，并重点对数控龙门镗铣床产生爬行故障的原因进行了分析，提出了排除故障的具体措施和方法。
标签：数控镗铣床爬行摩擦系数静压区毛细管节流器1 机床的爬行故障机床的爬行故障是机床低速运动时的一种复杂的自激振动现象，经常发生在轧辊磨、龙门刨、镗铣床等设备上，是一种大型设备常见故障。
它的存在对机床的低速进给有很大影响，在机械加工过程中，将严重影响加工质量，将导致工件表面切削的不连续甚至更大的缺陷。
这种故障还会导致机床达不到加工工艺要求，无法正常使用。
于此同时，爬行故障也会对机床的检验工作产生不良的影响，甚至导致检验工作无法正常进行。
导致爬行故障发生的原因很多也很复杂。
机床液压系统的稳定性，以及机床零部件表面加工质量等多种因素都产生机床“爬行”现象，最终使机床的表面粗糙度、加工精度和定位精度等收到较大影响。
2 机床爬行故障的原因及排除方法在理想化条件下，我们可以将机床的导轨和工作台看做一个简单的力学模型。
如图所示。
1-工作台驱动原件，2-工作台，3-机床导轨，4-传动系统环节。
由于工作台2和机床导轨3之间存在有摩擦力，因此当驱动元件1由左向右向工作台2运动时，在传动系统环节就会发生一个微小的弹性变形，这就会使得工作台2在运动上产生滞后性，也就是说驱动原件与工作台2的运动有一定的时间间隔。
这时如果工作台2继续向右运动，当传动环节因运动产生的弹性形变所产生的力大于导轨和工作台之间所产生的摩擦力时（KX＞F静），由于KX＞F 静＞F动，对工作台2进行受力分析可知，工作台2受到的合外力水平向右，这时工作台2加速向右运动，当系统处于受力在短时间平衡时，工作台2速度达到最大值，之后系统形变量逐渐减小，当KX＜F动时，也就是当工作台的合外力向左时，工作台2变开始做减速运动，直到达到平衡，工作台反复重复上面的过程，直到工作台达到某一个驱动速度时，工作台的震动停止开始进入稳定的工作状态。
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机床爬行故障分析
文／李洁裴晓光周立军
【摘要】数控机床的系统爬行问题是很普遍的现象，在机床中经常出现，甚至在有些数控机床中还没有报
警。
【关键词】爬行振动测速
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。
但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。
一、概述
机床爬行和振动问题是属于速度的问题。
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。
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。
二、排除故障的方法
机床振动问题是速度调节器问题，只能从速度调节器入手。
可以从下面这些方面查找爬行故障：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。
１．给定信号问题
给定信号是由位置偏差计数器出来经数模转换器Ｄ／Ａ转换给速度调节器送来的模拟给定ＶＣＭＤ，这个信号是否有振动分量，可以通过伺服板上的插脚（西门子８系统的伺服板是５６号线）来看一看它是否在那里有振动。
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，速度调节器本身没有问题，而是给定有问题，向Ｄ／Ａ转换器或偏差计数器去查找问题或者是给定的外部元件问题。
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。
２．反馈信号问题
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，可通过视觉进行观察就可以了，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。
我们再用示波器去观察测速发电机的波形，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。
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。
特别严重时有一组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。
我们知道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。
３．速度调节器问题
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。
故障也能消除。
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。
三、结语
由于数控机床是机电一体化产品，这里边影响机床正常工作的因素很多，除了电气方面的问题之外，机械方面的问题也与电气的问题混在一起，这种情况就十分难以分辨出到底哪个因素在这个问题中的比重占有多少。
这些相关的因素是制约我们迅速查出故障的重要因素。
（作者单位系第一重型机械集团公司有限责任公司设备维修分公司
阿城继电器股份有限公司
河北省质检站）
科技论坛６８
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