苗鹏
摘 要：数控机床具有精度稳定及精确、电气控制系统可靠、保护措施齐全等普通机床不能比拟的优点，正是因为这种优点，在工业生产中，数控机床往往都是半精加工、精加工的重要保证，因此，进给系统爬行与振动是不允许发生在数控机床上的。而产生这类故障的原因有很多，结合笔者以往的维修经验，总结一些可能的原因，希望对读者有一些帮助。
关键词：爬行与振动；产生原因
机床进给系统运动时，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。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性冲动。而当其以高速运行时，移动部件又会出现明显的振动。
产生这类故障的原因可能是机械进给传动链出现了故障，也可能是进给系统电气部分出现了问题，还可能是机械部分与电气部分的综合故障所造成。爬行和振动严重影响机床加工精度和加工面的光滑，如果现象处理不及时，严重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。
1 爬行与振动故障的诊断与排除方法
爬行与振动故障通常需要在机械部件和进给伺服系统查找问题。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件的特性，高速时的振动现象又通常与进给传动链中运动副的预紧力有关。另外，爬行和振动问题是与进给速度密切相关的，因此也要分析进给伺服系统的速度环和系统参数。
1.1 机械部件故障检查
造成爬行与振动的原因如果在机械部件，首先要检查导轨副。因为移动部件所受的摩擦阻力主要是来自导轨副，如果导轨副发生研伤，使动、静摩擦系数变大，而且其差值也变大，将容易造成爬行。数控机床的导轨副广泛采用了滚动导轨、静压导轨或塑料导轨，如果调整不好，仍会造成爬行或振动。静压导轨应着重检查静压是否建立、塑料导轨应检查有否杂质或异物阻碍导轨副运动、滚动导轨则应检查预紧是否良好。
其次要检查进给传动链。在进给系统中，伺服驱动装置到移动部件之间必定要经过由齿轮、丝杠螺母副或其他传动副所组成的传动链。有效提高这一传动链的扭转和拉压刚度，对于提高运动精度，消除爬行非常有益。引起移动部件爬行的原因之一常常是因为对轴承、丝杠螺母副和丝杠本身的预紧或预拉不理想造成的。传动链太长、传动轴直径偏小、支承和支承座的刚度不够也是引起爬行的不可忽略的因素，因此在检查时也要考虑这些方面是否有缺陷。
1.2 导轨润滑油检查
导轨副的润滑不好也可能引起爬行问题，有时出现爬行现象仅仅就是导轨副润滑状态不好造成的。这时采用具有防爬作用的导轨润滑油是一种非常有效的措施，这种导轨润滑油中有极性添加剂，能在导轨表面形成一层不易破裂的油膜，从而改善导轨的摩擦特性。
有些机床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，摩擦系数变大，机床产生爬行。这时就要进行更换润滑油或者进行油水分离来消除故障。
1.3 进给电机检查
如果发现数控机床振动频率与电机转速成一定比率，那幺需要检查一下电动机是否有故障，碳刷、整流子（铜头）表面状况、电机前后轴承逐一检查。
另外电动机电枢线圈不良也会引起系统振动。这种情况可以通过测量电动机的空载电流进行确认，若空载电流随转速成正比增加，则说明电动机内部有短路现象。出现本故障一般应首先清理换向器、检查电刷等环节，再进行测量确认。如果故障现象依然存在，则可能是线圈匝间有短路现象，通过更换备用电机解决。
1.4 脉冲编码器或测速发电机的检查
对于编码器故障，可以观察机床操作面板上故障轴功率条变化幅度大小，以及运动电流变化幅度大小。一般编码器硬件损坏可能导致上述变化幅度增大。
测速发电机中常常出现的故障是炭刷磨下来的炭粉积存在换向片之间的槽内，造成测速发电机换向片片间短路，导致片间阻值不平衡，进而产生爬行和振动。
1.5 数控系统参数的调节
爬行与振动也可能是由于机床参数设定不合理而引起系统振荡，消除振荡的最佳方法就是修改位置环增益KV系数。通过适当的调整KV系数来减少机床的振动。
但这种原因不多见，因为机床参数是出厂时机床调试人员设定的最优配置，其中位置环增益主要影响伺服系统的响应，设定越大，动态响应越快，跟随误差越小，定位时间越短。设置过大会引起机械震动，但在机械稳定的前提下，尽量设大。如果盲目的减少位置环增益，会对机床定位精度产生影响。
高刚性连接时位置环增益可设较大，但不要超过机械系统的固有频率中刚性或者低刚性连接时，不要设置过高，会引起机械振荡如果爬行和振动机械方面如果解决比较困难时，可以适当调节KV系数，但最终必须要从根本上解决问题，排除故障。
1.6 伺服控制系统的检查
伺服系统伺服系统存在干扰，数控系统的NCU做运算是一个很精密的计算过程，如果引入干扰，那幺伺服系统发出的指令肯定会有波动，进而导致电机转数的不稳定。处理方法：做好伺服系统的接地和屏蔽工作，使用带屏蔽层的电缆做反馈线和动力线。
2 维修实例
〖例1〗一台配套西门子8MC数控系统的5×12米数控龙门铣，X轴（工作台）运动时发生振动。
故障分析及处理：
由于该机床是上世纪80年的产品，各部件老化比较严重，X轴采用直流驱动控制系统，电机为永磁直流电动机。首先机械检查工作台静压，发现压力够，有浮起。电气入手，用钳形表测电流，发现电流波动范围特别大，将X轴电机测速机转子拆下，用万用表量片间阻值，发现有两片断路，于是更换测速机转子后，机床恢复正常工作。
〖例2〗 一台配套西门子8MC系统数控Φ160镗床，X轴（立柱）在运动时速度不稳。低速和高速都存在一定幅度的振动。
故障分析及处理：
仔细检查机床，发现X轴（立柱）运动过程中电流不是很大，在机床允许的范围内，但电流波动幅度较大。检查机床导轨浮起，该机床是靠风压浮起，风压无泄漏，浮起符合标准。
于是维修人员从电机和测速机入手，检查测速机，发现测试机转子与直流电机在工作时有些旋转不同步，经检查发现转子固定螺丝松动，紧好，故障消除。
〖例3〗 一台配套西门子840D系统数控5×15米数控龙门铣在加工过程中，在精车时发现加工表面呈波浪状。
故障分析及处理：
经维修人员检查发现X轴（工作台）有爬行现象。检查机械机构时发现工作台在静压导轨上浮起量较小，进一步检查工作台静压泵，该机床一共有三个静压泵，检查发现其中一个静压为零，开始以为静压泵损坏，将静压电机拆下时，原来与泵联接的电机对轮损坏，更换备件后，机床故障消除。
3 结束语
数控机床爬行与振动现象出现的周期较长，无规律，不定期，给查找分析带来了很多困难。所以对待此类问题，需要对具体情况分析，进行耐心的查找，而且检查时特别需要维修人员利用机械、电气、液压等方面的综合知识，就会将机床运动中的爬行和振动现象降低到最小的极限，从而保证机床的正常工作。
