數(shù)控機(jī)床是機(jī)械、液壓、電氣和計(jì)算機(jī)技術(shù)高度集成的一體化產(chǎn)品，其故障的發(fā)生也多數(shù)是機(jī)械、液壓、電氣等方面的綜合反映。當(dāng)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)生爬行或振動(dòng)等故障時(shí)，我們也需要分別從這三方面尋找故障原因，只有準(zhǔn)確的找到故障原因，才能夠精準(zhǔn)的排除故障。
一、什么是爬行與振動(dòng)
在驅(qū)動(dòng)移動(dòng)部件低速運(yùn)行過程中，數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)移動(dòng)部件開始時(shí)不能啟動(dòng)，啟動(dòng)后又突然作加速運(yùn)動(dòng)，而后又停頓，繼而又作加速運(yùn)動(dòng)，移動(dòng)部件如此周而復(fù)始忽停忽跳、忽慢忽快的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象稱為爬行。而當(dāng)其以高速運(yùn)行時(shí)，移動(dòng)部件又會(huì)出現(xiàn)明顯的振動(dòng)。
對(duì)于數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)產(chǎn)生爬行的原因，一般認(rèn)為是由于機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件之間潤(rùn)滑不好，導(dǎo)致機(jī)床工作臺(tái)移動(dòng)時(shí)靜摩擦阻力增大；當(dāng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，工作臺(tái)不能向前運(yùn)動(dòng)，使?jié)L珠絲杠產(chǎn)生彈性變形，把電機(jī)的能量貯存在變形上；電動(dòng)機(jī)繼續(xù)驅(qū)動(dòng)，貯存的能量所產(chǎn)的彈性力大于靜摩擦力時(shí)，機(jī)床工作臺(tái)向前蠕動(dòng)，周而復(fù)始地這樣運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生了爬行的現(xiàn)象。
事實(shí)上這只是其中的一個(gè)原因，產(chǎn)生這類故障的原因還可能是機(jī)械進(jìn)給傳動(dòng)鏈出現(xiàn)了故障，也可能是進(jìn)給系統(tǒng)電氣部分出現(xiàn)了問題，或者是系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置不當(dāng)?shù)木壒?，還可能是機(jī)械部分與電氣部分的綜合故障所造成。
二、爬行與振動(dòng)的產(chǎn)生機(jī)理
1、爬行原理
爬行是一種非常復(fù)雜的物理現(xiàn)象，但可以將其簡(jiǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)的力學(xué)模型,如圖1所示。
在這個(gè)彈性機(jī)械系統(tǒng)中，主動(dòng)件1作等速運(yùn)動(dòng)，速度為V。從動(dòng)件3與它有彈性件2和阻尼器5相連，并沿著固定平面移動(dòng)。開始時(shí) 從動(dòng)件3相對(duì)于平面4靜止不動(dòng)，主動(dòng)件1向右移動(dòng)使彈性件2壓縮，其彈性力逐漸增大。當(dāng)彈性力超過從動(dòng)件3與平面4之間的最大靜摩擦力時(shí)，從動(dòng)件3向右快速滑動(dòng)，此時(shí)從動(dòng)件3所受的摩擦力，由靜摩擦力變?yōu)閯?dòng)摩擦力。由于靜摩擦力小于動(dòng)摩擦力所以會(huì)引起從動(dòng)件3運(yùn)動(dòng)的加速度。當(dāng)從動(dòng)件3向右滑動(dòng)到某個(gè)位置時(shí)，所受到的動(dòng)摩擦力和彈性件2向右的張力相等，從動(dòng)件3將停止下來。然后在經(jīng)過一段時(shí)間，彈性件2重新受壓，又強(qiáng)迫從動(dòng)件3再次向右滑動(dòng)，運(yùn)動(dòng)將這樣重復(fù)下去。雖然主動(dòng)件1做勻速運(yùn)動(dòng)，而從動(dòng)件3由于靜摩擦力和動(dòng)摩擦力的交替作用產(chǎn)生了不均勻的間歇運(yùn)動(dòng)，即出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。
2、振動(dòng)原理
圖2所示為間隙的物理模型，若輸出構(gòu)件的慣量比輸入構(gòu)件慣量小得多時(shí)，運(yùn)動(dòng)顯然被摩擦所控制，當(dāng)輸出被輸入驅(qū)動(dòng)時(shí)，兩構(gòu)件保持接觸并以相同速度一起移動(dòng)，直到輸入構(gòu)件反向?yàn)橹?。反向后，輸出?gòu)件保持原狀態(tài)（靜止不動(dòng)）直到輸入構(gòu)件與另一面接觸，間隙消失為止。
從另一個(gè)極端情況來說，若輸出構(gòu)件的摩擦小到可以忽略時(shí)，則慣量成為機(jī)械鏈動(dòng)態(tài)特性的決定因素。輸入構(gòu)件越過間隙后保持與輸出構(gòu)件接觸，驅(qū)動(dòng)輸出構(gòu)件以相同速度運(yùn)動(dòng)，直至輸入構(gòu)件達(dá)到最大速度為止，這是輸出構(gòu)件以輸入構(gòu)件所能達(dá)到的最大速度恒速滑行，并逐漸與輸入構(gòu)件脫離接觸。輸入構(gòu)件反向后，當(dāng)輸出構(gòu)件已移出間隙b時(shí)，將被輸入構(gòu)件另一側(cè)阻止，輸出構(gòu)件將再度承擔(dān)輸入構(gòu)件的速度。
三、爬行與振動(dòng)故障的排除
對(duì)于數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)的爬行與振動(dòng)故障，不能急于下結(jié)論，而應(yīng)根據(jù)產(chǎn)生故障的可能性，羅列出可能造成數(shù)控機(jī)床爬行與振動(dòng)的有關(guān)因素，然后逐項(xiàng)排隊(duì)，逐個(gè)因素檢查，分析、定位和排除故障。查到哪一處有問題，就將該處的問題加以分析，看看是否是造成故障的主要矛盾，直至將每一個(gè)可能產(chǎn)生故障的因素都查到。最后再統(tǒng)籌考慮，提出一個(gè)綜合性的解決問題方案，將故障排除。
1、對(duì)故障發(fā)生的部位進(jìn)行分析
爬行與振動(dòng)故障通常需要在機(jī)械部件和進(jìn)給伺服系統(tǒng)查找問題。因?yàn)閿?shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)低速時(shí)的爬行現(xiàn)象往往取決于機(jī)械傳動(dòng)部件的特性，高速時(shí)的振動(dòng)現(xiàn)象又通常與進(jìn)給傳動(dòng)鏈中運(yùn)動(dòng)副的預(yù)緊力有關(guān)。另外，爬行和振動(dòng)問題是與進(jìn)給速度密切相關(guān)的，因此也要分析進(jìn)給伺服系統(tǒng)的速度環(huán)和系統(tǒng)參數(shù)。
2、機(jī)械部件故障的檢查和排除
造成爬行與振動(dòng)的原因如果在機(jī)械部件，首先要檢查導(dǎo)軌副。因?yàn)橐苿?dòng)部件所受的摩擦阻力主要是來自導(dǎo)軌副，如果導(dǎo)軌副的動(dòng)、靜摩擦系數(shù)大，且其差值也大，將容易造成爬行。盡管數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌副廣泛采用了滾動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌或塑料導(dǎo)軌，如果調(diào)整不好，仍會(huì)造成爬行或振動(dòng)。靜壓導(dǎo)軌應(yīng)著重檢查靜壓是否建立；塑料導(dǎo)軌應(yīng)檢查有否雜質(zhì)或異物阻礙導(dǎo)軌副運(yùn)動(dòng)，滾動(dòng)導(dǎo)軌則應(yīng)檢查預(yù)緊是否良好。
導(dǎo)軌副的潤(rùn)滑不好也可能引起爬行問題，有時(shí)出現(xiàn)爬行現(xiàn)象僅僅就是導(dǎo)軌副潤(rùn)滑狀態(tài)不好造成的。這時(shí)采用具有防爬作用的導(dǎo)軌潤(rùn)滑油是一種非常有效的措施，這種導(dǎo)軌潤(rùn)滑油中有極性添加劑，能在導(dǎo)軌表面形成一層不易破裂的油膜，從而改善導(dǎo)軌的摩擦特性。
其次，要檢查進(jìn)給傳動(dòng)鏈。在進(jìn)給系統(tǒng)中，伺服驅(qū)動(dòng)裝置到移動(dòng)部件之間必定要經(jīng)過由齒輪、絲杠螺母副或其他傳動(dòng)副所組成的傳動(dòng)鏈。有效提高這一傳動(dòng)鏈的扭轉(zhuǎn)和拉壓剛度，對(duì)于提高運(yùn)動(dòng)精度，消除爬行非常有益。引起移動(dòng)部件爬行的原因之一常常是因?yàn)閷?duì)軸承、絲杠螺母副和絲杠本身的預(yù)緊或預(yù)拉不理想造成的。傳動(dòng)鏈太長(zhǎng)、傳動(dòng)軸直徑偏小、支承和支承座的剛度不夠也是引起爬行的不可忽略的因素，因此在檢查時(shí)也要考慮這些方面是否有缺陷。
另外機(jī)械系統(tǒng)連接不良，如聯(lián)軸器損壞等也可能引起機(jī)床的振動(dòng)和爬行。
3、進(jìn)給伺服系統(tǒng)故障的檢查和排除
如果爬行與振動(dòng)的故障原因在進(jìn)給伺服系統(tǒng)，則需要分別檢查伺服系統(tǒng)中各有關(guān)環(huán)節(jié)。應(yīng)檢查速度調(diào)節(jié)器、伺服電機(jī)或測(cè)速發(fā)電機(jī)、系統(tǒng)插補(bǔ)精度、系統(tǒng)增益、與位置控制有關(guān)的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定有無錯(cuò)誤、速度控制單元上短路棒設(shè)定是否正確、增益電位器調(diào)整有無偏差以及速度控制單元的線路是否良好等環(huán)節(jié)，逐項(xiàng)檢查分類排除。
對(duì)速度調(diào)節(jié)器的故障，主要檢測(cè)給定信號(hào)、反饋信號(hào)和速度調(diào)節(jié)器本身是否存在問題。給定信號(hào)可以通過由位置偏差計(jì)數(shù)器出來經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換給速度調(diào)節(jié)器送出的模擬信號(hào)VCMD的檢測(cè)實(shí)現(xiàn)，如果就有一個(gè)周期的振動(dòng)信號(hào)，那毫無疑問機(jī)床振動(dòng)是正確的，速度調(diào)節(jié)器這一部分沒有問題，而是前級(jí)有問題；然后向D/A轉(zhuǎn)換器或偏差計(jì)數(shù)器去查找問題，如果我們測(cè)量結(jié)果沒有任何振動(dòng)的周期性的波形，那么問題肯定出在反饋信號(hào)和速度調(diào)節(jié)器。
對(duì)測(cè)速電機(jī)反饋信號(hào)故障，由于反饋信號(hào)與給定信號(hào)對(duì)于調(diào)節(jié)器來說是完全相同的。因此出現(xiàn)了反饋信號(hào)的波動(dòng)，必然引起速度調(diào)節(jié)器的反方向調(diào)節(jié)，這樣就引起機(jī)床的振動(dòng)。
對(duì)電機(jī)故障，當(dāng)機(jī)床振動(dòng)頻率與電機(jī)轉(zhuǎn)速成一定比率，首先就要檢查一下電動(dòng)機(jī)是否有故障，檢查它的碳刷、整流子表面狀況，以及檢查滾珠軸承的潤(rùn)滑情況。
對(duì)于脈沖編碼器或測(cè)速發(fā)電機(jī)不良的情況，可按下述方法進(jìn)行測(cè)量檢查。首先將位置環(huán)、速度環(huán)斷開，手動(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，觀察速度控制單元印制電路板上F/V變換器的電壓，如果出現(xiàn)電壓突然下跌的波形，則說明反饋部件不良。
測(cè)速發(fā)電機(jī)中常常出現(xiàn)的一個(gè)問題是炭刷磨下來的炭粉積存在換向片之間的槽內(nèi)，造成測(cè)速發(fā)電機(jī)換向片片間短路，一旦出現(xiàn)這樣的問題就會(huì)引起振動(dòng)。
一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)也可能是由于參數(shù)設(shè)定不合理而引起系統(tǒng)振蕩，消除振蕩的最佳方法就是減少放大倍數(shù)。在FUNAC的系統(tǒng)中調(diào)節(jié)RV1，逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)可以看出立即會(huì)明顯變好，但由于RV1調(diào)節(jié)電位器的范圍比較小，有時(shí)調(diào)不過來，只能改變短路棒，也就是切除反饋電阻值，降低整個(gè)調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)。
對(duì)于外部干擾，若是固定不變的干擾，可檢查F/V變換器、電流檢測(cè)端子以及同步端的波形，檢查是否存在干擾，并采取相應(yīng)的措施。對(duì)于偶然性干擾，只有通過有效的屏蔽、可靠的接地等措施，盡可能予以避免。
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