FANUC系統(tǒng)進給軸爬行振動故障診斷與排除

李學時

（長沙開元儀器股份有限公司 長沙）

一、數(shù)控機床產生爬行的對策

爬行故障通常出現(xiàn)在機械部分和進給伺服系統(tǒng)部分，因為數(shù)控機床進給系統(tǒng)低速時的爬行現(xiàn)象往往有機械傳動部分的特性，另外爬行問題與進給速度密切相關，所以也就離不開分析進給伺服系統(tǒng)的速度環(huán)。通常采用模塊交換法、機電隔離檢查法來辨別該故障是出于機械還是電氣部分。

隨著現(xiàn)代數(shù)控技術的發(fā)展，電路的集成規(guī)模越來越大，技術也越來越復雜，按照常規(guī)的方法，很難把故障定位在一個很小的區(qū)域，模塊交換法是維修過程中最常用的故障判別方法之一。當某些故障，如軸振動、爬行，一時難以區(qū)分是數(shù)控部分，還是伺服系統(tǒng)或機械部分造成的，常可采用機電隔離檢查法。將機電分離，數(shù)控與伺服分離，或將位置閉環(huán)分開做開環(huán)處理。

（1）機械部分。造成爬行的原因如果在機械部分，首先，應該檢查導軌副。因為移動部件所受的摩擦阻力主要是來自導軌副，如果導軌副的動、靜摩擦系數(shù)大，且其差值也大，將容易造成爬行。盡管數(shù)控機床的導軌副廣泛采用了滾動導軌、靜壓導軌或塑料導軌，如果調整不好，仍會造成爬行。對于靜壓導軌副應著重檢查靜壓是否建立，對于塑料導軌可檢查有無雜質或異物阻礙導軌副運動，對于滾動導軌則應檢查預緊措施是否施行，效果是否良好等。其次，要檢查進給傳動鏈。因為在進給系統(tǒng)中，伺服驅動裝置到移動部件之間必定要經(jīng)過由齒輪、絲杠螺母副或其他傳動副所組成的傳動鏈。有效地提高這一傳動鏈的扭轉和拉壓剛度（即提高其傳動剛度），對于提高運動精度，消除爬行非常有益。引起移動部件爬行的原因之一常常是因為對軸承、絲杠螺母副和絲杠本身的預緊或預拉不理想造成的。傳動鏈太長，傳動軸直徑偏小，支承座的剛度不夠也是引起爬行的因素。因此，在檢查時也要考慮這些方面是否有缺陷。另外，關注導軌副的潤滑也有助于分析爬行問題。有時出現(xiàn)爬行僅僅就是因為導軌副潤滑狀態(tài)不好造成的。這時，采用具有防爬作用的導軌潤滑油是一種非常有效的措施。這種導軌潤滑油中有極性添加劑，能在導軌表面形成一層不易破裂的油膜，從而改善導軌的摩擦特性。

（2）進給伺服系統(tǒng)。如果故障原因在進給伺服系統(tǒng)，則分別檢查伺服系統(tǒng)中各有關環(huán)節(jié)。如檢查速度調節(jié)器；根據(jù)故障特點檢查電機或測速發(fā)電機是否有問題；檢查系統(tǒng)插補精度是否太差，檢查增益是否太高；與位置控制有關的系統(tǒng)參數(shù)設定有無錯誤；速度控制單元上短路棒設定是否正確；增益電位器調整有無偏差以及速度控制單元的線路是否良好。

如果故障既有機械部分的原因，又有進給伺服系統(tǒng)的原因，則應先排除機械部分故障，而后再著手解決電氣方面的問題。

二、排除數(shù)控機床進給系統(tǒng)爬行與振動故障的具體步驟

機床出現(xiàn)爬行故障時，系統(tǒng)并無報警產生。情況嚴重時，有時會產生伺服報警。面對這一故障現(xiàn)象，首先應羅列出可能造成數(shù)控機床爬行與振動的有關因素，逐個檢查和分析，然后再統(tǒng)籌考慮，制定出解決問題的綜合性方案，將故障排除。具體排除數(shù)控機床進給系統(tǒng)爬行與振動實施步驟是：

1.檢查導軌副

（1）檢查導軌磨損情況，查看是否有雜質或異物。由于防護出現(xiàn)問題，可能使鐵屑等雜質或異物進入導軌面，致使導軌磨損嚴重。此時可采取清洗、去雜、潤滑等步驟，恢復導軌的狀態(tài)。若導軌磨損嚴重，有時還需對導軌進行刮研和磨削。

（2）檢查導軌楔鐵間隙大小，查看是否間隙過小。導軌副間隙過小或導軌楔鐵間潤滑情況不良，均會加大驅動電機的負荷，從而引起爬行現(xiàn)象。調整楔塊至合適間隙，并改善導軌楔鐵間的潤滑情況，可減小導軌副摩擦阻力。

（3）檢查導軌和滾珠絲杠的潤滑情況，查看是否缺油。正常情況下，導軌和滾珠絲杠表面應有一層潤滑油膜，否則，會大大增加導軌副的摩擦阻力。可用手指檢查導軌和滾珠絲杠的潤滑情況。如果缺油，則檢查潤滑系統(tǒng)是否出現(xiàn)堵塞或漏油現(xiàn)象。另外滾珠絲杠支承軸承缺少潤滑脂也會加大運動阻力。

2.檢查進給傳動鏈

查看是否由于軸承、絲杠螺母副和絲杠本身的預緊或預拉伸不理想造成的，通過調節(jié)它們的預緊程度，看機床爬行現(xiàn)象能否消除。

3.檢查速度調節(jié)器

（1）首先檢查輸給速度調節(jié)器的信號，即給定信號，這個信號是由位置偏差計數(shù)器出來經(jīng)D/A轉換器轉換的模擬量VCMD送入速度調節(jié)器的，應查一下這個信號是否有振動分量，如它只有一個周期的振動信號，可以確認速度調節(jié)器沒有問題，而是前級的問題，即應向D/A轉換器或位置偏差計數(shù)器去查找問題。如果正常，就轉向測速電機或伺服電機的位置反饋裝置是否有故障或連線錯誤。

（2）檢查測速發(fā)電機及伺服電機。當機床振動時，說明機床速度在振蕩，當然反饋回來的波形一定也在振蕩，觀察其波形是否出現(xiàn)有規(guī)律的大起大落。最好能測一下機床的振動頻率與旋轉的速度是否存在一個準確的比例關系，如振動頻率是電機轉速的4倍頻率，這時就應該考慮電機或發(fā)電機有故障。因振動頻率與電機轉速成一定比例，首先要檢查電機有無故障，如果沒有問題，就再檢查反饋裝置連線是否正確。

（3）位置控制系統(tǒng)或速度控制單元上的設定錯誤。如系統(tǒng)或位置環(huán)的放大倍數(shù)(檢測倍率)過大，最大軸速度、最大指今信等設置錯誤。

（4）速度調節(jié)器故障。如采用上述方法還不能完全消除振動，甚至無任何改善，就應考慮速度調節(jié)器本身的問題，應更換速度調節(jié)器板或換下后徹底檢測各處波形。

（5）檢查振動頻率與進給速度的關系。如二者比例，除機床共振原因外，多數(shù)是因為CNC系統(tǒng)插補精度太差或位置檢測增益太高引起的，須進行插補調整和檢測增益的調整。如果與進給速度無關，可能原因有：速度控制單元的設定與機床不匹配；速度控制單元調整不好；該軸的速度環(huán)增益過大；或者是速度控制單元的印制線路板不良。

三、診斷實例

（1）某FANUC系統(tǒng)的加工中心運行時，工作臺X軸方向位移過程中產生爬行現(xiàn)象故障，故障發(fā)生時系統(tǒng)不報警。

先檢查是否過載，是否潤滑不良這些容易看到的表面現(xiàn)象，經(jīng)檢查都正常。再檢查聯(lián)軸器是否連接松動或產生裂紋等，也沒發(fā)現(xiàn)問題，接著查看了增益系數(shù)，發(fā)現(xiàn)也正常。再脫開彈性聯(lián)軸器，用扳手轉動滾珠絲杠進行手感檢查。通過手感檢查，感覺到似乎有故障存在，且絲杠的全行程范圍均有這種爬行現(xiàn)象。折下滾珠絲杠檢查，發(fā)現(xiàn)滾珠絲杠螺母在絲杠副上轉動不暢，故而引起這種故障。折下滾珠絲杠螺母，發(fā)現(xiàn)螺母內的反相器處有臟物和小鐵屑，因此鋼球流動不暢，時有爬行現(xiàn)象。經(jīng)過認真清洗和修理，重新裝好，故障排除。

（2）某FANUC系統(tǒng)的加工中心運行時，工作臺Y軸方向位移過程中產生明顯的機械振動故障，故障發(fā)生時系統(tǒng)不報警。

因故障發(fā)生時系統(tǒng)不報警，同時觀察CRT顯示出來的Y軸位移脈沖數(shù)字量的速率均勻，通過觀察X軸與Z軸位移脈沖數(shù)字量的變化速率比較后得出，故可排除系統(tǒng)軟件參數(shù)與硬件控制電路的故障影響。由于故障發(fā)生在Y軸方向，故可以采用交換法判斷故障部位。通過交換伺服控制單元，故障沒有轉移，故障部位應在Y軸伺服電機與絲杠傳動鏈一側。為區(qū)別電機故障，可折卸電機與滾珠絲杠之間的彈性聯(lián)軸器，單獨通電檢查電機。檢查結果表明，電機運轉時無振動現(xiàn)象，顯然故障部位在機械傳動部分。脫開彈性聯(lián)軸器，用扳手轉動滾珠絲杠進行手感檢查。通過手感檢查，感覺到這種振動故障的存在且絲杠的全行程范圍均有這種異常現(xiàn)象。折下滾珠絲杠檢查，發(fā)現(xiàn)滾珠絲杠軸承損壞。換上新的同型號規(guī)格的軸承后，故障排除。

（3）一臺配備FANUC 15MateA數(shù)控系統(tǒng)的龍門加工中心，在啟動完成進入可操作狀態(tài)后，X軸只要一運動即出現(xiàn)高頻振蕩，產生尖叫，系統(tǒng)無任何報警。

故障出現(xiàn)后，觀察X軸托板，發(fā)現(xiàn)實際托板振動位移很小，但觸摸輸出軸，可感覺到轉子在以很小的幅度、極高的頻率振動，且振動的噪聲就來自X軸伺服系統(tǒng)。

考慮到振動無論是運動中還是在靜止時均發(fā)生，與運動速度無關，故基本上可以排除測速發(fā)電機、位置反饋編碼器等硬件損壞的可能性。該振動可能是CNC中與伺服驅動有關的參數(shù)設定、調整不當引起的，且由于機床振動頻率很高，因此時間常數(shù)較小的電流環(huán)引起振動的可能性較大。

由于FANUC 15MateA數(shù)控系統(tǒng)采用的是數(shù)字伺服系統(tǒng)，伺服參數(shù)調整可以直接通過系統(tǒng)進行。維修時調出伺服調整參數(shù)頁面，并與機床隨即資料中提供的參數(shù)表對照，發(fā)現(xiàn)參數(shù)PARMl852，PARMl825與提供值不符，設定值如下。

參數(shù)號 正常值 實際設定值

1852 1000 3414

1825 2000 2770

將上述參數(shù)重新修改后，振動現(xiàn)象消失，故障排除，機床恢復正常工作。