數(shù)控機床進給軸爬行和抖動的分析和解決

俎曉莉，郝利軍，張 江

（安陽鑫盛集團股份有限公司，河南 安陽455000）

0 引言

數(shù)控是一種高精密機床，脈沖當量一般為0.01～0.001mm。機床的爬行是指機床在緩慢運動時，出現(xiàn)的運動部件開始移動緩慢，時而加速運動，時而停頓，如此反反復復，一會快一會慢，時走時停的非勻速運動。實際上機床抖動和爬行是一個概念，本文我們作為一個問題去分析。機床爬行嚴重影響被加工零件的精度，加大工件的粗糙度，使刀具和機床的使用壽命大大降低，引起機床爬行的原因分機械和電器兩種。

1 機械部分

1.1 傳動部位

傳動部分沒有裝好，如皮帶輪打滑和聯(lián)軸器松動，我們廠前幾年生產(chǎn)的42/52數(shù)控車床伺服電機和絲桿連接部分是皮帶輪，如果出現(xiàn)皮帶輪過長或過短，都容易造成爬行。近幾年我們廠用彈性聯(lián)軸器直接將絲杠和伺服電機連接起來，爬行的概率大大減少。但在機床長期加工過程中，由于機械的磨損造成聯(lián)軸器松動，這樣絲杠和電機的傳動不同步，一下緊一下松，以致造成移動部分不能連續(xù)運動，就會引起工作臺振蕩，嚴重影響零件的表面加工精度，而且對絲桿和導軌面的損害也很大。我們的處理方法是把聯(lián)軸器全部松開，對伺服電機軸打表，如果轉(zhuǎn)動正常，就重新連接聯(lián)軸器，邊擰螺絲邊打表，表轉(zhuǎn)動正常一般問題就解決了，如果這樣還不行就檢查絲桿的磨損程度。

1.2 潤滑油

機床在長期使用過程中如果潤滑泵不工作，油路堵塞，油管缺油，或者因機床無護罩導致加工鐵屑、乳化液和灰塵等進入導軌表面，會造成導軌表面劃傷和大面積深溝。在長期的工作中由于和運動部件接觸不均衡，會使工作臺在運動過程中不能均衡向前運動，從而爬行振蕩的運動就產(chǎn)生了。對于這種不均衡的運動應(yīng)當把保持機床潤滑暢通和床面的干凈作為維護機床的重點。

1.3 切削液

切屑液選擇不合理，過稠或過稀，黏度不夠，酸堿值不匹配等，易在常溫下和空氣中的氧起反應(yīng)，氧化反應(yīng)的產(chǎn)生物附在金屬上不僅容易使金屬表面失去光滑性，而且產(chǎn)生的酸性物質(zhì)還能腐蝕金屬表面，這樣機床也能因為接觸面不均勻，容易產(chǎn)生爬行的現(xiàn)象。在長期的機床使用和維修中，提高潤滑油的黏度可減少這種現(xiàn)象的發(fā)生，但不能根本上消除，而且太高的黏稠度會使工作臺飄起，反而影響機床加工精度，可在導軌油中加些油性和酸性極壓添加劑來改變這種狀況，效果顯著。

2 電器部分

我們以國產(chǎn)數(shù)控代表廣州數(shù)控所配DA98B驅(qū)動為例來說明：

用戶在調(diào)試電機參數(shù)時，首先按照電機對應(yīng)的型號代碼調(diào)出電機的默認參數(shù)，在電機運行中，如果出現(xiàn)震動、有噪音、爬行、出力不夠等異常情況時，則需要調(diào)整基本性能參數(shù)。一般來講，圖1中參數(shù)應(yīng)先調(diào)整內(nèi)環(huán)速度環(huán)，再調(diào)整外環(huán)速度環(huán)。

PA5速度環(huán)比例增益值，設(shè)定值越大，增益越大，剛度也越大，調(diào)整時參數(shù)值要依據(jù)具體的驅(qū)動單元型號和所加載荷的具體情況來定，常規(guī)是負載慣量越大，需要設(shè)定值越大，在機床不產(chǎn)生振動的情況下，我們盡可能設(shè)定最大。

PA6速度環(huán)積分時間常數(shù)，設(shè)定速度環(huán)調(diào)節(jié)器和時間常數(shù)，一般情況下設(shè)定越大積分值速度越快，剛度也越大，參數(shù)設(shè)定值要依據(jù)所用伺服驅(qū)動單元型號和負載而定，負載慣量越大，設(shè)定值越小。

圖2 是驅(qū)動某電機帶一定慣量負載的階躍指令輸入響應(yīng)曲線。

曲線1表示PA5設(shè)定值較小，PA6為0時的速度階躍輸入曲線，電機特性很軟，動態(tài)響應(yīng)較慢，存在較大的穩(wěn)定誤差；

曲線2表示PA5、PA6取值比較合適時的速度階躍輸入曲線，電機剛度適中，動態(tài)響應(yīng)快；

曲線3表示PA5較小，PA6較大時的速度階躍輸入曲線，瞬時超調(diào)最大，電機易產(chǎn)生振蕩。

PA7（電流指令低通濾波器系數(shù)），電流指令低通濾波器用于限制電流指令頻帶，避免電流沖擊和振蕩，使電流響應(yīng)平穩(wěn)，一般情況下該低通濾波器系數(shù)盡量設(shè)大，如電機出現(xiàn)嘯叫，適當減少該值；該值太小可能會引起電機抖動。

PA8速度檢驗低通濾波器，設(shè)定值越小截止頻率就越低，電機所發(fā)出的噪聲就越小，如果負載慣量比較大時，我們可適當?shù)販p少此值，但數(shù)值太小，造成響應(yīng)慢，也會造成振蕩和爬行。數(shù)值太大，截止頻率越高，速度反饋響應(yīng)越快，如果不需要過高的速度響應(yīng)，可以適度增加此值。

PA9位置環(huán)比例增益，設(shè)定值越大，增益就相對越高，這樣剛度越大，在相同頻率指令脈沖條件下，一般位置滯后量越小。但是太大的值可能會造成振蕩或超調(diào)。

所需參數(shù)值根據(jù)具體的伺服單元型號和所使用負載的情況而定。

3 結(jié)束語

當機床出現(xiàn)故障時，應(yīng)首先分析問題出現(xiàn)部位，然后再判斷是機械還是電氣故障。然后根據(jù)不同的問題逐步解決。本篇只是對廣數(shù)系統(tǒng)在機床出現(xiàn)振動時進行了分析。對其他不同的系統(tǒng)可調(diào)整其相應(yīng)的參數(shù)。

[1]張柱銀.數(shù)控原理與數(shù)控機床[M].北京:化工工業(yè)出版社，2003.

[2]王洪波.數(shù)控機床電氣維修技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.

[3]廣州數(shù)控設(shè)備有限公司.GSK使用手冊（DA98A/DA01B交流伺服驅(qū)動單元）[Z].