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【數控機床】某（mǒu）數（shù）控機床（chuáng）Z軸異響故障診斷及維修

2020-12-22 來源：中國工程物（wù）理研究院（yuàn）機（jī）械製（zhì）造工藝研究所（suǒ）作者（zhě）：餘剛；劉進

摘要：隨著數控機床（chuáng）在加工領域得到迅速地普及，隨之而來的即（jí）使數控機床的故（gù）障（zhàng）診斷和維修，數控機床是集（jí）成機械（xiè）、電氣（qì）、液（yè）壓以及氣動控製等領域一個複雜機電產品，所麵臨的維修問（wèn）題（tí）更加複雜。本文介紹了某機床Z軸異響故障的故障診斷流程以及維修方（fāng）法，首先通過“望、聞、問、聽”定位（wèi）故障位置，然後（hòu）通過分析（xī）數（shù）控加工（gōng）程序、電（diàn）氣伺（sì）服參數以及機械結構排查確定（dìng）故障原因，最後確定了維修方案和方法。本文提供的機床故障診斷（duàn）以及維修方案可為其他故障維修提供參考。

關（guān）鍵詞（cí）：數控（kòng）機床（chuáng）；滑動（dòng）導軌；故障維修

1、概（gài）述

隨（suí）著科技的發展，數控技術得到飛速的發展，數控機床作為（wéi）其他高精設備（bèi）的加（jiā）工（gōng）母（mǔ）機，在加工（gōng）製造行業占（zhàn）有重要的地位。在年限使用久的機床，進給軸的異響振動（dòng）故障現象有發（fā）生，已成為一個常見頻發（fā）故障（zhàng）。某數控（kòng）龍門加工中心是車間的重要設備，投入使用年限長。機床使用過程中，該加工中心 Z 軸速度不穩定，移動到端部時存在振動、抖動的現象。機（jī）床加工（gōng）過程中工件表麵出現明（míng）顯的刀紋，表麵質量不合格（gé），已經嚴重影（yǐng）響數（shù）控設備正常使（shǐ）用。

2、故障定位

2.1　故障現象

該（gāi）數（shù）控機床的加工的產品出現明顯的刀紋現象，工件表麵粗糙度不合格。通過常規的“望、聞、問、聽”的故障診斷手段，發現該（gāi）機床 Z 軸有明顯的異響和振動現象（xiàng），同時（shí）通過控製進給 Z 軸在手動方式下進行移（yí）動，移動過程中 Z 軸出現振動異響現（xiàn）象，同時當（dāng） Z 軸在端部移動時振動和異響更加明顯。

該機床的（de） Z 軸驅動為交流伺服（fú）電（diàn）機驅動滾珠絲杠進行移動，絲杠軸承的支撐方式為“一端（duān）固定，一（yī）端支撐”的方式，固定支撐的軸承采用角接觸軸承，支撐軸承采用深（shēn）溝球軸承，Z 軸的支撐方式為滑動導軌。

2.2　故障定位流程

按照維修的思路，提出以下如圖 1 所示的（de）故障診斷流程。數控機床進（jìn）給（gěi）軸振動、異響的原因（yīn）有多種情（qíng）況，依次按照加工（gōng）程序問題、電氣伺服參數、機械結構等流程排出定（dìng）位機床（chuáng）故障原因。通（tōng）過該流程的分析流程，可由易到難、由簡到繁（fán）的順序排出故障原因。

圖 1　故障診斷流程

在程序方麵，振動故障常發生於機床加工程序中編寫曲線中小線段多，可通過優化修改加工程序，改善進給軸振動（dòng）情況。

伺服參數方麵，進給軸振動的（de）原因有（yǒu）：速度環參數不匹配引起振（zhèn）動（dòng）；位置環參數不匹（pǐ）配引起振動；檢測（cè）元件故障，編碼器和光柵（shān）尺故障。通過優（yōu）化設置相關參數可以蓋上情況。

機械結構方麵：導軌副運動阻力大，潤滑不良；絲（sī）杠預緊力（lì）不足、彎曲；絲杠軸向（xiàng）有竄動（dòng）間（jiān）隙；絲杠軸承磨損；壓板與導軌不平行；電機與傳動（dòng）軸（zhóu）間連接鬆動；電機本身機械方麵故障，軸承磨損等眾多原因將導致機床進給軸振動故障。

3、故障分析及處理

3.1　故障分析過程

機床進（jìn）給軸產生振動、異響有很多種可能，依據維修經驗以及故（gù）障排查流程，定位故障的根源。通過對操作（zuò）者（zhě）的（de）詢問和現場觀察實驗，機床 Z 軸振動明顯（xiǎn）。通過檢查加工程序、加工工件材料、加工進給量等方麵，排查了加工程序沒有（yǒu）問題。接著排查電氣控製伺服參數匹配，光（guāng）柵尺檢測元件的末端是否損壞，最後從機械方（fāng）麵排查鑲（xiāng）條和導軌側麵（miàn）接觸麵是否符合要求，壓板和導軌正麵接觸是否符合要求。

3.2　伺服參數排查

伺服參數優（yōu）化方麵，按照自動優化過程進行優化（huà）：JOG、MENU、調試、優化測試、自動優化（huà）、所選（xuǎn）軸、優化、確認、啟動測量、循（xún）環啟動、高頻、低頻、DNS。

優化完成後，在手動（dòng）和自動狀態下分別進行 Z 軸移動，在不（bú）同的速度下進行移動，振動、異響未消除。於是參（cān）數（shù）進（jìn）行手動（dòng）修（xiū）改。每修改一個或者多個參數，在手（shǒu）動和自動狀態下分別進行 Z 軸移動，在不同的速度下進行移動，振動、異響未（wèi）消除。

通過自動（dòng）和手動伺服參數匹（pǐ）配優化和修改，該故障現象未發生改善，排除電氣參數不匹配的原因。另一方（fāng）麵，將全閉環改為半閉環進行電氣參數的排除，進入（rù）調整頁麵，屏蔽 Z 軸。進行機床運行，發現機床振動和異響存在，同時排除了電（diàn）氣故障。

3.3　機械方麵（miàn）排查

通過電氣控製參數的優化以及排查，故障定位導向於 Z 軸的機械結構，通過觀察（chá）和觸碰 Z 軸滾（gǔn）珠絲杠驅動和滑動導軌（guǐ）支撐，判斷（duàn）為 Z 軸滑動導軌振（zhèn）動明顯，確定為振動源。

滑動導軌（guǐ）鑲條排查，將鑲條鬆開，在手（shǒu）動和自動狀態下分別進行 Z 軸移動，在不同的速度下進行移（yí）動，振動、異響依舊存在。

如圖 2 所示，滑（huá）動導軌壓板檢（jiǎn）查，將壓（yā）板的螺釘鬆開，移動 Z 軸，異響和振動現象（xiàng）明顯改善。將壓板鎖緊，異響故障進行了重現，於是判（pàn）斷故障的原因在壓板與導軌之間產生，判斷為滑動導軌之間間（jiān）隙過小導致壓板與導軌（guǐ）之（zhī）間摩擦導致異響和振（zhèn）動。初（chū）步判斷為 Z 軸導軌壓板長期使用過程（chéng）導軌表麵出現磨損，中間隙過小。

圖 2　滑動導軌

4、故障維修

通過對（duì）導軌和壓板的檢查，壓板本身的平（píng）麵度大於 0.02 mm，不能滿足使用要求。通過修複壓板的平麵度，注意壓板的高低點的分布、壓板刮研量的大小和區域，刮研的方法與檢測方法。

4.1　維修過程

4.1.1　確定壓板高低點

確定壓板的接觸麵及高低點的分布。將壓板接觸麵打上紅丹粉，帶上螺釘，輕輕的緊固。機床的 Z 軸沿（yán）一個方向運動，觀察壓板與鑲塊的接觸點。通過鑲塊的紅丹粉的分布確定了壓板的高低點（diǎn）位（wèi）置，做上標記。

4.1.2　確（què）定壓板刮研量

將兩邊壓板都裝上（shàng），在靠近操作者（zhě）這方的壓板下添加銅皮，添加銅皮由 0.01 mm ～ 0.10 mm 進（jìn）行測試。使用測力扳手將壓板每顆螺釘都用 100 Nm（廠家給定值（zhí））的力均布（bù）鎖緊。通過移動 Z 軸看是否有異響。如果有（yǒu）異響就將銅皮進行更換（huàn），調整到移動 Z 軸沒（méi）有異響即可。最後銅（tóng）皮的厚度，厚度為 0.04 mm，即可確定刮研量為 0.04 mm。

4.2.3　壓板刮研步驟

通過確定壓板的高低（dī）點以（yǐ）及（jí）刮研量，將壓板進行刮研。如圖3，通過檢查確定壓板的高點和壓板的初始尺（chǐ）寸，為刮研後檢測進行對比。將壓板上（shàng）塗上紅丹粉，將壓板在平台上（shàng）來回運動在將壓板反（fǎn）麵，進行觀察，並將這個時候的初始尺寸記（jì）錄下來。

圖3　壓板高點及初始尺寸

通過對壓板的（de）檢測後，知道了壓板的高點和刮研量。於是對高點（diǎn）進行刮，邊刮邊檢測（cè），最後確定到刮研的量都（dōu）去掉了並且保證了平麵度的要（yào）求即可。

4.3　維修結果

將壓板裝（zhuāng）上，使用扭矩扳手將壓（yā）板緊固螺栓用（yòng）100 Nm（廠家（jiā）給定值）的力均布鎖緊。

在進行手動（dòng）、MDI、自動三種方式下分別運行 Z 軸，在每（měi）一種方式下使用不同的速度進行移動。Ｚ軸均沒有出現振動、異響的現象。Ｚ軸功（gōng）能運行正常，修複後各個精（jīng）度檢測均達標。達到出廠精度要求，經（jīng）反複試車跑合（hé），精度保持良（liáng）好，現（xiàn）機床使用（yòng）良好。

5、結語

Ｚ軸是整個機（jī）床的（de）核心移動（dòng）部位，通過此次的維修有效的解決了Ｚ軸振動、異（yì）響的故障，為以後的維修打下良好的基礎。本文介紹了某機床 Z 軸（zhóu）異響故障的故障（zhàng）診斷流程以及維修方（fāng）法，首先通過常（cháng）規手段（duàn）定位故障位置，然後通過分析數控加工程序、電氣伺服參數以（yǐ）及機械結構排查確（què）定（dìng）故障原因，最後確定了維修方案和方法。本文提供的（de）機床故障診斷以及維修方案可為其（qí）他故（gù）障（zhàng）維修提供參考。

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