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        轴承知识

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        某数控机床Z轴异响故障诊断及维修

        2021-06-25

        余刚 刘进

        (中国工程物理研究院机械制造工艺研究所)

        摘 要:随着数控机床在加工领域得到迅速地普及,随之而来的即使数控机床的故障诊断和维修,数控机床是集成机械、电气、液压以及气动控制等领域一个复杂机电产品,所面临的维修问题更加复杂。本文介绍了某机床Z轴异响故障的故障诊断流程以及维修方法,首先通过“望、闻、问、听”定位故障位置,然后通过分析数控加工程序、电气伺服参数以及机械结构排查确定故障原因,最后确定了维修方案和方法。本文提供的机床故障诊断以及维修方案可为其他故障维修提供参考。

        关键词:数控机床;滑动导轨;故障维修

        1、概述

        随着科技的发展,数控技术得到飞速的发展,数控机床作为其他高精设备的加工母机,在加工制造行业占有重要的地位。在年限使用久的机床,进给轴的异响振动故障现象有发生,已成为一个常见频发故障。某数控龙门加工中心是车间的重要设备,投入使用年限长?;彩褂霉讨?,该加工中心Z轴速度不稳定,移动到端部时存在振动、抖动的现象?;布庸す讨泄ぜ砻娉鱿置飨缘牡段?,表面质量不合格,已经严重影响数控设备正常使用。

        2、故障定位

        2.1 故障现象

        该数控机床的加工的产品出现明显的刀纹现象,工件表面粗糙度不合格。通过常规的“望、闻、问、听”的故障诊断手段,发现该机床Z轴有明显的异响和振动现象,同时通过控制进给Z轴在手动方式下进行移动,移动过程中Z轴出现振动异响现象,同时当Z轴在端部移动时振动和异响更加明显。

        该机床的Z轴驱动为交流伺服电机驱动滚珠丝杠进行移动,丝杠轴承的支撑方式为“一端固定,一端支撑”的方式,固定支撑的轴承采用角接触轴承,支撑轴承采用深沟球轴承,Z轴的支撑方式为滑动导轨。

        2.2 故障定位流程

        按照维修的思路,提出以下如图1所示的故障诊断流程。数控机床进给轴振动、异响的原因有多种情况,依次按照加工程序问题、电气伺服参数、机械结构等流程排出定位机床故障原因。通过该流程的分析流程,可由易到难、由简到繁的顺序排出故障原因。

        图1 故障诊断流程

        在程序方面,振动故障常发生于机床加工程序中编写曲线中小线段多,可通过优化修改加工程序,改善进给轴振动情况。

        伺服参数方面,进给轴振动的原因有:速度环参数不匹配引起振动;位置环参数不匹配引起振动;检测元件故障,编码器和光栅尺故障。通过优化设置相关参数可以盖上情况。

        机械结构方面:导轨副运动阻力大,润滑不良;丝杠预紧力不足、弯曲;丝杠轴向有窜动间隙;丝杠轴承磨损;压板与导轨不平行;电机与传动轴间连接松动;电机本身机械方面故障,轴承磨损等众多原因将导致机床进给轴振动故障。

        3、故障分析及处理

        3.1 故障分析过程

        机床进给轴产生振动、异响有很多种可能,依据维修经验以及故障排查流程,定位故障的根源。通过对操作者的询问和现场观察实验,机床Z轴振动明显。通过检查加工程序、加工工件材料、加工进给量等方面,排查了加工程序没有问题。接着排查电气控制伺服参数匹配,光栅尺检测元件的末端是否损坏,最后从机械方面排查镶条和导轨侧面接触面是否符合要求,压板和导轨正面接触是否符合要求。

        3.2 伺服参数排查

        伺服参数优化方面,按照自动优化过程进行优化:JOG、MENU、调试、优化测试、自动优化、所选轴、优化、确认、启动测量、循环启动、高频、低频、DNS。

        优化完成后,在手动和自动状态下分别进行Z轴移动,在不同的速度下进行移动,振动、异响未消除。于是参数进行手动修改。每修改一个或者多个参数,在手动和自动状态下分别进行Z轴移动,在不同的速度下进行移动,振动、异响未消除。

        通过自动和手动伺服参数匹配优化和修改,该故障现象未发生改善,排除电气参数不匹配的原因。另一方面,将全闭环改为半闭环进行电气参数的排除,进入调整页面,屏蔽Z轴。进行机床运行,发现机床振动和异响存在,同时排除了电气故障。

        3.3 机械方面排查

        通过电气控制参数的优化以及排查,故障定位导向于Z轴的机械结构,通过观察和触碰Z轴滚珠丝杠驱动和滑动导轨支撑,判断为Z轴滑动导轨振动明显,确定为振动源。

        滑动导轨镶条排查,将镶条松开,在手动和自动状态下分别进行Z轴移动,在不同的速度下进行移动,振动、异响依旧存在。

        如图2所示,滑动导轨压板检查,将压

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