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数控机床爬行与振动故障研究
2011-06-17 16:45:22 来源:《科技传播》 作者:李壮 李诗若 【 】 浏览:4154次 评论:0
  摘要 本文结合当前数控机床爬行与故障展开了研究和讨论。旨在说明出现这种故障的原因 和引发因 子 ,笔者从实际工作出发 ,经过大量的研究和分析 ,对当前数控机床在工作的过程中所出现爬行问题 ,给出了相应的解析 ,同时还针对实际情况提供了一些诊断方法和预报技术 ,为数控机床的维修和调试提供指导依据。
  关键词 故障分析;数控机床;动态特性 

  数控机床在调试和运行过程中出现的爬行现象是一种经常性的故障 ,直接对数控机床造成严重的后果 ,经济损失也是相当引人注目的。经过大量的研究发现 ,引发这种故障的主要原因 有液压、机械、电气、润滑等很多方面 ,它们之间都存在着一种紧密的衔接关系 ,相互紧密地交织在一起。我们需要在实践中经常性的发现问题 ,开拓思想 ,积累经验一 ,逐渐学会剖析故障的能力 ,最终总结出解决问题的最佳方案。本文就针对若干种经常性的爬行与振动情况一一进行了研究和解答 ,同时例举了多种故障元器件和故障表现形式 ,并拟定和提出了解决此故障的策略和相关意见。
  1 摩擦阻力引起的爬行
  众所周知 ,机床床身的工作台和导轨导轨面都是依据刮削或磨削的 ,形成一个平顺而光滑的表面 ,但是 ,在事实上  这个表面还是呈现着一定程度的微峰 ,这些微峰以犬牙形状参差不起地镶嵌在表面平台之上  。因 为滑动导轨的两个接触面都是通过微峰峰尖接触 ,所以在它们之间的难免会出现微小的接触面 ,可想而知 ,峰尖上  所要承受的压力就是向当地高了 ,在一定程度上  已经达到了弹性变形最大值 ,特别是一些大(重)型的数控机床。通过实验一发现 ,当接触点发生了塑性变形之后 ,其金属分子就会产生一定强度的粘着反应 ,加上  微峰之间的交错啮合 ,在他们相对运行的时候就很容易出现数控机床的爬行和振动现象。这就是机床运动的两导轨上  所出现的摩擦阻力的原因 。
  如果机床在运行中出现了爬行现象 ,那么此时一定是在低速运动 ,两导轨面之间难以形成高速运动时的动压油膜 ,所以出现了因 微峰直接接触的边界润滑。这个时候两导轨表面的微峰之间能够直接接触 ,压力比较高 ,所以直接导致了塑性变形 ,因 运动而引发的接触局部升温 ,出现了金属分子之间的粘着 ,通常称为“冷焊” ,这个时候两导轨间的摩擦系数是最高的。改善摩擦阻力和改善摩擦阻力的变化 ,关键在于减小摩擦曲线随运动速度递增而降低的斜率 ,也就是说减小静、动摩擦系数差 ,说白了就是关键要改良润滑时的状态。
  2离心力引起的振动
  当主轴工件和部件转动的时候 ,因 为转动中心和质量中心的偏离 ,所以就会产生了绕回转中心旋转的离心力 ,这个离心力属于车床产生整机振动和导致不稳定的根本因 素。平常离心力的大小通常都是依据下列公式得出:
  W=Meω2
  式中 ,M为被加工件与主轴部件的质量的和(kg);e为被加工件和主轴部件的旋转中心与质量中心的偏心距(m);W为离心力(N);ω为主轴 (工件)旋转角速度(rad/s)。
  从上  式中我们可以得出 ,旋转件的质量与离心力的大小、转速的平方和偏心距成正比。为了降低振动 ,在加工大工件、质量摊铺不平衡的毛坯件及偏心工件时 ,可适当的降低转速 ,尤其是在加工偏心量大的工件时 ,应当添加质量平衡块以减小偏心距 ,降低因 离心力而产生的振动。不可否认 ,上  述公式事实上  只是表面上  的给出了激振力的大小 ,而在具体工作中 ,离心力的大小是不断的发生变化 ,即被加工工件的质量、偏心距和角速度是在不断的变化 ,工件质量与偏心距的变化很少在线检测 ,即使可以检测也不在去检测它们 ,这是由于离心力的检测有更简化、更精确及更快捷的检测方法。当离心力对数控车床产生作用后 ,车床便会有绕其边缘倾倒的迹象 ,此种迹象是由离心力对车床底边的力矩所产生的结果 ,故称为“颠覆力矩”。当离心力位于水平状态时 ,颠覆力矩就会升为极大值 ,其大小可由下列公式得出:
  M = Wh
  式中 ,M为颠覆力矩(N·m);W为旋转件的离心力(N)。
  3 液压系统泄漏引起的爬行
  由于液压系统中密封圈衰老碎裂 ,执行元件破损等产生外泄 ,使系统压力减小致使爬行 ,例如液压泵内的零件破损 ,会引发液压泵输出流量和压力减小或晃动;阀类元件和液压缸破损 ,元件空间增加 ,或液压缸活塞与缸体相互空间加大 ,导致高压腔和低压腔相通产生压力过小 ,使推力降低 ,当阻力发生变化时 ,液压泵不足以供应压力变化而致使爬行。在液压系统的爬行中 ,准时消除液压缸中的气体是预防爬行的最佳方式。
  4 加工程序引起的振动
  细作更为复杂的曲面时 ,通常采用CAM编程软件例如:Pro/E、UG、MasterCAM 等编程。在使用MasterCAM编程过程中 ,部分客户为了达到更高的精确度或者为了防止走圆弧出现差错 ,便采取了不大的过滤或索性不过滤 ,成型的程序是非常集中的点位 ,在加速性能不是较佳的数控机床上  细作时便会出现上  下颠簸和左右摇摆的振动现象。譬如当加工一个圆时 ,由于上  下颠簸或左右摇摆所产生的振动 ,便会制作出很多棱边 ,反而对加工时所预期的精度产生了不良影响。
  数控机床是一个完备和统一的有机整体 ,机械、电气、液压的控制天生存在相互关联、相互作用。故此 ,剖析处理进给系统出现的故障时 ,对数控机床发生的爬行和振动故障等的问题 ,无需急于定论和诠释 ,应依据引诱其产生故障的原因  ,列举出最大可能产生数控机床爬行和振动的相关因 子 ,最后将各项进行逐一排查和检验一 ,剖析、定向和解除故障。检查到哪一处有疑惑 ,就将此处的疑惑进行剖析 ,查看其是否为产生故障的直接矛盾 ,直到把各项可能引发故障的因 子都排查出来为止。最后再全盘统筹 ,拟定出一个既满足实际要求又实用的解决问题的方案 ,彻底将故障排除。故此 ,我们应加大整体概念的综合性培养和总结工作及生活的经验一 ,只有这样我们才能有效且方便的解决实际问题。
  
  参考文献
  [1]数控机床数控系统维修技术与实例编委会.数控机床数控系统维修技术与实例[M].:机械工业出版社 ,2010.
  [2]李峻勤 ,费仁元.数控机床及其使用与维修[M].:国防工业出版社 ,2009.
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Tags:故障分析 数控机床 动态特性 责任编辑:草木含羞

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