余剛　劉進

（中國工程物理研究院機械制造工藝研究所）

摘　要：隨著數控機床在加工領域得到迅速地普及，隨之而來的即使數控機床的故障診斷和維修，數控機床是集成機械、電氣、液壓以及氣動控制等領域一個復雜機電產品，所面臨的維修問題更加復雜。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法，首先通過“望、聞、問、聽”定位故障位置，然后通過分析數控加工程序、電氣伺服參數以及機械結構排查確定故障原因，Z后確定了維修方案和方法。本文提供的機床故障診斷以及維修方案可為其他故障維修提供參考。

關鍵詞：數控機床；滑動導軌；故障維修

1、概述

隨著科技的發展，數控技術得到飛速的發展，數控機床作為其他高精設備的加工母機，在加工制造行業占有重要的地位。在年限使用久的機床，進給軸的異響振動故障現象有發生，已成為一個常見頻發故障。某數控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。機床加工過程中工件表面出現明顯的刀紋，表面質量不合格，已經嚴重影響數控設備正常使用。

2、故障定位

2.1　故障現象

該數控機床的加工的產品出現明顯的刀紋現象，工件表面粗糙度不合格。通過常規的“望、聞、問、聽”的故障診斷手段，發現該機床Z軸有明顯的異響和振動現象，同時通過控制進給Z軸在手動方式下進行移動，移動過程中Z軸出現振動異響現象，同時當Z軸在端部移動時振動和異響更加明顯。

該機床的Z軸驅動為交流伺服電機驅動滾珠絲杠進行移動，絲杠軸承的支撐方式為“一端固定，一端支撐”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所示的故障診斷流程。數控機床進給軸振動、異響的原因有多種情況，依次按照加工程序問題、電氣伺服參數、機械結構等流程排出定位機床故障原因。通過該流程的分析流程，可由易到難、由簡到繁的順序排出故障原因。

圖1　故障診斷流程

在程序方面，振動故障常發生于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，改善進給軸振動情況。

伺服參數方面，進給軸振動的原因有：速度環參數不匹配引起振動；位置環參數不匹配引起振動；檢測元件故障，編碼器和光柵尺故障。通過優化設置相關參數可以蓋上情況。

機械結構方面：導軌副運動阻力大，潤滑不良；絲杠預緊力不足、彎曲；絲杠軸向有竄動間隙；絲杠軸承磨損；壓板與導軌不平行；電機與傳動軸間連接松動；電機本身機械方面故障，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

機床進給軸產生振動、異響有很多種可能，依據維修經驗以及故障排查流程，定位故障的根源。通過對操作者的詢問和現場觀察實驗，機床Z軸振動明顯。通過檢查加工程序、加工工件材料、加工進給量等方面，排查了加工程序沒有問題。接著排查電氣控制伺服參數匹配，光柵尺檢測元件的末端是否損壞，Z后從機械方面排查鑲條和導軌側面接觸面是否符合要求，壓板和導軌正面接觸是否符合要求。

3.2　伺服參數排查

伺服參數優化方面，按照自動優化過程進行優化：JOG、MENU、調試、優化測試、自動優化、所選軸、優化、確認、啟動測量、循環啟動、高頻、低頻、DNS。

優化完成后，在手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、異響未消除。于是參數進行手動修改。每修改一個或者多個參數，在手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、異響未消除。

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

3.3　機械方面排查

通過電氣控制參數的優化以及排查，故障定位導向于Z軸的機械結構，通過觀察和觸碰Z軸滾珠絲杠驅動和滑動導軌支撐，判斷為Z軸滑動導軌振動明顯，確定為振動源。

滑動導軌鑲條排查，將鑲條松開，在手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、異響依舊存在。

如圖2所示，滑動導軌壓板檢查，將壓