FANUC系統(tǒng)進(jìn)給軸爬行振動故障診斷與排除

李學(xué)時

（長沙開元儀器股份有限公司 長沙）

一、數(shù)控機床產(chǎn)生爬行的對策

爬行故障通常出現(xiàn)在機械部分和進(jìn)給伺服系統(tǒng)部分，因為數(shù)控機床進(jìn)給系統(tǒng)低速時的爬行現(xiàn)象往往有機械傳動部分的特性，另外爬行問題與進(jìn)給速度密切相關(guān)，所以也就離不開分析進(jìn)給伺服系統(tǒng)的速度環(huán)。通常采用模塊交換法、機電隔離檢查法來辨別該故障是出于機械還是電氣部分。

隨著現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，電路的集成規(guī)模越來越大，技術(shù)也越來越復(fù)雜，按照常規(guī)的方法，很難把故障定位在一個很小的區(qū)域，模塊交換法是維修過程中最常用的故障判別方法之一。當(dāng)某些故障，如軸振動、爬行，一時難以區(qū)分是數(shù)控部分，還是伺服系統(tǒng)或機械部分造成的，常可采用機電隔離檢查法。將機電分離，數(shù)控與伺服分離，或?qū)⑽恢瞄]環(huán)分開做開環(huán)處理。

（1）機械部分。造成爬行的原因如果在機械部分，首先，應(yīng)該檢查導(dǎo)軌副。因為移動部件所受的摩擦阻力主要是來自導(dǎo)軌副，如果導(dǎo)軌副的動、靜摩擦系數(shù)大，且其差值也大，將容易造成爬行。盡管數(shù)控機床的導(dǎo)軌副廣泛采用了滾動導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌或塑料導(dǎo)軌，如果調(diào)整不好，仍會造成爬行。對于靜壓導(dǎo)軌副應(yīng)著重檢查靜壓是否建立，對于塑料導(dǎo)軌可檢查有無雜質(zhì)或異物阻礙導(dǎo)軌副運動，對于滾動導(dǎo)軌則應(yīng)檢查預(yù)緊措施是否施行，效果是否良好等。其次，要檢查進(jìn)給傳動鏈。因為在進(jìn)給系統(tǒng)中，伺服驅(qū)動裝置到移動部件之間必定要經(jīng)過由齒輪、絲杠螺母副或其他傳動副所組成的傳動鏈。有效地提高這一傳動鏈的扭轉(zhuǎn)和拉壓剛度（即提高其傳動剛度），對于提高運動精度，消除爬行非常有益。引起移動部件爬行的原因之一常常是因為對軸承、絲杠螺母副和絲杠本身的預(yù)緊或預(yù)拉不理想造成的。傳動鏈太長，傳動軸直徑偏小，支承座的剛度不夠也是引起爬行的因素。因此，在檢查時也要考慮這些方面是否有缺陷。另外，關(guān)注導(dǎo)軌副的潤滑也有助于分析爬行問題。有時出現(xiàn)爬行僅僅就是因為導(dǎo)軌副潤滑狀態(tài)不好造成的。這時，采用具有防爬作用的導(dǎo)軌潤滑油是一種非常有效的措施。這種導(dǎo)軌潤滑油中有極性添加劑，能在導(dǎo)軌表面形成一層不易破裂的油膜，從而改善導(dǎo)軌的摩擦特性。

（2）進(jìn)給伺服系統(tǒng)。如果故障原因在進(jìn)給伺服系統(tǒng)，則分別檢查伺服系統(tǒng)中各有關(guān)環(huán)節(jié)。如檢查速度調(diào)節(jié)器；根據(jù)故障特點檢查電機或測速發(fā)電機是否有問題；檢查系統(tǒng)插補精度是否太差，檢查增益是否太高；與位置控制有關(guān)的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定有無錯誤；速度控制單元上短路棒設(shè)定是否正確；增益電位器調(diào)整有無偏差以及速度控制單元的線路是否良好。

如果故障既有機械部分的原因，又有進(jìn)給伺服系統(tǒng)的原因，則應(yīng)先排除機械部分故障，而后再著手解決電氣方面的問題。

二、排除數(shù)控機床進(jìn)給系統(tǒng)爬行與振動故障的具體步驟

機床出現(xiàn)爬行故障時，系統(tǒng)并無報警產(chǎn)生。情況嚴(yán)重時，有時會產(chǎn)生伺服報警。面對這一故障現(xiàn)象，首先應(yīng)羅列出可能造成數(shù)控機床爬行與振動的有關(guān)因素，逐個檢查和分析，然后再統(tǒng)籌考慮，制定出解決問題的綜合性方案，將故障排除。具體排除數(shù)控機床進(jìn)給系統(tǒng)爬行與振動實施步驟是：

1.檢查導(dǎo)軌副

（1）檢查導(dǎo)軌磨損情況，查看是否有雜質(zhì)或異物。由于防護(hù)出現(xiàn)問題，可能使鐵屑等雜質(zhì)或異物進(jìn)入導(dǎo)軌面，致使導(dǎo)軌磨損嚴(yán)重。此時可采取清洗、去雜、潤滑等步驟，恢復(fù)導(dǎo)軌的狀態(tài)。若導(dǎo)軌磨損嚴(yán)重，有時還需對導(dǎo)軌進(jìn)行刮研和磨削。

（2）檢查導(dǎo)軌楔鐵間隙大小，查看是否間隙過小。導(dǎo)軌副間隙過小或?qū)к壭ㄨF間潤滑情況不良，均會加大驅(qū)動電機的負(fù)荷，從而引起爬行現(xiàn)象。調(diào)整楔塊至合適間隙，并改善導(dǎo)軌楔鐵間的潤滑情況，可減小導(dǎo)軌副摩擦阻力。

（3）檢查導(dǎo)軌和滾珠絲杠的潤滑情況，查看是否缺油。正常情況下，導(dǎo)軌和滾珠絲杠表面應(yīng)有一層潤滑油膜，否則，會大大增加導(dǎo)軌副的摩擦阻力?？捎檬种笝z查導(dǎo)軌和滾珠絲杠的潤滑情況。如果缺油，則檢查潤滑系統(tǒng)是否出現(xiàn)堵塞或漏油現(xiàn)象。另外滾珠絲杠支承軸承缺少潤滑脂也會加大運動阻力。

2.檢查進(jìn)給傳動鏈

查看是否由于軸承、絲杠螺母副和絲杠本身的預(yù)緊或預(yù)拉伸不理想造成的，通過調(diào)節(jié)它們的預(yù)緊程度，看機床爬行現(xiàn)象能否消除。

3.檢查速度調(diào)節(jié)器

（1）首先檢查輸給速度調(diào)節(jié)器的信號，即給定信號，這個信號是由位置偏差計數(shù)器出來經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的模擬量VCMD送入速度調(diào)節(jié)器的，應(yīng)查一下這個信號是否有振動分量，如它只有一個周期的振動信號，可以確認(rèn)速度調(diào)節(jié)器沒有問題，而是前級的問題，即應(yīng)向D/A轉(zhuǎn)換器或位置偏差計數(shù)器去查找問題。如果正常，就轉(zhuǎn)向測速電機或伺服電機的位置反饋裝置是否有故障或連線錯誤。

（2）檢查測速發(fā)電機及伺服電機。當(dāng)機床振動時，說明機床速度在振蕩，當(dāng)然反饋回來的波形一定也在振蕩，觀察其波形是否出現(xiàn)有規(guī)律的大起大落。最好能測一下機床的振動頻率與旋轉(zhuǎn)的速度是否存在一個準(zhǔn)確的比例關(guān)系，如振動頻率是電機轉(zhuǎn)速的4倍頻率，這時就應(yīng)該考慮電機或發(fā)電機有故障。因振動頻率與電機轉(zhuǎn)速成一定比例，首先要檢查電機有無故障，如果沒有問題，就再檢查反饋裝置連線是否正確。

（3）位置控制系統(tǒng)或速度控制單元上的設(shè)定錯誤。如系統(tǒng)或位置環(huán)的放大倍數(shù)(檢測倍率)過大，最大軸速度、最大指今信等設(shè)置錯誤。

（4）速度調(diào)節(jié)器故障。如采用上述方法還不能完全消除振動，甚至無任何改善，就應(yīng)考慮速度調(diào)節(jié)器本身的問題，應(yīng)更換速度調(diào)節(jié)器板或換下后徹底檢測各處波形。

（5）檢查振動頻率與進(jìn)給速度的關(guān)系。如二者比例，除機床共振原因外，多數(shù)是因為CNC系統(tǒng)插補精度太差或位置檢測增益太高引起的，須進(jìn)行插補調(diào)整和檢測增益的調(diào)整。如果與進(jìn)給速度無關(guān)，可能原因有：速度控制單元的設(shè)定與機床不匹配；速度控制單元調(diào)整不好；該軸的速度環(huán)增益過大；或者是速度控制單元的印制線路板不良。

三、診斷實例

（1）某FANUC系統(tǒng)的加工中心運行時，工作臺X軸方向位移過程中產(chǎn)生爬行現(xiàn)象故障，故障發(fā)生時系統(tǒng)不報警。

先檢查是否過載，是否潤滑不良這些容易看到的表面現(xiàn)象，經(jīng)檢查都正常。再檢查聯(lián)軸器是否連接松動或產(chǎn)生裂紋等，也沒發(fā)現(xiàn)問題，接著查看了增益系數(shù)，發(fā)現(xiàn)也正常。再脫開彈性聯(lián)軸器，用扳手轉(zhuǎn)動滾珠絲杠進(jìn)行手感檢查。通過手感檢查，感覺到似乎有故障存在，且絲杠的全行程范圍均有這種爬行現(xiàn)象。折下滾珠絲杠檢查，發(fā)現(xiàn)滾珠絲杠螺母在絲杠副上轉(zhuǎn)動不暢，故而引起這種故障。折下滾珠絲杠螺母，發(fā)現(xiàn)螺母內(nèi)的反相器處有臟物和小鐵屑，因此鋼球流動不暢，時有爬行現(xiàn)象。經(jīng)過認(rèn)真清洗和修理，重新裝好，故障排除。

（2）某FANUC系統(tǒng)的加工中心運行時，工作臺Y軸方向位移過程中產(chǎn)生明顯的機械振動故障，故障發(fā)生時系統(tǒng)不報警。

因故障發(fā)生時系統(tǒng)不報警，同時觀察CRT顯示出來的Y軸位移脈沖數(shù)字量的速率均勻，通過觀察X軸與Z軸位移脈沖數(shù)字量的變化速率比較后得出，故可排除系統(tǒng)軟件參數(shù)與硬件控制電路的故障影響。由于故障發(fā)生在Y軸方向，故可以采用交換法判斷故障部位。通過交換伺服控制單元，故障沒有轉(zhuǎn)移，故障部位應(yīng)在Y軸伺服電機與絲杠傳動鏈一側(cè)。為區(qū)別電機故障，可折卸電機與滾珠絲杠之間的彈性聯(lián)軸器，單獨通電檢查電機。檢查結(jié)果表明，電機運轉(zhuǎn)時無振動現(xiàn)象，顯然故障部位在機械傳動部分。脫開彈性聯(lián)軸器，用扳手轉(zhuǎn)動滾珠絲杠進(jìn)行手感檢查。通過手感檢查，感覺到這種振動故障的存在且絲杠的全行程范圍均有這種異?，F(xiàn)象。折下滾珠絲杠檢查，發(fā)現(xiàn)滾珠絲杠軸承損壞。換上新的同型號規(guī)格的軸承后，故障排除。

（3）一臺配備FANUC 15MateA數(shù)控系統(tǒng)的龍門加工中心，在啟動完成進(jìn)入可操作狀態(tài)后，X軸只要一運動即出現(xiàn)高頻振蕩，產(chǎn)生尖叫，系統(tǒng)無任何報警。

故障出現(xiàn)后，觀察X軸托板，發(fā)現(xiàn)實際托板振動位移很小，但觸摸輸出軸，可感覺到轉(zhuǎn)子在以很小的幅度、極高的頻率振動，且振動的噪聲就來自X軸伺服系統(tǒng)。

考慮到振動無論是運動中還是在靜止時均發(fā)生，與運動速度無關(guān)，故基本上可以排除測速發(fā)電機、位置反饋編碼器等硬件損壞的可能性。該振動可能是CNC中與伺服驅(qū)動有關(guān)的參數(shù)設(shè)定、調(diào)整不當(dāng)引起的，且由于機床振動頻率很高，因此時間常數(shù)較小的電流環(huán)引起振動的可能性較大。

由于FANUC 15MateA數(shù)控系統(tǒng)采用的是數(shù)字伺服系統(tǒng)，伺服參數(shù)調(diào)整可以直接通過系統(tǒng)進(jìn)行。維修時調(diào)出伺服調(diào)整參數(shù)頁面，并與機床隨即資料中提供的參數(shù)表對照，發(fā)現(xiàn)參數(shù)PARMl852，PARMl825與提供值不符，設(shè)定值如下。

參數(shù)號 正常值 實際設(shè)定值

1852 1000 3414

1825 2000 2770

將上述參數(shù)重新修改后，振動現(xiàn)象消失，故障排除，機床恢復(fù)正常工作。