數控機床減隔震技術探討

李長春 鄧真

摘要：隨著我國工業的不斷發展，數控機床在我國得到了越來越廣泛的應用，我國的數控機床經過了幾十年的發展，在高速化，精密化以及復合化等方面都已經取得了較好的發展，但是我國數控機床在減隔震方面卻仍存在一定的問題，本文就減隔震技術進行了分析，以求為數控機床的發展提供一點思考。

關鍵詞：數控機床;減隔震技術;探討

1、研究背景及目的

一般數控臥式車銑中心為了提高主軸系統的輸出扭矩，都會通過大型的減速齒輪箱來提升扭矩;而由于都是大型零件，所以進給軸的行程很長，一般采用齒輪齒條傳動。所以在重型鏜車床的監測中，通過振動信號對主軸箱和齒輪齒條的進給傳動部分進行監測是有效地方法。主軸、進給軸、伺服軸等等是數控臥式車銑中心上的主要功能部件，機床工作時這些部件會產生振動，直接影響加工零件的精度。傳統方法主要是以振動信號作為主傳動系統故障的載體，即通過安裝在傳動軸支撐部件的傳感器來獲得傳動系統的狀態信息，并通過對振動信號的分析處理來提取典型故障特征。振動法是故障診斷中的一種成熟、有效的方法。所以在重型鏜車床傳動系統的監測中，通過振動信號對機床傳動鏈進行監測是有效地方法。

在數控臥式車銑中心中，傳動系統復雜，所以傳動鏈的缺陷有很多種類型，比如主軸箱齒輪磨損、主軸不平衡、進給不平穩、滾珠絲杠磨損等等，這些故障的產生都會對機床本體的振動產生較大影響。通過對振動信號的分析處理來提取典型故障特征，是對數控臥式車銑中心的故障診斷和加工精度的評判有重要意義。

2、數控臥式車銑中心傳動系統的振動診斷技術探討

數控臥式車銑中心的結構特點是體積龐大、傳動復雜、低轉速、大扭矩，所以為了獲得大的輸出扭矩，機床主軸的傳動比很高。一般重型機床的主軸都是通過大型齒輪減速箱進行傳動的，所以對重型機床的傳動系統進行故障診斷，關鍵是對主軸減速箱的狀態監測和故障診斷。

目前在齒輪故障診斷中，廣泛使用箱體振動信號。從成分復雜的箱體振動信號中將待診斷的齒輪振動信號分離出來，是齒輪診斷的關鍵所在。但是由于齒輪的早期故障振動信號非常微弱，以及從振源到箱體測試點的振動傳遞路徑導致齒輪振動信號產生嚴重的失真，加之箱體振動信號的成分非常復雜，致使采用箱體振動信號測試方法很難發現齒輪的早期故障特征。

以主軸45rpm和60rpm為例，分析系統測試結果。分別采用頻譜和包絡譜、倒頻譜進行分析。

頻譜和包絡譜法：

45rpm切端面時信號

頻域譜

包絡譜

由于機床運行速度不高，所以頻譜主要反映在低頻信號中，由譜圖可以明顯看出在0.91Hz處幅值達到最大，此信號為輸出轉頻。信號解調后主頻成分為0.91Hz，相對應的轉速為55rpm，這樣與此相似的對應轉速為主軸轉速，可以推斷故障源可能發生在主軸嚙合齒輪上。

60rpm切端面時信號

頻譜圖

包絡譜

同樣，60rpm時加載信息與45rpm時加載信息具有相同的特點，信號解調后在1.24Hz處幅值達到最大值，此信號輸出轉頻。在60rpm時，同樣主軸轉頻成為主要激振頻率，振動與噪聲源可能出現在主軸嚙合齒輪上。

倒頻譜法：

45rpm切端面時振動信號

主要頻率為0.93Hz、413.22Hz、235.85Hz、0.463Hz、137.74Hz、71.84Hz、 0.31Hz、183.5Hz。其中0.93Hz為主軸在45rpm時的轉頻，而0.463Hz、0.31Hz為其倍頻成分。413.22 Hz與137.74Hz也具有倍頻成分關系，而137.74Hz是2級傳動齒輪嚙合頻率。71.84Hz是3級傳動齒輪嚙合頻率。

60rpm切端面時振動信號

主要頻率為1.23Hz、235.85Hz、137.74Hz、0.61Hz、71.84Hz、0.25Hz、0.2Hz、0.31Hz。其中1.23Hz為主軸在60rpm時的轉頻，而0.61Hz、0.31Hz為其倍頻成分。

分析結果：

從信號的時域譜與頻域譜進行分析，主軸轉頻為主要分量，在各個加速度譜圖中均存在，齒輪箱可能存在以下幾種故障原因：

1.主軸、大齒輪或工件偏心;

2.滑移齒輪偏心，或者間隙偏大。

解決思路：

重點檢查了滑移齒輪處，發現滑移齒輪所在的花鍵存在加工缺陷，經過修改，機床主軸箱的振動和噪聲減小。

2.2.3 分析結論：

從以上分析可以看出，2、3級傳動上振動較強，是主要的振動源，由此可以分析齒輪箱存在如下可能的問題：（1）滑移齒輪齒輪嚙合間隙較大。（2）3級傳動上的齒輪間隙較大。

參考文獻：、

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