數(shù)控機(jī)床抖動(dòng)典型故障分析及解決辦法

胡輝，馬旭德，呂輝，任瑞青

昌河飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 江西景德鎮(zhèn) 333002

1 序言

1臺意大利FIDIA五軸龍門加工中心的Z軸采用伺服電動(dòng)機(jī)通過同步齒形帶驅(qū)動(dòng)絲杠的傳動(dòng)方式，并且將海德漢光柵尺作為位置反饋以實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)控制。在Z軸停止后經(jīng)常出現(xiàn)抖動(dòng)的現(xiàn)象，抖動(dòng)位置不固定且無規(guī)律。

2 故障分析

仔細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)Z軸停止后，首先是Z軸伺服電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)嘯叫，繼而引起整個(gè)滑枕抖動(dòng)。由于該軸采用全閉環(huán)控制，Z軸停止的時(shí)候并非是絕對停止，而是處于動(dòng)態(tài)位置調(diào)整，因此懷疑是因閉環(huán)控制振蕩而造成機(jī)床抖動(dòng)。

針對上述故障，先后檢查伺服電動(dòng)機(jī)安裝是否緊固、同步齒形帶是否通脹緊、絲杠兩端支撐軸承支座是否松動(dòng)、絲杠導(dǎo)軌的潤滑情況以及平衡缸壓力情況，均未發(fā)現(xiàn)明顯問題。

3 解決辦法

1）嘗試優(yōu)化Z軸速度環(huán)控制參數(shù)，通過調(diào)整速度環(huán)增益和積分時(shí)間，使速度環(huán)的動(dòng)態(tài)特性匹配當(dāng)前的機(jī)械狀態(tài)。在FIDIA數(shù)控系統(tǒng)BRUCO驅(qū)動(dòng)管理軟件中（見圖1），將Z軸參數(shù)S05002（速度環(huán)增益）由6調(diào)整到4，抖動(dòng)消失。但是采用該方法會降低速度環(huán)響應(yīng)速度，影響Z軸動(dòng)態(tài)特性。

圖1 BRUCO驅(qū)動(dòng)管理軟件

2）借助三軸加速度傳感器，對Z軸的振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和分析。將傳感器安裝在絲杠螺母和伺服電動(dòng)機(jī)上，執(zhí)行Z軸循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)程序，分別記錄Z軸振動(dòng)狀態(tài)。

循環(huán)執(zhí)行程序如下：

G01 F10000；以F=10000mm/min進(jìn)給速度運(yùn)行

Z0；移動(dòng)到Z=0

G04 H4；暫停4s

Z-200；移動(dòng)到Z=200mm

G04 H4

Z0

G04 H4

Z-200

G04 H4

……

……

M30；程序結(jié)束

對絲杠螺母處和伺服電動(dòng)機(jī)處進(jìn)行測量，結(jié)果如圖2、圖3所示。

通過對圖2、圖3的測量結(jié)果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)抖動(dòng)的時(shí)候，伺服電動(dòng)機(jī)和絲杠螺母處的振動(dòng)頻率均在633Hz左右，且振動(dòng)加速度最大。可通過使用FIDIA系統(tǒng)濾波器功能，將該振動(dòng)頻率抑制和衰減，參數(shù)設(shè)置（見圖4）完后激活該濾波器功能，重新運(yùn)行測試，抖動(dòng)消失。

圖2 絲杠螺母振動(dòng)頻譜

圖3 伺服電動(dòng)機(jī)振動(dòng)頻譜

圖4 濾波器參數(shù)設(shè)置界面

4 結(jié)束語

以上兩種方法均能解決機(jī)床抖動(dòng)的問題。但第二種采用三軸加速度傳感器測出振動(dòng)頻率的方法，通過使用數(shù)控系統(tǒng)濾波器，可以在不降低Z軸動(dòng)態(tài)特性的情況下同時(shí)解決抖動(dòng)問題。因此建議使用第二種方法。