数控龙门铣床X轴抖动故障分析与处理.pdf

2023年 第9期 冷加工72维修与改造Maintenance&Rebuilding数控龙门铣床X轴抖动故障分析与处理文献，范献钢中车株洲电力机车有限公司湖南株洲412001摘要：数控机床抖动是日常维修常见的一种故障类型，造成故障的原因非常广泛，且不易判断查找。对数控龙门铣床X轴抖动故障的分析与处理过程进行了详细阐述，并介绍了数控机床蜗杆与蜗母条配合间隙的调整方法及相关注意事项，为该类传动方式的数控机床抖动故障处理提供了经验借鉴。关键词：数控；龙门铣床；X轴；抖动；间隙；调整；静压1 序言图1所示龙门铣床于2019年采购，适用于中型柴油机机体、纺织机械、印刷机械、汽车制造、造船机械、航天航空制造及机床制造等行业，尤其对于多工位、多工序的长方形长箱体零件加工，是必不可少的关键设备。机床X、Y、Z进给轴位置检测均采用德国知名公司生产的金属直线光栅尺，主轴定向位置检测装置采用德国知名公司生产的齿形光电编码器，具有高精度和高可靠性。在电气控制方面，采用电器模块化设计，从而保证了数控龙门系列机床电气控制的统一性，便于调试使用和维修。整机配备840D sl数控系统。该机床配备附件铣头，采用半自动和自动换刀技术更换各种附件铣头，能实现对工件一次装夹后铣、镗、钻、铰及攻螺纹等多工位和多工序的加工。2 故障现象新设备在安装调试后，X轴一直存在声音大、轻微抖动现象，厂家也多次进行优化调整，但效果不理想。随着设备继续运行，抖动现象也越来越严重，有时还会出现轮廓误差监控报警，已严重影响产品的加工精度。3 X轴传动结构蜗杆箱固定在机床床身中部，与工作台进给箱传动轴相连接，通过蜗杆与工作台面下方的蜗母条啮合，使工作台（X向）移动。蜗杆箱中的蜗杆是静压蜗杆，运行时液压系统恒定的压力油注入蜗杆与蜗母条的啮合齿面，形成一定厚度的高强度静压油膜，使蜗杆与蜗母条形成无摩擦传动，因而传动效率和精度高，无磨损，寿命长。油腔开设在蜗杆齿侧面上。静压蜗杆采用双联泵供油，即由双联泵引出流量相等的两条油路，分别向蜗杆左右两侧油腔供油。静压蜗杆除有一套静压供油泵组外，还有一套静压蜗杆预冲油系统，当蜗杆与蜗母条的油腔脱离啮合区时，静压油路断开，预冲油接通，使非啮合的油腔仍充满油，防止油路混入空气，以提高蜗杆油膜的静压刚度，保证承载力度。静压蜗杆采用轴向配油的形式。静压蜗杆结构如图2所示。图1龙门铣床外观2023年 第9期 冷加工73维修与改造Maintenance&Rebuilding4 故障原因分析根据对X轴传动机构的工作原理分析后认为，造成X轴抖动的原因有很多，如工作台静压压力低，蜗杆静压压力低，蜗杆制动没有打开，工作台压板调整间隙过小，伺服电动机本身故障，检测单元故障，伺服参数设置不当，以及蜗杆与蜗母条间隙不当等。为了避免大量盲目的拆卸，提高维修效率，首先对工作台静压压力、蜗杆静压压力、蜗杆制动压力、X轴检测单元及伺服控制参数进行检查，无异常。然后脱开X轴伺服电动机，将X轴改为半闭环运行试车，电动机运转正常，无抖动现象，排除伺服电动机本身问题。分析可能导致本次故障的主要影响因素为工作台压板调整间隙过小或蜗杆与蜗母条间隙不当。（1）工作台压板调整间隙过小工作台采用闭式静压导轨，下方共有8块压板，机床安装时压板间隙调整过小，将会造成工作台浮起量不够，出现X轴抖动故障。（2）蜗杆与蜗母条间隙不当蜗轮与蜗母条两者之间是靠恒定的压力油形成静压油膜，使蜗轮蜗杆实现无摩擦传动，如蜗轮与蜗母条间的间隙过小，则会造成静压油膜压力不稳定，出现抖动故障1。5 故障处理5.1 工作台压板间隙检查通过查阅机床相关资料，工作台压板与导轨的间隙应控制在0.05mm内。间隙过小，工作台的静压浮起量不够，机床加工时会产生抖动现象；间隙过大，机床又无法保证自身刚性要求。拆开X轴两边的防护罩，将工作台静压关掉，使用塞尺逐个对压板与导轨的间隙进行检查，发现8块压板与导轨的间隙都在允许范围0.05mm内2。工作台压板间隙检查如图3所示。图3工作台压板间隙检查5.2 蜗杆与蜗母条间隙检查与调整通过调整蜗杆箱安装座下方的垫片厚度，可实现蜗杆与蜗母条间隙的调整。因蜗杆箱位于床身的中间位置，故调整时需将工作台移开，露出蜗杆箱，然后拆出垫片实现间隙调整。具体的实施步骤如下。1）将PLC状态点DB99.DBX1.1设置1，DB99.DBX1.2设置0，X轴由全闭环改为半闭环，然后断开蜗杆静压泵空开，修改PLC程序，屏蔽其报警功能。关掉蜗杆静压主要是为了更好地检测出蜗杆与图2静压蜗杆结构2023年 第9期 冷加工74维修与改造Maintenance&Rebuilding蜗母条的实际间隙。2）准备好百分表，对蜗杆与蜗母条的实际间隙进行检测。用手轮先正向慢速移动一段距离（注意一定要慢，因为蜗杆静压关掉了，蜗杆、蜗母条之间无静压油膜，同时移动时还需监控X轴的电流），然后反向移动0.01mm，测出的间隙为0.03mm。测出的蜗杆与蜗母条间隙偏小，间隙正常值应为0.06mm3。3）将X轴光栅尺读数头及安装支座拆掉，做好防护后用密封袋封好。4）将X轴硬限位开关和两边的电缆拖链固定支座拆掉，然后打开蜗杆静压，使X轴正向移动，直至蜗杆与蜗母条快脱开时，在PLC程序屏蔽X轴后多头泵的压力报警。因为工作台往后端移动时有一段静压压力建立不起来。5）关停蜗杆静压泵，在工作台的正向位置安装一个手动葫芦，最后一段距离内用手动葫芦拉着工作台轻微受力，同时正向缓慢转动蜗杆，直至蜗杆与蜗母条全部脱开。6）拆掉蜗杆箱8个定位销和14个M17内六角固定螺钉，然后在蜗杆箱两端的下方各放置一个螺纹顶，用两个螺纹顶将蜗杆箱轻微顶起，拿出蜗杆箱与床身之间的垫片，共块，做好记号，方便后面安装。7）可根据蜗杆与蜗母条的夹角确定垫片厚度调整的具体数值，最终计算结果是需要将拿出来的垫片磨掉0.3mm，这样可以增加蜗轮蜗杆的间隙0.03mm左右。8）垫片加工好，按记号进行装配，打入蜗杆箱定位销，拧紧固定螺钉。空转蜗杆，用手将蜗杆上面的脏东西清理干净。9）连接蜗杆与蜗母条，将正向蜗杆端没有齿的半圈转至朝上，用千斤顶将工作台慢慢往负向顶，直至工作台蜗母条前端面与蜗杆齿的端面接触，这时千斤顶轻微受力，机床开启蜗杆静压，慢慢转动蜗杆，使蜗杆与蜗母条连接上。之后缓慢移动X轴，监控其电流是否正常和有无异响。10）将上述步骤拆掉的部件，按之前做的记号依次装好，同时按上述蜗杆与蜗母条间隙的检测方法，对其反向间隙进行检测，反向间隙为0.06mm，检测正常。然后将X轴改为全闭环，将PLC屏蔽的报警全部打开，编辑循环程序对X轴的运转状态进行检查，试车正常，抖动故障消除。6 结束语蜗母蜗杆传动机构作为大型数控龙门镗铣床的重要机械传动部件，其加工精度、装配精度和控制精度要求较高；同时蜗母蜗杆机构作为机床进给轴的动力传递方式，由于其需要承受主要的切削力和不规则振动，因此故障率相对较高。此次故障处理耗时较长，同时又是机械、液压和电控等一系列问题的结合，处理此类故障时需要对传动机构的机械部分、液压控制部分和PLC控制系统有一定水平的认知。在充分分析故障和了解机床结构后，对蜗杆与蜗母条的间隙进行检测和调整，可有效消除机床抖动故障现象。参考文献：1 王爱平，朱同波，翟富林.机械零件与机构M.北京：希望电子出版社，2019.2 王英，李静，陆蕊.机械基础M.北京：机械工业出版社，2022.3 潘承怡，解宝成.机械结构选用及创新技巧M.北京：化学工业出版社，2022.20230606金属加工（冷加工）杂志设有多个常规栏目，现“刀具”栏目面向广大的制造业业内人士征集稿件，欢迎各位踊跃投稿。“刀具”栏目征稿内容：1.国内外数控切削刀具的发展变化，刀具材料、刀具形状及切削技术等的革新与升级。2.某难加工工件或者材料的切削加工方案设计以及实施过程。详细征稿内容及投稿规范请扫码查看。投稿网址：http:/金属加工（冷加工）“刀具”栏目征稿征稿内容投稿规范