FPF—D—N/C—5机床抖动浅析及解决

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摘要： 通过对fpf—D-N/C-5五坐标定龙门铣床的X轴和Y轴抖动问题的分析和解决，从实际应用的角度阐述了定龙门铣床的两种不同的直线轴传动原理和发生抖动问题的原因分析及解决方案，为今后此类故障的排除提供借鉴。

Abstract： Through analysis of X-axis and Y-axis jitter problems in the FPF-DN/C-5 five coordinate fixed gantry milling machine and its solution， this paper explained two different linear axis transmission principle and causes and solution of jitter problems of fixed gantry milling machine from the point of view of the practical application， providing a reference for the exclusion of such failures in future.

关键词： 抖动；几何精度；增益参数；反向间隙

Key words： jitter；geometric precision；gain parameters；backlash

中图分类号：TG502.14 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）06-0019-02

0 引言

FPF-D-N/C-5五坐标定龙门铣床是上世纪90年代产品，2006年进行了技术改造，控制系统采用的是FIDIA C20，各轴采用的是交流电机拖动。由于受机床的结构限制，在采用原直流电机同样体积的交流电机时，电机的功率没有原电机功率大，因此机床的X轴的驱动功率小，机床在改造后存在X轴的抖动问题，只有通过调整有关的增益参数保证机床的工作状态，有关增益参数的调整到正常参数的60%-70%。因此，机床使用一段时间后，机床的状态越来越差，只有继续下调增益参数，增益参数的调整是有限的。机床只有停机，通过分析、解决抖动问题，排除了故障，探索出此类故障解决的经验。

1 FPF-D-N/C-5五坐标定龙门铣床的X/Y轴传动机构介绍

X轴电机——同步皮带——滚珠丝母——丝杠——工作台。丝杠型号w10068Z-110YC5Z12。丝杠直径100mm，长度是6000mm。丝杠两端固定在工作台上，齿形带轮驱动滚珠丝母。工作台由滚动体支承在导轨上面和侧面，由贴塑底板进行下侧固定。

Y轴是电机直接连接滚珠丝杠，丝杠型号W8040Z-35D-C5Z12。丝杠直径80mm，长度是3800mm。

2 机床故障现象

开始：当机床X轴的进给速度大于2000mm/min时，工作台发生抖动。最后：X轴进给速度20mm/min时就抖动。为了生产，将闭环反馈改成半闭环反馈，即将光栅尺改成编码器反馈，造成机床精度的下降，同时存在零件超差报废的隐患。机床Y轴的故障现象是Y滑板进给时有时抖动，有时有噪音。

3 抖动分析

3.1 机床的床身导轨的几何精度超差 两条12米的X轴导轨的直线度超差，包括水平平面内的直线度和垂直平面内的直线度。两条导轨的平行度超差，包括水平平面内的平行度和垂直平面内的平行度。几何精度超差将会是工作台运动的摩擦力加大，使电机的载荷加大，机床抖动，机床的轮廓误差加大。

3.2 导轨不良，丝杠不良 由单元提供的导轨油按照每20分钟间隔一次，每次10秒钟，如果丝杠、丝母的、导规的油量不足，机床的传动副产生磨损，造成机床的运动不平稳，间隙增加，机床抖动，机床的振动加大。

3.3 导轨面研伤或预紧力太大 机床的导轨面由于或受到外力的撞击造成导轨面划伤，或者是机床的防护不好，切屑等杂物伤坏了贴塑，造成机床的载荷加大，贴塑损伤，造成接触面积的减少，传动的刚度减弱，使传动的载荷增加，造成运动阻力加大，运动的响应速度下降，造成工作台爬行。或者是丝杠的两端的预紧力过大，造成了丝杠变形，改变了传动副的传动精度，同样增加了运动的阻力。

3.4 传动系统的反向间隙过大 机床的工作区域长时间在一定范围，造成相应部位的丝杠磨损，造成整体长度上磨损量的不均匀，无法进行机械上的预紧调整和电气控制系统上的有关参数补偿。丝杠丝母的反向间隙过大，影响了工作台运动的响应周期。

3.5 传动系统机械故障 机床的直线轴传动系统发生了机械故障，如齿形皮带轮与电机轴之间有间隙，电机座发生松动，丝母与齿形皮带轮之间有松动，有关轴承损坏等，造成传动系统的刚度不足，影响传动系统的响应速度。

3.6 位置测量元件故障 机床的电机编码器松动或损坏，光栅尺的读头松动或损坏，光栅尺损坏或光栅尺的安装位置发生松动，或是光栅尺的安装底座的精度发生变化等故障。

3.7 电气故障 机床的伺服系统的带载能力下降，有关电缆元件的虚接，有关的位置误差参数、加速度参数在机床长时间使用后没有进行适应机床本身机械精度变化和环境温度变化的调整。

4 故障解决方法

4.1 机床的导轨几何精度调整 垂直平面内的导轨直线度采用水平仪测量，水平仪精度0.02/1000。全长精度在0.10mm。0.025mm/米。由调节机床床身上的地脚螺钉完成精度调整。水平平面内的直线度调整侧顶的螺钉完成，用钢丝法测量精度，全长精度在0.10mm。机床的导轨平行度用过桥进行测量，保证精度在0.01mm/m。

4.2 导轨系统检查 X轴系统安装在左立柱内，负责X轴导轨。丝杠丝母的，型号是XHZ-G05Y10。另一个AMO电动泵安装在横梁上的液压柜内，它有两个出口，一个负责Y、Z导轨及Y丝杠丝母的，另一个负责A、B导轨和Z丝杠丝母的。通过检查发现，有X轴丝杠，丝母的油路来油的油量不足的情况，检查发现是油管破损，造成油流失一部分，更换油管后正常。

4.3 有关导轨和预紧力的检查 拆下工作台两侧的导轨下端的贴塑压板，贴塑面有划伤，进行刮研处理，修理贴塑板上的油槽，增加单位面积上的接触点，达到20-25点/25mm×25mm。测量压板的预紧载荷是否符合要求，预紧力转化为过盈量，一般是0.02mm。即压板贴塑面和机床工作台之间的距离尺寸小于导轨厚度尺寸0.02mm。

4.4 反向间隙检查 X轴，使用百分表，在工作台上分段测量机床的反向间隙，进行记录。丝杠、丝母的反向间隙在0.21mm。根据数控机床直线轴的精度补偿经验，一般单数值不能大于0.06mm。大于0.06mm时，必须进行修理。使用干分尺对轴承厂生产的钢珠进行选配。然后进行装配，通过调整双丝母间预紧的垫片厚度，达到最佳值。没有更换丝杠的情况下，通过对丝杠的两端进行预紧，保证丝杠丝母传动副刚度。保证机械响应。Y轴，使用百分表，在滑板上分段测量机床的反向间隙，进行记录。反向间隙是0.02mm，符合精度要求。

4.5 传动系统的检查 机床的直线轴的传动系统要拆卸检查，保证齿形皮带轮与电机轴之间没有问隙，保证电机座不发生松动，保证丝母与齿形皮带轮之间没有松动，这样整个传动系统的刚度就有了保障，系统的响应不会滞后。有关的支承的轴承良好。

4.6 位置测量元件的检查 检查电机的编码器没有松动，重新安装调整光栅尺读头，清理光栅尺内杂物，检查光栅尺的安装精度，符合0.020mm/m的精度要求。试验将机床的X轴的位置环半闭环改回闭环反馈，反馈正常。Y轴将光栅尺的读头重新安装调整位置后，也是将机床位置环反馈从半闭环恢复成闭环。

4.7 电气参数的调整 将加速度的增益优化，Axis table—Speed par.--AXVACCEDE：Xm：0.2；Ym：0.2；Zm：0.2；Am：0.1；Bm：0.1。将速度环增益优化，Maint SDD-axis par-speed ctrl gain：MD：1407；Xm：50；Ym：60；Zm：30；Am：6.854；Bm：6.854；MD：1409；Xm：10；Ym：4；Zm：10；Am：10；Bm：10。

5 试切

在所有的分析到的环节都进行相应的调整后，进行了试切，经过试切，加工件的尺寸和粗糙度都符合要求。机床抖动现象消失。机床恢复正常加工。

6 结论

数控机床抖动问题的解决是机械和电气联合调整的过程，抖动的原因涉及到、预紧、几何精度、反向间隙、机械系统刚性、位置环检测、有关元器件质量、机床控制系统参数等许多因素，需要对每一个相关因素进行认真的检查和分析。然后按照有关质量要求进行调整、修理。通过对FPF-D-N/C-5定龙门铣床抖动故障的排除，对于机床抖动原因的分析和解决过程，为此类故障的解决积累了丰富的经验。对于相关参数的调整和有关机械精度的调整，还有许多难题需要攻克。把有关机床抖动的原因分析清楚，对于数控加工的质量提高大有裨益。

参考文献：

[1]杨继昌，李金伴.数控技术基础.北京：化学出版社，2004.

[2]吴国经.数控机床故障诊断与维修.北京：电子工业出版社，2004.

[3]王爱玲，白恩远.现代数控机床.北京：国防工业出版社2003.