某数控机床Z轴异响故障诊断及维修

余刚　刘进

（中国工程物理研究院机械制造工艺研究所）

摘　要：随着数控机床在加工领域得到迅速地普及，随之而来的即使数控机床的故障诊断和维修，数控机床是集成机械、电气、液压以及气动控制等领域一个复杂机电产品，所面临的维修问题更加复杂。本文介绍了某机床Z轴异响故障的故障诊断流程以及维修方法，首先通过“望、闻、问、听”定位故障位置，然后通过分析数控加工程序、电气伺服参数以及机械结构排查确定故障原因，Z后确定了维修方案和方法。本文提供的机床故障诊断以及维修方案可为其他故障维修提供参考。

关键词：数控机床；滑动导轨；故障维修

1、概述

随着科技的发展，数控技术得到飞速的发展，数控机床作为其他高精设备的加工母机，在加工制造行业占有重要的地位。在年限使用久的机床，进给轴的异响振动故障现象有发生，已成为一个常见频发故障。某数控龙门加工中心是车间的重要设备，投入使用年限长。机床使用过程中，该加工中心Z轴速度不稳定，移动到端部时存在振动、抖动的现象。机床加工过程中工件表面出现明显的刀纹，表面质量不合格，已经严重影响数控设备正常使用。

2、故障定位

2.1　故障现象

该数控机床的加工的产品出现明显的刀纹现象，工件表面粗糙度不合格。通过常规的“望、闻、问、听”的故障诊断手段，发现该机床Z轴有明显的异响和振动现象，同时通过控制进给Z轴在手动方式下进行移动，移动过程中Z轴出现振动异响现象，同时当Z轴在端部移动时振动和异响更加明显。

该机床的Z轴驱动为交流伺服电机驱动滚珠丝杠进行移动，丝杠轴承的支撑方式为“一端固定，一端支撑”的方式，固定支撑的轴承采用角接触轴承，支撑轴承采用深沟球轴承，Z轴的支撑方式为滑动导轨。

2.2　故障定位流程

按照维修的思路，提出以下如图1所示的故障诊断流程。数控机床进给轴振动、异响的原因有多种情况，依次按照加工程序问题、电气伺服参数、机械结构等流程排出定位机床故障原因。通过该流程的分析流程，可由易到难、由简到繁的顺序排出故障原因。

图1　故障诊断流程

在程序方面，振动故障常发生于机床加工程序中编写曲线中小线段多，可通过优化修改加工程序，改善进给轴振动情况。

伺服参数方面，进给轴振动的原因有：速度环参数不匹配引起振动；位置环参数不匹配引起振动；检测元件故障，编码器和光栅尺故障。通过优化设置相关参数可以盖上情况。

机械结构方面：导轨副运动阻力大，润滑不良；丝杠预紧力不足、弯曲；丝杠轴向有窜动间隙；丝杠轴承磨损；压板与导轨不平行；电机与传动轴间连接松动；电机本身机械方面故障，轴承磨损等众多原因将导致机床进给轴振动故障。

3、故障分析及处理

3.1　故障分析过程

机床进给轴产生振动、异响有很多种可能，依据维修经验以及故障排查流程，定位故障的根源。通过对操作者的询问和现场观察实验，机床Z轴振动明显。通过检查加工程序、加工工件材料、加工进给量等方面，排查了加工程序没有问题。接着排查电气控制伺服参数匹配，光栅尺检测元件的末端是否损坏，Z后从机械方面排查镶条和导轨侧面接触面是否符合要求，压板和导轨正面接触是否符合要求。

3.2　伺服参数排查

伺服参数优化方面，按照自动优化过程进行优化：JOG、MENU、调试、优化测试、自动优化、所选轴、优化、确认、启动测量、循环启动、高频、低频、DNS。

优化完成后，在手动和自动状态下分别进行Z轴移动，在不同的速度下进行移动，振动、异响未消除。于是参数进行手动修改。每修改一个或者多个参数，在手动和自动状态下分别进行Z轴移动，在不同的速度下进行移动，振动、异响未消除。

通过自动和手动伺服参数匹配优化和修改，该故障现象未发生改善，排除电气参数不匹配的原因。另一方面，将全闭环改为半闭环进行电气参数的排除，进入调整页面，屏蔽Z轴。进行机床运行，发现机床振动和异响存在，同时排除了电气故障。

3.3　机械方面排查

通过电气控制参数的优化以及排查，故障定位导向于Z轴的机械结构，通过观察和触碰Z轴滚珠丝杠驱动和滑动导轨支撑，判断为Z轴滑动导轨振动明显，确定为振动源。

滑动导轨镶条排查，将镶条松开，在手动和自动状态下分别进行Z轴移动，在不同的速度下进行移动，振动、异响依旧存在。

如图2所示，滑动导轨压板检查，将压