龍門加工中心傳動絲杠振動故障的分析與排除

關(guān)于龍門加工中心傳動絲杠振動故障分析與排除內(nèi)容提要：本文主要根據(jù)現(xiàn)今龍門加工中心、數(shù)控機(jī)床裝配調(diào)試過程中出現(xiàn)的一系列有關(guān)滾珠絲杠振動現(xiàn)象而展開的原因分析，包括機(jī)械安裝方面、零部件單件精度方面、外購件方面等，還對閉環(huán)機(jī)床所使用的光柵尺的安裝也作了簡單的分析，并列出了各種原因以及排除故障的各種方法。關(guān)鍵詞： 絲杠副 軸承座 聯(lián)軸器 拖板自從美國帕森斯公司和麻省理工學(xué)院合作，于1952年研制成功三坐標(biāo)數(shù)控銑床以來，隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在幾乎各種金屬切削機(jī)床都已數(shù)控化，車床、銑床、鏜床、鉆床、磨床、齒輪加工機(jī)床等數(shù)控化程度都相當(dāng)高。數(shù)控機(jī)床的優(yōu)點是柔性高，適應(yīng)加工不同的零件，精度高，效率高，它采用計算機(jī)（系統(tǒng)）控制，可運行各種加工程序，自動加工各種零件，是普通機(jī)床功效的3-4倍甚至幾十倍，大大降低了勞動強(qiáng)度。多棱公司現(xiàn)今生產(chǎn)的42系列龍門加工中心，在裝配和調(diào)試過程中，機(jī)械的旋轉(zhuǎn)運動所產(chǎn)生的振動是不可避免的，機(jī)械產(chǎn)生振動會對機(jī)床的正常使用造成一定的危害，它使機(jī)床的工作性能降低，甚至根本無法工作，還會造成某些零件的加速磨損、疲勞，降低機(jī)床的使用壽命。當(dāng)出現(xiàn)一些不正常的振動時，就必須采取措施予以排除，以保證機(jī)床的安全運行。在龍門加工中心的裝配調(diào)試過程中，經(jīng)常會碰到絲杠產(chǎn)生振動的現(xiàn)象，除了是系統(tǒng)電氣參數(shù)設(shè)置和選配不適當(dāng)?shù)纫蛩赝?，還有一些是機(jī)械方面的原因，主要有以下幾個方面：一、 絲杠安裝因素現(xiàn)龍門加工中心包括數(shù)控機(jī)床的傳動絲杠都是滾珠絲杠，而且傳動精度較高，一般要求機(jī)床的定位精度為0.04mm，重復(fù)定位精度為0.015mm，同時對我們裝配的安裝精度也有較高的要求。絲杠傳動結(jié)構(gòu)主要由絲杠本身、絲杠螺母、絲杠座（也叫軸承座）、絲杠軸承、鎖緊螺母、聯(lián)軸器、伺服電機(jī)等組成，見（圖一）。在安裝過程中，必須保證絲杠軸心線與運動導(dǎo)軌基準(zhǔn)面平行，一般控制在0.005/1000mm范圍之內(nèi)，如果安裝誤差較大時，拖板在運動過程中會使絲杠產(chǎn)生彎曲變形，絲杠旋轉(zhuǎn)受力不均勻，進(jìn)而產(chǎn)生振動現(xiàn)象。在此情況下，只需重新調(diào)整軸承座的高低和側(cè)向位移，確保絲杠的軸心和拖板運動導(dǎo)軌相平行，具體方法是將芯棒裝入軸承座，測量其軸心線對導(dǎo)軌面在水平方向和垂直方向的平行度，要求0.005/1000mm，見（圖二）。同時將軸承座緊固定位，就能解決這一問題。二、 絲杠螺母與拖板連接安裝因素在絲杠螺母與拖板連接的安裝過程中，有時會由于拖板端面加工原因，造成絲杠螺母上的螺絲孔與拖板結(jié)合面的安裝孔互相干涉，或者安裝面與基準(zhǔn)（導(dǎo)軌）面不垂直，也就是安裝面與絲杠螺母結(jié)合面不平行，導(dǎo)致絲杠螺母緊固螺釘擰緊后迫使絲杠產(chǎn)生變形，發(fā)生振動現(xiàn)象，見（圖三）。如果絲杠螺母直徑為D，結(jié)合面精度誤差為，絲杠軸承跨距為L，絲杠誤差為X，那么，X=L*/D。在這種情況下，須將拖板上的絲杠螺母安裝孔或端面進(jìn)行修復(fù)，使值恢復(fù)設(shè)計精度要求，即可排除這一故障。三、 聯(lián)軸器的安裝因素電機(jī)帶動絲杠轉(zhuǎn)動是通過彈性聯(lián)軸器連接的，在這部分的安裝過程中，首先必須保證絲杠端部的徑向跳動誤差符合設(shè)計要求，一般控制在0.02mm范圍之內(nèi)，其次要保證電機(jī)安裝面與絲杠軸心線垂直，電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸心線與絲杠軸心線重合，一般由設(shè)計要求定位孔保證。最后，均勻地用力矩扳手?jǐn)Q緊聯(lián)軸器上脹套壓蓋的緊固螺釘，如此三個條件未滿足，絲杠和聯(lián)軸器就會產(chǎn)生振動，反之，即可排除故障。四、 絲杠軸向間隙的因素在拖板運動過程中，如果絲杠的軸向間隙過大，也會產(chǎn)生振動現(xiàn)象，包括拖板爬行現(xiàn)象。這是因為數(shù)控軸本身帶有光柵尺，在光柵尺生效情況下，根據(jù)光柵信號的反饋，伺服電機(jī)會不斷正反旋轉(zhuǎn)糾正拖板位置，時快時慢，速度不均勻而產(chǎn)生振動。在此情況下，只須消除絲杠軸向間隙，即調(diào)整絲杠鎖緊螺母，預(yù)緊絲杠軸承，消除絲杠軸承的游隙，使得拖板運動的反向間隙控制在正確的范圍之內(nèi)，一般在不帶光柵的狀態(tài)下，用百分表測量拖板的正反向間隙控制在+0.01mm范圍之內(nèi)，見（圖四）。這樣就能消除振動現(xiàn)象。五、 光柵讀數(shù)頭（動尺）支架的安裝因素光柵讀數(shù)頭支架的安裝在有光柵尺的機(jī)床安裝過程中是相當(dāng)重要的，如果光柵支架沒有安裝好，光柵尺讀數(shù)頭所讀取的數(shù)據(jù)就不正確，造成反饋信號不穩(wěn)定，引起電機(jī)工作不正常而產(chǎn)生振動，而且會使機(jī)床的定位精度不穩(wěn)定。在此情況下，可修復(fù)光柵支架的安裝面，并好光柵支架，同時打上定位銷，確保讀數(shù)頭正常工作，排除故障。六、 軸承質(zhì)量因素在機(jī)床運動過程中，有時也會因軸承質(zhì)量問題；軸承滾道失效或保持圈破損引起絲杠振動。在此情況下，可根據(jù)絲杠的振動音源來判斷，軸承產(chǎn)生問題時，絲杠在運動過程中會發(fā)出振動聲音，在拖板運動過程中，如拖板越靠近絲杠的一端的支承座，絲杠振動音頻越高，則這一端的軸承就可能有問題，檢查更換上合格的軸承就能消除振動。七、 其它因素機(jī)床在使用過程中還會因潤滑不充分、滑動導(dǎo)軌磨損失效以及電機(jī)編碼器故障等因素造成絲杠振動，遇到這種情況就要逐項檢查，排除振動故障。結(jié)束語綜上所述，數(shù)控機(jī)床如果發(fā)生絲杠振動現(xiàn)象，就必須及時采取措施，針對各種裝配過程中所顯現(xiàn)的各種故障狀況，采用以上所分析的各種方法及手段，積極消除故障，以確保機(jī)床的裝配質(zhì)量，減少機(jī)床的返修率，延長機(jī)床的使用壽命。參考文獻(xiàn)技工技師培訓(xùn)教材機(jī)械設(shè)計手冊新版第六卷加工中心精度標(biāo)準(zhǔn)JB/T 8771.2-1998 JB/T 8771.7-1998