龙门加工中心传动丝杠振动故障的分析与排除

关于龙门加工中心传动丝杠振动故障分析与排除内容提要：本文主要根据现今龙门加工中心、数控机床装配调试过程中出现的一系列有关滚珠丝杠振动现象而展开的原因分析，包括机械安装方面、零部件单件精度方面、外购件方面等，还对闭环机床所使用的光栅尺的安装也作了简单的分析，并列出了各种原因以及排除故障的各种方法。关键词： 丝杠副 轴承座 联轴器 拖板自从美国帕森斯公司和麻省理工学院合作，于1952年研制成功三坐标数控铣床以来，随着数控技术的发展，现在几乎各种金属切削机床都已数控化，车床、铣床、镗床、钻床、磨床、齿轮加工机床等数控化程度都相当高。数控机床的优点是柔性高，适应加工不同的零件，精度高，效率高，它采用计算机（系统）控制，可运行各种加工程序，自动加工各种零件，是普通机床功效的3-4倍甚至几十倍，大大降低了劳动强度。多棱公司现今生产的42系列龙门加工中心，在装配和调试过程中，机械的旋转运动所产生的振动是不可避免的，机械产生振动会对机床的正常使用造成一定的危害，它使机床的工作性能降低，甚至根本无法工作，还会造成某些零件的加速磨损、疲劳，降低机床的使用寿命。当出现一些不正常的振动时，就必须采取措施予以排除，以保证机床的安全运行。在龙门加工中心的装配调试过程中，经常会碰到丝杠产生振动的现象，除了是系统电气参数设置和选配不适当等因素外，还有一些是机械方面的原因，主要有以下几个方面：一、 丝杠安装因素现龙门加工中心包括数控机床的传动丝杠都是滚珠丝杠，而且传动精度较高，一般要求机床的定位精度为0.04mm，重复定位精度为0.015mm，同时对我们装配的安装精度也有较高的要求。丝杠传动结构主要由丝杠本身、丝杠螺母、丝杠座（也叫轴承座）、丝杠轴承、锁紧螺母、联轴器、伺服电机等组成，见（图一）。在安装过程中，必须保证丝杠轴心线与运动导轨基准面平行，一般控制在0.005/1000mm范围之内，如果安装误差较大时，拖板在运动过程中会使丝杠产生弯曲变形，丝杠旋转受力不均匀，进而产生振动现象。在此情况下，只需重新调整轴承座的高低和侧向位移，确保丝杠的轴心和拖板运动导轨相平行，具体方法是将芯棒装入轴承座，测量其轴心线对导轨面在水平方向和垂直方向的平行度，要求0.005/1000mm，见（图二）。同时将轴承座紧固定位，就能解决这一问题。二、 丝杠螺母与拖板连接安装因素在丝杠螺母与拖板连接的安装过程中，有时会由于拖板端面加工原因，造成丝杠螺母上的螺丝孔与拖板结合面的安装孔互相干涉，或者安装面与基准（导轨）面不垂直，也就是安装面与丝杠螺母结合面不平行，导致丝杠螺母紧固螺钉拧紧后迫使丝杠产生变形，发生振动现象，见（图三）。如果丝杠螺母直径为D，结合面精度误差为，丝杠轴承跨距为L，丝杠误差为X，那么，X=L*/D。在这种情况下，须将拖板上的丝杠螺母安装孔或端面进行修复，使值恢复设计精度要求，即可排除这一故障。三、 联轴器的安装因素电机带动丝杠转动是通过弹性联轴器连接的，在这部分的安装过程中，首先必须保证丝杠端部的径向跳动误差符合设计要求，一般控制在0.02mm范围之内，其次要保证电机安装面与丝杠轴心线垂直，电机旋转轴心线与丝杠轴心线重合，一般由设计要求定位孔保证。最后，均匀地用力矩扳手拧紧联轴器上胀套压盖的紧固螺钉，如此三个条件未满足，丝杠和联轴器就会产生振动，反之，即可排除故障。四、 丝杠轴向间隙的因素在拖板运动过程中，如果丝杠的轴向间隙过大，也会产生振动现象，包括拖板爬行现象。这是因为数控轴本身带有光栅尺，在光栅尺生效情况下，根据光栅信号的反馈，伺服电机会不断正反旋转纠正拖板位置，时快时慢，速度不均匀而产生振动。在此情况下，只须消除丝杠轴向间隙，即调整丝杠锁紧螺母，预紧丝杠轴承，消除丝杠轴承的游隙，使得拖板运动的反向间隙控制在正确的范围之内，一般在不带光栅的状态下，用百分表测量拖板的正反向间隙控制在+0.01mm范围之内，见（图四）。这样就能消除振动现象。五、 光栅读数头（动尺）支架的安装因素光栅读数头支架的安装在有光栅尺的机床安装过程中是相当重要的，如果光栅支架没有安装好，光栅尺读数头所读取的数据就不正确，造成反馈信号不稳定，引起电机工作不正常而产生振动，而且会使机床的定位精度不稳定。在此情况下，可修复光栅支架的安装面，并好光栅支架，同时打上定位销，确保读数头正常工作，排除故障。六、 轴承质量因素在机床运动过程中，有时也会因轴承质量问题；轴承滚道失效或保持圈破损引起丝杠振动。在此情况下，可根据丝杠的振动音源来判断，轴承产生问题时，丝杠在运动过程中会发出振动声音，在拖板运动过程中，如拖板越靠近丝杠的一端的支承座，丝杠振动音频越高，则这一端的轴承就可能有问题，检查更换上合格的轴承就能消除振动。七、 其它因素机床在使用过程中还会因润滑不充分、滑动导轨磨损失效以及电机编码器故障等因素造成丝杠振动，遇到这种情况就要逐项检查，排除振动故障。结束语综上所述，数控机床如果发生丝杠振动现象，就必须及时采取措施，针对各种装配过程中所显现的各种故障状况，采用以上所分析的各种方法及手段，积极消除故障，以确保机床的装配质量，减少机床的返修率，延长机床的使用寿命。参考文献技工技师培训教材机械设计手册新版第六卷加工中心精度标准JB/T 8771.2-1998 JB/T 8771.7-1998