数控机床出现啸叫声的原因分析与解决对策

姚铁明

（中车贵阳车辆有限公司，贵州贵阳 550017）

0 引言

随着中国制造业的快速崛起，数控机床的应用将更加广泛，但是如果数控机床出现故障而停止运转，将会给生产企业带来严重的经济损失和信誉损失。然而，在大多情况下，人们只注重数控机床各项常见故障的维修，遇到刀架移动时出现啸叫这样的问题却束手无策，一般设备说明书和相关资料也无从谈及。通过对数控机床啸叫进行分析，探讨解决方案，希望对数控机床维修有所帮助。

1 数控机床啸叫的原因分析

首先要区分是机械方面的原因还是电气原因造成啸叫。听啸叫声是尖叫的高频声还是低频的沉闷叫声，如果是低频的声音，主要可能是因为机械共振，一般从机械方面着手。可以查阅相关数据参考。以西门子840DSL 为例，找到移动出现啸叫的那个方向轴，查看该伺服电机电流，初步判断电流是否过大，如图1 所示。

图1 伺服诊断画面检查电流

如果电流超出正常值时，机械故障的可能性大。再查看啸叫轴的跟随误差，如果过大，说明机械移动和电气指令值不一致。一般会有报警提示（图2）。机械部分振动原因有以下4 点：

（1）电机与丝杠的联轴节或者电机与变速装置的连接是否牢固，是否同心，可以调整连轴器上的调整螺丝，使之同心，观察声音有无变化。检查丝杠与丝母之间是否有比较大的运动间隙，或者润滑不良，需要仔细检查丝杠是否有拉伤。

图2 伺服诊断画面检查跟随误差

（2）丝杠两端固定轴承，推力球轴承和深沟球轴承两种，用力转动，检查轴承是否运转正常。

（3）另外，比如像磨床这类设备导轨采用液压油浮动，有可能是各点供油压力未调整好，导致导轨不平衡滑动，爬行产生的振动。

（4）如果声音属于高频尖叫，主要考虑电气参数问题。虽然之前的参数没有改动过，但机械负载可能发生变化或者扭矩发生变化。需要调整机床的刚性。刚性是机械系统的固有属性，伺服系统的参数调整必须依照机械系统的的状况，通俗地讲就是调整伺服系统的刚性与之配合，伺服系统刚性太硬，跟踪速度快，定位快，但易引起机械的振动和啸叫，刚性太软，则跟踪速度慢、定位慢，实际应用是根据情况调整相应的参数，伺服都有位置环增益，速度环增益，前馈，积分时间常数等一些参数，多半是因为参数设置的问题，可能需要修改的参数有位置增益和位置积分时间、速度增益和速度积分时间，一般不用修改转矩的控制器，还有一种可能是因为参数设置有误需要检查。以西门子840DSL 为例，首先查看伺服驱动的位置增益，如图3 所示。可以适当调整增益MD32200，再移动相关轴，还有速度增益P1460。

2 伺服的调节方法

（1）将位置环增益即先设在较低值，然后在不产生异常响声（啸叫）和振动的前提下，逐渐增加速度环的增益至最大值。

图3 伺服参数调整画面

（2）逐渐降低速度环增益值，同时加大位置环增益。在整个响应无超调、无振动的前提下，将位置环增益设至最大。

（3）速度环积分时间常数取决于定位时间的长短，在机械系统不振动的前提下，尽量减小此值。

（4）随后对位置环增益、速度环增益及积分时间常数进行微调，找到最佳值。一般伺服电机如果性能要求不是太高的情况下适当的把参数调的软一些，这样适用性会提高，如果对轨迹精确度要求高的话，参数就要慢慢调，需要慢慢摸索。

3 伺服驱动自动优化

出现啸叫时也可以进行伺服驱动自动优化。优化时，确认需要优化的轴处于安全位置。如果不处于安全位置，在JOG 模式中将轴移动到其行程中间位置。根据提示确认。伺服驱动自动优化如图4 所示。

图4 伺服驱动自动优化

4 结束语

数控机床是当代高新技术机、电、光、气一体化的结晶，电气复杂管路交叉林立，使用中出现的各种振动和啸叫原因很多，需要仔细甄别，需要工程技术人员和维修工程师的不断摸索，才能取得好的效果。