数控机床抖动典型故障分析及解决办法

1台意大利FIDIA五轴龙门加工中心的Z轴采用伺服电动机通过同步齿形带驱动丝杠的传动方式，并且将海德汉光栅尺作为位置反馈以实现全闭环控制。在Z轴停止后经常出现抖动的现象，抖动位置不固定且无规律。

仔细观察，发现Z轴停止后，首先是Z轴伺服电动机出现啸叫，继而引起整个滑枕抖动。由于该轴采用全闭环控制，Z轴停止的时候并非是绝对停止，而是处于动态位置调整，因此怀疑由于闭环控制振荡而造成机床抖动。

先后检查伺服电动机安装是否紧固、同步齿形带是否通胀紧、丝杠两端支撑轴承支座是否松动、丝杠导轨的润滑情况以及平衡缸压力情况，均未发现明显问题。

1）尝试优化Z轴速度环控制参数，通过调整速度环增益和积分时间，使速度环的动态特性匹配当前的机械状态。在FIDIA数控系统BRUCO驱动管理软件中（见图1），将Z轴参数S05002（速度环增益）由6调整到4，抖动消失。但是采用该方法会降低速度环响应速度，影响Z轴动态特性。

图1  BRUCO软件

2）借助三轴加速度传感器，对Z轴的振动数据进行记录和分析。将传感器安装在丝杠螺母和伺服电动机上，执行Z轴循环往复运动程序，分别记录Z轴振动状态。

循环执行程序如下：

G01 F10000；以F=10000mm/min进给速度运行

Z0；移动到Z=0

G04 H4；暂停4s

Z-200.；移动到Z=200mm

G04 H4

Z0

G04 H4

Z-200.

G04 H4

……

……

M30；程序结束

对丝杠螺母处和伺服电动机处进行测量，结果如图2、图3所示。

图2  丝杠螺母振动频谱

图3  伺服电动机振动频谱

通过对图2、图3的测量结果进行分析，发现抖动的时候，伺服电动机和丝杠螺母处的振动频率均在633Hz左右，且振动加速度最大。可通过使用FIDIA系统滤波器功能，将该振动频率抑制和衰减，参数设置（见图4）完后激活该滤波器功能，重新运行测试，抖动消失。

以上两种方法均能解决机床抖动的问题。但第二种采用三轴加速度传感器测出振动频率的方法，通过使用数控系统滤波器，可以在不降低Z轴动态特性的情况下同时解决抖动问题。因此建议使用第二种方法。