机床爬行与振动

浅析数控机床爬行现象的原因和对策摘要：本文对数控机床的爬行现象进行了分析，建立了爬行现象的力学模型，提出了消除爬行现象的措施。

关键词：数控机床爬行低速运动数控机床在低速运动下会发生时快时慢时走时停的爬行现象，影响加工表面的加工质量，表面粗糙度及定位精度。

数控机床爬行还会造成磨擦副的加速磨损，影响机床零件的使用寿命，缩短刀具的使用寿命，机床导轨爬行严重时，甚至使机床丧失加工能力。

因此，数控机床在低速下的爬行问题的研究显得尤为重要[1-4]。

1.爬行现象的定义爬行广义的是指运动部件非匀速运动，如图1所示。

在机床的进给运动和调整运动中，由于运动速度很低，通常出现如图1形式的爬行，即时走时停形式的运动，也就是所谓的粘滑运动[5]。

这种形式的爬行在机床中较为常出现，所以我们通常所指的爬行，主要是指粘滑运动。

图1爬行的两种形式2.爬行现象的力学模型[6-7]由于爬行现象实际上就是一种摩擦自激振动现象，为对其系统进行分析，可以将数控机床进给系统简化为单自由度系统模型。

各轴之间传动看成弹簧刚度的串联，而阻尼重点考虑导轨和工作台，忽略其它次要因素，这样就将复杂的系统简化为单自由度系统。

物理模型如图2所示：图2爬行现象的力学模型v0——驱动速度；k——系统刚度；c——系统阻尼；m——移动部件的质量；x（t）——移动部件的位移；（t）——移动部件的速度；f——摩擦力根据图2列出动力学方程：m+c（-v0）+k（x-v0t）+f=0 （1）解此方程并推导出机床爬行的临界速度公式：vc=δf4πξkm（m/s）（2）式中：δf——静动摩擦力之差（n）ξ——振动系统的阻尼比m—运动部件的质量（kg）从公式（2）中可以看到影响机床爬行的几个因素有：系统刚度，动静摩擦力之差，移动部件的质量和系统中的阻尼。

（1）传动刚度的影响重型数控车床纵向进给系统的系统刚度越大，临界爬行速度越低，爬行现象越不明显。

（2）δf的影响工作台与导轨之间的动静摩擦系数之差是产生爬行的根本原因，差值越大，临界速度越高，越容易出现爬行现象。

机床导轨爬行现象的起因和解决措施机制09-**号 ***机床在低速或微量进给运动时,往往保持不了均匀的速度，进入时快时慢、时动时停的不稳定状态，这就是所谓爬行现象。

爬行是一个复杂的摩擦自激振动现象,对其机理的认识,到目前为止依然争论颇多,尚未有统一的微分方程式对其精确描述。

目前主要使用光栅爬行测量系统和激光干涉测量系统分析、测量导轨的爬行问题。

机床在运行过程中经常会遇到爬行问题。

进给运动中的爬行现象破坏了系统运动的均匀性，不仅使被加工件精度和表面质量下降，也会严重影响机床的加工精度、表面粗糙度和定位精度,破坏液压系统工作的稳定性，使机床导轨加速磨损，甚至产生废品和事故。

因此，爬行现象是精密机床及重型机床必须解决的问题，加工工件时应尽量避免它的产生。

我们知道爬行是指机床运动部件慢速动行时的不平稳性，表现为有规律的一停一跃。

这种现象的出现，以磨床居多数，会严重影响工作的表面质量和尺寸精度。

引起爬行的主要原因，是摩擦因数随运动速度的变化和传动系统刚性不足。

机床在实际使用中，爬行现象主要是在传动系统刚性不足，驱动力与负载摩擦阻力波动变化的情况下形成。

机床液压系统侵入空气，液压元件间隙增大及机械装置自身原因都可能引起爬行故障。

出现爬行现象可能由很多原因造成,概括起来包括机械和电气两方面因素。

在解决此故障时要考虑诸多因素,逐一进行排除。

例如，数显机床在出现爬行问题时,要观察电机低速运转有无电流断续现象,电枢回路串接一块电流表,低速运行时观察指针有无摆动,若有摆动则故障多数发生在电气部分。

对于直流调速系统控制的进给轴,又尤以测速机发生故障居多。

在检查测速机时,可以先用万用表测量测速机反馈电压,监测电压是否平稳。

如果反馈电压有波动,首先检查测速机线路有无故障,看看反馈线是否虚连。

另外我们经常忽略的一个问题是检查测速机的屏蔽线是否联接良好,屏蔽线有损坏或者联接不好都有可能使外部信号干扰混入,从而发生爬行现象。

在静态检查测速机时,可以测量测速机的电阻阻值及测速发电机有无匝间断路和短路现象。

浅析机床爬行现象产生的原因及其对策爬行是机床运动中常见的现象，严重影响着工作的表面质量和尺寸精度，由于引起其原因复杂，往往不易排除，所以一直被认为是机床运动中最棘手的故障之一。

本文试图就这个问题加以粗浅的论证与探索。

标签：爬行滑动摩擦阻力机床进给系统的运动件，当其运行速度低到一定值（如0.5mm/min）时，往往不是作连续匀速运动，而是时走时停、忽快忽慢，这种现象称之为爬行。

爬行是机床常见而不正常的运动状态，主要出现在机床各传动系统的执行部件上（如刀架系统、工作台等），且一般在低速行时出现较多。

运动速度低时，润滑油被压缩，油膜变薄，油楔作用降低，部分油膜破坏，摩擦面阻力发生变化。

通常情况下，轻微程度的爬行有不易察觉的振动，显著的爬行则是大距离地跳动。

进给运动中的爬行现象破坏了系统运动的均匀性，不仅使被加工件精度和表面质量下降，也会破坏液压系统工作的稳定性，使机床导轨加速磨损，甚至产生废品和事故。

一、机床爬行原因分析引起爬行的主要原因，是摩擦因数随运动速度的变化和传动系统刚性不足。

机床在实际使用中，爬行现象主要是在传动系统刚性不足，驱动力与负载摩擦阻力波动变化的情况下形成。

机床液压系统侵入空气，液压元件间隙增大及机械装置自身原因都可能引起爬行故障。

我们知道爬行是指机床运动部件慢速动行时的不平稳性，表现为有规律的一停一跃。

这种现象的出现，以磨床居多数，会严重影响工作的表面质量和尺寸精度。

（1）爬行的产生是由于静摩擦系数大于动摩擦系数，而驱动系统的刚性又不够，一直不断地反复蓄能与放能的结果。

因此，排除爬行的一切措施，都不外乎从减小驱动阻力，减小静、动摩擦系数之差和驱动系统刚度三方面来着手。

（2）爬行只在低速运行时才会出现，高速时，从动件的速度来不及超过原动件，弹簧始终处于压缩状态，没有放能的阶段，另外，高速时润滑油的油楔作用增大，更接近于液体摩擦，于是静、动摩擦系数之差减小，所以，高速时不会产生爬行现象。

机理研究》2023-10-29•研究背景和意义•机床导轨爬行现象概述•机床导轨爬行现象的产生机理分目录析•防止机床导轨爬行的措施研究•结论与展望01研究背景和意义数控机床在机械制造领域的重要性机床导轨爬行现象对机床精度的影响国内外对机床导轨爬行现象研究的现状揭示机床导轨爬行现象的产生机理提高机床的加工精度和性能为解决机床导轨爬行现象提供理论支持和技术指导02机床导轨爬行现象概述机床导轨爬行现象是指在机床运行过程中，工作台或刀架在某一方向上的运动呈现出间歇性或周期性的速度变化，导致加工精度下降甚至引发事故的现象。

机床导轨爬行现象通常表现为工作台或刀架在运动过程中出现卡顿、抖动或噪声等异常现象。

机床导轨爬行现象定义机床导轨爬行现象的危害增加刀具磨损和损坏机床导轨爬行现象会对刀具产生额外的冲击力，加速刀具的磨损和损坏，增加换刀频率和维护成本。

缩短机床使用寿命机床导轨爬行现象会加速机床导轨的磨损，缩短机床的使用寿命和维修周期。

降低加工精度和表面质量机床导轨爬行现象会导致工作台或刀架的运动不平稳，进而影响加工精度和表面质量。

机床导轨爬行现象的影响因素机床传动系统刚性不足会导致工作台或刀架在运动过程中产生振动和变形，从而引发机床导轨爬行现象。

传动系统刚性不足导轨润滑不良会导致摩擦系数增大，增加工作台或刀架的负载，进而引发机床导轨爬行现象。

导轨润滑不良机床传动链松动会导致各运动部件之间的配合关系发生变化，从而引发机床导轨爬行现象。

传动链松动电气控制系统误差会导致工作台或刀架的运动不平稳，进而引发机床导轨爬行现象。

电气控制系统误差03机床导轨爬行现象的产生机理分析机床导轨的静力学分析静摩擦力01在导轨的静止状态下，由于表面微观不平度的影响，会产生一定的静摩擦力。

这种静摩擦力是导轨爬行现象产生的一个重要因素。

滑动摩擦力02当导轨运动时，表面微观不平度会产生滑动摩擦力。

滑动摩擦力的变化也会引起导轨爬行现象的产生。

润滑状态03润滑状态对导轨的静力学性能有很大的影响。

有关数控机床的爬行因素与解决技巧分析爬行属于复杂摩擦自激振动的现象,出现这一现象的原因,主要是因为摩擦面上的摩擦系数的变化和传动机构的刚度不足。

当驱动件开始以匀速运动的时候时,工作台尚没有动,而驱动力也没有达到所需克服的静摩擦力,所以就会压缩弹簧继续移动,弹簧的压缩量加大,工作台所受的驱动力随之增大,当驱动力超过静摩擦力时,开始移动此时静摩擦转化为动摩擦,摩擦系数迅速下降,使移动的速度增大。

随着弹簧的伸长,弹力在减小,当弹力等于动摩擦力时,系统处于平衡状态。

但由于惯性,工作台仍以较大的速度移动,弹力进一步减小,当其小于动摩擦力时,加速度为负值,工作台的惯性不能克服摩擦力时,便停止运动,驱动件再重新压缩弹簧,上述现象重复循环,就出现了时走时停的爬行现象。

又因为摩擦系数的变化是非线性的,在弹簧重新被压缩的过程中,工作台的速度尚未降至零时,弹力有可能大于动摩擦力,使它的速度再次增大,这就出现了或快或慢的爬行现象。

1、机床产生爬行的因素分析机床的爬行和振荡故障一般情况下都是发生在进给伺服系统和机械部分。

产生爬行的原因除了机械方面一些不可消除的弹性变形、传动间隙、摩擦阻力等因素外,伺服系统的相关参数也是不可忽视的。

伺服系统分为直流和交流两种,这里只介绍直流伺服系统引起的爬行。

主要引起伺服系统爬行的有四种情况:传动机械装太大;速度环的振动;位置环所引起的输出电压的不稳定;可调定位器过大导致的电压的失真输出。

2、解决技巧及措施分析2.1 闭环伺服系统造成的爬行很多的数控伺服系统都是采用半闭环装置,而全闭环伺服系统通常都是在局部半闭环系统不发生振荡的前提下进行参数调整,因此两者大同小异,这里只探讨全闭环情况下的参数优化。

在伺服系统中有参考的标准值,例如FANUC-OC系列为3000,西门子3系统为1666,出现爬行可降低增益,但不能降太多,因此要保证系统的稳态误差。

负载惯量比一般设置在发生爬行时所示参数的70%左右,如不能消除故障,不宜继续降低该参数值。

数控系统的振荡现象已成为数控全闭环系统的共同性问题。

这个问题已经成为影响数控设备正常使用的重要因素之一。

系统振荡时会造成机床产生爬行与振动故障,尤其在卧式带立柱的轴和旋转数控工作台轴其系统出现振荡的频率较高。

为了解决这个大难题,我们就要着重分析产生振荡的原因。

机床的振荡故障通常发生在机械部分和进给伺服系统。

产生振荡的原因有很多,陈了机械方面存在不可消除的传动间隙、弹性变形、摩擦阻力等诸多因素外,伺服系统的有关参数的影响也是重要的一方面。

伺服系统有交流和直流之分,本文主要讨论直流伺服系统因参数影响引起的振荡。

大部分数控机床采用的是全闭环方式。

引起伺服系统振动的原因大致有四种情况:a位置环不良又引起输出电压不稳;b速度环不良引起的振动;c伺服系统可调定位器太大引起电压输出失真;d传动机械装如丝杠间隙太大。

这些控制环的输出参数失真或机械传动装置间隙太大都是引起振动的主要因素。

它们都可以通过伺服控制系统进行参数优化。

找到原因,采取消除振荡的基本措施(一)闭环伺服系统造成的振荡有些数控伺服系统采用的是半闭环装置,而全闭环伺服系统必须是在其局部半闭环系统不发生振荡的前提下进行参数调整,所以两者大同小异,本文只讨论全闭环情况下的参数优化方法。

(二)降低位置环增益在伺服系统中有参考的标准值,出现振荡可适当降低增益,但不能降太多,因为要保证系统的稳态误差。

(三)降低负载惯量比负载惯量比一般设置在发生振动时所示参数的70%左右,如不能消除故障,不宜继续降低该参数值。

(四)加入比例微积分器(PID)比例微积分器是一个多功能控制器,它不仅能有效地对电流电压信号进行比例增益,同时可调节输出信号滞后成超前的问题,振荡故障有时因输出电流电压发生滞后成超前情况而产生,这时可通过PID来调节输出电流电压相位。

(五)采用高频抑制功能以上讨论的是有关低频振荡时参数优化方法,而有时数控系统会因机械上某些振荡原因产生反馈信号中含有高频谐波,这使输出转矩里不恒定,从而产生振动。

很多操机小伙伴应该都遇到过一个现象，那就是加工中心在进给时时快时慢，难以进行零件加工，尤其是使用年头较长的机床更容易出现这种状况，这种现象就是所谓的工作台爬行，那出现加工中心工作台爬行怎么回事呢？下面为大家介绍具体原因与解决方法。

一、加工中心工作台爬行原因引起加工中心工作台爬行的主要原因，是摩擦因数随运动速度的变化和传动系统刚性不足。

加工中心在实际使用中，爬行现象主要是在传动系统刚性不足，驱动力与负载摩擦阻力波动变化的情况下形成。

液压系统侵入空气，液压元件间隙增大及机械装置自身原因都可能引起爬行故障。

1、导轨副调整不当：加工中心工作台所受的摩擦阻力主要是来自导轨副，如果导轨副的动、静摩擦系数大，且其差值也大，将容易造成爬行。

尽管现在加工中心导轨副广泛采用了滚动导轨、静压导轨或塑料导轨，但如果调整不好，仍会造成爬行或振动。

2、导轨副润滑不好：加工中心导轨副的润滑不好也可能引起爬行问题，有时出现爬行现象仅仅就是导轨副润滑状态不好造成的。

这时采用具有防爬作用的导轨润滑油是一种非常有效的措施。

3、传动链不良：引起加工中心工作台爬行的原因之一常常是因为对轴承、丝杠螺母副和丝杠本身的预紧或预拉不理想造成的。

传动链太长、传动轴直径偏小、支承和支承座的刚度不够也是引起爬行的不可忽略的因素，因此在检查时也要考虑这些方面是否有缺陷。

除了以上三种原因外，如果加工中心的机械系统连接不良，如联轴器损坏等，也可能引起工作台爬行和振动问题，所以在检修时应该多方面的考量，而不是仅顶着导轨去解决问题。

二、加工中心工作台爬行的解决方法想要解决加工中心工作台爬行问题，主要方法就是改善导轨的摩擦特性、降低驱动阻力，可以采取以下措施：1、改善导轨摩擦特性的方法（1）重新加工导轨滑动面：从降低摩擦阻力的角度看，导轨滑动面的磨削加工比刮削好，一般上导轨面用碗形砂轮端面磨削，下导轨面用盘形砂轮周边磨削，可获得较的效果；其次是下导轨面用碗形砂轮端面磨削，上导轨面刮研。

数控机床进给系统爬行与振动现象及其产生原因在驱动移动部件低速运行过程中，数控机床进给系统会出现移动部件开始时不能启动，启动后又突然作加速运动，而后又停顿，继而又作加速运动，移动部件如此周而复始忽停忽跳、忽慢忽快的运动现象称为爬行。

而当其以高速运行时，移动部件又会出现明显的振动。

对于数控机床进给系统产生爬行的原因，一般认为是由于机床运动部件之间润滑不好，导致机床工作台移动时静摩擦阻力增大；当电机驱动时，工作台不能向前运动，使滚珠丝杠产生弹性变形，把电机的能量贮存在变形上；电动机继续驱动，贮存的能量所产的弹性力大于静摩擦力时，机床工作台向前蠕动，周而复始地这样运动，产生了爬行的现象。

事实上这只是其中的一个原因，产生这类故障的原因还可能是机械进给传动链出现了故障，也可能是进给系统电气部分出现了问题，或者是系统参数设置不当的缘故，还可能是机械部分与电气部分的综合故障所造成。

2 爬行与振动故障的诊断与排除对于数控机床出现的爬行与振动故障，不能急于下结论，而应根据产生故障的可能性，罗列出可能造成数控机床爬行与振动的有关因素，然后逐项排队，逐个因素检查，分析、定位和排除故障。

查到哪一处有问题，就将该处的问题加以分析，看看是否是造成故障的主要矛盾，直至将每一个可能产生故障的因素都查到。

最后再统筹考虑，提出一个综合性的解决问题方案，将故障排除。

排除数控机床进给系统爬行与振动故障的具体方法如下：2.1 对故障发生的部位进行分析爬行与振动故障通常需要在机械部件和进给伺服系统查找问题。

因为数控机床进给系统低速时的爬行现象往往取决于机械传动部件的特性，高速时的振动现象又通常与进给传动链中运动副的预紧力有关。

另外，爬行和振动问题是与进给速度密切相关的，因此也要分析进给伺服系统的速度环和系统参数。

2.2 机械部件故障的检查和排除造成爬行与振动的原因如果在机械部件，首先要检查导轨副。

因为移动部件所受的摩擦阻力主要是来自导轨副，如果导轨副的动、静摩擦系数大，且其差值也大，将容易造成爬行。

论数控机床的爬行和振动引言数控机床作为现代制造业中的重要设备，广泛应用于各个行业。

然而，在数控机床的工作过程中，常常会出现爬行和振动的问题。

爬行是指数控机床在加工过程中，工具以较低速度在工件表面移动的现象；振动则是指数控机床在加工过程中出现的波动和摆动。

这些问题不仅会影响加工效率和加工质量，还会加大设备的磨损，降低设备寿命。

本文将探讨数控机床爬行和振动的原因及解决方案。

数控机床爬行的原因及解决方案数控机床爬行的原因可以归结为以下几个方面：1. 机械因素数控机床的爬行问题与其机械结构密切相关。

可能的机械原因包括机床导轨的摩擦力不均匀、滑块的松动或磨损等。

为解决这些问题，可以采取以下措施： - 定期对机床导轨进行维护和润滑，确保导轨的表面光滑； - 检查并紧固滑块上的螺丝，防止松动； - 定期更换磨损严重的滑块，确保机床结构的稳定性。

2. 电气因素电气系统的问题也可能导致数控机床的爬行。

例如，电机参数设置不当、电机驱动器故障等。

解决电气因素引起的爬行问题可以考虑以下方案： - 检查电机参数的设置是否合理，根据机床的具体情况进行调整； - 定期检查电机驱动器的工作状态，如有故障及时维修或更换。

3. 控制系统因素控制系统的问题也可能导致爬行现象的发生。

例如，控制程序错误、控制参数设置不当等。

针对控制系统因素引起的爬行问题，可以采取以下解决方案： - 检查控制程序是否存在错误，如有错误及时修正； -定期对控制参数进行调整，确保参数的准确性。

数控机床振动的原因及解决方案数控机床振动的原因较为复杂，可能涉及到机械、电气、材料等多个方面。

以下是可能导致振动问题的原因及相应的解决方案：1. 机械因素数控机床的机械结构不稳定、零件松动或磨损等都可能引起振动问题。

解决机械因素引起的振动可以采取以下措施： - 定期对机床结构进行检查，确保其稳定性； - 解决零件松动问题，及时紧固与更换磨损严重的零件。

2. 电气因素电气系统的问题，如电机驱动器故障、电源电压不稳定等，也可能导致数控机床的振动问题。

数控机床加工过程中振刀的原因及处理措施随着数控机床技术的不断进展，数控机床在高精度、高速度、高稳定、高效率上也有了很大的进步。

但在加工过程中，刀具和工件之间在不间断的运动，机床的振动是不可避开。

但通过合理的措施，可以避开由于振动现象导致振刀现象的发生。

下面昆山渡扬数控就来和你共享数控机床加工过程中振刀的原因并提出相应的处理措施。

一、数控机床产生振刀问题的原因1.机床在加工过程中产生共振共振是一种常见的物理现象。

机床工作中，受到周期性驱动力的频率与其自生的自激振动频率相同时，将会发生共振现象。

发生共振现象会导致振动幅度加大，因而会对机床的加工质量产生很大的影响。

共振造成振幅过大，会导致刀具和工件运行轨迹发生变化，引起位置偏移，这样会降低加工表面的质量和尺寸精度，加添工件表面粗糙，显现振纹。

2.机床导轨部件“爬行”现象机床爬行是机床运行部件显现低速运动或者小量位移时，做非匀速运动，在进给和调整运动会显现时快时慢现象。

产生爬行的原因是摩擦阻力的变化。

在机床运行中，运行的速度地域某一数值即临界值速度时会产生爬行。

此时加工的工件表面会产生震颤，产生振纹。

3.工件刚性差机械加工过程中，对修长轴型的外圆车削加工，工件在转动过程中，会产生弯曲变形从而产生摇摆，这样会导致打刀、振刀等问题。

同时，薄壁零件的外圆车削时，简单发生装夹变形，也简单显现打刀或者振刀问题。

在车削加工不规定零件过程中，驱动力往往不是作用在工件重心上，在高速切削条件下，会引起主轴变形，从而导致机床振动和振刀现象的发生。

4.刀具安装刚性差例如刀杆尺寸太小或伸出过长，会引起刀杆颤抖。

数控车床车刀垫铁不平整，或者锁紧螺母没有压紧时，同样会导致刀具的振动。

5.切削力变化大切削过程中，切削层金属内显现夹杂、晶粒粗大等问题；或者加工表面不规定时，切削时宽时窄时厚时薄等，这些由于切削力的变化会引起机床振动以及振刀现象。

二、数控机床产生振刀问题的解决措施1.除去机床共振的措施数控机床的静刚度和动刚度取决于机床制造商的设计和制造工艺，一台安装好的机床其固有频率是固定的。