数控机床爬行现象的研究

叶海平



数控机床爬行现象的研究

叶海平

（漳州职业技术学院 机械与自动化工程系，福建 漳州 363000）

数控机床在低速进给时，会发生非匀速爬行，对加工精度和工件表面质量非常不利。本文主要研究爬行现象的一种数学模型建立，分析发生爬行现象的临界速度，推导出影响临界速度的各个因素。

爬行现象；数控机床；数控

1 机床爬行的机理

爬行是一个复杂的摩擦自激振动现象，产生这一现象的主要原因，在于摩擦面上摩擦系数的变化和传动机构的刚度不足。图1是数控机床进给系统的简化模型[1-2]。

图1 进给系统简化模型

当驱动件开始以匀速v 作向右的低速连续运动时，工作台尚未动，而驱动力尚未达到所需克服的静摩擦力，因而压缩弹簧继续向右移动，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[3]。

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。

2 临界速度的理论计算

可得：

当工作台的移动速度高于临界速度时，则移动速度处于稳定状态，不会出现爬行现象。此时，若把驱动装置的刚度等效为一个弹簧，则弹簧的伸长量是一个定值。

即有：

解得：

τ——时间,为了便于计算，可以从驱动开始计时后的不同时刻而设定。

代入式（7）得：

则相应的自激振动速度为：

如果要求系统是稳定的, 也就是说工作台不发生爬行现象，那么就得要求

因此，先令（10）式的左边等于1求得：

从而得出影响爬行现象的主要因素为，动静摩擦力之差，阻尼比和传动刚度等。

3 结论

本文首先介绍机床爬行现象产生的机理，建立进给系统的一种数学模型，然后应用达朗贝尔原理列出进给系统的微分方程。推导出发生爬行现象的临界速度的公式，确定各个影响因素。进而确定降低爬行现象发生的有效措施：减少动、静摩擦力之差，提高传动刚度K和增加阻尼比等。

[1] 尹明,张晓锋.数控机床进给系统产生爬行的机理分析[J].机械与液压，2007(12):82-83.

[2] 史玉忠.运动部件的爬行现象及防爬措施[J].内蒙古煤炭经济，2003(4):37-38.

[3] 王敏,杨兰玉.机床导轨爬行现象的研究[J].煤矿机械，2004(3):35-37.

[4] 郭桂梅,梁艳书.机床导轨爬行现象的产生机理研究[J].机床与液压，2008(3):21-22.

[5] 王万新.机床爬行现象的机理研究[J].机械工程与自动化，2007(4):171-173.

The Research About The Crawl Of CNC Machine Tool

YE Hai－ping

（Mechanical and Automation Engineering, Zhangzhou Institute of Technology Zhangzhou, 363000, China）

When the CNC machine tool feeds at a low speed, its speed will became instable which is harmful to the machining accuracy and surface quality.The paper focus on establishing one math model of feeding system,the analysis of the crawl velocity,the research on the factors about the creeping speed, at last verifying it with.

crawl;CNC Machine Tool;NC

（责任编辑：季平）

2011－01－10

叶海平（1982－），男，福建漳州人，硕士研究生，研究方向：数控技术。

TG659

A

1673-1417（2011）01-0017-03