機(jī)床工作臺(tái)爬行現(xiàn)象問題的若干思考

高德學(xué) 牟平生

（1.西儀集團(tuán)有限責(zé)任公司 西安 710082；2.西安立鑫電器有限公司 西安 710077）

機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)件，當(dāng)其運(yùn)行速度低到一定值（如0.5mm/min）時(shí)，往往不是作連續(xù)勻速運(yùn)動(dòng)，而是時(shí)走時(shí)停、忽快忽慢，這種現(xiàn)象稱之為爬行。嚴(yán)重影響著工作的表面質(zhì)量和尺寸精度，由于引起其原因復(fù)雜，往往不易排除。

爬行是機(jī)床常見而不正常的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，主要出現(xiàn)在機(jī)床各傳動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行部件上（如刀架系統(tǒng)、工作臺(tái)等），且一般在低速運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)較多。運(yùn)動(dòng)速度較低時(shí)，潤(rùn)滑油被壓縮，油膜變薄，油楔作用降低，部分油膜破壞，摩擦面阻力發(fā)生變化。在通常情況下，輕微程度的爬行存在不易察覺的振動(dòng)，顯著的爬行則產(chǎn)生大距離地跳動(dòng)。

1 機(jī)床爬行原因分析

爬行是指機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件低速運(yùn)行時(shí)的不平穩(wěn)性，表現(xiàn)為有規(guī)律的一停一躍。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，以磨床居多數(shù)，會(huì)嚴(yán)重影響工作的表面質(zhì)量和尺寸精度。引起爬行的主要原因，是因摩擦因數(shù)隨運(yùn)動(dòng)速度的變化和傳動(dòng)系統(tǒng)存在剛性不足而引起的。機(jī)床在實(shí)際使用中，爬行現(xiàn)象主要表現(xiàn)為當(dāng)傳動(dòng)系統(tǒng)剛性的不足，驅(qū)動(dòng)力與負(fù)載摩擦阻力產(chǎn)生波動(dòng)變化或者是在機(jī)床液壓系統(tǒng)中有空氣侵入、液壓元件間隙增大及機(jī)械裝置自身原因都可能引起爬行故障。

產(chǎn)生原因可用實(shí)例來說明:假設(shè)有一原動(dòng)件通過作用彈簧推動(dòng)另一從動(dòng)件，當(dāng)原動(dòng)件以等速向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過作用彈簧推動(dòng)從動(dòng)件在平面上滑行，起始后需要壓縮彈簧一段距離，直到足以能克服從動(dòng)件的靜摩擦力時(shí)，從動(dòng)件才會(huì)起動(dòng)，此時(shí)彈簧蓄能。當(dāng)從動(dòng)件起動(dòng)后，由于動(dòng)摩擦因數(shù)小于靜摩擦因數(shù)，于是使從動(dòng)件獲得一個(gè)加速度，此時(shí)彈簧放能。如果移動(dòng)速度很慢，彈簧的壓縮量又較大，那么從動(dòng)件的速度就會(huì)迅速超過原動(dòng)件，產(chǎn)生一個(gè)跳躍，直到彈簧壓力和動(dòng)摩擦力平衡后，從動(dòng)件開始減速，但因?yàn)閼T性，從動(dòng)件還會(huì)再向前沖一段距離。至此，從動(dòng)件就會(huì)失去了原動(dòng)力而停了下來，直到原動(dòng)件重新壓縮彈簧到能克服從動(dòng)件的靜摩擦力時(shí)，又會(huì)重復(fù)上述循環(huán)過程。

實(shí)例和實(shí)際導(dǎo)軌副產(chǎn)生爬行的機(jī)制十分相似。機(jī)床的溜板或工作臺(tái)可以視作為從動(dòng)件，機(jī)床的導(dǎo)軌可以視作平面，由于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不可能是完全剛性的，在運(yùn)行過程中不可避免地存在彈性變形，因此可以認(rèn)為是具有壓縮彈簧的作用，這樣，溜板或工作臺(tái)在低速運(yùn)行時(shí)就會(huì)出現(xiàn)如同作用彈簧推動(dòng)從動(dòng)件時(shí)的情景。

2 解決對(duì)策

通過改善導(dǎo)軌摩擦特性，改善導(dǎo)軌摩擦特性就是降低摩擦阻力和減小靜、動(dòng)摩擦因數(shù)之差，可以解決機(jī)床溜板或工作臺(tái)的爬行問題。為此，可采取以下措施:

(1)滑動(dòng)面的加工方法，從降低摩擦阻力的角度看，對(duì)機(jī)床導(dǎo)軌付表面的加工，總的來說是磨削比刮削好。試驗(yàn)表明，上導(dǎo)軌面使用碗形砂輪進(jìn)行端面磨削，下導(dǎo)軌面使用盤形砂輪進(jìn)行周邊磨削，即可獲得很好的效果；其次是下導(dǎo)軌面使用碗形砂輪進(jìn)行端面磨削，對(duì)上導(dǎo)軌面進(jìn)行刮削。當(dāng)上、下導(dǎo)軌面都為磨削表面時(shí)，其接觸情況應(yīng)用著色進(jìn)行檢驗(yàn)。

對(duì)刮削的導(dǎo)軌面，其摩擦阻力與接觸點(diǎn)數(shù)有關(guān)，點(diǎn)數(shù)少說明接觸面積小，比壓大，導(dǎo)軌付之間不易形成油膜。但也不是接觸點(diǎn)數(shù)越多越好，若接觸點(diǎn)數(shù)太多，超過每25mm×25mm之內(nèi)20～25點(diǎn)，且大多數(shù)接觸點(diǎn)呈尖峰狀，同樣不利于形成油膜，此時(shí)會(huì)造成尖峰與尖峰接觸，使摩擦阻力增大。

(2)在上導(dǎo)軌表面粘貼塑料板、聚四氟乙烯、尼龍等，可使摩擦因數(shù)和靜、動(dòng)摩擦因數(shù)之差降低60%左右，對(duì)防止爬行有顯著效果。但塑料的導(dǎo)熱性差，通常在鑄鐵對(duì)鑄鐵進(jìn)行滑動(dòng)時(shí)，摩擦熱將同時(shí)從兩個(gè)滑動(dòng)表面上傳導(dǎo)出去，如果一個(gè)表面是塑料，這時(shí)就會(huì)阻礙熱的傳導(dǎo)。在重載和高速的情況下，大量摩擦熱會(huì)使機(jī)床床身溫度很快上升，由此產(chǎn)生的熱變形足以破壞機(jī)床的原始精度。

(3)在低速運(yùn)行時(shí)，導(dǎo)軌潤(rùn)滑只能是處于邊界潤(rùn)滑狀態(tài)（介于干摩擦和液體摩擦之間的一種狀態(tài)），而一般潤(rùn)滑油的邊界油膜都不夠強(qiáng)固，容易出現(xiàn)干摩擦。因此，為排除爬行，宜采用專用的防爬導(dǎo)軌油，在其中加入了各種添加劑，增強(qiáng)潤(rùn)滑油的吸附及楔入能力，以提高邊界油膜的強(qiáng)度，防止干摩擦，對(duì)降低摩擦阻力，防止爬行，有一定的效果。潤(rùn)滑油的粘度，從防止爬行的角度看，宜選用粘度大的潤(rùn)滑油。但工作臺(tái)負(fù)荷分布不均時(shí)，導(dǎo)軌各處的油膜厚薄不均，從而引起工作臺(tái)傾斜，降低了機(jī)床的加工精度。

(4)對(duì)新的或大修后的機(jī)床，由于導(dǎo)軌面上的刮削或磨削的刀痕較深，以致摩擦阻力較大。這里可在導(dǎo)軌面上涂敷薄薄一層氧化鉻，用手動(dòng)的方法（切勿使用機(jī)動(dòng)）對(duì)研幾個(gè)來回，對(duì)排除爬行有一定效果。

(5)采用靜壓導(dǎo)軌，實(shí)現(xiàn)完全的液體摩擦，可以從根本上解決機(jī)床工作臺(tái)的爬行問題。但是，成功地應(yīng)用靜壓導(dǎo)軌并不是很簡(jiǎn)單的事，也不是在所有場(chǎng)合都可以使用，比如在當(dāng)外圓磨床工作臺(tái)采用很單薄的構(gòu)件時(shí)，由于工件往往被頂?shù)眠^緊，于是工作臺(tái)就因產(chǎn)生彈性變形而拱凸起來，使靜壓油膜難以形成。因此，在改造老設(shè)備時(shí)，若準(zhǔn)備采用靜壓導(dǎo)軌，應(yīng)綜合考慮技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟(jì)上問題。 驅(qū)動(dòng)阻力的主要組成部分是導(dǎo)軌副之間的摩擦阻力，和正壓力成正比，所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量減輕運(yùn)動(dòng)部件的重量。在維修上，應(yīng)排除因零件質(zhì)量或裝配不善而引起的附加阻力。機(jī)床如果是采用齒輪齒條進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，故障會(huì)是因偏斜或偏心導(dǎo)致傳動(dòng)副之間的嚙合不均或嚙合過緊而引起的。如果是采用液壓驅(qū)動(dòng)，問題大多會(huì)出在油缸上，包括:油缸兩端支架上的密封圈壓得過緊或太松、活塞桿兩端螺母擰得太緊，以至兩端不同心、活塞桿和活塞的不同心、活塞桿的彎曲、缸體內(nèi)孔形狀精度不良、油缸安裝和導(dǎo)軌不平行和缸內(nèi)腐蝕拉毛等發(fā)生故障的原因。另外，還需檢查楔鐵是否彎曲，楔鐵和壓板之間是否調(diào)整得過緊等故障根源。在找出原因后，就可以采取針對(duì)性措施性來加以改進(jìn)。

3 應(yīng)注意的問題

在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的總剛度中，最后一個(gè)環(huán)節(jié)的剛度往往會(huì)有決定性的影響，這是設(shè)計(jì)上必須注意的一個(gè)問題。而在維修上，應(yīng)注意排除液壓系統(tǒng)中的空氣。油液是不可壓縮的，油液本身的壓縮性極小。但空氣的壓縮性卻很大，一旦侵入液壓系統(tǒng)后，一部分溶解于壓力油之中，另一部分就形成氣泡浮游在油面里，隨著液壓系統(tǒng)工作循環(huán)而產(chǎn)生反復(fù)的壓縮和膨脹，起到了“彈簧”的作用，于是導(dǎo)致了機(jī)床工作臺(tái)的爬行。

空氣入侵液壓系統(tǒng)的原因是多方面的，除了接頭松動(dòng)以及密封損壞等原因外，大多數(shù)是由于油泵吸油不暢，在吸油管中造成負(fù)壓所致。是否有空氣侵入以及侵入的程度，一般可根據(jù)油池表面是否有氣泡來判斷。為了排出液壓系統(tǒng)中的空氣，有些機(jī)床設(shè)置了排氣裝置，如果沒有排氣裝置，則可啟動(dòng)液壓系統(tǒng)，使工作臺(tái)處于最大行程上的快速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，強(qiáng)迫排出空氣。

4 結(jié)語

進(jìn)給運(yùn)動(dòng)中的爬行現(xiàn)象破壞了系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的均勻性，不僅使被加工件的精度和表面質(zhì)量下降，也會(huì)破壞液壓系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，使機(jī)床導(dǎo)軌加速磨損，甚至產(chǎn)生廢品和事故。

在實(shí)際工作中，只要采取行之有效的方法和措施，就會(huì)將機(jī)床運(yùn)動(dòng)中的爬行現(xiàn)象降低到最小的極限，從而保證機(jī)床的正常工作。

[1]王東鋒.液體靜壓導(dǎo)軌及在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究[J].液壓氣動(dòng)與密封, 2003(10): 25－27.