數(shù)控機(jī)床液壓系統(tǒng)典型故障及處理方法

摘 要：液壓系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分，其工作性能直接影響機(jī)床加工工件的精度和質(zhì)量。液壓系統(tǒng)常見的故障有系統(tǒng)振動(dòng)和噪音、系統(tǒng)沖擊、系統(tǒng)爬行、卡緊故障和系統(tǒng)溫升等五類，針對(duì)這幾種類型的故障產(chǎn)生原因及相應(yīng)的處理方法做了細(xì)致闡述，對(duì)于提高數(shù)控機(jī)床加工性能及液壓系統(tǒng)維護(hù)起到積極作用。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；液壓系統(tǒng)；振動(dòng)與噪音；爬行故障

前言

隨著現(xiàn)代電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，極大的提高了數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化程度和精度，促進(jìn)了數(shù)控機(jī)床的高速發(fā)展。液壓系統(tǒng)由于其廣泛的工藝適應(yīng)性、良好的操控性和低成本優(yōu)點(diǎn)，在數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用愈來愈廣泛，并成為現(xiàn)在數(shù)控機(jī)床的重要組成部分，例如，主軸的自動(dòng)裝卡、主軸箱齒輪的變檔和主軸軸承的潤滑、自動(dòng)對(duì)刀裝置等，一般采用液壓系統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床液壓系統(tǒng)的性能直接影響加工工件的質(zhì)量，例如，卡緊力下降導(dǎo)致刀具損壞和產(chǎn)品報(bào)廢，自動(dòng)控制失靈，工作機(jī)構(gòu)產(chǎn)生間歇運(yùn)動(dòng)使工件的精度或者質(zhì)量下降、廢品率增高等。因此，加強(qiáng)數(shù)控機(jī)床液壓系統(tǒng)故障診斷與故障處理是加工質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。

數(shù)控機(jī)床液壓系統(tǒng)常見故障包括液壓系統(tǒng)振動(dòng)與噪聲、液壓系統(tǒng)的沖擊、液壓系統(tǒng)的爬行、液壓系統(tǒng)的卡緊、液壓系統(tǒng)的溫升等五種類型。

1 液壓系統(tǒng)振動(dòng)和噪音

1.1 液壓系統(tǒng)振動(dòng)和噪音產(chǎn)生

液壓系統(tǒng)的振動(dòng)和噪聲的主要來源有：①液壓泵的工作頻率與數(shù)控機(jī)床固有頻率產(chǎn)生的系統(tǒng)共振；②液壓泵吸油管路的氣穴，液壓油混合空氣后，氣泡在高壓作用下瞬間釋放，產(chǎn)生高頻沖擊，使泵產(chǎn)生很大的壓力脈動(dòng)，進(jìn)而激發(fā)成高頻噪音；③液壓泵的吸空及由此產(chǎn)生的氣蝕，主要液壓泵吸入口吸進(jìn)的液壓油混有空氣而產(chǎn)生的氣蝕，增加系統(tǒng)噪聲，從而產(chǎn)生振動(dòng)和噪音，同時(shí)還影響液壓泵的容積效率，使液壓油容易變質(zhì)，所以這是液壓系統(tǒng)中不允許存在的現(xiàn)象。④系統(tǒng)管路振動(dòng)和噪聲。系統(tǒng)中泵體、閥門等元件的共振產(chǎn)生的，同時(shí)管路死彎過多、太細(xì)、截面積變化以及固定部件的松動(dòng)也是產(chǎn)生噪聲的原因。

1.2 故障處理

此類故障的處理方法，一般可以采取以下措施進(jìn)行處理：排除吸油管路的氣穴主要有：通過增加吸油管路直徑、減少或避免吸油管路的彎曲，從而降低吸油速度、減少管道阻力；選用適當(dāng)?shù)奈蜑V油器，注意檢查、清洗，避免濾芯的堵塞；液壓泵的吸油口吸入高度盡量控制在500mm以內(nèi)。

液壓泵的吸空則可以采取以下措施：保證液壓泵及吸油管路間各連接密封可靠無泄漏；油箱中設(shè)置隔板，延長氣泡在油氣中的分離時(shí)間，回油管路中回油箱的回油速度不應(yīng)過快；油箱中有足夠的液壓油，保證吸油管侵入油箱2/3以上，盡量縮短吸油管路長度，有效防止過量空氣侵入。

控制閥噪聲及管路振動(dòng)和噪聲可以通過改變管路長度來改變管路固有振動(dòng)頻率，同時(shí)對(duì)一些閥的安裝進(jìn)行位置變化還要合理設(shè)計(jì)管路，控制流體速度，避免有死彎，使截面積變化要逐漸過渡來降低。

2 液壓系統(tǒng)的沖擊

2.1 液壓系統(tǒng)沖擊的產(chǎn)生

在液壓系統(tǒng)中，管路內(nèi)液體流動(dòng)方向的迅速改變或停止運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致在管路內(nèi)形成一個(gè)很高的壓力峰值，這種現(xiàn)象叫液壓沖擊。液壓沖擊產(chǎn)生的原因主要有閥口的突然關(guān)閉，運(yùn)動(dòng)部件突然被制動(dòng)、減速或停止產(chǎn)生的液壓沖擊。

2.2 液壓系統(tǒng)沖擊故障的處理

減小液壓沖擊的措施：（1）延長閥門關(guān)閉時(shí)間和運(yùn)動(dòng)部件的制動(dòng)時(shí)間。實(shí)踐證明，運(yùn)動(dòng)部件的制動(dòng)時(shí)間大于0.2s時(shí)，液壓沖擊就可大為減輕。

（2）限制管道中液體的流速和運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)速度。在機(jī)床液壓系統(tǒng)中，管道中液體的流速一般應(yīng)限制在4.5m/s以下，運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)速度一般不宜超過10m/min。

（3）適當(dāng)加大管道直徑，盡量縮短管路長度。

（4）在液壓元件中設(shè)置緩沖裝置（如液壓缸中的緩沖裝置），或采用軟管以增加管道的彈性。

（5）在液壓系統(tǒng)中設(shè)置蓄能器或安全閥。

3 液壓系統(tǒng)的爬行

機(jī)床中的爬行現(xiàn)象十分有害，特別是在數(shù)控機(jī)床的液壓系統(tǒng)中，爬行將直接影響工件的表面加工質(zhì)量，縮短刀具使用壽命，因此，消除爬行是實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)穩(wěn)定性和提高機(jī)床加工精度的重要措施。

3.1 驅(qū)動(dòng)剛性差引起爬行及處理

空氣混入液壓油后，一部分溶于油液中，一部分形成氣泡浮在壓力油中。因?yàn)榭諝庥袎嚎s性，致使液壓油產(chǎn)生明顯的彈性，造成系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)剛性差而引起爬行。

因此，消除此類故障可以有以下方法：提高零件在制造、裝配時(shí)的加工精度，嚴(yán)格控制公差、配合間歇；各管道部位加強(qiáng)緊固，防止產(chǎn)生泄漏；為保證系統(tǒng)中各部分能經(jīng)常充滿油液，泵出口應(yīng)安裝單向閥，回油回路設(shè)置背壓閥；優(yōu)化液壓系統(tǒng)，設(shè)置排氣塞或放氣閥，防止系統(tǒng)出現(xiàn)局部真空的發(fā)生。

3.2 低速運(yùn)動(dòng)時(shí)摩擦力變化引起的爬行

機(jī)床的爬行現(xiàn)象主要發(fā)生在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)，此時(shí)兩導(dǎo)軌面之間難以形成高速運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)壓油膜。這時(shí)兩導(dǎo)軌表面的微峰直接接觸而發(fā)生塑性變形導(dǎo)致接觸面局部高熱，出現(xiàn)金屬分子的粘著，也稱“冷焊”，這時(shí)兩導(dǎo)軌間的磨擦系數(shù)是相當(dāng)大的。

此時(shí)，可以采取修復(fù)或更換液壓泵內(nèi)的零件，嚴(yán)格保證裝配間隙要求，從而減少液壓泵的泄漏進(jìn)而保證充足的潤滑油量。同時(shí)可在液壓油中加入添加劑，以改善潤滑油的性能。

3.3 元件磨損引起爬行

液壓系統(tǒng)中，液壓元件閥類零件磨損將增大配合間隙，部分高壓油與低壓油互通，引起壓力不足。此外，液壓缸活塞與缸體內(nèi)孔配合間歇因磨損而增大，發(fā)生內(nèi)泄露，使液壓缸活塞兩端壓差減小，導(dǎo)致推力減小，致使在低速時(shí)因摩擦力的變化而產(chǎn)生爬行。

因此，對(duì)于此類爬行故障應(yīng)認(rèn)真檢驗(yàn)配合間歇，配做或重配元件，以保證配合間隙，已壞的工件則需要及時(shí)更換。

4 液壓系統(tǒng)的卡緊

液壓系統(tǒng)的液壓卡緊，一般是指當(dāng)閥芯停止運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間（大約2～5min）后，產(chǎn)生很大的阻力，致使閥芯重新移動(dòng)十分困難，這種故障將加速滑閥的磨損，降低元件的壽命，同時(shí)危害系統(tǒng)正常運(yùn)行。產(chǎn)生此類故障主要有以下原因：①油液中極性分子的吸附作用：產(chǎn)生液壓卡緊后，由于油液的極性分子的吸附作用，卡緊故障會(huì)在較長的時(shí)間后才能消除。②雜質(zhì)堵塞引起液壓卡緊：液壓油在工作過程中，會(huì)避免產(chǎn)生許多雜質(zhì)，雜質(zhì)的楔入將形成液壓卡緊發(fā)生，因此應(yīng)嚴(yán)格控制閥孔與閥芯的配合精度，并通過精密過濾液壓油來提高油液的潔凈度。③徑向力不平衡引起的液壓卡緊：液壓滑閥副間的形狀誤差和同軸度變化引起徑向力不平衡而產(chǎn)生液壓卡緊，也是其中的因素之一。

5 液壓系統(tǒng)的溫升

液壓油的溫升是數(shù)控機(jī)床液壓系統(tǒng)常見故障之一，其原因主要有：①系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理：節(jié)流方式不當(dāng)，系統(tǒng)在非工作過程中無有效的卸荷措施，大量壓力油耗損而發(fā)熱。②機(jī)械損耗大：由于液壓元件的加工精度和裝配精度不合要求、密封不嚴(yán)造成。③油液流速太大。④油液粘度過高。⑤環(huán)境溫度過高及散熱狀況不良。⑥溢流閥溢流油液較多等。因此，可以采取優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、提高液壓回路安裝精度、選用合理液壓元件、改善散熱等措施，防止系統(tǒng)油液溫度升高而危害系統(tǒng)元件的正常操作、影響系統(tǒng)性能。

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