數(shù)控磨齒機(jī)液壓系統(tǒng)典型故障分析與保養(yǎng)

宗建軍

（南車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所有限公司 江蘇常州）

德國NILES公司生產(chǎn)的 ZE系列數(shù)控磨齒機(jī)是緊湊型結(jié)構(gòu)的高精度數(shù)控成形磨齒機(jī)，公司共引進(jìn)ZE400-ZE1200多種型號的數(shù)控磨齒機(jī)13臺(tái)。磨齒機(jī)采用西門子840D數(shù)控系統(tǒng)，共有5個(gè)數(shù)控軸，X軸（行程溜板軸向運(yùn)動(dòng)）、Y軸（主立柱徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)）、Z軸（主軸溜板橫向運(yùn)動(dòng)）、B軸（回轉(zhuǎn)座的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)）、A軸（旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)分度運(yùn)動(dòng)），其中Z、Y、X、A可4軸聯(lián)動(dòng)。機(jī)床液壓系統(tǒng)由Bosch Rexroth制造，采用集中式液壓站（圖1），使用符合ISO HM68標(biāo)準(zhǔn)的液壓油，主要用于機(jī)床立柱靜壓導(dǎo)軌、工作臺(tái)靜壓軸承、回轉(zhuǎn)座夾緊、尾座行程與潤滑。

一、典型故障分析及排除

圖1 集中式液壓站

1.串油及油箱油位增加

在機(jī)床加工使用中發(fā)現(xiàn)液壓站油箱油位會(huì)持續(xù)增加，同時(shí)目視液壓油變色，懷疑冷卻油串入液壓油箱。

對機(jī)床進(jìn)行全面檢查，由于磨齒機(jī)為全封閉式加工，在磨削時(shí)冷卻油會(huì)四處噴濺，充滿整個(gè)機(jī)床內(nèi)部。機(jī)床X軸和Y軸兩側(cè)都有防護(hù)板或防護(hù)簾，將整個(gè)主立柱封閉，其內(nèi)部為潤滑和液壓系統(tǒng)，潤滑油仍回油箱。防護(hù)板和防護(hù)簾的完好性非常重要，否則冷卻油極容易通過立柱內(nèi)空間進(jìn)入液壓油箱。另外，立柱兩側(cè)機(jī)床底部要時(shí)常清理，否則冷卻油也容易通過團(tuán)狀磨削贓物從立柱側(cè)面滲入立柱內(nèi)部。

Y軸為磨齒機(jī)磨齒時(shí)的沖程運(yùn)動(dòng)，上下運(yùn)動(dòng)頻繁，故兩側(cè)防護(hù)板容易產(chǎn)生問題。防護(hù)板為兩層，外層為金屬板，內(nèi)層為尼龍材料。維修時(shí)，發(fā)現(xiàn)防護(hù)板內(nèi)層尼龍材料裂口，對裂口處進(jìn)行縫接加固。后續(xù)通過讓操作工每日點(diǎn)檢防護(hù)板、液壓站油位，有異常及時(shí)維修，另要求及時(shí)檢查和清潔Y軸兩側(cè)磨削贓物，故障得以消除。

2.油箱油位在磨削斜齒時(shí)持續(xù)減少

機(jī)床在加工斜齒時(shí)發(fā)現(xiàn)液壓油會(huì)持續(xù)緩慢減少，但在加工直齒時(shí)正常，檢查外部液壓站和機(jī)床內(nèi)油管無滲漏處。查閱圖紙，機(jī)床B軸旋轉(zhuǎn)鎖緊是采用5點(diǎn)式鎖緊機(jī)構(gòu)，每個(gè)點(diǎn)用油缸碟簧片鎖緊（圖2），共有5套鎖緊機(jī)構(gòu)。B軸靠碟簧力鎖緊，靠液壓推動(dòng)油缸松開。機(jī)床加工斜齒時(shí)，根據(jù)工件硬度會(huì)設(shè)定每加工3～8個(gè)齒后B軸會(huì)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)到0°進(jìn)行砂輪修整，修整完畢再旋轉(zhuǎn)至所加工斜齒輪的螺旋角度后進(jìn)行加工。B軸運(yùn)動(dòng)時(shí)電磁閥先動(dòng)作，液壓油進(jìn)入油缸，推動(dòng)油缸克服圖2中BE 35-17的碟簧力，放松B軸。而加工直齒時(shí)B軸不動(dòng)作。圖2中BE 35-15、BE 35-16采用的密封件，由一個(gè)橡膠O形圈及聚四氟乙烯圈組合成。目視檢查機(jī)床B軸旋轉(zhuǎn)時(shí)油缸有漏油現(xiàn)象，液壓壓力正常。

圖2 油缸碟簧片鎖緊結(jié)構(gòu)

將機(jī)床X軸開至合適位置，進(jìn)入機(jī)床立柱內(nèi)部拆卸漏油的B軸鎖緊機(jī)構(gòu)，可通過加長套筒扳手將鎖緊機(jī)構(gòu)整體拆出。解體油缸，更換磨損的密封后回裝。安裝鎖緊機(jī)構(gòu)時(shí)注意要在完全擰緊后再松動(dòng)3/4圈，從而使碟簧片彈力調(diào)至最佳。中部的3個(gè)鎖緊機(jī)構(gòu)在機(jī)床立柱內(nèi)便可觀察和更換，回轉(zhuǎn)座兩側(cè)的2個(gè)鎖緊機(jī)構(gòu)無法直接觀察，一般要打開X軸下部的防護(hù)板。如漏油，需將整個(gè)回轉(zhuǎn)座拆卸，才能檢查維修兩側(cè)的鎖緊機(jī)構(gòu)。拆卸回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)時(shí)要先將X軸電機(jī)、絲杠、直線導(dǎo)軌副與光柵尺讀數(shù)頭支座拆除和脫離，并注意回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的支撐和吊裝，修復(fù)安裝后也要注意對各軸系重新做零點(diǎn)位置標(biāo)定。

3.ZE400機(jī)床加工時(shí)液壓泵啟動(dòng)加載頻繁

ZE400在加工時(shí)液壓系統(tǒng)壓力值下降快，液壓泵啟動(dòng)加載頻繁。檢查機(jī)床液壓站及各管路無泄漏情況，液壓油箱油位無明顯變化。拆檢系統(tǒng)主溢流閥無異常，與相同機(jī)床的正常溢流閥進(jìn)行互換，故障依舊。用蓄能器專用充氣工具檢查液壓系統(tǒng)蓄能器內(nèi)氮?dú)鈮毫?.3 MPa，壓力過低。

準(zhǔn)備滿瓶的標(biāo)準(zhǔn)氮?dú)馄亢蛯Ｓ贸錃夤ぞ?，首先釋放液壓系統(tǒng)壓力，用專用充氣工具連接氮?dú)馄亢托钅芷?，旋轉(zhuǎn)開啟閥頂開蓄能器單向閥，緩慢開啟氮?dú)馄拷刂归y進(jìn)行充氣，直至蓄能器壓力至3 MPa（該型號機(jī)床額定壓力）。依次關(guān)閉截止閥和開啟閥，并打開放氣開關(guān)，放掉充氣氣路中的殘留氣體，一般可重復(fù)1～2次，直至蓄能器內(nèi)壓力符合標(biāo)準(zhǔn)。開啟機(jī)床，故障隨之消失。對帶有蓄能器保壓的液壓系統(tǒng)，要定期檢查蓄能器壓力，低于規(guī)定的充氣壓力時(shí)應(yīng)及時(shí)充氣，以使蓄能器處于最佳使用狀態(tài)。另外，保壓回路中的單向閥和溢流閥的好壞，同樣是造成故障的因素。

4.液壓系統(tǒng)無法開啟

ZE800開啟機(jī)床，液壓上電后操作面板上指示燈反復(fù)閃爍，無法上電。復(fù)位后報(bào)警：701038打開時(shí)間超時(shí)，見順序錯(cuò)誤。檢查機(jī)床液壓系統(tǒng)無異常，檢查冷卻潤滑劑處理裝置時(shí)，發(fā)現(xiàn)回油泵控制斷路器斷開。經(jīng)分析，NILES ZE系列機(jī)床共配了兩種型號的冷卻潤滑劑處理裝置，一種為HOFFMANN的OEDRK190-U-2型，采用該型號處理裝置的機(jī)床，在冷卻潤滑劑處理裝置發(fā)生故障時(shí)液壓能上電，同時(shí)機(jī)床報(bào)警：700100冷卻系統(tǒng)沒有就緒。只需將故障排除后，便可消除報(bào)警。另一種為KNOLL的FKA/2500型，采用該型號冷卻潤滑劑處理裝置的機(jī)床，會(huì)出現(xiàn)上述701038報(bào)警后的故障現(xiàn)象。

檢查故障機(jī)床的回油泵支路，發(fā)現(xiàn)回油泵吸口有贓物堵塞，清除堵塞物同時(shí)檢查電機(jī)的三相電阻及電壓，均正常。復(fù)位斷路器后，消除了冷卻潤滑劑處理裝置報(bào)警。重新對機(jī)床液壓系統(tǒng)上電，機(jī)床恢復(fù)正常。

在數(shù)控磨齒機(jī)的維修中，要區(qū)別兩種型號冷卻潤滑劑處理裝置的機(jī)床，對采用KNOLL裝置的機(jī)床，在液壓無法上電時(shí)，除了檢查液壓系統(tǒng)外，同時(shí)要檢查和排除冷卻潤滑劑處理裝置的故障因素。

5.機(jī)床Y軸軸承沒有靜壓力

機(jī)床工作中報(bào)警：700727，Y軸軸承沒有靜壓力，無法復(fù)位消除。檢查液壓站及到Y(jié)軸的液壓管路無異常，發(fā)現(xiàn)S213數(shù)顯壓力傳感器顯示為0.5 MPa，其設(shè)定值應(yīng)為3.8 MPa（Y軸靜壓壓力額定值），導(dǎo)致未觸發(fā)傳感器OUT信號，機(jī)床產(chǎn)生報(bào)警。初步懷疑是溢流閥2.02故障，將正常機(jī)床的相同溢流閥進(jìn)行交換后故障依舊。利用疊加閥塊上預(yù)留的MPE快接口，連接壓力表檢查溢流閥的前端壓力（也是液壓泵的出口壓力）為零，確定為液壓泵故障。

機(jī)床采用的是REXROTH的三聯(lián)多級泵（圖3），第一級為葉片泵P1，后兩級為齒輪泵P2、P3，由一個(gè)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。Y軸靜壓由最后一級泵P3供油，額定輸出壓力4 MPa。對多級泵體進(jìn)行拆檢，發(fā)現(xiàn)第二、三級泵的聯(lián)軸套磨損（圖4）,造成多級泵工作時(shí)第三級泵軸空轉(zhuǎn)，導(dǎo)致上述故障。由于現(xiàn)場急需恢復(fù)機(jī)床，且REXROTH泵的供貨周期較長，后根據(jù)泵的聯(lián)軸套和泵軸的磨損情況，將原“十字形”的聯(lián)軸套改為“一字形”結(jié)構(gòu)。安裝后液壓泵能正常工作，壓力平穩(wěn)無擺差，泵無異聲，機(jī)床試機(jī)后一切正常。新泵購回后換裝，將改裝的泵作為備用泵使用。

圖3 REXROTH三聯(lián)多級泵

圖4 聯(lián)軸套磨損

二、數(shù)控磨齒機(jī)液壓系統(tǒng)維護(hù)保養(yǎng)

NILES ZE系列數(shù)控磨齒機(jī)的液壓系統(tǒng)運(yùn)行可靠，故障率較低。液壓系統(tǒng)的液壓油，由機(jī)床冷卻潤滑劑處理裝置上的空調(diào)來保持溫度恒定。液壓系統(tǒng)主要過濾器都采用壓力過濾器，濾芯的污染由污染度傳感器監(jiān)控，機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)也會(huì)有故障信息提示。

（1）液壓油品質(zhì)非常重要。由于NILES ZE系列數(shù)控磨齒機(jī)結(jié)構(gòu)的特殊性，使其容易發(fā)生串油故障，在日常點(diǎn)檢和維保上要注意相關(guān)因素的排查和保養(yǎng)。機(jī)床年度小修時(shí)，將液壓油樣品委托油品供應(yīng)商進(jìn)行相關(guān)檢測，根據(jù)檢測報(bào)告來判斷油品是否繼續(xù)使用。平時(shí)添加液壓油時(shí)，要徹底清潔加油和通風(fēng)過濾器，加油時(shí)最好使用10 μm的過濾器過濾。

（2）冷卻潤滑劑處理裝置中的空調(diào)要加強(qiáng)巡檢，定期檢查其工作情況，尤其要注意壓縮機(jī)油位、冷媒壓力、是否有結(jié)霜、過濾棉和冷卻柵格的清潔程度等，保證空調(diào)工作正常。

（3）定期緊固液壓系統(tǒng)各管接頭、法蘭盤接頭和各疊加閥緊固螺釘，保證無滲漏。對液壓系統(tǒng)的液壓軟管要仔細(xì)檢查，有破皮、鼓包現(xiàn)象時(shí)及時(shí)更換。一般從軟管標(biāo)識(shí)的生產(chǎn)日期開始，使用滿6年后必須更換。

（4）年度小修時(shí)，對紙質(zhì)濾芯必須更換，對金屬網(wǎng)式濾芯進(jìn)行徹底清洗，如更換液壓油時(shí)對油箱也要徹底清洗。

（5）建立操作員工設(shè)備日常點(diǎn)檢、維修人員日常巡檢、設(shè)備年度維保計(jì)劃、設(shè)備年度小修計(jì)劃的維保體系。推行設(shè)備日常維修記錄檔案和設(shè)備履歷本制度，來記錄每臺(tái)設(shè)備的日常維修、維護(hù)保養(yǎng)、精度檢測、數(shù)據(jù)備份等相關(guān)信息，便于追溯和學(xué)習(xí)。