數(shù)控機(jī)床液壓與氣壓系統(tǒng)引發(fā)的故障及其診斷技術(shù)

張冬煒

摘要： 液壓傳動機(jī)構(gòu)擁有結(jié)構(gòu)緊密，運(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn)，是機(jī)床外圍輔助結(jié)構(gòu)的重要構(gòu)成部分。液壓體系是機(jī)床機(jī)構(gòu)的動力和限制體系，液壓體系的運(yùn)行情況關(guān)系到整部機(jī)器的可靠性和產(chǎn)品的功能。液壓體系構(gòu)造的復(fù)雜性為故障修理帶來了一些麻煩。本文對于機(jī)床液壓體系最普遍的故障種類和預(yù)防方法進(jìn)行研究，并且敘述了維護(hù)方式的應(yīng)用，對提高液壓體系運(yùn)行的穩(wěn)定性和質(zhì)量可靠性有巨大的促進(jìn)作用。

Abstract： The hydraulic transmission mechanism has the characteristics of compact structure and stable operation， and is an important part of the peripheral auxiliary structure of the machine tool. The hydraulic system is the power and restriction system of the machine tool mechanism. The operation of the hydraulic system is related to the reliability of the entire machine and the function of the product. The complexity of the hydraulic system structure has brought some troubles to fault repairs. This article studies the most common types of failures and preventive methods in the hydraulic system of machine tools， and describes the application of maintenance methods， which greatly promotes the stability and quality reliability of the hydraulic system.

關(guān)鍵詞： 機(jī)床;液壓系統(tǒng);故障;維護(hù)

Key words： machine tool;hydraulic system;failure;maintenance

中圖分類號：TG659? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?   文章編號：1674-957X（2021）18-0161-03

0? 引言

隨著機(jī)械制造快速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的使用領(lǐng)域變得廣泛，技術(shù)水準(zhǔn)要求變得很高。迄今為止，機(jī)床的發(fā)展方向越來越智能化和自動化，加工制造出來的產(chǎn)品趨向高精度和高質(zhì)量。但是，由于設(shè)備本身原因或者操作者操作不當(dāng)，導(dǎo)致機(jī)床發(fā)生的故障還是很多，特別是液壓和氣壓系統(tǒng)發(fā)生的故障特別明顯，大大影響到了機(jī)械加工制造業(yè)的零件制造速度，因此維護(hù)人員只有對數(shù)控機(jī)床設(shè)備中的液壓和氣壓系統(tǒng)實(shí)行分析研究，掌握導(dǎo)致故障發(fā)生的原因，才能更加好的，有目的的對于系統(tǒng)發(fā)生的故障進(jìn)行判斷和維修，從而解決故障帶來的影響，提升零部件的加工速度和精

確度。

1? 數(shù)控機(jī)床概述

數(shù)控機(jī)床可以加工的零部件種類很多，大多數(shù)是小批次生產(chǎn)，是加工速度很高的自動化生產(chǎn)裝備。數(shù)控機(jī)床主要有銑床、沖床、車床、電加工、磨床和各類加工中心等等。隨著科技的快速發(fā)展，零部件的加工制造規(guī)模不斷增大，使得具有高精度與速度的數(shù)控機(jī)床受到了客戶的關(guān)注，數(shù)控機(jī)床在機(jī)械加工制造行業(yè)得到了快速的進(jìn)展。隨著制造水準(zhǔn)的進(jìn)步，數(shù)控機(jī)床在工作速度和加工精確度都有了很大的突破。

2? 液壓系統(tǒng)常見故障特征及現(xiàn)象

2.1 液壓系統(tǒng)壓力值異常

當(dāng)液壓體系的壓力數(shù)值高于或低于適度的壓力數(shù)值的時候，一般的故障問題可以分成如下幾點(diǎn)：第一，液壓產(chǎn)生的體系壓力無法達(dá)到體系預(yù)定數(shù)值。第二，液壓生產(chǎn)的體系壓力或者控制力不可以保持在原來的水準(zhǔn)上。第三，沒有辦法創(chuàng)建體系壓力。

2.2 液壓系統(tǒng)流量或流速異常

當(dāng)液壓傳動體系出現(xiàn)問題的時候，流量控制部分常見的故障主要有以下幾種：第一種，體系中工作介質(zhì)的實(shí)際流動速度沒有真正達(dá)到設(shè)定的流動速度范圍。第二種，執(zhí)行元件液壓缸或者液壓馬達(dá)的運(yùn)行速率不穩(wěn)定，比如出現(xiàn)激烈沖擊或者減速滑行等。第三種，體系不可以自動變化速度，執(zhí)行元件液壓缸或者液壓馬達(dá)的速度無法自動切

換等。

2.3 液壓系統(tǒng)產(chǎn)生液壓沖擊

當(dāng)液壓體系出現(xiàn)問題的時候，執(zhí)行元件經(jīng)常會發(fā)生沖擊現(xiàn)象，如果液壓體系突然出現(xiàn)激烈抖動而且發(fā)出巨大的聲音，從而造成壓力測量裝備或者流量測量設(shè)備的突然破壞，測量值一直處于大幅度的波動狀態(tài)，進(jìn)而使得液壓體系中液壓油管出現(xiàn)裂痕甚至造成破壞和造成液壓體系的工作部件松動。

2.4 液壓系統(tǒng)故障引起泄漏

當(dāng)液壓或氣壓系統(tǒng)發(fā)生泄漏的時候，常表現(xiàn)的故障現(xiàn)象主要有以下幾種：第一種，液壓或者氣壓體系的實(shí)際調(diào)定壓力數(shù)值不能升高。第二種，液壓或者氣壓體系中的執(zhí)行元件的運(yùn)行速度不穩(wěn)定，有時快有時慢，甚至出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。第三種，造成液壓或者氣壓體系溫度異常，風(fēng)扇異常轉(zhuǎn)動發(fā)出較大響聲。第四種，壓力閥、速度閥、流量閥等控制元件產(chǎn)生較大的噪音或者運(yùn)動幅度。第五種，控制器件不可以正常運(yùn)行，比如流量閥無法進(jìn)行流量調(diào)節(jié)。第六種，液壓體系產(chǎn)生溢油現(xiàn)象，從而造成環(huán)境污染。

3? 常見的數(shù)控機(jī)床液壓系統(tǒng)和PCB數(shù)控鉆床氣壓系統(tǒng)引起的故障分析

3.1 故障檢查方法

機(jī)械加工制造業(yè)內(nèi)常見的數(shù)控機(jī)床主要包括鏜銑加工中心和綜合數(shù)控車等。其中，機(jī)床主要是由刀架、卡盤、靜壓軌道、絲杠、尾架、液壓驅(qū)動機(jī)械手臂和液壓缸件等零部件組成。數(shù)控機(jī)床液壓體系經(jīng)常發(fā)生的故障表現(xiàn)主要有主軸零部件在切削工作的時候劇烈振動，速度變化液壓缸速度切換的時候卡頓，卡盤無法卡緊或者機(jī)械手零部件出現(xiàn)松動，導(dǎo)致抓刀沒有抓緊力。采用三坐標(biāo)原則，對數(shù)控機(jī)床的線路板實(shí)現(xiàn)連續(xù)專門的加工控制。氣壓體系中的傳動元件主要控制對象有控制主軸夾頭的松開或者夾緊工作，控制氣壓體系執(zhí)行元件的啟動，控制Z軸線壓力腳的啟動和控制機(jī)械手臂的取刀工作。基于數(shù)控機(jī)床氣壓體系引起的主要問題包括主軸夾頭松動，使得夾刀沒有辦法夾緊，嚴(yán)重還會導(dǎo)致掉刀。機(jī)械手臂抓刀沒有力氣，取放刀不到位。

對于設(shè)備發(fā)生的故障主要有看、聽、摸、聞、閱和問六種故障檢查辦法。

第一，看。依照常規(guī)故障判斷步驟來“看”，主要是對于體系的壓力波動范圍，看系統(tǒng)檢測到的系統(tǒng)中油液流量變化，看體系元器件振動情況和數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)加工出來的產(chǎn)品是否符合質(zhì)量要求等等。比如，看數(shù)控機(jī)床運(yùn)行速率，如果速度轉(zhuǎn)換不明顯，很有可能屬于速度變換液壓缸的運(yùn)行存在問題，接著判斷是否產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。此外，看到變動速度液壓缸在低速度運(yùn)行的時候是否發(fā)生跳躍式的前進(jìn)等異?，F(xiàn)象。對于這些表面現(xiàn)象，維護(hù)人員可以采用“看”的辦法，對設(shè)備進(jìn)行簡單的故障分析判斷。

第二，聽。依照常規(guī)故障判斷步驟來“聽”，主要是對體系運(yùn)行產(chǎn)生的異常聲音進(jìn)行仔細(xì)傾聽，如果體系發(fā)出異常噪音、猛烈沖擊聲或者是體系中發(fā)生的氣濁或者困油現(xiàn)象，基本可以判斷體系已經(jīng)發(fā)生故障，通過傾聽可以判斷是體系產(chǎn)生的正常聲音還是體系發(fā)生故障產(chǎn)生的故障聲音。比如，對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行維護(hù)的時候，站在液壓泵等時常產(chǎn)生噪音的地方，仔細(xì)聽它產(chǎn)生的聲音是否發(fā)生變化，來判斷它是不是發(fā)生故障。

第三，摸。依照常規(guī)故障判斷步驟來“摸”，主要是觸摸體系運(yùn)行產(chǎn)生的溫度變化，體系零部件和裝配部位松緊程度，或者用手感觸體系震動幅度和爬行速率等。比如，摸機(jī)床的體系油液，判斷油液的粘度是不是出現(xiàn)降低的趨勢，來推斷油液粘度降低是不是因?yàn)轶w系的溫度太高導(dǎo)致的油液粘度降低進(jìn)而導(dǎo)致液壓系統(tǒng)出現(xiàn)一些常規(guī)故障。比如，摸密封圈，判斷密封圈是否發(fā)生形變，來推斷是否是因?yàn)槊芊馊κッ芊庑詫?dǎo)致體系油液泄漏，造成壓力損失。

第四，聞。依照常規(guī)故障判斷步驟來“聞”，主要是聞體系橡膠密封圈、油液變質(zhì)味道等。當(dāng)體系溫度太高的時候，裝配有橡膠的位置就會發(fā)出明顯的氣味，或者系統(tǒng)中油液發(fā)生明顯的味道等等。在一些電磁閥中，也可以通過聞，來判斷電子元器件是否發(fā)生問題。

第五，閱。依照常規(guī)故障判斷步驟來“閱”，工作人員可以通過查看故障設(shè)備的日常檢修手冊，定期檢修卡，維修保養(yǎng)記錄和設(shè)備使用交接記錄等，了解發(fā)生故障的元器件的日常維修保養(yǎng)情況。

第六，問。依照常規(guī)故障判斷步驟來“問”，主要是詢問設(shè)備運(yùn)行條件，故障設(shè)備日常維修或者保養(yǎng)狀況，零部件更換情況和以前是不是發(fā)生類似問題等等，從而確定最后設(shè)備故障產(chǎn)生的原因。除此以外，工作人員還可以結(jié)合有關(guān)機(jī)械裝備方面的資料和故障記錄信息等進(jìn)行符合生產(chǎn)實(shí)際條件的故障分析研究，觀看機(jī)器設(shè)備以前是不是產(chǎn)生相似故障或者查看以前出現(xiàn)的一些問題和維修問題進(jìn)而發(fā)現(xiàn)故障發(fā)生原因。

對于液體體系產(chǎn)生的集中問題檢查方式的研究。診斷問題的方法中看，一般是要看速率，看體系的壓力，看體系的油溫，油液是否存在雜質(zhì)，震動和加工產(chǎn)品質(zhì)量等等。例如看速率，就看液壓缸在工作的時候是否出現(xiàn)爬行情況，也就是液壓缸在很低的速度時，是不是會有跳躍方式前進(jìn)或者有時走有時停的問題，這些都是能夠通過看來判斷的。判斷問題方式中的聽方法，主要是聽是不是有沖擊的聲音，噪聲，氣濁，和油氣的聲音，敲打聲音等等。例如聽噪聲，主要是在那些生成噪音的地方去聽，例如油泵、回流管的回油口、降溫風(fēng)扇等就是經(jīng)常會因?yàn)楣收仙稍胍舻奈恢谩Ｔ\斷故障方式中的摸方法，摸主要是摸溫度，裝配連接件的松緊程度，密封圈是否變形，震動和爬行等等。例如，摸油液的粘度是不是下降的很快，要是下降能夠馬上判斷出液壓體系的油溫的溫度太高的問題。判斷問題方式中的聞，主要是對于橡膠件有沒有因?yàn)樘珶岫l(fā)出特別的氣味和油液是不是發(fā)生變質(zhì)的味道來判別。判斷問題方式中的閱，是查看機(jī)械裝備的檔案記錄來分析這個設(shè)備在以前是不是出現(xiàn)類似問題和一些故障，修理的記錄，也可以查閱一些體系的日檢卡和定檢卡，還能夠?qū)唤影嗟挠涗浐途S修條件實(shí)行檢查等。這些都是可以提前向系統(tǒng)哪些部件經(jīng)常出現(xiàn)的問題有個借鑒。判斷方式中的問方法，問是對于裝備運(yùn)行條件，調(diào)試和維修情形，維護(hù)情形，更換情形和發(fā)生過的故障情形等的查問，還有對于這次問題發(fā)生之前出現(xiàn)的一些不尋常情況的查問。通過對于最初的了解之后，可以用器具對于體系的各種元件進(jìn)行檢查，最后確定故障原因。

3.2 故障預(yù)防措施

液壓體系是機(jī)床外圍輔助體系的重要構(gòu)成成分，它的運(yùn)行狀況直接影響到整部機(jī)器的可靠性，減少液壓體系的故障發(fā)生率，是提升機(jī)床運(yùn)行可靠性的關(guān)鍵方法之一。由于液壓體系的構(gòu)造比較復(fù)雜，在發(fā)生問題的時候，定位判斷故障的位置有一定的難度。為了提升維修的速度，技術(shù)人員要熟悉液壓體系的構(gòu)造和有關(guān)知識，用先進(jìn)的方法判斷設(shè)備和裝備，在問題發(fā)生的時候，可以判斷出問題點(diǎn)并且實(shí)現(xiàn)維修。在多次維護(hù)之后要對液壓體系的常見問題實(shí)現(xiàn)總結(jié)，做出對應(yīng)的預(yù)防方法，減少問題發(fā)生概率。在日常的維修工作之中，要增強(qiáng)對于常見故障發(fā)生位置的檢驗(yàn)和維修，提升液壓體系的運(yùn)行速度，為液壓體系的高效率運(yùn)行創(chuàng)造有利的條件。

①液壓系統(tǒng)漏油及預(yù)防措施。

漏油是液壓體系普遍的問題之一，主要體現(xiàn)有油泵漏油，閥中漏油，液壓缸內(nèi)漏油等，油泵漏油主要原因是由密封圈損壞，液壓泵軸線和電動機(jī)機(jī)械軸同軸度超差，液壓泵進(jìn)出口密封度不夠等因素構(gòu)成的，閥組內(nèi)漏油主要是由于油液使用不良，閥體與基座之間的密封圈損壞，油路接口與閥體配合間隙過大等造成的，液壓缸漏油主要是因?yàn)橛鸵褐写嬖陔s質(zhì)導(dǎo)致缸內(nèi)活塞對缸筒內(nèi)壁造成刮傷或者拉毛，活塞或者活塞桿上的密封件損壞等等。很多時候是因?yàn)檎饎?，腐蝕，結(jié)合不良，壓力差值等因素構(gòu)成的，為了避免液壓體系漏油，要選擇合適的油液，確保各個連接位置的緊密性，增加對液壓系統(tǒng)中密封圈的檢查，定期更換損壞的密封圈，做好各個零部件的清洗。

②液壓系統(tǒng)噪聲與振動及預(yù)防措施。

震動和噪聲不但會破壞工作人員的身體健康，同樣會降低液壓系統(tǒng)元器件的使用年限，更會造成其它問題的產(chǎn)生。液壓泵在運(yùn)行過程中生成的噪聲主要是在液壓泵的壓力和流量階段性變化與氣穴問題導(dǎo)致的，液壓泵在吸油和壓油循環(huán)過程中，從而造成液壓震動。在液壓回路中的壓力反射造成的壓力波動會在液壓泵中形成共振，然后發(fā)出較大的噪音。在液壓泵吸收油的過程中生成的氣泡在壓力條件下發(fā)生破裂導(dǎo)致的壓力脈沖，也會產(chǎn)生高頻噪音。為了減少噪音和震動對于液壓體系的作用，可以在電動機(jī)，泵站、液壓缸和液壓閥上的安裝面上裝配防震墊，同時定期洗凈過濾器，防止堵塞。降低吸油管彎曲程度，增大吸油管直徑，減小管道壓力。應(yīng)用蓄能器和軟骨，降低壓力脈沖導(dǎo)致的震動，在液壓體系中設(shè)立放氣裝備，減少氣泡破裂導(dǎo)致的壓力脈沖。

③液壓系統(tǒng)油液溫度過高及預(yù)防措施。

液壓體系油溫太高不但會加大能量消耗，甚至還會導(dǎo)致減少使用年限。在液壓體系作業(yè)的時候，要是很多油液從壓力閥門轉(zhuǎn)回到油箱之中，就會發(fā)生油溫太高?？梢詮囊韵聨讉€方面防止油溫太高，選擇使用大小合適的泵、閥等部件。使用卸荷設(shè)計，降低管道的彎曲設(shè)計，減少非工作形態(tài)下造成的能量消耗。提升元器件的加工精確度和裝配質(zhì)量。改良潤滑條件和油箱的散熱條件。有效控制油溫升高是提高液壓體系運(yùn)行安全性的關(guān)鍵方法之一。

3.3 機(jī)床液壓系統(tǒng)的日常維護(hù)與保養(yǎng)

①液壓系統(tǒng)的維護(hù)措施。

在液壓系統(tǒng)日常維護(hù)工作中，可從如下幾點(diǎn)入手：液壓油是液壓系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要保障，數(shù)控機(jī)床中很多問題都是液壓油引起的，所以要加強(qiáng)對液壓油的清理和維護(hù)。在日常維護(hù)工作中，要保證液壓油的清潔，防止液壓油被空氣中的雜質(zhì)混入或者被其他污染物污染，定期清洗過濾器是十分必要的，定期的清洗可以延長過濾器的使用年限并且可以增強(qiáng)對油質(zhì)的過濾;控制液壓油液的溫度可減小液壓系統(tǒng)的能量消耗，液壓系統(tǒng)就需要配備降低油溫的設(shè)備;為了防止液壓系統(tǒng)中液壓油的泄漏，一方面是提高液壓元器件的加工精度和裝配精度，另一方面是注意排查各元器件連接部位的密封性，定期更換密封圈;加強(qiáng)對螺釘、快速接頭等部位的密封檢查，及時跟換，防止液壓系統(tǒng)在工作時發(fā)生振動而漏油;工作人員在維護(hù)檢查中，需要掌握正確的方法，避免粗暴的機(jī)械作業(yè)而產(chǎn)生二次損害，比如敲擊連接件造成密封件損壞或者閥體損壞。

②創(chuàng)建完善的修理體系。

為了減少液壓體系問題的發(fā)生概率，創(chuàng)建完善的修理保養(yǎng)體系，除掉所有可以控制的安全問題。制定每天檢驗(yàn)，每周檢驗(yàn)，每月檢驗(yàn)，半年檢驗(yàn)的規(guī)劃，依照液壓體系的功能和運(yùn)行條件安排每次檢驗(yàn)的內(nèi)容，保證檢驗(yàn)的準(zhǔn)確性，減低檢驗(yàn)過程中對于體系造成的破壞。技術(shù)人員要依照點(diǎn)檢制度的要求檢查工作，做好點(diǎn)檢記錄。增強(qiáng)對液壓泵站，密封件等位置的定期檢查清洗和更換，提升運(yùn)行速度。

4? 結(jié)語

隨著現(xiàn)代工業(yè)工業(yè)技術(shù)水平的不斷提升，機(jī)床開始在機(jī)械制造工業(yè)中被大量使用。因?yàn)闄C(jī)械制造的需要，零部件對于加工精度的需要越來越高，對于制造業(yè)的自動化程度也很重視。因?yàn)楝F(xiàn)在機(jī)床的發(fā)展水準(zhǔn)已經(jīng)很高，但是在實(shí)際應(yīng)用的時候還是存在各種問題，限制到了機(jī)床的使用年齡和工作狀況。在所有體系問題維修之中，以液壓和氣壓體系導(dǎo)致的故障維修最為關(guān)鍵。本文通過研究現(xiàn)在機(jī)械制造加工領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，機(jī)床的發(fā)展?fàn)顩r和液壓體系在數(shù)控機(jī)床之中的幫助，研究在機(jī)床液壓和氣壓體系發(fā)生的常規(guī)故障問題從而對于它進(jìn)行深入判斷研究和技術(shù)指導(dǎo)。機(jī)床使用在我國機(jī)械制造加工的生產(chǎn)過程中，大大提高了生產(chǎn)速度和質(zhì)量。震動噪聲大，溫度高，有漏油是液壓體系普遍的問題類型，也是影響液壓體系運(yùn)行可靠性的重要因素對于常見問題實(shí)現(xiàn)分析，增強(qiáng)日常維修保護(hù)，提升液壓體系的故障修理速度，減少故障發(fā)生效率。

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