數控機床液壓系統典型故障及處理方法

摘 要：液壓系統是數控機床的重要組成部分，其工作性能直接影響機床加工工件的精度和質量。液壓系統常見的故障有系統振動和噪音、系統沖擊、系統爬行、卡緊故障和系統溫升等五類，針對這幾種類型的故障產生原因及相應的處理方法做了細致闡述，對于提高數控機床加工性能及液壓系統維護起到積極作用。

關鍵詞：數控機床；液壓系統；振動與噪音；爬行故障

前言

隨著現代電子技術和計算機技術的快速發展，極大的提高了數控機床的自動化程度和精度，促進了數控機床的高速發展。液壓系統由于其廣泛的工藝適應性、良好的操控性和低成本優點，在數控機床的應用愈來愈廣泛，并成為現在數控機床的重要組成部分，例如，主軸的自動裝卡、主軸箱齒輪的變檔和主軸軸承的潤滑、自動對刀裝置等，一般采用液壓系統。數控機床液壓系統的性能直接影響加工工件的質量，例如，卡緊力下降導致刀具損壞和產品報廢，自動控制失靈，工作機構產生間歇運動使工件的精度或者質量下降、廢品率增高等。因此，加強數控機床液壓系統故障診斷與故障處理是加工質量的重要環節。

數控機床液壓系統常見故障包括液壓系統振動與噪聲、液壓系統的沖擊、液壓系統的爬行、液壓系統的卡緊、液壓系統的溫升等五種類型。

1 液壓系統振動和噪音

1.1 液壓系統振動和噪音產生

液壓系統的振動和噪聲的主要來源有：①液壓泵的工作頻率與數控機床固有頻率產生的系統共振；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，產生高頻沖擊，使泵產生很大的壓力脈動，進而激發成高頻噪音；③液壓泵的吸空及由此產生的氣蝕，主要液壓泵吸入口吸進的液壓油混有空氣而產生的氣蝕，增加系統噪聲，從而產生振動和噪音，同時還影響液壓泵的容積效率，使液壓油容易變質，所以這是液壓系統中不允許存在的現象。④系統管路振動和噪聲。系統中泵體、閥門等元件的共振產生的，同時管路死彎過多、太細、截面積變化以及固定部件的松動也是產生噪聲的原因。

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；選用適當的吸油濾油器，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。

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；油箱中設置隔板，延長氣泡在油氣中的分離時間，回油管路中回油箱的回油速度不應過快；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和噪聲可以通過改變管路長度來改變管路固有振動頻率，同時對一些閥的安裝進行位置變化還要合理設計管路，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 液壓系統的沖擊

2.1 液壓系統沖擊的產生

在液壓系統中，管路內液體流動方向的迅速改變或停止運動導致在管路內形成一個很高的壓力峰值，這種現象叫液壓沖擊。液壓沖擊產生的原因主要有閥口的突然關閉，運動部件突然被制動、減速或停止產生的液壓沖擊。

2.2 液壓系統沖擊故障的處理

減小液壓沖擊的措施：（1）延長閥門關閉時間和運動部件的制動時間。實踐證明，運動部件的制動時間大于0.2s時，液壓沖擊就可大為減輕。

（2）限制管道中液體的流速和運動部件的運動速度。在機床液壓系統中，管道中液體的流速一般應限制在4.5m/s以下，運動部件的運動速度一般不宜超過10m/min。

（3）適當加大管道直徑，盡量縮短管路長度。

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

（5）在液壓系統中設置蓄能器或安全閥。

3 液壓系統的爬行

機床中的爬行現象十分有害，特別是在數控機床的液壓系統中，爬行將直接影響工件的表面加工質量，縮短刀具使用壽命，因此，消除爬行是實現液壓系統穩定性和提高機床加工精度的重要措施。

3.1 驅動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。因為空氣有壓縮性，致使液壓油產生明顯的彈性，造成系統驅動剛性差而引起爬行。

因此，消除此類故障可以有以下方法：提高零件在制造、裝配時的加工精度，嚴格控制公差、配合間歇；各管道部位加強緊固，防止產生泄漏；為保證系統中各部分能經常充滿油液，泵出口應安裝單向閥，回油回路設置背壓閥；優化液壓系統，設置排氣塞或放氣閥，防止系統出現局部真空的發生。

3.2 低速運動時摩擦力變化引起的爬行

機床的爬行現象主要發生在低速運動時，此時兩導軌面之間難以形成高速運動時的動壓油膜。這時兩導軌表面的微峰直接接觸而發生塑性變形導致接觸面局部高熱，出現金屬分子的粘著，也稱“冷焊”，這時兩導軌間的磨擦系數是相當大的。

此時，可以采取修復或更換液壓泵內的零件，嚴格保證裝配間隙要求，從而減少液壓泵的泄漏進而保證充足的潤滑油量。同時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孔配合間歇因磨損而增大，發生內泄露，使液壓缸活塞兩端壓差減小，導致推力減小，致使在低速時因摩擦力的變化而產生爬行。

因此，對于此類爬行故障應認真檢驗配合間歇，配做或重配元件，以保證配合間隙，已壞的工件則需要及時更換。

4 液壓系統的卡緊

液壓系統的液壓卡緊，一般是指當閥芯停止運動一段時間（大約2～5min）后，產生很大的阻力，致使閥芯重新移動十分困難，這種故障將加速滑閥的磨損，降低元件的壽命，同時危害系統正常運行。產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，卡緊故障會在較長的時間后才能消除。②雜質堵塞引起液壓卡緊：液壓油在工作過程中，會避免產生許多雜質，雜質的楔入將形成液壓卡緊發生，因此應嚴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生液壓卡緊，也是其中的因素之一。

5 液壓系統的溫升

液壓油的溫升是數控機床液壓系統常見故障之一，其原因主要有：①系統設計不合理：節流方式不當，系統在非工作過程中無有效的卸荷措施，大量壓力油耗損而發熱。②機械損耗大：由于液壓元件的加工精度和裝配精度不合要求、密封不嚴造成。③油液流速太大。④油液粘度過高。⑤環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，可以采取優化系統結構、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，防止系統油液溫度升高而危害系統元件的正常操作、影響系統性能。

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