數控機床液壓系統故障及診斷路徑研究

張正君

摘 要：數控機床是典型的機電一體化產品，有著非常復雜的液壓系統結構，可能會發生各種各樣的故障，究其原因也復雜多變，加大了故障排除的困難性。因此本文旨在研究數控機床液壓系統的故障，從而提高數控機床的運行效率。

關鍵詞：數控機床；液壓系統；故障及診斷

1 前言

近些年來，隨著科技的飛速發展，我國在電子計算機技術領域取得了顯著的成果，也帶動了數控技術的進步，數控機床的自動化程度和精度越來越高，液壓技術也被廣泛地運用。機械設備運行控制核心即是液壓傳動系統，此系統的各組成部分共同完成機械能與壓力能之間的相互轉換。數控車床、磨床等自動化設備都依賴于液壓傳動系統良好的運行控制性能。但當液壓系統長時間運行，負荷不斷加大，故障發生的頻率也隨之增加，嚴重影響了設備的正常運作和生產效率，因此如何做好液壓系統的故障診斷尤為重要。

作為機電一體化設備，數控機床包含了機械、電氣儀表等部分，其中液壓系統是其重中之重，數控機床的主軸箱平衡、齒輪變檔、自動換刀等均是通過液壓系統來完成。液壓系統對工件的品質起著關鍵作用，直接影響著機床的工序能力指數高低。一旦發生液壓系統無法自動控制，導致工作機構無法連續運作，會大幅增加工件廢品數量，且極大的影響了工件的精度和質量，此外由于夾緊力的降低將導致刀具的損傷，氣體腐蝕會破壞機床部件等。

2 故障

2.1 噪聲與振動

機械制造設備較易發生噪聲和振動的故障，但對于數控機床液壓系統若發生這種故障，將會嚴重影響機床的運作。設備的振動會加快機床零部件的變形失效，設備的噪聲會直接影響到系統的性能并縮短工件的使用壽命。在實際運行中噪聲和振動通常是相伴而生的，這也加大了機床維修人員的工作難度。至今，圍繞著數控機床液壓系統的噪聲和振動問題依然是眾學者關注的重要研究課題。

多種因素都可能導致數控機床液壓系統出現振動與噪聲故障，例如：使用粘度偏高的油液；不恰當的液壓設備安裝方式；由于閥口關閉的突發性以及運行部件被突然控制運行、減慢速度甚至直接停止導致液壓沖擊現象；過濾網被污染的油液堵塞導致油泵采油、回油量減少并混雜空氣；系統設備連接零部件的松動等等。由此可見，要想減少系統振動與噪聲的發生概率，應著重從保證油液質量、液壓設備正確安裝、定期維護設備連接處零部件、使用低噪音的液壓元件等方面入手。

2.2 機床液壓油污染

液壓系統故障中由于油液污染而導致的占比達到75%以上。由于液壓系統是開式油路，機床在運作中會逐漸產生鐵屑等雜質，油液中一旦摻雜水分以及雜質后，會導致元件的生銹、磨損和卡死，極大的增加了故障發生頻率。當油液污染程度較高時，油箱中的過濾網被堵塞，導致油泵無法正常的吸油和回油，壓力、流量傳感器接收到不正常信號，機床會發生報警，液壓缸因此會減慢運作速度，使得機床報警時間過長或運動部件操作不到位，從而引發故障。

2.3 機床液壓油泄漏

對于機床維修人員來說，液壓油泄漏引發的故障比之其他故障較易處理，維修人員通過對設備的外觀檢查即可發現泄漏部分。油液的泄漏會污染環境、增加成本、降低設備運行效率甚至磨損機床部件，而導致這一現象發生的原因是設備長期運行過程中密封件、元件的破損老化，導致零部件間隙較大。此外，油管連接處也易發生泄漏，油液加注過高亦會發生泄漏。

3 診斷流程

制定一套完善的故障診斷流程對任何故障的判斷均適用。設備維修人員必須按照標準診斷流程，進行現場調查、故障部位診斷、原因分析等環節來科學地判斷分析，并做好數據記錄整理，由此提高診斷的正確性和嚴謹性，并把握好系統故障規律防患于未然。

3.1 現場檢查

液壓系統的正常高效運行離不開穩定的運行環境。設備維護人員應從現場工作溫度、工作條件兩方面對工作環境及時排查，從而提高故障的判斷效率和預測能力。利用測溫技術來進行溫度檢查，為故障發生原因提供診斷依據；對設備控制中心、操作系統等檢查來確保液壓系統工作條件的可靠性。

3.2 區域判斷

在現場全面調查后，維修人員應對故障發生區域進行準確判斷。液壓傳動系統的構成復雜，這就要求維修人員應充分考慮傳動系統每一部分，逐一排查。在現實操作中，維修人員往往忽視液壓油污染的問題，而將故障單純的歸因于系統元件上，這是專業維修人員應注意的問題。

3.3 故障分析

故障的區域判斷只是診斷流程的起步，整個診斷流程中的關鍵是故障的分析。維修人員應綜合了解液壓傳動系統故障發生的時間、發生的現象、發生的位置等信息，便于快速進行故障分析判斷，并為后續維護工作提供參考。例如：在對液壓控制閥的故障分析中，要求維修人員逐一分析系統中涉及的溢流閥、減壓閥、順序閥等每一種閥故障處理辦法。

3.4 信息歸檔

診斷流程的后期工作是要對現場故障檢查、分析所記錄的數據資料諸如故障發生現象、發生的原因、產生的不良影響、實際檢測方法、最終處理方案等進行整理歸檔，以備后續參考，從而提高維護人員的故障診斷速率和技能。

4 結論

液壓技術的突破和發展，使得液壓設備被越來越廣泛地使用。但因液壓系統工作環境的封閉性，安裝的復雜性，故障無法從外觀檢查等，導致液壓系統的故障發生頻率較高，且一旦發生故障，診斷難度大，診斷的失誤輕則暫時影響正常運作，重則停機停產。因此深入探索液壓系統故障發生規律以及常見原因，日常定期進行設備的檢查和維護，當故障發生后嚴格按照故障診斷流程操作，加強維護人員技術水平等，將很大程度上降低故障發生頻率，提高診斷效率。

參考文獻

[1]周汝勝，焦宗夏，王少萍.液壓系統故障診斷技術的研究現狀與發展趨勢[J].機械工程學報，2006，42（9）：6-14.

[2]胡增榮.液壓系統故障分析及處理[J].液壓氣動與密封，2011，31（8）：6-8.

（作者單位：雅安職業技術學院）