數控機床液壓與氣壓系統引發的故障及其診斷技術

張冬煒

摘要： 液壓傳動機構擁有結構緊密，運行穩定的特點，是機床外圍輔助結構的重要構成部分。液壓體系是機床機構的動力和限制體系，液壓體系的運行情況關系到整部機器的可靠性和產品的功能。液壓體系構造的復雜性為故障修理帶來了一些麻煩。本文對于機床液壓體系最普遍的故障種類和預防方法進行研究，并且敘述了維護方式的應用，對提高液壓體系運行的穩定性和質量可靠性有巨大的促進作用。

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.

關鍵詞： 機床;液壓系統;故障;維護

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

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

0? 引言

隨著機械制造快速發展，數控機床的使用領域變得廣泛，技術水準要求變得很高。迄今為止，機床的發展方向越來越智能化和自動化，加工制造出來的產品趨向高精度和高質量。但是，由于設備本身原因或者操作者操作不當，導致機床發生的故障還是很多，特別是液壓和氣壓系統發生的故障特別明顯，大大影響到了機械加工制造業的零件制造速度，因此維護人員只有對數控機床設備中的液壓和氣壓系統實行分析研究，掌握導致故障發生的原因，才能更加好的，有目的的對于系統發生的故障進行判斷和維修，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? 數控機床概述

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

2? 液壓系統常見故障特征及現象

2.1 液壓系統壓力值異常

當液壓體系的壓力數值高于或低于適度的壓力數值的時候，一般的故障問題可以分成如下幾點：第一，液壓產生的體系壓力無法達到體系預定數值。第二，液壓生產的體系壓力或者控制力不可以保持在原來的水準上。第三，沒有辦法創建體系壓力。

2.2 液壓系統流量或流速異常

當液壓傳動體系出現問題的時候，流量控制部分常見的故障主要有以下幾種：第一種，體系中工作介質的實際流動速度沒有真正達到設定的流動速度范圍。第二種，執行元件液壓缸或者液壓馬達的運行速率不穩定，比如出現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，執行元件液壓缸或者液壓馬達的速度無法自動切

換等。

2.3 液壓系統產生液壓沖擊

當液壓體系出現問題的時候，執行元件經常會發生沖擊現象，如果液壓體系突然出現激烈抖動而且發出巨大的聲音，從而造成壓力測量裝備或者流量測量設備的突然破壞，測量值一直處于大幅度的波動狀態，進而使得液壓體系中液壓油管出現裂痕甚至造成破壞和造成液壓體系的工作部件松動。

2.4 液壓系統故障引起泄漏

當液壓或氣壓系統發生泄漏的時候，常表現的故障現象主要有以下幾種：第一種，液壓或者氣壓體系的實際調定壓力數值不能升高。第二種，液壓或者氣壓體系中的執行元件的運行速度不穩定，有時快有時慢，甚至出現爬行現象。第三種，造成液壓或者氣壓體系溫度異常，風扇異常轉動發出較大響聲。第四種，壓力閥、速度閥、流量閥等控制元件產生較大的噪音或者運動幅度。第五種，控制器件不可以正常運行，比如流量閥無法進行流量調節。第六種，液壓體系產生溢油現象，從而造成環境污染。

3? 常見的數控機床液壓系統和PCB數控鉆床氣壓系統引起的故障分析

3.1 故障檢查方法

機械加工制造業內常見的數控機床主要包括鏜銑加工中心和綜合數控車等。其中，機床主要是由刀架、卡盤、靜壓軌道、絲杠、尾架、液壓驅動機械手臂和液壓缸件等零部件組成。數控機床液壓體系經常發生的故障表現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械手零部件出現松動，導致抓刀沒有抓緊力。采用三坐標原則，對數控機床的線路板實現連續專門的加工控制。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，控制氣壓體系執行元件的啟動，控制Z軸線壓力腳的啟動和控制機械手臂的取刀工作。基于數控機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，嚴重還會導致掉刀。機械手臂抓刀沒有力氣，取放刀不到位。

對于設備發生的故障主要有看、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，看系統檢測到的系統中油液流量變化，看體系元器件振動情況和數控機床生產加工出來的產品是否符合質量要求等等。比如，看數控機床運行速率，如果速度轉換不明顯，很有可能屬于速度變換液壓缸的運行存在問題，接著判斷是否產生爬行現象。此外，看到變動速度液壓缸在低速度運行的時候是否發生跳躍式的前進等異常現象。對于這些表面現象，維護人員可以采用“看”的辦法，對設備進行簡單的故障分析判斷。

第二，聽。依照常規故障判斷步驟來“聽”，主要是對體系運行產生的異常聲音進行仔細傾聽，如果體系發出異常噪音、猛烈沖擊聲或者是體系中發生的氣濁或者困油現象，基本可以判斷體系已經發生故障，通過傾聽可以判斷是體系產生的正常聲音還是體系發生故障產生的故障聲音。比如，對數控機床進行維護的時候，站在液壓泵等時常產生噪音的地方，仔細聽它產生的聲音是否發生變化，來判斷它是不是發生故障。

第三，摸。依照常規故障判斷步驟來“摸”，主要是觸摸體系運行產生的溫度變化，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，摸機床的體系油液，判斷油液的粘度是不是出現降低的趨勢，來推斷油液粘度降低是不是因為體系的溫度太高導致的油液粘度降低進而導致液壓系統出現一些常規故障。比如，摸密封圈，判斷密封圈是否發生形變，來推斷是否是因為密封圈失去密封性導致體系油液泄漏，造成壓力損失。

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

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

第六，問。依照常規故障判斷步驟來“問”，主要是詢問設備運行條件，故障設備日常維修或者保養狀況，零部件更換情況和以前是不是發生類似問題等等，從而確定最后設備故障產生的原因。除此以外，工作人員還可以結合有關機械裝備方面的資料和故障記錄信息等進行符合生產實際條件的故障分析研究，觀看機器設備以前是不是產生相似故障或者查看以前出現的一些問題和維修問題進而發現故障發生原因。

對于液體體系產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，震動和加工產品質量等等。例如看速率，就看液壓缸在工作的時候是否出現爬行情況，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、降溫風扇等就是經常會因為故障生成噪音的位置。診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為太熱而發出特別的氣味和油液是不是發生變質的味道來判別。判斷問題方式中的閱，是查看機械裝備的檔案記錄來分析這個設備在以前是不是出現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，還能夠對交接班的記錄和維修條件實行檢查等。這些都是可以提前向系統哪些部件經常出現的問題有個借鑒。判斷方式中的問方法，問是對于裝備運行條件，調試和維修情形，維護情形，更換情形和發生過的故障情形等的查問，還有對于這次問題發生之前出現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行檢查，最后確定故障原因。

3.2 故障預防措施

液壓體系是機床外圍輔助體系的重要構成成分，它的運行狀況直接影響到整部機器的可靠性，減少液壓體系的故障發生率，是提升機床運行可靠性的關鍵方法之一。由于液壓體系的構造比較復雜，在發生問題的時候，定位判斷故障的位置有一定的難度。為了提升維修的速度，技術人員要熟悉液壓體系的構造和有關知識，用先進的方法判斷設備和裝備，在問題發生的時候，可以判斷出問題點并且實現維修。在多次維護之后要對液壓體系的常見問題實現總結，做出對應的預防方法，減少問題發生概率。在日常的維修工作之中，要增強對于常見故障發生位置的檢驗和維修，提升液壓體系的運行速度，為液壓體系的高效率運行創造有利的條件。

①液壓系統漏油及預防措施。

漏油是液壓體系普遍的問題之一，主要體現有油泵漏油，閥中漏油，液壓缸內漏油等，油泵漏油主要原因是由密封圈損壞，液壓泵軸線和電動機機械軸同軸度超差，液壓泵進出口密封度不夠等因素構成的，閥組內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為油液中存在雜質導致缸內活塞對缸筒內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。很多時候是因為震動，腐蝕，結合不良，壓力差值等因素構成的，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液壓系統噪聲與振動及預防措施。

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元器件的使用年限，更會造成其它問題的產生。液壓泵在運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致的，液壓泵在吸油和壓油循環過程中，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生破裂導致的壓力脈沖，也會產生高頻噪音。為了減少噪音和震動對于液壓體系的作用，可以在電動機，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。應用蓄能器和軟骨，降低壓力脈沖導致的震動，在液壓體系中設立放氣裝備，減少氣泡破裂導致的壓力脈沖。

③液壓系統油液溫度過高及預防措施。

液壓體系油溫太高不但會加大能量消耗，甚至還會導致減少使用年限。在液壓體系作業的時候，要是很多油液從壓力閥門轉回到油箱之中，就會發生油溫太高。可以從以下幾個方面防止油溫太高，選擇使用大小合適的泵、閥等部件。使用卸荷設計，降低管道的彎曲設計，減少非工作形態下造成的能量消耗。提升元器件的加工精確度和裝配質量。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行安全性的關鍵方法之一。

3.3 機床液壓系統的日常維護與保養

①液壓系統的維護措施。

在液壓系統日常維護工作中，可從如下幾點入手：液壓油是液壓系統正常運行的重要保障，數控機床中很多問題都是液壓油引起的，所以要加強對液壓油的清理和維護。在日常維護工作中，要保證液壓油的清潔，防止液壓油被空氣中的雜質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對油質的過濾;控制液壓油液的溫度可減小液壓系統的能量消耗，液壓系統就需要配備降低油溫的設備;為了防止液壓系統中液壓油的泄漏，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，防止液壓系統在工作時發生振動而漏油;工作人員在維護檢查中，需要掌握正確的方法，避免粗暴的機械作業而產生二次損害，比如敲擊連接件造成密封件損壞或者閥體損壞。

②創建完善的修理體系。

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

4? 結語

隨著現代工業工業技術水平的不斷提升，機床開始在機械制造工業中被大量使用。因為機械制造的需要，零部件對于加工精度的需要越來越高，對于制造業的自動化程度也很重視。因為現在機床的發展水準已經很高，但是在實際應用的時候還是存在各種問題，限制到了機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致的故障維修最為關鍵。本文通過研究現在機械制造加工領域的發展趨勢，機床的發展狀況和液壓體系在數控機床之中的幫助，研究在機床液壓和氣壓體系發生的常規故障問題從而對于它進行深入判斷研究和技術指導。機床使用在我國機械制造加工的生產過程中，大大提高了生產速度和質量。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行可靠性的重要因素對于常見問題實現分析，增強日常維修保護，提升液壓體系的故障修理速度，減少故障發生效率。

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