數(shù)控車床液壓系統(tǒng)故障類型分析與研究
2019-4-29 來源：廈門興才職業(yè)技術(shù)學(xué)院 作者：曾智良 林柳旺
摘要：液壓系統(tǒng)是數(shù)控車床的重要組成部分，主要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)卡盤松緊、刀架旋轉(zhuǎn)、套筒伸縮等功能。針對(duì)數(shù)控車床液壓系統(tǒng)常見故障進(jìn)行總結(jié)，分別對(duì)因液壓系統(tǒng)故障導(dǎo)致的噪聲、爬行、沖擊等問題展開分析，并提出維修建議，以viva T2C數(shù)控車床的液壓系統(tǒng)為例，對(duì)出現(xiàn)的故障進(jìn)行實(shí)例分析。
關(guān)鍵詞：viva T2C數(shù)控車床液壓系統(tǒng)故障診斷
液壓系統(tǒng)具有實(shí)用性強(qiáng)、控制性能好、輸出力矩大等特點(diǎn)，被廣泛用于各個(gè)行業(yè)，但出現(xiàn)的液壓故障會(huì)導(dǎo)致元件或系統(tǒng)無法達(dá)到相應(yīng)功能，且故障檢測(cè)具有復(fù)雜性、不確定性、相關(guān)性和延時(shí)性，導(dǎo)致檢測(cè)和維修較為困難。液壓系統(tǒng)作為數(shù)控車床中的重要組成部分，隨著工作時(shí)間增加和環(huán)境影響，機(jī)床液壓系統(tǒng)也會(huì)出現(xiàn)一些異常現(xiàn)象，導(dǎo)致機(jī)床無法正常工作。正確判斷機(jī)床液壓系統(tǒng)故障原因并進(jìn)行及時(shí)檢修，是延長(zhǎng)機(jī)床正常使用壽命的保障。
1、數(shù)控車床液壓系統(tǒng)功能及故障形式
1.1 液壓系統(tǒng)功能
當(dāng)前數(shù)控車床液壓系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作包括卡盤的夾緊與松開、刀架的正傳與反轉(zhuǎn)、刀架的夾緊與松開、套筒的伸出與縮回等。以viva T2C數(shù)控車床為例，該液壓系統(tǒng)采用單向變量液壓泵為系統(tǒng)供油，能量損失較少；在卡盤控制中，通過一個(gè)換向閥和兩個(gè)減壓閥實(shí)現(xiàn)高低壓夾緊轉(zhuǎn)換，進(jìn)而調(diào)節(jié)夾緊力；采用液壓馬達(dá)實(shí)現(xiàn)刀架轉(zhuǎn)位控制，實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速和刀架正反轉(zhuǎn)控制；通過換向閥和調(diào)速閥控制尾座套筒的動(dòng)作和預(yù)緊力大小，適應(yīng)不同工件需要；系統(tǒng)中的壓力計(jì)便于液壓系統(tǒng)的調(diào)試和故障診斷使用。
1.2 數(shù)控車床液壓系統(tǒng)常見故障
數(shù)控車床液壓系統(tǒng)主要組成包括液壓油、油箱、液壓閥、液壓泵、液壓閥、液壓缸。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，引起故障較大部分原因是個(gè)元器件存在缺損所致，如部件連接不緊密，密封圈老化，液壓閥損壞等，導(dǎo)致系統(tǒng)壓力不足或完全無壓力，無法正常給執(zhí)行元件供油；存在振動(dòng)和噪聲影響，使得機(jī)臺(tái)穩(wěn)定性較差，噪聲污染；系統(tǒng)油溫過高，達(dá)到一定層度后系統(tǒng)報(bào)警或無法正常運(yùn)行；存在液壓沖洗，機(jī)床執(zhí)行運(yùn)行出現(xiàn)斷續(xù)現(xiàn)象。上述問題導(dǎo)致機(jī)床液壓系統(tǒng)性能降低或完全無法正常工作，針對(duì)上述問題，結(jié)合大量案例，將數(shù)控車床液壓系統(tǒng)存在的故障進(jìn)行整理分析，并提出相應(yīng)解決方案。
2、數(shù)控車床故障形成原因及處理
2.1 車床液壓系統(tǒng)發(fā)生爬行現(xiàn)象
機(jī)床液壓系統(tǒng)運(yùn)行過程中，執(zhí)行元件出現(xiàn)時(shí)斷時(shí)續(xù)速度不均勻的爬行現(xiàn)象，根據(jù)具體特點(diǎn)分析原因如下。
（1）液壓油供油不平穩(wěn)引起的爬行。包括：潤(rùn)滑油選擇不當(dāng)，油液粘度過大，吸油不暢；液壓油有雜質(zhì)堵塞油管或閥，導(dǎo)致閥芯移動(dòng)不靈，引起油壓不穩(wěn)。針對(duì)該問題需檢測(cè)液壓油質(zhì)量并及時(shí)更換油液，清理相應(yīng)堵塞位置保證油路暢通。
（2）元器件故障引起的爬行。系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，液壓閥換向頻繁，易導(dǎo)致配合間隙增大，上下腔油液壓力不均形成混油，導(dǎo)致壓力不足；蓄能器作為調(diào)節(jié)元件，在不均壓力沖擊下，易產(chǎn)生波動(dòng)；密封件長(zhǎng)時(shí)間使用后，較容易出現(xiàn)老化，導(dǎo)致接頭之間出現(xiàn)各種泄漏，導(dǎo)致供油不足；對(duì)于執(zhí)行元件運(yùn)行在低速時(shí)，如果潤(rùn)滑不到位，若發(fā)生干摩擦而阻力增加，需通過提高液壓泵壓力，過高的油壓容易引起漏油，而引起爬行。針對(duì)元器件故障問題可采需要及時(shí)修復(fù)或更換損壞元件，增加運(yùn)動(dòng)件潤(rùn)滑油。
（3）機(jī)械結(jié)構(gòu)配合不當(dāng)引起的爬行。主要原因包括：密封效果不良；液壓系統(tǒng)中混入空氣，因空氣有壓縮性，造成驅(qū)動(dòng)剛性差而引起爬行現(xiàn)象；安裝液壓缸時(shí)，液壓缸缸體和導(dǎo)軌之間的安裝需要在同一中心線上，如果安裝出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致活塞桿彎曲或者導(dǎo)軌傾斜，則容易導(dǎo)致活塞桿與缸筒相互摩擦，整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程不協(xié)調(diào)而引起爬行；而導(dǎo)軌間隙的楔鐵或壓板調(diào)得太緊或彎曲，也易造成爬行。解決辦法包括：更換密封圈，嚴(yán)格達(dá)到公差要求，裝配保證配合間隙。
2.2 車床液壓系統(tǒng)油溫過高油溫過高
容易導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常工作，使用中應(yīng)盡量避免該問題。引起油溫過高的主要原因包括：油壓設(shè)置過高，導(dǎo)致油溫過高；油液粘度過大導(dǎo)致油液流動(dòng)性差，散熱就更加困難；泄漏問題會(huì)因?yàn)橛鸵喝笔В簤罕霉┯蛪毫υ龃蟛拍芴峁┬枰囊簤河停鴫毫Υ髣t油溫升高；系統(tǒng)運(yùn)行中，如果液壓缸出現(xiàn)潤(rùn)滑不到位，缸體安裝偏差，則易出現(xiàn)機(jī)械損耗過大，所需提供的油壓較大，導(dǎo)致油溫升高；液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致工作過程中有大量壓力損失而使油溫過高，如管道彎曲過多，卸荷設(shè)計(jì)不到位，選用的閥、泵規(guī)格不正確。可通過降低油壓調(diào)定值，降低粘度，精簡(jiǎn)回路，優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高元件裝配精度，改善潤(rùn)滑條件及油箱的散熱環(huán)境；有效增加油箱的容積，應(yīng)用強(qiáng)制冷卻等方法降低油溫
2.3 車床液壓系統(tǒng)產(chǎn)生噪聲和震動(dòng)
液壓系統(tǒng)在運(yùn)行中極易產(chǎn)生噪聲和震動(dòng)現(xiàn)象，引起噪聲和震動(dòng)的原因主要集中在液壓系統(tǒng)的元件上面。當(dāng)液壓油中混入空氣，容易產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象和吸空現(xiàn)象，導(dǎo)致執(zhí)行元件動(dòng)作不連續(xù)，并伴有噪聲和震動(dòng)。根據(jù)形成氣穴和吸空的原因，可以采取提高系統(tǒng)密封性能，減少空氣混入；盡量減少?gòu)澢芗氖褂茫?jiǎn)化液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)；合理選用濾油器，做好檢修和清洗工作，避免堵塞；液壓泵的吸入高度要盡量小，避免因油粘度過高而產(chǎn)生吸油不足。換向閥因閥芯移動(dòng)過快引起換向沖擊，可通過調(diào)整系統(tǒng)中的節(jié)流元件有效避免換向沖擊震動(dòng)。管道接頭固定裝置因長(zhǎng)時(shí)間使用發(fā)生松動(dòng)，導(dǎo)致油液流過時(shí)引發(fā)油管抖動(dòng)，應(yīng)定期進(jìn)行固定裝置的檢查和維修。
2.4 車床液壓系統(tǒng)沖擊
液壓沖擊產(chǎn)生原因主要是管路中的閥類零件突然封閉，導(dǎo)致壓力油形成擠壓，壓力急劇提高；在運(yùn)動(dòng)部件高速運(yùn)行時(shí)，如果突然被制止也會(huì)導(dǎo)致，閥體或缸體局部壓力增大而形成沖擊；另外，某些元件動(dòng)作靈敏度不足，無法合理卸荷油壓，也容易形成液壓沖擊。對(duì)于換向沖擊故障，可以采用降低換向閥轉(zhuǎn)換速度，適當(dāng)增大管道直徑，減小流速，合理設(shè)置儲(chǔ)能器等；對(duì)于運(yùn)動(dòng)部件急停所致的沖擊故障，則可采取適當(dāng)延長(zhǎng)制動(dòng)時(shí)間、設(shè)置緩沖裝置等方式加以處理。對(duì)靈敏度不高元器件需要及時(shí)更換，或者調(diào)整控制時(shí)間。
2.5 車床液壓系統(tǒng)其他故障
2.5.1 液壓卡緊
液壓卡緊是活塞或閥芯被活塞周圍空隙中的不平衡壓力卡住，不平衡壓力側(cè)向推動(dòng)活塞，引起足以阻止軸向運(yùn)動(dòng)的摩擦現(xiàn)象。主要原因包括換向閥出現(xiàn)故障，導(dǎo)致閥芯與閥體出現(xiàn)偏差，在換向過程中出現(xiàn)很大摩擦力，相互卡緊所致；在活塞缸中，如果安裝不當(dāng)也容易缸壁與活塞桿之間的摩擦，形成卡緊；而液壓系統(tǒng)使用一段時(shí)間后，雜質(zhì)進(jìn)入閥芯閥體連接處堵塞縫隙，形成阻力導(dǎo)致閥體無法移動(dòng)而卡緊。針對(duì)上述問題，可以采用更換或修復(fù)液壓閥、活塞桿的方法，對(duì)于雜質(zhì)引起的卡緊則可在閥芯上開槽的方法加以解決。
2.5.2 液壓油污染
液壓油污染主要是在油液中混入了水分或雜質(zhì)，積累到一定時(shí)間后，水分子易使元器件生銹，而水分子擠壓破裂形成的沖擊又會(huì)磨損元器件；當(dāng)油液污染嚴(yán)重后，將會(huì)堵塞過濾器，導(dǎo)致油路不通。同時(shí)，安裝在系統(tǒng)的各種傳感器也會(huì)因信號(hào)不正常，而使機(jī)床發(fā)生報(bào)警，系統(tǒng)無法正常工作等故障。因此，必須按規(guī)定定期更換液壓油，定期清洗液壓系統(tǒng)中的過濾器。
2.5.3 液壓油泄漏
液壓系統(tǒng)泄漏是常見問題，發(fā)現(xiàn)較為直觀，從引發(fā)原因來看，大部分是由于元件接口處不緊密而引起泄露，密封件老化或易損件磨損，配合零件間間隙過大，油液加注過多，液面過高都容易產(chǎn)生泄漏。故使用時(shí)需要保證閥、油管之間的密封連接，合理選擇密封圈材質(zhì)，使用密封帶密封。
3、數(shù)控車床液壓系統(tǒng)故障診斷過程
3.1 數(shù)控機(jī)床上液壓系統(tǒng)故障診斷步驟
基于數(shù)控車床液壓系統(tǒng)的特殊性，都是機(jī)電液混合而成的系統(tǒng)，內(nèi)部情況很難從表象加以發(fā)現(xiàn)，在發(fā)現(xiàn)液壓系統(tǒng)故障后，需要逐步排查分析才能找到問題所在。通過相關(guān)資料并結(jié)合自身工作經(jīng)驗(yàn)，將故障排除的步驟及注意事項(xiàng)歸納如下。
（1）在出現(xiàn)故障時(shí)，首先要對(duì)機(jī)床故障特點(diǎn)和現(xiàn)象進(jìn)行了解，然后采用目測(cè)法、手摸法或聆聽法檢查是否是表象問題，如漏油、噪聲、震動(dòng)等問題。
（2）上電檢查，是否有報(bào)警，報(bào)警信號(hào)類型是哪個(gè)；如果無報(bào)警信息，根據(jù)故障描述，逐次嘗試可能的問題，如檢測(cè)夾緊踏板是否可用。
（3）檢測(cè)出故障部件后，開始分析出現(xiàn)故障的原因，并采用追蹤法、儀器檢測(cè)法等進(jìn)行進(jìn)行檢測(cè)、定位，最后確定引起故障的原因和具體元件。
（4）根據(jù)判斷確定維修方案排除故障，包括維修磨損件，更換老化零件等。
（5）維修完成后，重啟機(jī)床，測(cè)試故障是否解除，為后續(xù)有據(jù)可循，需要做好相關(guān)維修記錄，為后面作參考。
3.2 應(yīng)用實(shí)例
在從事數(shù)控車床操作過程中，所使用的viva T2C數(shù)控車床多次出現(xiàn)液壓故障，導(dǎo)致機(jī)床不能正常工作，差點(diǎn)造成事故。通過對(duì)故障的現(xiàn)象進(jìn)行分析，并采用診斷步驟排查故障原因，解決了相應(yīng)問題，車床得以正常使用。
（1）導(dǎo)軌油不足，出現(xiàn)報(bào)警，車床無法正常運(yùn)行。該故障出現(xiàn)過程中，車床無法正常運(yùn)行，在報(bào)警窗口出現(xiàn)導(dǎo)軌油不足提示。該問題應(yīng)該是導(dǎo)軌潤(rùn)滑不到位所致，根據(jù)這一線索開始排查油路。檢查導(dǎo)軌油箱，導(dǎo)軌油充足；判斷是否是導(dǎo)軌油管堵塞，拆開機(jī)臺(tái)右側(cè)蓋，檢查導(dǎo)軌油管，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)軌油無法達(dá)到導(dǎo)軌上，中間油管抽空，重新回到導(dǎo)軌油箱接口處，發(fā)現(xiàn)原來是導(dǎo)軌油管和導(dǎo)軌油箱接口處堵塞所致；排除堵塞后，疏導(dǎo)油管，重新按機(jī)床復(fù)位，報(bào)警消失，機(jī)床可正常運(yùn)行。
（2）機(jī)床卡盤夾緊力不足，出現(xiàn)飛件。車床使用過程中，突然發(fā)生飛件現(xiàn)象，導(dǎo)致零件損壞。經(jīng)檢查是三抓卡盤抓緊力不足，剛放上棒料時(shí)，用手嘗試移動(dòng)感覺夾緊力可以，但車床主軸啟動(dòng)后，由于離心力比夾緊力大，導(dǎo)致零件甩飛。開始進(jìn)行故障排查，首先查看卡盤油路壓力表，發(fā)現(xiàn)壓力值偏低，可能出現(xiàn)泄漏問題；檢查該支路的液壓閥、油管，發(fā)現(xiàn)換向閥的進(jìn)油口處有油液泄漏，重新踩夾緊踏板，泄漏更加嚴(yán)重，故此判斷是該處換向閥有問題，拆卸換向閥發(fā)現(xiàn)，是閥與油管連接不緊密所致，重新更換密封圈，重新安裝調(diào)試運(yùn)行，排除了卡盤夾緊力不足現(xiàn)象。
4、結(jié)語
對(duì)數(shù)控車床液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及故障形式進(jìn)行分析，結(jié)合相關(guān)資料對(duì)具體出現(xiàn)的故障問題進(jìn)行闡述，并提出相應(yīng)排除方法。結(jié)合經(jīng)驗(yàn)簡(jiǎn)述了故障排除方法，并結(jié)合實(shí)際案例闡述排查故障流程。在生產(chǎn)實(shí)際中，掌握機(jī)床液壓系統(tǒng)故障較容易出現(xiàn)問題和采用恰當(dāng)?shù)墓收显\斷排除方法，可以極大縮小檢查范圍和排除時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。
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