數控車床液壓系統故障類型分析與研究
2019-4-29 來源：廈門興才職業技術學院 作者：曾智良 林柳旺
摘要：液壓系統是數控車床的重要組成部分，主要負責實現卡盤松緊、刀架旋轉、套筒伸縮等功能。針對數控車床液壓系統常見故障進行總結，分別對因液壓系統故障導致的噪聲、爬行、沖擊等問題展開分析，并提出維修建議，以viva T2C數控車床的液壓系統為例，對出現的故障進行實例分析。
關鍵詞：viva T2C數控車床液壓系統故障診斷
液壓系統具有實用性強、控制性能好、輸出力矩大等特點，被廣泛用于各個行業，但出現的液壓故障會導致元件或系統無法達到相應功能，且故障檢測具有復雜性、不確定性、相關性和延時性，導致檢測和維修較為困難。液壓系統作為數控車床中的重要組成部分，隨著工作時間增加和環境影響，機床液壓系統也會出現一些異常現象，導致機床無法正常工作。正確判斷機床液壓系統故障原因并進行及時檢修，是延長機床正常使用壽命的保障。
1、數控車床液壓系統功能及故障形式
1.1 液壓系統功能
當前數控車床液壓系統主要實現的動作包括卡盤的夾緊與松開、刀架的正傳與反轉、刀架的夾緊與松開、套筒的伸出與縮回等。以viva T2C數控車床為例，該液壓系統采用單向變量液壓泵為系統供油，能量損失較少；在卡盤控制中，通過一個換向閥和兩個減壓閥實現高低壓夾緊轉換，進而調節夾緊力；采用液壓馬達實現刀架轉位控制，實現無級調速和刀架正反轉控制；通過換向閥和調速閥控制尾座套筒的動作和預緊力大小，適應不同工件需要；系統中的壓力計便于液壓系統的調試和故障診斷使用。
1.2 數控車床液壓系統常見故障
數控車床液壓系統主要組成包括液壓油、油箱、液壓閥、液壓泵、液壓閥、液壓缸。在系統運行過程中，引起故障較大部分原因是個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，導致系統壓力不足或完全無壓力，無法正常給執行元件供油；存在振動和噪聲影響，使得機臺穩定性較差，噪聲污染；系統油溫過高，達到一定層度后系統報警或無法正常運行；存在液壓沖洗，機床執行運行出現斷續現象。上述問題導致機床液壓系統性能降低或完全無法正常工作，針對上述問題，結合大量案例，將數控車床液壓系統存在的故障進行整理分析，并提出相應解決方案。
2、數控車床故障形成原因及處理
2.1 車床液壓系統發生爬行現象
機床液壓系統運行過程中，執行元件出現時斷時續速度不均勻的爬行現象，根據具體特點分析原因如下。
（1）液壓油供油不平穩引起的爬行。包括：潤滑油選擇不當，油液粘度過大，吸油不暢；液壓油有雜質堵塞油管或閥，導致閥芯移動不靈，引起油壓不穩。針對該問題需檢測液壓油質量并及時更換油液，清理相應堵塞位置保證油路暢通。
（2）元器件故障引起的爬行。系統長時間運行后，液壓閥換向頻繁，易導致配合間隙增大，上下腔油液壓力不均形成混油，導致壓力不足；蓄能器作為調節元件，在不均壓力沖擊下，易產生波動；密封件長時間使用后，較容易出現老化，導致接頭之間出現各種泄漏，導致供油不足；對于執行元件運行在低速時，如果潤滑不到位，若發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。針對元器件故障問題可采需要及時修復或更換損壞元件，增加運動件潤滑油。
（3）機械結構配合不當引起的爬行。主要原因包括：密封效果不良；液壓系統中混入空氣，因空氣有壓縮性，造成驅動剛性差而引起爬行現象；安裝液壓缸時，液壓缸缸體和導軌之間的安裝需要在同一中心線上，如果安裝出現偏差，導致活塞桿彎曲或者導軌傾斜，則容易導致活塞桿與缸筒相互摩擦，整個運動過程不協調而引起爬行；而導軌間隙的楔鐵或壓板調得太緊或彎曲，也易造成爬行。解決辦法包括：更換密封圈，嚴格達到公差要求，裝配保證配合間隙。
2.2 車床液壓系統油溫過高油溫過高
容易導致系統無法正常工作，使用中應盡量避免該問題。引起油溫過高的主要原因包括：油壓設置過高，導致油溫過高；油液粘度過大導致油液流動性差，散熱就更加困難；泄漏問題會因為油液缺失，液壓泵供油壓力增大才能提供需要的液壓油，而壓力大則油溫升高；系統運行中，如果液壓缸出現潤滑不到位，缸體安裝偏差，則易出現機械損耗過大，所需提供的油壓較大，導致油溫升高；液壓系統設計不合理導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，卸荷設計不到位，選用的閥、泵規格不正確。可通過降低油壓調定值，降低粘度，精簡回路，優化系統設計，提高元件裝配精度，改善潤滑條件及油箱的散熱環境；有效增加油箱的容積，應用強制冷卻等方法降低油溫
2.3 車床液壓系統產生噪聲和震動
液壓系統在運行中極易產生噪聲和震動現象，引起噪聲和震動的原因主要集中在液壓系統的元件上面。當液壓油中混入空氣，容易產生氣穴現象和吸空現象，導致執行元件動作不連續，并伴有噪聲和震動。根據形成氣穴和吸空的原因，可以采取提高系統密封性能，減少空氣混入；盡量減少彎曲管件的使用，簡化液壓系統設計；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生吸油不足。換向閥因閥芯移動過快引起換向沖擊，可通過調整系統中的節流元件有效避免換向沖擊震動。管道接頭固定裝置因長時間使用發生松動，導致油液流過時引發油管抖動，應定期進行固定裝置的檢查和維修。
2.4 車床液壓系統沖擊
液壓沖擊產生原因主要是管路中的閥類零件突然封閉，導致壓力油形成擠壓，壓力急劇提高；在運動部件高速運行時，如果突然被制止也會導致，閥體或缸體局部壓力增大而形成沖擊；另外，某些元件動作靈敏度不足，無法合理卸荷油壓，也容易形成液壓沖擊。對于換向沖擊故障，可以采用降低換向閥轉換速度，適當增大管道直徑，減小流速，合理設置儲能器等；對于運動部件急停所致的沖擊故障，則可采取適當延長制動時間、設置緩沖裝置等方式加以處理。對靈敏度不高元器件需要及時更換，或者調整控制時間。
2.5 車床液壓系統其他故障
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，不平衡壓力側向推動活塞，引起足以阻止軸向運動的摩擦現象。主要原因包括換向閥出現故障，導致閥芯與閥體出現偏差，在換向過程中出現很大摩擦力，相互卡緊所致；在活塞缸中，如果安裝不當也容易缸壁與活塞桿之間的摩擦，形成卡緊；而液壓系統使用一段時間后，雜質進入閥芯閥體連接處堵塞縫隙，形成阻力導致閥體無法移動而卡緊。針對上述問題，可以采用更換或修復液壓閥、活塞桿的方法，對于雜質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，積累到一定時間后，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磨損元器件；當油液污染嚴重后，將會堵塞過濾器，導致油路不通。同時，安裝在系統的各種傳感器也會因信號不正常，而使機床發生報警，系統無法正常工作等故障。因此，必須按規定定期更換液壓油，定期清洗液壓系統中的過濾器。
2.5.3 液壓油泄漏
液壓系統泄漏是常見問題，發現較為直觀，從引發原因來看，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，液面過高都容易產生泄漏。故使用時需要保證閥、油管之間的密封連接，合理選擇密封圈材質，使用密封帶密封。
3、數控車床液壓系統故障診斷過程
3.1 數控機床上液壓系統故障診斷步驟
基于數控車床液壓系統的特殊性，都是機電液混合而成的系統，內部情況很難從表象加以發現，在發現液壓系統故障后，需要逐步排查分析才能找到問題所在。通過相關資料并結合自身工作經驗，將故障排除的步驟及注意事項歸納如下。
（1）在出現故障時，首先要對機床故障特點和現象進行了解，然后采用目測法、手摸法或聆聽法檢查是否是表象問題，如漏油、噪聲、震動等問題。
（2）上電檢查，是否有報警，報警信號類型是哪個；如果無報警信息，根據故障描述，逐次嘗試可能的問題，如檢測夾緊踏板是否可用。
（3）檢測出故障部件后，開始分析出現故障的原因，并采用追蹤法、儀器檢測法等進行進行檢測、定位，最后確定引起故障的原因和具體元件。
（4）根據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，重啟機床，測試故障是否解除，為后續有據可循，需要做好相關維修記錄，為后面作參考。
3.2 應用實例
在從事數控車床操作過程中，所使用的viva T2C數控車床多次出現液壓故障，導致機床不能正常工作，差點造成事故。通過對故障的現象進行分析，并采用診斷步驟排查故障原因，解決了相應問題，車床得以正常使用。
（1）導軌油不足，出現報警，車床無法正常運行。該故障出現過程中，車床無法正常運行，在報警窗口出現導軌油不足提示。該問題應該是導軌潤滑不到位所致，根據這一線索開始排查油路。檢查導軌油箱，導軌油充足；判斷是否是導軌油管堵塞，拆開機臺右側蓋，檢查導軌油管，發現導軌油無法達到導軌上，中間油管抽空，重新回到導軌油箱接口處，發現原來是導軌油管和導軌油箱接口處堵塞所致；排除堵塞后，疏導油管，重新按機床復位，報警消失，機床可正常運行。
（2）機床卡盤夾緊力不足，出現飛件。車床使用過程中，突然發生飛件現象，導致零件損壞。經檢查是三抓卡盤抓緊力不足，剛放上棒料時，用手嘗試移動感覺夾緊力可以，但車床主軸啟動后，由于離心力比夾緊力大，導致零件甩飛。開始進行故障排查，首先查看卡盤油路壓力表，發現壓力值偏低，可能出現泄漏問題；檢查該支路的液壓閥、油管，發現換向閥的進油口處有油液泄漏，重新踩夾緊踏板，泄漏更加嚴重，故此判斷是該處換向閥有問題，拆卸換向閥發現，是閥與油管連接不緊密所致，重新更換密封圈，重新安裝調試運行，排除了卡盤夾緊力不足現象。
4、結語
對數控車床液壓系統的結構特點及故障形式進行分析，結合相關資料對具體出現的故障問題進行闡述，并提出相應排除方法。結合經驗簡述了故障排除方法，并結合實際案例闡述排查故障流程。在生產實際中，掌握機床液壓系統故障較容易出現問題和采用恰當的故障診斷排除方法，可以極大縮小檢查范圍和排除時間，提高生產效率。
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