数控机床液压系统典型故障及处理方法

数控机床液压系统典型故障及处理方法

作者：周卫卫

来源：《科技创新与应用》2013年第05期

摘 要：液压系统是数控机床的重要组成部分，其工作性能直接影响机床加工工件的精度和质量。液压系统常见的故障有系统振动和噪音、系统冲击、系统爬行、卡紧故障和系统温升等五类，针对这几种类型的故障产生原因及相应的处理方法做了细致阐述，对于提高数控机床加工性能及液压系统维护起到积极作用。

关键词：数控机床；液压系统；振动与噪音；爬行故障 前言

随着现代电子技术和计算机技术的快速发展，极大的提高了数控机床的自动化程度和精度，促进了数控机床的高速发展。液压系统由于其广泛的工艺适应性、良好的操控性和低成本优点，在数控机床的应用愈来愈广泛，并成为现在数控机床的重要组成部分，例如，主轴的自动装卡、主轴箱齿轮的变档和主轴轴承的润滑、自动对刀装置等，一般采用液压系统。数控机床液压系统的性能直接影响加工工件的质量，例如，卡紧力下降导致刀具损坏和产品报废，自动控制失灵，工作机构产生间歇运动使工件的精度或者质量下降、废品率增高等。因此，加强数控机床液压系统故障诊断与故障处理是加工质量的重要环节。

数控机床液压系统常见故障包括液压系统振动与噪声、液压系统的冲击、液压系统的爬行、液压系统的卡紧、液压系统的温升等五种类型。 1 液压系统振动和噪音 1.1 液压系统振动和噪音产生

液压系统的振动和噪声的主要来源有：①液压泵的工作频率与数控机床固有频率产生的系统共振；②液压泵吸路的气穴，液压油混合空气后，气泡在高压作用下瞬间释放，产生高频冲击，使泵产生很大的压力脉动，进而激发成高频噪音；③液压泵的吸空及由此产生的气蚀，主要液压泵吸入口吸进的液压油混有空气而产生的气蚀，增加系统噪声，从而产生振动和噪音，同时还影响液压泵的容积效率，使液压油容易变质，所以这是液压系统中不允许存在的现象。④系统管路振动和噪声。系统中泵体、阀门等元件的共振产生的，同时管路死弯过多、太细、截面积变化以及固定部件的松动也是产生噪声的原因。 1.2 故障处理

此类故障的处理方法，一般可以采取以下措施进行处理：排除吸路的气穴主要有：通过增加吸路直径、减少或避免吸路的弯曲，从而降低吸油速度、减少管道阻力；选用

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适当的吸油滤油器，注意检查、清洗，避免滤芯的堵塞；液压泵的吸油口吸入高度尽量控制在500mm以内。

液压泵的吸空则可以采取以下措施：保证液压泵及吸路间各连接密封可靠无泄漏；油箱中设置隔板，延长气泡在油气中的分离时间，回路中回油箱的回油速度不应过快；油箱中有足够的液压油，保证吸侵入油箱2/3以上，尽量缩短吸路长度，有效防止过量空气侵入。

控制阀噪声及管路振动和噪声可以通过改变管路长度来改变管路固有振动频率，同时对一些阀的安装进行位置变化还要合理设计管路，控制流体速度，避免有死弯，使截面积变化要逐渐过渡来降低。 2 液压系统的冲击 2.1 液压系统冲击的产生

在液压系统中，管路内液体流动方向的迅速改变或停止运动导致在管路内形成一个很高的压力峰值，这种现象叫液压冲击。液压冲击产生的原因主要有阀口的突然关闭，运动部件突然被制动、减速或停止产生的液压冲击。 2.2 液压系统冲击故障的处理

减小液压冲击的措施：（1）延长阀门关闭时间和运动部件的制动时间。实践证明，运动部件的制动时间大于0.2s时，液压冲击就可大为减轻。

（2）管道中液体的流速和运动部件的运动速度。在机床液压系统中，管道中液体的流速一般应在4.5m/s以下，运动部件的运动速度一般不宜超过10m/min。 （3）适当加大管道直径，尽量缩短管路长度。

（4）在液压元件中设置缓冲装置（如液压缸中的缓冲装置），或采用软管以增加管道的弹性。

（5）在液压系统中设置蓄能器或安全阀。 3 液压系统的爬行

机床中的爬行现象十分有害，特别是在数控机床的液压系统中，爬行将直接影响工件的表面加工质量，缩短刀具使用寿命，因此，消除爬行是实现液压系统稳定性和提高机床加工精度的重要措施。

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3.1 驱动刚性差引起爬行及处理

空气混入液压油后，一部分溶于油液中，一部分形成气泡浮在压力油中。因为空气有压缩性，致使液压油产生明显的弹性，造成系统驱动刚性差而引起爬行。

因此，消除此类故障可以有以下方法：提高零件在制造、装配时的加工精度，严格控制公差、配合间歇；各管道部位加强紧固，防止产生泄漏；为保证系统中各部分能经常充满油液，泵出口应安装单向阀，回油回路设置背压阀；优化液压系统，设置排气塞或放气阀，防止系统出现局部真空的发生。

3.2 低速运动时摩擦力变化引起的爬行

机床的爬行现象主要发生在低速运动时，此时两导轨面之间难以形成高速运动时的动压油膜。这时两导轨表面的微峰直接接触而发生塑性变形导致接触面局部高热，出现金属分子的粘着，也称“冷焊”，这时两导轨间的磨擦系数是相当大的。

此时，可以采取修复或更换液压泵内的零件，严格保证装配间隙要求，从而减少液压泵的泄漏进而保证充足的润滑油量。同时可在液压油中加入添加剂，以改善润滑油的性能。 3.3 元件磨损引起爬行

液压系统中，液压元件阀类零件磨损将增大配合间隙，部分高压油与低压油互通，引起压力不足。此外，液压缸活塞与缸体内孔配合间歇因磨损而增大，发生内泄露，使液压缸活塞两端压差减小，导致推力减小，致使在低速时因摩擦力的变化而产生爬行。

因此，对于此类爬行故障应认真检验配合间歇，配做或重配元件，以保证配合间隙，已坏的工件则需要及时更换。 4 液压系统的卡紧

液压系统的液压卡紧，一般是指当阀芯停止运动一段时间（大约2～5min）后，产生很大的阻力，致使阀芯重新移动十分困难，这种故障将加速滑阀的磨损，降低元件的寿命，同时危害系统正常运行。产生此类故障主要有以下原因：①油液中极性分子的吸附作用：产生液压卡紧后，由于油液的极性分子的吸附作用，卡紧故障会在较长的时间后才能消除。②杂质堵塞引起液压卡紧：液压油在工作过程中，会避免产生许多杂质，杂质的楔入将形成液压卡紧发生，因此应严格控制阀孔与阀芯的配合精度，并通过精密过滤液压油来提高油液的洁净度。③径向力不平衡引起的液压卡紧：液压滑阀副间的形状误差和同轴度变化引起径向力不平衡而产生液压卡紧，也是其中的因素之一。 5 液压系统的温升

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液压油的温升是数控机床液压系统常见故障之一，其原因主要有：①系统设计不合理：节流方式不当，系统在非工作过程中无有效的卸荷措施，大量压力油耗损而发热。②机械损耗大：由于液压元件的加工精度和装配精度不合要求、密封不严造成。③油液流速太大。④油液粘度过高。⑤环境温度过高及散热状况不良。⑥溢流阀溢流油液较多等。因此，可以采取优化系统结构、提高液压回路安装精度、选用合理液压元件、改善散热等措施，防止系统油液温度升高而危害系统元件的正常操作、影响系统性能。 参考文献

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