數控磨齒機液壓系統典型故障分析與保養

宗建軍

（南車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司 江蘇常州）

德國NILES公司生產的 ZE系列數控磨齒機是緊湊型結構的高精度數控成形磨齒機，公司共引進ZE400-ZE1200多種型號的數控磨齒機13臺。磨齒機采用西門子840D數控系統，共有5個數控軸，X軸（行程溜板軸向運動）、Y軸（主立柱徑向進給運動）、Z軸（主軸溜板橫向運動）、B軸（回轉座的回轉運動）、A軸（旋轉工作臺分度運動），其中Z、Y、X、A可4軸聯動。機床液壓系統由Bosch Rexroth制造，采用集中式液壓站（圖1），使用符合ISO HM68標準的液壓油，主要用于機床立柱靜壓導軌、工作臺靜壓軸承、回轉座夾緊、尾座行程與潤滑。

一、典型故障分析及排除

圖1 集中式液壓站

1.串油及油箱油位增加

在機床加工使用中發現液壓站油箱油位會持續增加，同時目視液壓油變色，懷疑冷卻油串入液壓油箱。

對機床進行全面檢查，由于磨齒機為全封閉式加工，在磨削時冷卻油會四處噴濺，充滿整個機床內部。機床X軸和Y軸兩側都有防護板或防護簾，將整個主立柱封閉，其內部為潤滑和液壓系統，潤滑油仍回油箱。防護板和防護簾的完好性非常重要，否則冷卻油極容易通過立柱內空間進入液壓油箱。另外，立柱兩側機床底部要時常清理，否則冷卻油也容易通過團狀磨削贓物從立柱側面滲入立柱內部。

Y軸為磨齒機磨齒時的沖程運動，上下運動頻繁，故兩側防護板容易產生問題。防護板為兩層，外層為金屬板，內層為尼龍材料。維修時，發現防護板內層尼龍材料裂口，對裂口處進行縫接加固。后續通過讓操作工每日點檢防護板、液壓站油位，有異常及時維修，另要求及時檢查和清潔Y軸兩側磨削贓物，故障得以消除。

2.油箱油位在磨削斜齒時持續減少

機床在加工斜齒時發現液壓油會持續緩慢減少，但在加工直齒時正常，檢查外部液壓站和機床內油管無滲漏處。查閱圖紙，機床B軸旋轉鎖緊是采用5點式鎖緊機構，每個點用油缸碟簧片鎖緊（圖2），共有5套鎖緊機構。B軸靠碟簧力鎖緊，靠液壓推動油缸松開。機床加工斜齒時，根據工件硬度會設定每加工3～8個齒后B軸會自動旋轉到0°進行砂輪修整，修整完畢再旋轉至所加工斜齒輪的螺旋角度后進行加工。B軸運動時電磁閥先動作，液壓油進入油缸，推動油缸克服圖2中BE 35-17的碟簧力，放松B軸。而加工直齒時B軸不動作。圖2中BE 35-15、BE 35-16采用的密封件，由一個橡膠O形圈及聚四氟乙烯圈組合成。目視檢查機床B軸旋轉時油缸有漏油現象，液壓壓力正常。

圖2 油缸碟簧片鎖緊結構

將機床X軸開至合適位置，進入機床立柱內部拆卸漏油的B軸鎖緊機構，可通過加長套筒扳手將鎖緊機構整體拆出。解體油缸，更換磨損的密封后回裝。安裝鎖緊機構時注意要在完全擰緊后再松動3/4圈，從而使碟簧片彈力調至最佳。中部的3個鎖緊機構在機床立柱內便可觀察和更換，回轉座兩側的2個鎖緊機構無法直接觀察，一般要打開X軸下部的防護板。如漏油，需將整個回轉座拆卸，才能檢查維修兩側的鎖緊機構。拆卸回轉機構時要先將X軸電機、絲杠、直線導軌副與光柵尺讀數頭支座拆除和脫離，并注意回轉機構的支撐和吊裝，修復安裝后也要注意對各軸系重新做零點位置標定。

3.ZE400機床加工時液壓泵啟動加載頻繁

ZE400在加工時液壓系統壓力值下降快，液壓泵啟動加載頻繁。檢查機床液壓站及各管路無泄漏情況，液壓油箱油位無明顯變化。拆檢系統主溢流閥無異常，與相同機床的正常溢流閥進行互換，故障依舊。用蓄能器專用充氣工具檢查液壓系統蓄能器內氮氣壓力為0.3 MPa，壓力過低。

準備滿瓶的標準氮氣瓶和專用充氣工具，首先釋放液壓系統壓力，用專用充氣工具連接氮氣瓶和蓄能器，旋轉開啟閥頂開蓄能器單向閥，緩慢開啟氮氣瓶截止閥進行充氣，直至蓄能器壓力至3 MPa（該型號機床額定壓力）。依次關閉截止閥和開啟閥，并打開放氣開關，放掉充氣氣路中的殘留氣體，一般可重復1～2次，直至蓄能器內壓力符合標準。開啟機床，故障隨之消失。對帶有蓄能器保壓的液壓系統，要定期檢查蓄能器壓力，低于規定的充氣壓力時應及時充氣，以使蓄能器處于最佳使用狀態。另外，保壓回路中的單向閥和溢流閥的好壞，同樣是造成故障的因素。

4.液壓系統無法開啟

ZE800開啟機床，液壓上電后操作面板上指示燈反復閃爍，無法上電。復位后報警：701038打開時間超時，見順序錯誤。檢查機床液壓系統無異常，檢查冷卻潤滑劑處理裝置時，發現回油泵控制斷路器斷開。經分析，NILES ZE系列機床共配了兩種型號的冷卻潤滑劑處理裝置，一種為HOFFMANN的OEDRK190-U-2型，采用該型號處理裝置的機床，在冷卻潤滑劑處理裝置發生故障時液壓能上電，同時機床報警：700100冷卻系統沒有就緒。只需將故障排除后，便可消除報警。另一種為KNOLL的FKA/2500型，采用該型號冷卻潤滑劑處理裝置的機床，會出現上述701038報警后的故障現象。

檢查故障機床的回油泵支路，發現回油泵吸口有贓物堵塞，清除堵塞物同時檢查電機的三相電阻及電壓，均正常。復位斷路器后，消除了冷卻潤滑劑處理裝置報警。重新對機床液壓系統上電，機床恢復正常。

在數控磨齒機的維修中，要區別兩種型號冷卻潤滑劑處理裝置的機床，對采用KNOLL裝置的機床，在液壓無法上電時，除了檢查液壓系統外，同時要檢查和排除冷卻潤滑劑處理裝置的故障因素。

5.機床Y軸軸承沒有靜壓力

機床工作中報警：700727，Y軸軸承沒有靜壓力，無法復位消除。檢查液壓站及到Y軸的液壓管路無異常，發現S213數顯壓力傳感器顯示為0.5 MPa，其設定值應為3.8 MPa（Y軸靜壓壓力額定值），導致未觸發傳感器OUT信號，機床產生報警。初步懷疑是溢流閥2.02故障，將正常機床的相同溢流閥進行交換后故障依舊。利用疊加閥塊上預留的MPE快接口，連接壓力表檢查溢流閥的前端壓力（也是液壓泵的出口壓力）為零，確定為液壓泵故障。

機床采用的是REXROTH的三聯多級泵（圖3），第一級為葉片泵P1，后兩級為齒輪泵P2、P3，由一個電機進行驅動。Y軸靜壓由最后一級泵P3供油，額定輸出壓力4 MPa。對多級泵體進行拆檢，發現第二、三級泵的聯軸套磨損（圖4）,造成多級泵工作時第三級泵軸空轉，導致上述故障。由于現場急需恢復機床，且REXROTH泵的供貨周期較長，后根據泵的聯軸套和泵軸的磨損情況，將原“十字形”的聯軸套改為“一字形”結構。安裝后液壓泵能正常工作，壓力平穩無擺差，泵無異聲，機床試機后一切正常。新泵購回后換裝，將改裝的泵作為備用泵使用。

圖3 REXROTH三聯多級泵

圖4 聯軸套磨損

二、數控磨齒機液壓系統維護保養

NILES ZE系列數控磨齒機的液壓系統運行可靠，故障率較低。液壓系統的液壓油，由機床冷卻潤滑劑處理裝置上的空調來保持溫度恒定。液壓系統主要過濾器都采用壓力過濾器，濾芯的污染由污染度傳感器監控，機床數控系統也會有故障信息提示。

（1）液壓油品質非常重要。由于NILES ZE系列數控磨齒機結構的特殊性，使其容易發生串油故障，在日常點檢和維保上要注意相關因素的排查和保養。機床年度小修時，將液壓油樣品委托油品供應商進行相關檢測，根據檢測報告來判斷油品是否繼續使用。平時添加液壓油時，要徹底清潔加油和通風過濾器，加油時最好使用10 μm的過濾器過濾。

（2）冷卻潤滑劑處理裝置中的空調要加強巡檢，定期檢查其工作情況，尤其要注意壓縮機油位、冷媒壓力、是否有結霜、過濾棉和冷卻柵格的清潔程度等，保證空調工作正常。

（3）定期緊固液壓系統各管接頭、法蘭盤接頭和各疊加閥緊固螺釘，保證無滲漏。對液壓系統的液壓軟管要仔細檢查，有破皮、鼓包現象時及時更換。一般從軟管標識的生產日期開始，使用滿6年后必須更換。

（4）年度小修時，對紙質濾芯必須更換，對金屬網式濾芯進行徹底清洗，如更換液壓油時對油箱也要徹底清洗。

（5）建立操作員工設備日常點檢、維修人員日常巡檢、設備年度維保計劃、設備年度小修計劃的維保體系。推行設備日常維修記錄檔案和設備履歷本制度，來記錄每臺設備的日常維修、維護保養、精度檢測、數據備份等相關信息，便于追溯和學習。