精密加工中心液壓系統(tǒng)故障分析與解決方案

■天津機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 （300350） 王艷君

DIXI400機(jī)床是瑞士進(jìn)口五軸加工中心，由于長(zhǎng)期服役，機(jī)床故障頻出，為使設(shè)備恢復(fù)正常，投入大量精力進(jìn)行故障排查工作，以下是對(duì)該設(shè)備維修過(guò)程中遇到的機(jī)床液壓頻繁起動(dòng)故障加以分析和討論。

該設(shè)備液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有設(shè)計(jì)冷卻循環(huán)控制回路，機(jī)床油溫滿(mǎn)足使用要求是依靠液壓泵的間歇工作實(shí)現(xiàn)。然而該機(jī)床在工作過(guò)程中液壓泵起動(dòng)頻繁，間隔10s左右導(dǎo)致油箱溫度急劇升高。

1.DIXI400機(jī)床液壓回路故障分析

機(jī)床液壓流程如圖1所示。現(xiàn)在液壓馬達(dá)頻繁起動(dòng)，主要是壓力達(dá)到高壓之后液壓泵停止工作，壓力迅速下降所導(dǎo)致。

由圖1可知機(jī)床液壓系統(tǒng)工作流程：液壓油經(jīng)液壓泵8-M2之后通過(guò)單向閥8.64，1條油路經(jīng)開(kāi)關(guān)閥8.76進(jìn)入壓力存貯器8.67；1條油路流入開(kāi)關(guān)8-S3、8-S4進(jìn)行壓力檢測(cè)；1條油路經(jīng)過(guò)濾器8.63后分3條管路流回油箱，其中1條經(jīng)手動(dòng)開(kāi)關(guān)閥8.69通過(guò)電磁閥進(jìn)入機(jī)床進(jìn)行工作，1條經(jīng)手動(dòng)開(kāi)關(guān)閥8.80通過(guò)電磁閥進(jìn)入ATC工作，1條經(jīng)手動(dòng)開(kāi)關(guān)閥8.70通過(guò)電磁閥進(jìn)入APC工作，最后液壓油均流回油箱8.60進(jìn)行循環(huán)使用。

故障產(chǎn)生的因素主要出現(xiàn)在蓄能器8.67、溢流閥8.65、蓄能器控制閥組（8.66、8.76、8.77）、換向閥8-Y2、單向閥8.64、機(jī)床回路、ATC回路和APC回路這幾個(gè)方面。

2.DIXI400機(jī)床蓄能器控制閥組故障因素分析

DIXI400中蓄能器控制閥組由手動(dòng)閥8.76、溢流閥8.66和手動(dòng)閥8.77三部分組成。該蓄能器控制閥組為進(jìn)口元件，溢流閥8.66上所標(biāo)記的型號(hào)為：LUV SV 94-8495F 3630。

圖1

該控制閥組原理如圖2所示：

圖2

關(guān)閉手動(dòng)閥8.76之后液壓能快速起動(dòng)，但是起動(dòng)達(dá)到最大壓力后又快速降落到最低，又再次進(jìn)入頻繁起動(dòng)階段。

對(duì)于蓄能器控制閥組中首先關(guān)閉溢流閥8.66，也就是不讓其溢流，進(jìn)行觀察，故障現(xiàn)象依舊，懷疑溢流閥存在泄漏。其次分析手動(dòng)閥8.77在回路中所起作用，可以看出該閥是維護(hù)安全閥，當(dāng)需要維修機(jī)床液壓系統(tǒng)時(shí)，可以將其打開(kāi)進(jìn)行泄壓，若該閥存在故障，液壓系統(tǒng)就會(huì)難以起動(dòng)，同時(shí)起動(dòng)之后也難以保持，若徹底損壞就會(huì)造成液壓根本無(wú)法起動(dòng)，直接泄露。懷疑該閥關(guān)閉時(shí)存在少量泄漏現(xiàn)象。

對(duì)換向閥8-Y2依據(jù)機(jī)床電器圖進(jìn)行檢查分析，確認(rèn)該閥在機(jī)床開(kāi)機(jī)時(shí)開(kāi)關(guān)8-Q1沒(méi)有跳閘情況下應(yīng)當(dāng)處于吸合狀態(tài)，也就是8-Y2電磁閥線(xiàn)圈在機(jī)床送電之后一直帶電，實(shí)際檢測(cè)也是這樣，若該閥內(nèi)部存在密封不嚴(yán)現(xiàn)象，也會(huì)造成壓力保持不住的現(xiàn)象。

為確認(rèn)蓄能器控制閥組和換向閥8-Y2是否存在泄漏，依據(jù)機(jī)床液壓圖所示，從液壓管路連接處A點(diǎn)斷開(kāi)，進(jìn)行觀察，未發(fā)現(xiàn)有液壓油從控制閥組和換向閥所連管路流出，因此可以確認(rèn)故障點(diǎn)不是由于控制閥組和換向閥所引起的。

3.蓄能器分析與研究

若機(jī)床蓄能器8.67中氮?dú)獠蛔阋矔?huì)造成系統(tǒng)壓力難以長(zhǎng)久保持，使液壓泵起動(dòng)頻繁的故障。

依據(jù)圖樣可以查到該機(jī)床蓄能器要求灌入的氮?dú)鈮毫?3.5MPa。用充氮工具連接蓄能器進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)蓄能器中無(wú)壓力，初步判斷為液壓箱蓄能器壓力不足所致。蓄能器重新充氣后，可以看到液壓泵從剛開(kāi)始停止到再次起動(dòng)持續(xù)時(shí)間可以堅(jiān)持100s。觀察壓力表8.68可以看到，當(dāng)壓力升到22MPa之后液壓泵停止工作，這時(shí)所有機(jī)床動(dòng)作都不執(zhí)行，可以看到壓力表8.68壓力迅速下降，在到達(dá)19MPa左右時(shí)下降相對(duì)緩慢，降到18MPa之后液壓泵又會(huì)再次起動(dòng)。

4.液壓回路故障分析

機(jī)床蓄能器灌注氮?dú)庵笠簤侯l繁起動(dòng)現(xiàn)象雖有所緩解，但還是沒(méi)有恢復(fù)到原始狀態(tài)，由此可見(jiàn)機(jī)床還存在其他故障點(diǎn)。

通過(guò)檢查，證明液壓箱內(nèi)部不存在泄漏，還需要對(duì)控制回路進(jìn)行檢查。由機(jī)床液壓圖可以看出：溢流閥8.65存在泄漏也會(huì)造成液壓油壓力下降快速；單向閥8.64如果存在反向截止不嚴(yán)會(huì)造成液壓泵停止之后液壓油泄露回到油箱。

關(guān)閉機(jī)床回路手動(dòng)閥、ATC回路手動(dòng)閥，該機(jī)床沒(méi)有交換工作臺(tái)，因此APC回路手動(dòng)閥一直處于關(guān)閉狀態(tài)。

打開(kāi)回油過(guò)濾器8.99，起動(dòng)液壓系統(tǒng)進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)回油過(guò)濾器沒(méi)有液壓油回流，因此可以斷定溢流閥8.65不存在泄露。此時(shí)觀察液壓壓力可以看到機(jī)床壓力一直保持不變，因此可以斷定單向閥8.64不存在故障，若該單向閥存在故障，壓力會(huì)有所下降甚至為0。

只關(guān)閉手動(dòng)閥8.69，可以看到機(jī)床壓力起動(dòng)之后保持不變，直到壓力下降為10MPa時(shí)，過(guò)很長(zhǎng)一段時(shí)間后，液壓會(huì)突然下降為0。

只關(guān)閉手動(dòng)閥8.80，可以看到機(jī)床壓力起動(dòng)之后液壓壓力自液壓泵停止轉(zhuǎn)動(dòng)之后立即快速下降，直到再次起動(dòng)。

由上述分析可以斷定機(jī)床故障主要出現(xiàn)在手動(dòng)閥8.69之后到機(jī)床控制動(dòng)作的回路中如圖3所示。

對(duì)于圖3中的這些執(zhí)行元件，逐一進(jìn)行排查。對(duì)于主軸換擋機(jī)構(gòu)中的3個(gè)換向閥4-Y11、4-Y12和4-Y13等主軸轉(zhuǎn)速變化時(shí)能進(jìn)行換擋動(dòng)作。對(duì)每一擋位，當(dāng)電磁閥帶電時(shí)將電磁閥線(xiàn)圈連線(xiàn)斷開(kāi)進(jìn)行觀察，液壓壓力始終是快速下降，可見(jiàn)該回路不存在隱患。

對(duì)于主軸松刀、卡刀油缸控制閥4-Y8、4-Y9，正常工作時(shí)4-Y8中的進(jìn)油口截止，4-Y9進(jìn)油口一直供油。鑒于此情況，懷疑閥4-Y9泄露或松刀、卡刀油缸內(nèi)部泄露造成液壓油泄露。

圖 3

在正常工作情況下給閥4-Y9供電，截止該油路供油，觀察發(fā)現(xiàn)液壓泵此時(shí)間歇工作時(shí)間由灌完氮?dú)庵蟮?00s可以延遲到3min。為進(jìn)一步確認(rèn)故障點(diǎn)，將各狀態(tài)恢復(fù)原狀，在關(guān)機(jī)狀態(tài)下斷開(kāi)管路2.32，將閥4-Y8處的管路用堵頭堵住，將油缸處斷開(kāi)的管路放入回收容器中，開(kāi)啟液壓進(jìn)行觀察，沒(méi)有看到有液壓油從管路流出，因此可以確認(rèn)該松刀、卡刀油缸不存在內(nèi)部泄露，故障原因可能出現(xiàn)在閥4-Y9上。拆下該閥分解之后進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)該閥內(nèi)部一側(cè)的單向閥錐面有研傷痕跡，可以確認(rèn)該閥存在故障需要更換。

在起動(dòng)液壓并強(qiáng)行給閥4-Y9加上電壓使其截止時(shí)，各軸都不運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)此時(shí)液壓泵間歇工作時(shí)間可以延長(zhǎng)到9min。由于剛開(kāi)機(jī)時(shí)主軸換擋閥4-Y11、4-Y12、4-Y13中總有一個(gè)處于帶電狀態(tài)，使主軸處于不同擋位，關(guān)閉液壓重新起動(dòng)（其他動(dòng)作均不執(zhí)行），觀察發(fā)現(xiàn)此時(shí)液壓泵間歇工作時(shí)間均可以延長(zhǎng)到9min。因此可以確認(rèn)主軸換擋液壓回路不存在任何泄露。

在起動(dòng)液壓并強(qiáng)行給閥4-Y9加上電壓使其截止時(shí)，手動(dòng)運(yùn)動(dòng)Y軸，此時(shí)閥4-Y10帶電，Y軸鎖緊油缸打開(kāi)，這時(shí)觀察機(jī)床液壓泵間歇工作時(shí)間只能持續(xù)3min，因此確認(rèn)該回路肯定存在故障。這時(shí)關(guān)閉液壓重新起動(dòng)使閥4-Y10斷電，旋轉(zhuǎn)B軸使閥4-Y5帶電進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)液壓泵間歇工作時(shí)間可以延遲到8min，因此可以確認(rèn)該電磁閥也可能存在輕微泄露。為確認(rèn)Y軸鎖緊機(jī)構(gòu)中是鎖緊缸泄露還是電磁閥內(nèi)部泄露，將閥4-Y5與閥4-Y10互換，然后起動(dòng)液壓運(yùn)動(dòng)Y軸進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)液壓泵間歇工作時(shí)間可以延遲到8min；這時(shí)關(guān)閉液壓重新起動(dòng)，旋轉(zhuǎn)B軸進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)液壓泵間歇工作時(shí)間只能持續(xù)3min。因此可以斷定Y軸鎖緊缸不存在泄漏，電磁閥4-Y10內(nèi)部存在泄漏是故障主要因素。

5.結(jié)語(yǔ)

由以上分析可以確認(rèn)造成該機(jī)床液壓頻繁起動(dòng)的主要因素有以下4點(diǎn)：①蓄能器8.67氮?dú)鈮毫?yán)重不足（理論要求13.5MPa，而故障時(shí)測(cè)量壓力幾乎為0）。②主軸松刀、卡刀油缸控制閥4-Y9內(nèi)部損傷造成單向截止不良。③B軸松開(kāi)電磁閥4-Y5內(nèi)部存在輕微泄露。④Y軸鎖緊缸松開(kāi)電磁閥4-Y10內(nèi)部存在嚴(yán)重泄漏。

對(duì)蓄能器重新加注氮?dú)猓鼡Q3個(gè)故障電磁閥，這樣即可徹底解決機(jī)床液壓系統(tǒng)頻繁起動(dòng)故障。工作年限較長(zhǎng)的精密機(jī)床的液壓系統(tǒng)，由于長(zhǎng)時(shí)間處于高壓、頻繁通斷的狀態(tài)，個(gè)別控制閥容易出現(xiàn)內(nèi)漏等問(wèn)題，不易被發(fā)覺(jué)。蓄能器由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在故障排查過(guò)程中往往容易被忽略，而大部分的蓄能器在長(zhǎng)時(shí)間使用后都會(huì)存在不同程度的壓力降低現(xiàn)象，因此需要定期檢查蓄能器壓力，保證液壓系統(tǒng)正常工作。