數(shù)控機(jī)床液壓與氣壓系統(tǒng)常見故障與診斷

李華芳

(陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 數(shù)控工程學(xué)院，陜西 咸陽 712000)

在數(shù)控加工技術(shù)愈發(fā)成熟的趨勢下，機(jī)床設(shè)備也開始走向自動(dòng)化與智能化，精確度也逐漸提高。但是，在現(xiàn)代化機(jī)床整機(jī)自動(dòng)化中，不僅有數(shù)控系統(tǒng)，還需配置液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)裝置，以此作為整機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的輔助。不論數(shù)控機(jī)床類型，液壓與氣壓傳動(dòng)都可以實(shí)現(xiàn)有效傳動(dòng)與科學(xué)控制[1]。

1 數(shù)控機(jī)床液壓與氣壓系統(tǒng)常見故障

1.1 油液污染

就數(shù)控機(jī)床液壓系統(tǒng)來講，油液污染屬于典型性突出問題，同時(shí)也是導(dǎo)致傳動(dòng)系統(tǒng)故障的關(guān)鍵要素。在實(shí)際使用時(shí)，由于液壓系統(tǒng)制造與組裝等階段，會(huì)伴有一定污染物，并且機(jī)床工作環(huán)境太過惡劣，一旦系統(tǒng)密封性不佳，極有可能會(huì)進(jìn)入污染物，以此引發(fā)油液污染。在液壓系統(tǒng)油液污染程度超出允許范圍時(shí)，則會(huì)直接威脅液壓系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至還會(huì)導(dǎo)致傳動(dòng)系統(tǒng)報(bào)廢等嚴(yán)重狀況。另外，部分加工制造企業(yè)并不注重?cái)?shù)控機(jī)床維護(hù)與保養(yǎng)，過于形式化，造成液壓系統(tǒng)污染物難以快速有效清理徹底，長期下去，勢必會(huì)對(duì)液壓系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的安全性造成影響。

1.2 系統(tǒng)振動(dòng)與噪音

液壓系統(tǒng)振動(dòng)與噪音十分常見，如果處理不及時(shí)，就會(huì)阻礙數(shù)控機(jī)床有效運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣一來，既會(huì)降低產(chǎn)品合格率，又會(huì)降低運(yùn)行效率，縮減機(jī)床使用壽命。此外，太過劇烈的振動(dòng)與噪聲也會(huì)威脅工人身體健康與正常休息，尤其是聽覺方面。液壓系統(tǒng)在數(shù)控機(jī)床運(yùn)行時(shí)，造成振動(dòng)與噪音的原因各式各樣。數(shù)控機(jī)床運(yùn)行具備自身固有工作頻率，液壓系統(tǒng)也具備固定工作頻率，二者在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)容易發(fā)生共振，這也是造成系統(tǒng)振動(dòng)的要素。而且液壓系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，泵內(nèi)會(huì)進(jìn)入一定空氣，而壓力泵高壓會(huì)導(dǎo)致氣泡快速排出，形成脈沖，引發(fā)系統(tǒng)噪聲[2]。

1.3 系統(tǒng)油溫過高

在液壓系統(tǒng)中，液壓油發(fā)揮著重要介質(zhì)作用，溫度與系統(tǒng)使用效率密切相關(guān)，以此影響了數(shù)控機(jī)床順利運(yùn)行。一般來說，油溫處于40～50 ℃是最佳狀態(tài)，可以充分發(fā)揮液壓系統(tǒng)效率。但是，液壓元件匹配設(shè)計(jì)不合理，油液型號(hào)與粘度不符合標(biāo)準(zhǔn)等，都會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部生成熱量，促使油溫過高。與此同時(shí)，系統(tǒng)冷卻效果較差，無法有效快速散熱，也會(huì)造成油溫上升。系統(tǒng)油溫上升會(huì)直接影響數(shù)控機(jī)床的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，主要體現(xiàn)在橡膠密封件軟件，密封效果大大降低。并且油液在高溫狀態(tài)下，容易氧化生成雜質(zhì)，堵塞管件的縫隙，造成壓力閥失靈。

1.4 系統(tǒng)爬行

系統(tǒng)爬行故障會(huì)嚴(yán)重影響數(shù)控機(jī)床正常工作，導(dǎo)致零部件加工效率與質(zhì)量快速下降。在實(shí)際使用時(shí)，導(dǎo)致系統(tǒng)爬行的因素非常復(fù)雜，但是總體可劃分為兩大方面。其一，系統(tǒng)爬行經(jīng)常出現(xiàn)在低速運(yùn)行環(huán)節(jié)，這是由于低速運(yùn)行過程中，接觸面逐漸增加，摩擦隨之加劇，從而引發(fā)爬行現(xiàn)象。其二，數(shù)控機(jī)床正常使用時(shí)，勢必會(huì)發(fā)生元件磨損現(xiàn)象，以此導(dǎo)致元件縫隙加大，密封性較差，直接影響液壓缸推力，引發(fā)爬行故障[3]。

1.5 系統(tǒng)壓力異常

一般情況下，系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)發(fā)生壓力不足或者不穩(wěn)定等各種異常現(xiàn)象，導(dǎo)致卡緊裝置力度不充足，造成機(jī)械零部件精確度難以達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)重影響機(jī)床穩(wěn)定有序運(yùn)行。造成液壓系統(tǒng)壓力異常的因素各式各樣，主要有液壓系統(tǒng)壓力泵生產(chǎn)不達(dá)標(biāo)，液壓系統(tǒng)油箱漏油引發(fā)嚴(yán)重缺油現(xiàn)象，雜質(zhì)堵塞管道造成油路不通暢等。

1.6 PCB數(shù)控機(jī)床氣壓系統(tǒng)故障

三坐標(biāo)的連續(xù)控制專門加工線路板數(shù)控機(jī)床加工，氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)主軸夾頭加緊與松開、機(jī)械手取刀與放刀、Z軸壓力腳、氣壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械手氣壓缸驅(qū)動(dòng)等等進(jìn)行科學(xué)有效控制。PCB數(shù)控機(jī)床氣壓系統(tǒng)常見故障主要包括：主軸夾頭夾刀過松，甚至存在掉刀現(xiàn)象；機(jī)械手取刀與放刀不到位；機(jī)械手抓刀力不足[4]。

2 數(shù)控機(jī)床液壓與氣壓系統(tǒng)故障診斷

2.1 故障診斷流程

首先，看。觀察系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的速度、壓力值、油液、振動(dòng)與加工的零部件質(zhì)量。看速度可基于對(duì)液壓缸運(yùn)動(dòng)情況的詳細(xì)觀察，即出現(xiàn)跳躍，或者走停相間，導(dǎo)致流量出現(xiàn)異常。其次，聽。即泵與回流管出油口等位置狀況，通過聽系統(tǒng)的振動(dòng)與噪聲，可以準(zhǔn)確判斷故障位置與原因，并及時(shí)采取維修措施。再次，摸。即系統(tǒng)表層溫度、連接件松緊、振動(dòng)與爬行等狀況。然后，聞。即液壓系統(tǒng)橡膠件，在溫度比較高的時(shí)候，可以采用聞味的方式，對(duì)油液進(jìn)行詳細(xì)檢查。隨后，閱。對(duì)系統(tǒng)設(shè)備檔案資料進(jìn)行詳細(xì)查看，觀察系統(tǒng)是否出現(xiàn)故障，通過記錄尋找故障原因，并從系統(tǒng)日檢卡或定檢卡中獲得有價(jià)值的信息，同時(shí)還要查看維修保養(yǎng)記錄，獲得更多有效信息，及時(shí)排除故障。最后，問。針對(duì)操作人員與管理人員，詢問設(shè)備相關(guān)情況，以此使得維修人員準(zhǔn)確判斷，并利用儀器設(shè)備檢查系統(tǒng)，明確 故障位置與原因，采取措施加以處理與保養(yǎng)[5]。系統(tǒng)故障診斷具體流程如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)故障診斷流程

2.2 故障診斷方法

故障診斷員工達(dá)到故障現(xiàn)場，應(yīng)先通過操作人員充分了解系統(tǒng)故障表現(xiàn)形式，詢問系統(tǒng)以前運(yùn)行是否出現(xiàn)故障預(yù)兆。系統(tǒng)故障大部分并非突發(fā)性的，而是在一定征兆后才衍生的，因此，通過操作人員了解并分析，有利于為進(jìn)一步診斷故障提供有效依據(jù)。在了解故障狀況之后，與故障機(jī)床液壓系統(tǒng)維修保養(yǎng)記錄進(jìn)行對(duì)比分析。即通過詳細(xì)分析維修保養(yǎng)記錄，可找到系統(tǒng)薄弱點(diǎn)與故障多發(fā)類型，以此與初始判斷比較分析。此外，維修記錄還能作為制定新型維修方案的重要根據(jù)，從而有效提升系統(tǒng)故障解決效率與水平。在明確故障類型與維修保養(yǎng)方案后，還能就維修方案診斷系統(tǒng)故障。即明確故障準(zhǔn)確位置，以此采取具有針對(duì)性的措施快速有效解決故障。依據(jù)故障診斷結(jié)論，確定是否需要進(jìn)行元件更換，或者修復(fù)處理。在排除系統(tǒng)故障后，還需要全面記錄故障具體情況與診斷過程、采用措施，以此為后續(xù)故障檢測與診斷工作提供幫助。

為了有效保障系統(tǒng)故障診斷效率與質(zhì)量，在此基礎(chǔ)上，還要求技術(shù)人員在日常工作過程中，積極吸收更多新專業(yè)技術(shù)知識(shí)，充分掌握并了解液壓系統(tǒng)與氣壓系統(tǒng)運(yùn)行原理與機(jī)制，并明確系統(tǒng)構(gòu)成元件的作用，做到全方位了解，這樣一來，才能夠快速準(zhǔn)確診斷故障，制定出有效的、可行的解決對(duì)策，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的科學(xué)管理與維護(hù)，以此延長系統(tǒng)使用壽命[6]。

3 實(shí)例分析

某機(jī)床液壓系統(tǒng)與氣壓系統(tǒng)在快退動(dòng)作的時(shí)候，發(fā)生了先朝向零部件方向沖擊，再進(jìn)行快退動(dòng)作的現(xiàn)象，不僅對(duì)加工精確度造成了直接影響，而且在工人發(fā)現(xiàn)時(shí)，已經(jīng)出現(xiàn)了大量廢品。對(duì)此環(huán)節(jié)運(yùn)行原理與機(jī)制進(jìn)行詳細(xì)分析，系統(tǒng)原理具體如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)工作原理

從圖2可知，此系統(tǒng)利用進(jìn)口節(jié)流進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，通過液壓泵定量，而三位四通換向閥的中位機(jī)能為Y型，即換向時(shí)一側(cè)是油壓，一側(cè)是負(fù)壓，很容易造成液壓沖擊，換向穩(wěn)定性較差，但是位置的精確性相對(duì)較好。工作原理是，在液壓缸快退動(dòng)作的時(shí)候，二位二通閥與三位四通換向閥需要同時(shí)進(jìn)行換向操作，這主要是因?yàn)槿凰耐〒Q向閥的時(shí)間滯后，造成二位二通閥接通時(shí)，部分壓力油進(jìn)入了液壓缸工作腔中，導(dǎo)致液壓缸發(fā)生前沖，在三位四通換向閥換向完成之后，液壓油才會(huì)全面進(jìn)入液壓缸有桿腔中去，而無桿腔中的液壓油才會(huì)回流到油箱中。

由此可知，系統(tǒng)出現(xiàn)故障主要是由于設(shè)計(jì)不合理造成的，對(duì)此進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，在二位二通閥與節(jié)流閥上并聯(lián)單向閥，即圖2(b)所示。在液壓缸快退動(dòng)作的時(shí)候，無桿腔液壓油以單向閥為載體回流到油箱中，促使二位二通閥依舊保持在關(guān)閉的狀態(tài)下，以此防止液壓缸發(fā)生前沖，有效排除故障，保證系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)[7]。

4 結(jié) 論

總之，當(dāng)下我國數(shù)控機(jī)床技術(shù)正在迅速更新發(fā)展，然而液壓系統(tǒng)與氣壓系統(tǒng)存在一些常見故障，會(huì)對(duì)數(shù)控機(jī)床發(fā)展造成嚴(yán)重影響，這就需要技術(shù)人員在充分掌握專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)上，不斷更新自身知識(shí)體系，并全面了解掌握故障診斷技術(shù)。本文對(duì)數(shù)控機(jī)床液壓系統(tǒng)故障與氣壓系統(tǒng)常見故障的詳細(xì)分析，并提出了科學(xué)可行的系統(tǒng)故障診斷流程與措施，能夠在很大程度上解決液壓與氣壓系統(tǒng)故障，并進(jìn)一步保證零部件生產(chǎn)整體質(zhì)量。