数控车床液压系统故障类型分析与研究
2019-4-29 来源：厦门兴才职业技术学院 作者：曾智良 林柳旺
摘要：液压系统是数控车床的重要组成部分，主要负责实现卡盘松紧、刀架旋转、套筒伸缩等功能。针对数控车床液压系统常见故障进行总结，分别对因液压系统故障导致的噪声、爬行、冲击等问题展开分析，并提出维修建议，以viva T2C数控车床的液压系统为例，对出现的故障进行实例分析。
关键词：viva T2C数控车床液压系统故障诊断
液压系统具有实用性强、控制性能好、输出力矩大等特点，被广泛用于各个行业，但出现的液压故障会导致元件或系统无法达到相应功能，且故障检测具有复杂性、不确定性、相关性和延时性，导致检测和维修较为困难。液压系统作为数控车床中的重要组成部分，随着工作时间增加和环境影响，机床液压系统也会出现一些异常现象，导致机床无法正常工作。正确判断机床液压系统故障原因并进行及时检修，是延长机床正常使用寿命的保障。
1、数控车床液压系统功能及故障形式
1.1 液压系统功能
当前数控车床液压系统主要实现的动作包括卡盘的夹紧与松开、刀架的正传与反转、刀架的夹紧与松开、套筒的伸出与缩回等。以viva T2C数控车床为例，该液压系统采用单向变量液压泵为系统供油，能量损失较少；在卡盘控制中，通过一个换向阀和两个减压阀实现高低压夹紧转换，进而调节夹紧力；采用液压马达实现刀架转位控制，实现无级调速和刀架正反转控制；通过换向阀和调速阀控制尾座套筒的动作和预紧力大小，适应不同工件需要；系统中的压力计便于液压系统的调试和故障诊断使用。
1.2 数控车床液压系统常见故障
数控车床液压系统主要组成包括液压油、油箱、液压阀、液压泵、液压阀、液压缸。在系统运行过程中，引起故障较大部分原因是个元器件存在缺损所致，如部件连接不紧密，密封圈老化，液压阀损坏等，导致系统压力不足或完全无压力，无法正常给执行元件供油；存在振动和噪声影响，使得机台稳定性较差，噪声污染；系统油温过高，达到一定层度后系统报警或无法正常运行；存在液压冲洗，机床执行运行出现断续现象。上述问题导致机床液压系统性能降低或完全无法正常工作，针对上述问题，结合大量案例，将数控车床液压系统存在的故障进行整理分析，并提出相应解决方案。
2、数控车床故障形成原因及处理
2.1 车床液压系统发生爬行现象
机床液压系统运行过程中，执行元件出现时断时续速度不均匀的爬行现象，根据具体特点分析原因如下。
（1）液压油供油不平稳引起的爬行。包括：润滑油选择不当，油液粘度过大，吸油不畅；液压油有杂质堵塞油管或阀，导致阀芯移动不灵，引起油压不稳。针对该问题需检测液压油质量并及时更换油液，清理相应堵塞位置保证油路畅通。
（2）元器件故障引起的爬行。系统长时间运行后，液压阀换向频繁，易导致配合间隙增大，上下腔油液压力不均形成混油，导致压力不足；蓄能器作为调节元件，在不均压力冲击下，易产生波动；密封件长时间使用后，较容易出现老化，导致接头之间出现各种泄漏，导致供油不足；对于执行元件运行在低速时，如果润滑不到位，若发生干摩擦而阻力增加，需通过提高液压泵压力，过高的油压容易引起漏油，而引起爬行。针对元器件故障问题可采需要及时修复或更换损坏元件，增加运动件润滑油。
（3）机械结构配合不当引起的爬行。主要原因包括：密封效果不良；液压系统中混入空气，因空气有压缩性，造成驱动刚性差而引起爬行现象；安装液压缸时，液压缸缸体和导轨之间的安装需要在同一中心线上，如果安装出现偏差，导致活塞杆弯曲或者导轨倾斜，则容易导致活塞杆与缸筒相互摩擦，整个运动过程不协调而引起爬行；而导轨间隙的楔铁或压板调得太紧或弯曲，也易造成爬行。解决办法包括：更换密封圈，严格达到公差要求，装配保证配合间隙。
2.2 车床液压系统油温过高油温过高
容易导致系统无法正常工作，使用中应尽量避免该问题。引起油温过高的主要原因包括：油压设置过高，导致油温过高；油液粘度过大导致油液流动性差，散热就更加困难；泄漏问题会因为油液缺失，液压泵供油压力增大才能提供需要的液压油，而压力大则油温升高；系统运行中，如果液压缸出现润滑不到位，缸体安装偏差，则易出现机械损耗过大，所需提供的油压较大，导致油温升高；液压系统设计不合理导致工作过程中有大量压力损失而使油温过高，如管道弯曲过多，卸荷设计不到位，选用的阀、泵规格不正确。可通过降低油压调定值，降低粘度，精简回路，优化系统设计，提高元件装配精度，改善润滑条件及油箱的散热环境；有效增加油箱的容积，应用强制冷却等方法降低油温
2.3 车床液压系统产生噪声和震动
液压系统在运行中极易产生噪声和震动现象，引起噪声和震动的原因主要集中在液压系统的元件上面。当液压油中混入空气，容易产生气穴现象和吸空现象，导致执行元件动作不连续，并伴有噪声和震动。根据形成气穴和吸空的原因，可以采取提高系统密封性能，减少空气混入；尽量减少弯曲管件的使用，简化液压系统设计；合理选用滤油器，做好检修和清洗工作，避免堵塞；液压泵的吸入高度要尽量小，避免因油粘度过高而产生吸油不足。换向阀因阀芯移动过快引起换向冲击，可通过调整系统中的节流元件有效避免换向冲击震动。管道接头固定装置因长时间使用发生松动，导致油液流过时引发油管抖动，应定期进行固定装置的检查和维修。
2.4 车床液压系统冲击
液压冲击产生原因主要是管路中的阀类零件突然封闭，导致压力油形成挤压，压力急剧提高；在运动部件高速运行时，如果突然被制止也会导致，阀体或缸体局部压力增大而形成冲击；另外，某些元件动作灵敏度不足，无法合理卸荷油压，也容易形成液压冲击。对于换向冲击故障，可以采用降低换向阀转换速度，适当增大管道直径，减小流速，合理设置储能器等；对于运动部件急停所致的冲击故障，则可采取适当延长制动时间、设置缓冲装置等方式加以处理。对灵敏度不高元器件需要及时更换，或者调整控制时间。
2.5 车床液压系统其他故障
2.5.1 液压卡紧
液压卡紧是活塞或阀芯被活塞周围空隙中的不平衡压力卡住，不平衡压力侧向推动活塞，引起足以阻止轴向运动的摩擦现象。主要原因包括换向阀出现故障，导致阀芯与阀体出现偏差，在换向过程中出现很大摩擦力，相互卡紧所致；在活塞缸中，如果安装不当也容易缸壁与活塞杆之间的摩擦，形成卡紧；而液压系统使用一段时间后，杂质进入阀芯阀体连接处堵塞缝隙，形成阻力导致阀体无法移动而卡紧。针对上述问题，可以采用更换或修复液压阀、活塞杆的方法，对于杂质引起的卡紧则可在阀芯上开槽的方法加以解决。
2.5.2 液压油污染
液压油污染主要是在油液中混入了水分或杂质，积累到一定时间后，水分子易使元器件生锈，而水分子挤压破裂形成的冲击又会磨损元器件；当油液污染严重后，将会堵塞过滤器，导致油路不通。同时，安装在系统的各种传感器也会因信号不正常，而使机床发生报警，系统无法正常工作等故障。因此，必须按规定定期更换液压油，定期清洗液压系统中的过滤器。
2.5.3 液压油泄漏
液压系统泄漏是常见问题，发现较为直观，从引发原因来看，大部分是由于元件接口处不紧密而引起泄露，密封件老化或易损件磨损，配合零件间间隙过大，油液加注过多，液面过高都容易产生泄漏。故使用时需要保证阀、油管之间的密封连接，合理选择密封圈材质，使用密封带密封。
3、数控车床液压系统故障诊断过程
3.1 数控机床上液压系统故障诊断步骤
基于数控车床液压系统的特殊性，都是机电液混合而成的系统，内部情况很难从表象加以发现，在发现液压系统故障后，需要逐步排查分析才能找到问题所在。通过相关资料并结合自身工作经验，将故障排除的步骤及注意事项归纳如下。
（1）在出现故障时，首先要对机床故障特点和现象进行了解，然后采用目测法、手摸法或聆听法检查是否是表象问题，如漏油、噪声、震动等问题。
（2）上电检查，是否有报警，报警信号类型是哪个；如果无报警信息，根据故障描述，逐次尝试可能的问题，如检测夹紧踏板是否可用。
（3）检测出故障部件后，开始分析出现故障的原因，并采用追踪法、仪器检测法等进行进行检测、定位，最后确定引起故障的原因和具体元件。
（4）根据判断确定维修方案排除故障，包括维修磨损件，更换老化零件等。
（5）维修完成后，重启机床，测试故障是否解除，为后续有据可循，需要做好相关维修记录，为后面作参考。
3.2 应用实例
在从事数控车床操作过程中，所使用的viva T2C数控车床多次出现液压故障，导致机床不能正常工作，差点造成事故。通过对故障的现象进行分析，并采用诊断步骤排查故障原因，解决了相应问题，车床得以正常使用。
（1）导轨油不足，出现报警，车床无法正常运行。该故障出现过程中，车床无法正常运行，在报警窗口出现导轨油不足提示。该问题应该是导轨润滑不到位所致，根据这一线索开始排查油路。检查导轨油箱，导轨油充足；判断是否是导轨油管堵塞，拆开机台右侧盖，检查导轨油管，发现导轨油无法达到导轨上，中间油管抽空，重新回到导轨油箱接口处，发现原来是导轨油管和导轨油箱接口处堵塞所致；排除堵塞后，疏导油管，重新按机床复位，报警消失，机床可正常运行。
（2）机床卡盘夹紧力不足，出现飞件。车床使用过程中，突然发生飞件现象，导致零件损坏。经检查是三抓卡盘抓紧力不足，刚放上棒料时，用手尝试移动感觉夹紧力可以，但车床主轴启动后，由于离心力比夹紧力大，导致零件甩飞。开始进行故障排查，首先查看卡盘油路压力表，发现压力值偏低，可能出现泄漏问题；检查该支路的液压阀、油管，发现换向阀的进油口处有油液泄漏，重新踩夹紧踏板，泄漏更加严重，故此判断是该处换向阀有问题，拆卸换向阀发现，是阀与油管连接不紧密所致，重新更换密封圈，重新安装调试运行，排除了卡盘夹紧力不足现象。
4、结语
对数控车床液压系统的结构特点及故障形式进行分析，结合相关资料对具体出现的故障问题进行阐述，并提出相应排除方法。结合经验简述了故障排除方法，并结合实际案例阐述排查故障流程。在生产实际中，掌握机床液压系统故障较容易出现问题和采用恰当的故障诊断排除方法，可以极大缩小检查范围和排除时间，提高生产效率。
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