機(jī)床液壓系統(tǒng)換向故障

(1)存在的問題

    ①換向精度差  換向精度是工作臺(tái)在同一運(yùn)動(dòng)速度及同一油溫下所測(cè)得的換向點(diǎn)位之差。換向精度對(duì)于外圓磨床是非常重要的，它直接影響外圓和端面的磨削質(zhì)量特別是端面磨削質(zhì)量。但由于有的機(jī)床在實(shí)際工作中僅磨削外圓，故問題未暴露或暴露得不明顯，未引起人們的注意，或同時(shí)摻雜其他故障，難以正確判斷。

    生產(chǎn)中，換向精度常以機(jī)床工作過程中工作臺(tái)的倒退量和同速差來衡量。所謂倒退量，是指工作臺(tái)在換向時(shí)，到達(dá)換向點(diǎn)后，急速倒退一段距離，然后才反向，一般容許值為0.05mm；同速差則指工作臺(tái)在同一運(yùn)動(dòng)速度及同一油溫下所測(cè)得的換向點(diǎn)位置之差，一般要求不超過0.03mm。

    ②換向沖出量大換向沖出量是工作臺(tái)在不同運(yùn)動(dòng)速度和不同油溫的情況下所測(cè)得的換向位置之差。一般來說，快速與慢速運(yùn)動(dòng)的換向點(diǎn)位置之差為最大值，因此，在實(shí)際中以快速（有停留）和慢速（無(wú)停留）的換向點(diǎn)位置之差來衡量這項(xiàng)指標(biāo)。在外圓磨削時(shí)，為了保證在工件外緣及端面的磨削中不因無(wú)級(jí)調(diào)速而影響精度，對(duì)于沖出量的要求較高，一般規(guī)定不超過0.2mm；但對(duì)于平面磨床及液壓刨床，因換向時(shí)刀具或砂輪離開工件，故沖出量要求不高，不過要防止沖出頭的現(xiàn)象出現(xiàn)。

    ③換向時(shí)出現(xiàn)死點(diǎn)工作臺(tái)在換向時(shí)，由于導(dǎo)向閥未改變方向或已改變方向、但換向閥不動(dòng)作，因而未能使進(jìn)入液壓缸的壓力油改變方向，從而導(dǎo)致工作臺(tái)不換向、出現(xiàn)死點(diǎn)。外圓磨床、內(nèi)圓磨床等液壓機(jī)床上都有可能出現(xiàn)此類故障，特別在慢速運(yùn)動(dòng)時(shí)，出現(xiàn)的機(jī)會(huì)更多，常常迫使機(jī)床提高運(yùn)動(dòng)速度，而影響表面質(zhì)量。

    ④換向起步遲緩工作臺(tái)換向時(shí)，起步的運(yùn)動(dòng)速度比正常運(yùn)動(dòng)的速度慢，這種現(xiàn)象即為換向起步遲緩。其原因主要是導(dǎo)向閥在改變方向后，換向閥的移動(dòng)速度慢，使液壓缸的進(jìn)、回油無(wú)法很快得到交換，因此，工作臺(tái)起步時(shí)的速度就慢了。直到換向閥的位置轉(zhuǎn)換后移動(dòng)到底，工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)才達(dá)到正常速度。

    這種故障在外圓磨床中出現(xiàn)較多，不僅破壞了被加工件的精度，而且降低了生產(chǎn)效率。

(2)產(chǎn)生問題的主要原因

    ①系統(tǒng)存在空氣液壓系統(tǒng)中油液的可壓縮性很小，一般情況下可忽略不計(jì)，但如果系統(tǒng)融入了空氣，壓力低時(shí)，氣體會(huì)從油液中逸出，產(chǎn)生氣泡，形成空穴現(xiàn)象；到了高壓區(qū)，在壓力油的作用下，這些氣泡又會(huì)被擊碎，受到壓縮，因此可破壞系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，導(dǎo)致壓力忽高忽低、定位差，造成工作臺(tái)倒退量大、同速差大，換向時(shí)精度差、換向沖過大、起步遲緩，乃至產(chǎn)生換向死點(diǎn)。

    ②系統(tǒng)油溫過高、存在泄漏系統(tǒng)油溫較高，則油黏度下降，泄漏增加，而執(zhí)行工作臺(tái)行程控制的操縱箱中，制動(dòng)主要依靠導(dǎo)向閥制動(dòng)錐，當(dāng)此位置有泄漏，且泄漏量隨著油溫的變化而大小有異，就改變了控制行程長(zhǎng)度，從而也直接影響換向沖出量的控制。

    ③系統(tǒng)壓力不足如果系統(tǒng)中工作壓力和輔助壓力不足，缺乏推力，就難以推動(dòng)換向閥的閥芯，導(dǎo)致?lián)Q向困難。造成壓力不足的原因除了系統(tǒng)存在泄漏、壓力損失太大，或是系統(tǒng)中存在空氣，壓力油端的空氣被壓縮，而使臺(tái)面換向遲緩，甚至出現(xiàn)換向死點(diǎn)外，主要是系統(tǒng)本身壓力調(diào)得太低，工作臺(tái)換向困難。

    ④控制閥維護(hù)與修理不及時(shí)

    a．導(dǎo)向閥出現(xiàn)問題。導(dǎo)向閥閥芯的制動(dòng)錐與座孔圓由于在加工過程中存在太大的圓度誤差而接觸不良，比如其形狀呈波浪形或橢圓形，導(dǎo)致制動(dòng)時(shí)油液不能被完全截住，滲漏過大，造成同速差大。此外，導(dǎo)向閥與閥孔的配合間隙因磨損后過大，泄漏也會(huì)增多，使制動(dòng)后仍有油液滲漏，工作臺(tái)不能立即停止而移動(dòng)一定的距離，導(dǎo)致倒退量大和同速差大，換向沖出量也超大。

    b．節(jié)流閥節(jié)流開口不好。換向閥閥芯的移動(dòng)速度受節(jié)流閥控制。一旦節(jié)流閥的節(jié)流開口處被臟物堵塞，必然會(huì)影響節(jié)流量的均勻性及壓力變化，從而影響換向閥工作的靈敏度與準(zhǔn)確率。如果節(jié)流開口太大、節(jié)流太小，就會(huì)導(dǎo)致?lián)Q向閥動(dòng)作太快，引起工作臺(tái)換向沖出量大，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生液壓沖擊。如果節(jié)流口開得太小、節(jié)流太大，就會(huì)導(dǎo)致?lián)Q向閥動(dòng)作遲緩，引起工作臺(tái)換向起步遲緩。此外，節(jié)流閥流量調(diào)節(jié)不當(dāng)，可能會(huì)使回油阻尼太大或回油封閉，而此時(shí)如果換向閥停留閥位正好處在最大停留位置，其結(jié)果就導(dǎo)致工作臺(tái)換向死點(diǎn)的出現(xiàn)。

    c．換向閥有問題。由于換向閥使用時(shí)間比較長(zhǎng)，在閥孔中會(huì)產(chǎn)生拉毛或污物等，如果維護(hù)不及時(shí)，就會(huì)因此而阻礙閥芯靈活移動(dòng)，甚至使閥芯在閥孔內(nèi)卡死，導(dǎo)致工作臺(tái)啟動(dòng)遲緩乃至換向出現(xiàn)死點(diǎn)。對(duì)于用彈簧或電磁鐵控制的換向閥，若彈簧過硬或過軟、斷裂或卡死及電磁鐵失靈，都可能會(huì)使換向閥不動(dòng)作而出現(xiàn)死點(diǎn)。此外，換向閥閥芯可能受單面徑向壓力油作用，輔助壓力油無(wú)法克服此徑向力而使換向閥移動(dòng)困難或根本不移動(dòng)，導(dǎo)致工作臺(tái)換向遲緩或出現(xiàn)死點(diǎn)。

    d．減壓閥有問題。液壓系統(tǒng)中控制工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)的油壓一般是比較高的，而控制換向閥換向的油壓相對(duì)較低。為了能夠使用同一臺(tái)液壓泵輸出的壓力油，往往在液壓系統(tǒng)中增設(shè)一個(gè)減壓回路，通過利用減壓回路減壓后的油液來控制換向閥的移動(dòng)，這樣可以少用一臺(tái)低壓泵。

    減壓回路的主體閥件是減壓閥。在控制換向閥運(yùn)動(dòng)的減壓回路中，減壓閥的出口壓力是用于控制換向閥的，因此要求該壓力可控性強(qiáng)，壓力值穩(wěn)定。但在實(shí)際工作時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生壓力波動(dòng)，引起換向閥兩端的壓力變化，從而導(dǎo)致工作臺(tái)換向時(shí)出現(xiàn)動(dòng)作遲緩或沖出量大、換向精度低等現(xiàn)象。引起減壓閥出口壓力波動(dòng)的原因是多方面的，進(jìn)口壓力起伏變化，執(zhí)行機(jī)構(gòu)負(fù)載不穩(wěn)定、液壓缸泄漏及液壓油污染等都可能是其中的原因。針對(duì)減壓閥本身而言，閥桿或進(jìn)氣閥芯上的O形圈表面損傷、進(jìn)氣閥芯與閥座之間導(dǎo)向接觸不好等，都是導(dǎo)致它的出口壓力不穩(wěn)的根本原因。

    e．導(dǎo)軌潤(rùn)滑不良。機(jī)床工作臺(tái)直接安置在導(dǎo)軌上，因此，工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)與導(dǎo)軌的潤(rùn)滑情況有直接的關(guān)系。一方面，如果導(dǎo)軌潤(rùn)滑油太少、液壓缸安裝精度不良等因素致使摩擦力太大，若再加上系統(tǒng)工作壓力不足，則推動(dòng)工作臺(tái)的作用力無(wú)法克服摩擦阻力等反作用力而使工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)，引起工作臺(tái)在正常移動(dòng)時(shí)出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，而在換向時(shí)出現(xiàn)換向遲緩或死點(diǎn)現(xiàn)象；另一方面，如果導(dǎo)軌潤(rùn)滑油太多，會(huì)使工作臺(tái)處于浮動(dòng)狀態(tài)，由于工作臺(tái)處于浮動(dòng)狀態(tài)，急速倒退時(shí)會(huì)因慣性作用而飄移一定的距離，使得倒退量難以控制。此外，如果導(dǎo)軌潤(rùn)滑過多，臺(tái)面摩擦阻尼太小，工作臺(tái)會(huì)由于慣性作用，無(wú)法立即在換向的位置停下來而繼續(xù)往前移動(dòng)，造成沖出量超大。

    f．液壓缸裝配不良。在液壓缸的安裝過程中，如果液壓缸兩端的封油圈壓得過緊、液壓缸活塞桿端的螺母也旋得太緊，會(huì)迫使活塞桿彎曲，待制動(dòng)完后，活塞桿在本身強(qiáng)度作用下伸直，使得活塞繼續(xù)前移而造成沖出量過大。

(3)解決辦法

    針對(duì)上述問題，為了保證機(jī)床的正常工作，達(dá)到工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)的可控性目的，宜根據(jù)具體情況具體解決。

    ①排除液壓系統(tǒng)中的空氣  由于液壓系統(tǒng)中融人空氣后會(huì)造成各種各樣的惡劣影響，因此在液壓系統(tǒng)工作前，應(yīng)該先排除系統(tǒng)中的空氣，在沒有排氣裝置的液壓設(shè)備上，可開動(dòng)液壓系統(tǒng)，使它在最大行程下快速運(yùn)動(dòng)一定的時(shí)間（一般開動(dòng)5—10min即可），強(qiáng)迫空氣排出。也可在液壓缸頂部增設(shè)排氣裝置，將空氣排出。

    ②控制油溫升高，嚴(yán)防泄漏油溫較高，油黏度下降，泄漏必將增加。對(duì)此，合理地設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)、防止泄漏以減少容積損耗、提高零件的加工精度和改進(jìn)設(shè)備安裝質(zhì)量以減少機(jī)械摩擦、選用合適的油液等是防止油溫過高的基本措施。

    一方面，在液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，欲降低油溫，須合理地選用液壓泵或換用變量泵，按工作速度要求調(diào)節(jié)液壓泵的吸油量。在控制閥的選用方面，可以采用差動(dòng)式溢流閥，使液壓泵自動(dòng)卸荷，這樣，可減少溢流閥在節(jié)流調(diào)速時(shí)大量高壓油液溢回油池而發(fā)熱的機(jī)會(huì)。也可以在系統(tǒng)的非工作過程中，設(shè)置有效的卸荷裝置，給液壓泵卸載，避免不必要的壓力損失。此外，還可以將節(jié)流閥設(shè)計(jì)在回油路上，即將進(jìn)油控速改為回油控速，以減少高壓區(qū)的壓力損失。同時(shí)，合理地調(diào)整系統(tǒng)中各種壓力閥的壓力，在滿足機(jī)床正常工作的情況下，盡可能將壓力選得低些。如在裝有背壓閥的油路中，背壓閥壓力的調(diào)整以保證工作速度的穩(wěn)定性為準(zhǔn)，而對(duì)于大批生產(chǎn)的專用機(jī)床，其壓力應(yīng)該按加工零件所需要的切削力、系統(tǒng)中的背壓和摩擦力等來調(diào)整。對(duì)于精密液壓傳動(dòng)機(jī)床，不宜用床身作油箱，應(yīng)在機(jī)床外設(shè)油箱，以減少機(jī)床熱變形。如果油箱容積小，可適當(dāng)?shù)卦黾佑拖涞娜莘e，加大散熱面積，有效地發(fā)揮油箱壁的散熱效果，改善散熱條件；必要時(shí)采取強(qiáng)迫冷卻措施，如增加冷卻裝置等。

    另一方面，應(yīng)設(shè)法減少容積損耗。減少容積損耗的關(guān)鍵是防止泄漏。液壓系統(tǒng)的泄漏一般包括元件磨損泄漏和密封不良引起的泄漏等。一旦出現(xiàn)泄漏，就應(yīng)及時(shí)查出原因，加以解決，防止油溫升高。

    第三是減少機(jī)械摩擦。減少機(jī)械摩擦是避免油溫升高的一種基本措施。在液壓系統(tǒng)的維修中，應(yīng)注意提高各相對(duì)運(yùn)動(dòng)零件的加工精度（如液壓缸），改善相對(duì)運(yùn)動(dòng)件間的潤(rùn)滑條件（如導(dǎo)軌潤(rùn)滑），改進(jìn)密封結(jié)構(gòu)，并按規(guī)定的壓縮量調(diào)整密封件的松緊程度，保證密封裝置的密封性能良好，以減少摩擦阻力。

    ③加強(qiáng)控制閥的維護(hù)與修理

    a．導(dǎo)向閥的維修。導(dǎo)向閥的維修主要從制造和修理兩方面進(jìn)行，一是通過研修閥座孔和研磨閥芯以提高加工精度，減小圓度誤差，使閥芯的制動(dòng)錐與座孔在制動(dòng)時(shí)能始終保持全方位接觸，以減少漏油；二是如果導(dǎo)向閥閥芯與閥孔因磨損造成間隙過大，應(yīng)該研磨閥孔，再根據(jù)閥孔尺寸重新配做新閥，使其配合間隙保持在0.006～0.012mm。

    b．節(jié)流閥節(jié)流處理。如果節(jié)流閥使用過久，應(yīng)及時(shí)檢查、清理節(jié)流開口處的雜物，以保證油液流動(dòng)暢通無(wú)阻。如果是節(jié)流閥調(diào)節(jié)不當(dāng)，使回油阻尼太大或回油封閉，應(yīng)適當(dāng)調(diào)大節(jié)流口，并將閥芯停留位置置于無(wú)停或工作所需停留時(shí)的位置，以減少輔助回油的阻尼，保證工作臺(tái)換向起步敏捷。

    c．換向閥的維護(hù)。換向閥使用一段時(shí)間后，自然會(huì)產(chǎn)生拉毛或污物等，導(dǎo)致閥芯在閥孔內(nèi)卡死。此時(shí)應(yīng)及時(shí)清除污物，打掉毛刺，使換向閥在閥孔中移動(dòng)靈活，避免工作臺(tái)換向遲緩現(xiàn)象的出現(xiàn)。對(duì)于用彈簧或電磁鐵控制的換向閥，若彈簧過硬或過軟、斷裂或卡死及電磁鐵失靈，應(yīng)通過調(diào)換彈簧和電磁鐵等來解決換向閥不動(dòng)作的問題。此外，如果換向閥受單面徑向壓力油作用，輔助壓力油無(wú)法克服此徑向力而使換向閥移動(dòng)，則應(yīng)改變換向閥閥芯結(jié)構(gòu)，如在換向閥外圓表面上加工1*0.5mm的環(huán)形槽，以平衡徑向力。

    d．減壓閥的維護(hù)。如果減壓閥出口壓力波動(dòng)較大，應(yīng)排除減壓閥故障，使其壓力波動(dòng)值保持在±50kN/mz。如果是因?yàn)闇p壓閥的質(zhì)量問題引起壓力波動(dòng)，應(yīng)重新研配或更換減壓閥；如果是使用時(shí)間過長(zhǎng)引起壓力波動(dòng)，應(yīng)清洗掉減壓閥過濾網(wǎng)上的塵埃和其他污物；如果是磨損等原因造成閥芯與閥座接觸不良，則應(yīng)整修或更換閥芯。此外，如果減壓閥的閥桿或進(jìn)氣閥芯上的O形圈表面損傷，則只能更換損傷的零件。

    ④改善導(dǎo)軌潤(rùn)滑條件如果導(dǎo)軌潤(rùn)滑油過少造成工作臺(tái)換向遲緩，就要適當(dāng)增加潤(rùn)滑油量，保證導(dǎo)軌的正常潤(rùn)滑。另外，在保證不漏油的情況下，可適當(dāng)放松活塞桿兩端的壓蓋螺釘，以維持液壓缸活塞的靈活移動(dòng)。同時(shí)要提高液壓缸的安裝精度，盡可能減少活塞與缸體之間的摩擦。也可以適當(dāng)提高工作壓力，保證工作臺(tái)換向敏捷。

    如果是潤(rùn)滑過多，臺(tái)面摩擦阻尼太小，則可適當(dāng)減少工作臺(tái)導(dǎo)軌潤(rùn)滑油量和潤(rùn)滑油壓力，避免工作臺(tái)出現(xiàn)沖出量大的問題，但不能過少，以免造成低速時(shí)爬行。

    ⑤改善液壓缸裝配質(zhì)量如果是液壓缸裝配過緊的問題，應(yīng)適當(dāng)放松液壓缸兩端封油圈的壓蓋，一般只需隨手均勻地旋緊螺釘，使之不漏油即可。另外，適當(dāng)放松活塞桿端的螺母，使之在自然狀態(tài)下工作。

    以上探討的解決措旋，需要針對(duì)具體情況來選用。值得提出的是，系統(tǒng)壓力的大小也會(huì)直接引起工作臺(tái)出現(xiàn)換向時(shí)的各種問題，因此，在采取維修措施前，應(yīng)先適當(dāng)改變系統(tǒng)壓力，看問題是否是壓力不合適造成的。事實(shí)上，如果系統(tǒng)中工作壓力和輔助壓力不足，缺乏推力，就難以推動(dòng)換向閥的閥芯，導(dǎo)致?lián)Q向困難、換向起步遲緩乃至出現(xiàn)死點(diǎn)；如果系統(tǒng)壓力太高，就會(huì)導(dǎo)致工作臺(tái)換向沖出量過大。此時(shí)只要適當(dāng)調(diào)整壓力，滿足換向需要即可。