機床液壓系統換向故障

(1)存在的問題

    ①換向精度差  換向精度是工作臺在同一運動速度及同一油溫下所測得的換向點位之差。換向精度對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量特別是端面磨削質量。但由于有的機床在實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，或同時摻雜其他故障，難以正確判斷。

    生產中，換向精度常以機床工作過程中工作臺的倒退量和同速差來衡量。所謂倒退量，是指工作臺在換向時，到達換向點后，急速倒退一段距離，然后才反向，一般容許值為0.05mm；同速差則指工作臺在同一運動速度及同一油溫下所測得的換向點位置之差，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在不同運動速度和不同油溫的情況下所測得的換向位置之差。一般來說，快速與慢速運動的換向點位置之差為最大值，因此，在實際中以快速（有停留）和慢速（無停留）的換向點位置之差來衡量這項指標。在外圓磨削時，為了保證在工件外緣及端面的磨削中不因無級調速而影響精度，對于沖出量的要求較高，一般規定不超過0.2mm；但對于平面磨床及液壓刨床，因換向時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象出現。

    ③換向時出現死點工作臺在換向時，由于導向閥未改變方向或已改變方向、但換向閥不動作，因而未能使進入液壓缸的壓力油改變方向，從而導致工作臺不換向、出現死點。外圓磨床、內圓磨床等液壓機床上都有可能出現此類故障，特別在慢速運動時，出現的機會更多，常常迫使機床提高運動速度，而影響表面質量。

    ④換向起步遲緩工作臺換向時，起步的運動速度比正常運動的速度慢，這種現象即為換向起步遲緩。其原因主要是導向閥在改變方向后，換向閥的移動速度慢，使液壓缸的進、回油無法很快得到交換，因此，工作臺起步時的速度就慢了。直到換向閥的位置轉換后移動到底，工作臺的運動才達到正常速度。

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

(2)產生問題的主要原因

    ①系統存在空氣液壓系統中油液的可壓縮性很小，一般情況下可忽略不計，但如果系統融入了空氣，壓力低時，氣體會從油液中逸出，產生氣泡，形成空穴現象；到了高壓區，在壓力油的作用下，這些氣泡又會被擊碎，受到壓縮，因此可破壞系統工作的穩定性，導致壓力忽高忽低、定位差，造成工作臺倒退量大、同速差大，換向時精度差、換向沖過大、起步遲緩，乃至產生換向死點。

    ②系統油溫過高、存在泄漏系統油溫較高，則油黏度下降，泄漏增加，而執行工作臺行程控制的操縱箱中，制動主要依靠導向閥制動錐，當此位置有泄漏，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度，從而也直接影響換向沖出量的控制。

    ③系統壓力不足如果系統中工作壓力和輔助壓力不足，缺乏推力，就難以推動換向閥的閥芯，導致換向困難。造成壓力不足的原因除了系統存在泄漏、壓力損失太大，或是系統中存在空氣，壓力油端的空氣被壓縮，而使臺面換向遲緩，甚至出現換向死點外，主要是系統本身壓力調得太低，工作臺換向困難。

    ④控制閥維護與修理不及時

    a．導向閥出現問題。導向閥閥芯的制動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，導致制動時油液不能被完全截住，滲漏過大，造成同速差大。此外，導向閥與閥孔的配合間隙因磨損后過大，泄漏也會增多，使制動后仍有油液滲漏，工作臺不能立即停止而移動一定的距離，導致倒退量大和同速差大，換向沖出量也超大。

    b．節流閥節流開口不好。換向閥閥芯的移動速度受節流閥控制。一旦節流閥的節流開口處被臟物堵塞，必然會影響節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確率。如果節流開口太大、節流太小，就會導致換向閥動作太快，引起工作臺換向沖出量大，同時會產生液壓沖擊。如果節流口開得太小、節流太大，就會導致換向閥動作遲緩，引起工作臺換向起步遲緩。此外，節流閥流量調節不當，可能會使回油阻尼太大或回油封閉，而此時如果換向閥停留閥位正好處在最大停留位置，其結果就導致工作臺換向死點的出現。

    c．換向閥有問題。由于換向閥使用時間比較長，在閥孔中會產生拉毛或污物等，如果維護不及時，就會因此而阻礙閥芯靈活移動，甚至使閥芯在閥孔內卡死，導致工作臺啟動遲緩乃至換向出現死點。對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，都可能會使換向閥不動作而出現死點。此外，換向閥閥芯可能受單面徑向壓力油作用，輔助壓力油無法克服此徑向力而使換向閥移動困難或根本不移動，導致工作臺換向遲緩或出現死點。

    d．減壓閥有問題。液壓系統中控制工作臺運動的油壓一般是比較高的，而控制換向閥換向的油壓相對較低。為了能夠使用同一臺液壓泵輸出的壓力油，往往在液壓系統中增設一個減壓回路，通過利用減壓回路減壓后的油液來控制換向閥的移動，這樣可以少用一臺低壓泵。

    減壓回路的主體閥件是減壓閥。在控制換向閥運動的減壓回路中，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，壓力值穩定。但在實際工作時，可能會產生壓力波動，引起換向閥兩端的壓力變化，從而導致工作臺換向時出現動作遲緩或沖出量大、換向精度低等現象。引起減壓閥出口壓力波動的原因是多方面的，進口壓力起伏變化，執行機構負載不穩定、液壓缸泄漏及液壓油污染等都可能是其中的原因。針對減壓閥本身而言，閥桿或進氣閥芯上的O形圈表面損傷、進氣閥芯與閥座之間導向接觸不好等，都是導致它的出口壓力不穩的根本原因。

    e．導軌潤滑不良。機床工作臺直接安置在導軌上，因此，工作臺的運動與導軌的潤滑情況有直接的關系。一方面，如果導軌潤滑油太少、液壓缸安裝精度不良等因素致使摩擦力太大，若再加上系統工作壓力不足，則推動工作臺的作用力無法克服摩擦阻力等反作用力而使工作臺運動，引起工作臺在正常移動時出現爬行現象，而在換向時出現換向遲緩或死點現象；另一方面，如果導軌潤滑油太多，會使工作臺處于浮動狀態，由于工作臺處于浮動狀態，急速倒退時會因慣性作用而飄移一定的距離，使得倒退量難以控制。此外，如果導軌潤滑過多，臺面摩擦阻尼太小，工作臺會由于慣性作用，無法立即在換向的位置停下來而繼續往前移動，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，會迫使活塞桿彎曲，待制動完后，活塞桿在本身強度作用下伸直，使得活塞繼續前移而造成沖出量過大。

(3)解決辦法

    針對上述問題，為了保證機床的正常工作，達到工作臺運動的可控性目的，宜根據具體情況具體解決。

    ①排除液壓系統中的空氣  由于液壓系統中融人空氣后會造成各種各樣的惡劣影響，因此在液壓系統工作前，應該先排除系統中的空氣，在沒有排氣裝置的液壓設備上，可開動液壓系統，使它在最大行程下快速運動一定的時間（一般開動5—10min即可），強迫空氣排出。也可在液壓缸頂部增設排氣裝置，將空氣排出。

    ②控制油溫升高，嚴防泄漏油溫較高，油黏度下降，泄漏必將增加。對此，合理地設計液壓系統、防止泄漏以減少容積損耗、提高零件的加工精度和改進設備安裝質量以減少機械摩擦、選用合適的油液等是防止油溫過高的基本措施。

    一方面，在液壓系統的設計中，欲降低油溫，須合理地選用液壓泵或換用變量泵，按工作速度要求調節液壓泵的吸油量。在控制閥的選用方面，可以采用差動式溢流閥，使液壓泵自動卸荷，這樣，可減少溢流閥在節流調速時大量高壓油液溢回油池而發熱的機會。也可以在系統的非工作過程中，設置有效的卸荷裝置，給液壓泵卸載，避免不必要的壓力損失。此外，還可以將節流閥設計在回油路上，即將進油控速改為回油控速，以減少高壓區的壓力損失。同時，合理地調整系統中各種壓力閥的壓力，在滿足機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，背壓閥壓力的調整以保證工作速度的穩定性為準，而對于大批生產的專用機床，其壓力應該按加工零件所需要的切削力、系統中的背壓和摩擦力等來調整。對于精密液壓傳動機床，不宜用床身作油箱，應在機床外設油箱，以減少機床熱變形。如果油箱容積小，可適當地增加油箱的容積，加大散熱面積，有效地發揮油箱壁的散熱效果，改善散熱條件；必要時采取強迫冷卻措施，如增加冷卻裝置等。

    另一方面，應設法減少容積損耗。減少容積損耗的關鍵是防止泄漏。液壓系統的泄漏一般包括元件磨損泄漏和密封不良引起的泄漏等。一旦出現泄漏，就應及時查出原因，加以解決，防止油溫升高。

    第三是減少機械摩擦。減少機械摩擦是避免油溫升高的一種基本措施。在液壓系統的維修中，應注意提高各相對運動零件的加工精度（如液壓缸），改善相對運動件間的潤滑條件（如導軌潤滑），改進密封結構，并按規定的壓縮量調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加強控制閥的維護與修理

    a．導向閥的維修。導向閥的維修主要從制造和修理兩方面進行，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，使閥芯的制動錐與座孔在制動時能始終保持全方位接觸，以減少漏油；二是如果導向閥閥芯與閥孔因磨損造成間隙過大，應該研磨閥孔，再根據閥孔尺寸重新配做新閥，使其配合間隙保持在0.006～0.012mm。

    b．節流閥節流處理。如果節流閥使用過久，應及時檢查、清理節流開口處的雜物，以保證油液流動暢通無阻。如果是節流閥調節不當，使回油阻尼太大或回油封閉，應適當調大節流口，并將閥芯停留位置置于無停或工作所需停留時的位置，以減少輔助回油的阻尼，保證工作臺換向起步敏捷。

    c．換向閥的維護。換向閥使用一段時間后，自然會產生拉毛或污物等，導致閥芯在閥孔內卡死。此時應及時清除污物，打掉毛刺，使換向閥在閥孔中移動靈活，避免工作臺換向遲緩現象的出現。對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，應通過調換彈簧和電磁鐵等來解決換向閥不動作的問題。此外，如果換向閥受單面徑向壓力油作用，輔助壓力油無法克服此徑向力而使換向閥移動，則應改變換向閥閥芯結構，如在換向閥外圓表面上加工1*0.5mm的環形槽，以平衡徑向力。

    d．減壓閥的維護。如果減壓閥出口壓力波動較大，應排除減壓閥故障，使其壓力波動值保持在±50kN/mz。如果是因為減壓閥的質量問題引起壓力波動，應重新研配或更換減壓閥；如果是使用時間過長引起壓力波動，應清洗掉減壓閥過濾網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，則應整修或更換閥芯。此外，如果減壓閥的閥桿或進氣閥芯上的O形圈表面損傷，則只能更換損傷的零件。

    ④改善導軌潤滑條件如果導軌潤滑油過少造成工作臺換向遲緩，就要適當增加潤滑油量，保證導軌的正常潤滑。另外，在保證不漏油的情況下，可適當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。同時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。也可以適當提高工作壓力，保證工作臺換向敏捷。

    如果是潤滑過多，臺面摩擦阻尼太小，則可適當減少工作臺導軌潤滑油量和潤滑油壓力，避免工作臺出現沖出量大的問題，但不能過少，以免造成低速時爬行。

    ⑤改善液壓缸裝配質量如果是液壓缸裝配過緊的問題，應適當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，適當放松活塞桿端的螺母，使之在自然狀態下工作。

    以上探討的解決措旋，需要針對具體情況來選用。值得提出的是，系統壓力的大小也會直接引起工作臺出現換向時的各種問題，因此，在采取維修措施前，應先適當改變系統壓力，看問題是否是壓力不合適造成的。事實上，如果系統中工作壓力和輔助壓力不足，缺乏推力，就難以推動換向閥的閥芯，導致換向困難、換向起步遲緩乃至出現死點；如果系統壓力太高，就會導致工作臺換向沖出量過大。此時只要適當調整壓力，滿足換向需要即可。