论文部分内容阅读
[摘 要]机床爬行是机床常见的一种非报警性故障，引起爬行的原因是多方面的，包括机械方面、液压方面、电气方面等。先对爬行问题产生原因进行合理分析，并对消除方法做了细致研究，为修理机床提供方便。
[关键词]机床 爬行 消除
中图分类号：G41 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）22-0269-01
0 引言
机床进给系统的运动件，当运行速度低到一定值时，往往不是做连续匀速运动，而是时走时停，忽快忽慢，这种现象称之为爬行。爬行是机床常见而不正常的运动状态，主要出现在机床各传动系统的执行部件上（如刀架系统、工作台等），且一般在低速运动时出现较多。运动速度低时，润滑油被压缩，油膜变薄，油楔作用降低，部分油膜破坏，摩擦面阻力发生变化。通常情况下，轻微程度的爬行有不易发现的振动，显著的爬行则是大幅度的跳动。
1 机床爬行的危害
爬行现象是机床低速运行时较易出现的机械故障，主要是由于爬行破坏了系统运动的均匀性，这不仅使被加工件精度和表面质量下降，也会破坏液压系统工作的稳定性，使机床导轨加速磨损，甚至产生废品和事故。其危害主要包括如下：
1.1 影响机床的加工精度
机械加工时，可使加工表面出现明显刀痕，并影响表面粗糙度。
1.2 影响机床的定位精度
在定位精度要求较高的数控系统中很难实现精确定位，不能保证位置度。
1.3 造成工具的损害
运动的不稳定会造成加工负载的突變，并损害刀具，降低机床的使用寿命。
1.4 易造成机械故障
在液压系统中，活塞杆运动不稳定，极易造成系统的倾斜，使其机械卡死。
2 爬行原因分析
2.1 机械系统的原因
在机械传动链中，轴与齿轮、凸轮与杠杆、丝杠与丝母等，在受力时会产生弯曲、扭转及接触变形，从而引起机床的爬行。如丝杠丝母副的丝杠直径较小，丝母壳体壁厚较薄，可以产生爬行，对于重型机床，采用丝杠丝母副极易产生爬行。再者，传动链较长也会使机床产生爬行。
2.2 液压系统的原因
在液压传动系统中，混入油液中的空气是产生爬行的主要原因。其次是液压系统中泵体、阀体、密封件等的损坏，也可以引起机床的爬行。此外液压缸及活塞杆的装配质量也可以产生爬行。
2.3 电气系统的原因
数控机床可能发生故障的有以下几个组件：机械部分、电气部分和强电控制部分、进给伺服系统、主轴驱动系统、数控装置。爬行故障通常在机械部分和进给伺服系统部分找原因，因为数控机床进给系统低速时的爬行现象往往取决于机械传动部分的特性，另外，爬行问题与进给速度密切相关，所以必须分析进给伺服系统的速度环。
2.4 机床润滑油品质问题也是引起爬行的原因
润滑油在工作温度条件下很容易与空气中的氧气发生氧化反应，其产物是一种胶状物，如果它粘附在导轨面上，不仅使其易产生酸性腐蚀，而且会使摩擦面丧失润滑性，从而引起机床导轨爬行故障。
3 消除爬行的措施
3.1 有效地降低摩擦阻力
有效的改善导轨摩擦阻力的变化环境，在于减小摩擦曲线随运动速度增加而下降的斜率，也就是减小静、动摩擦系数差，其重要措施在于有效的改善润滑环境。
3.1.1 改善导轨润滑环境
保证较为有效的润滑油量及较好的润滑油油性，黏度适宜。对于工作台载荷较大的机床应采用粘度高且耐磨的专业导轨润滑油。
3.1.2 改善导轨储油条件
在单靠润滑油本身难以达到性能要求的情况下，可以通过改善工作面的储油条件，加入添加剂，改善润滑油的性能。例如加入硫化鲸鱼油、三甲酚磷酸脂等，或在导轨上涂一层固体润滑剂。
3.1.3 合理利用特殊材质
在导轨上粘贴一层TSF导轨软带（TSF导轨软带是一种以聚四氟乙烯为基的高分子复合材料，具有优异的摩擦特性，摩擦系数很低，约为铸铁滑动导轨的1/10）。在当机床导轨摩擦较重，修复困难时采用TSF导轨软带是一种非常省事的办法。
3.1.4 对导轨结构进行改造
对大型和高精度机床采用液体静压导轨。液体静压导轨就是在导轨面上开出一定面积的油槽，让压力油通过节流器进入油槽，在两导轨面之间保持一定厚度的油膜，全行程液体摩擦。这种静压导轨摩擦系数较小，无论滑动速度多么低，工作台均能平稳移动，但静压导轨结构复杂，成本高，应用受到限制。
3.2 提高传动系统刚性
3.2.1 提高传动零件的加工精度
零部件的装配过程中，尽量减小装配间隙。装配合理，如零件的平行、垂直关系，轴的同心，螺纹连接的松紧程度等。
3.2.2 减少传动链
在机械传动中，除尽量减少动力传递层次，对传动类零件从材料和工艺上提高其刚性。
3.2.3 增强密封程度
对液压机床主要是防止液压系统的空气侵入，增强液压元件及结合处的密封程度。在快速往复移动的状态下，合理有效的开启排气阀将空气排出。
3.3 检查进给伺服系统
爬行问题与进给速度密切相关，进给伺服系统的不稳定也会引起爬行现象的产生，所以还要对伺服系统中各个环节逐项检查，分类排除。如检查速度调节器，根据故障特点如振动周期与进给速度是否成比例变化，检查电机或测速发电机、检查系统增益是否太高、检查系统参数设定有无错误以及速度控制单元的线路是否良好等。
4 结束语
机床进给运动的低速稳定性是影响加工精度的重要原因，引起机床故障的原因是多方面的，可能是单纯的机械部分，液压部分或电气部分等原因，也可能是多方面因素造成的，所以必须综合考虑消除故障的方法。
参考文献
[1] 王江萍.机械设备故障诊断技术及应用[M].西安：西北工业大学出版社，2010
作者简介
张浩扬（1984-），男，辽宁省凌源市人，助理工程师，主要从事机械设备维护方面的研究。
汤兑江（1985-），男，辽宁省沈阳市人，助理工程师，主要从事机械设备维护方面的研究。
[关键词]机床 爬行 消除
中图分类号：G41 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）22-0269-01
0 引言
机床进给系统的运动件，当运行速度低到一定值时，往往不是做连续匀速运动，而是时走时停，忽快忽慢，这种现象称之为爬行。爬行是机床常见而不正常的运动状态，主要出现在机床各传动系统的执行部件上（如刀架系统、工作台等），且一般在低速运动时出现较多。运动速度低时，润滑油被压缩，油膜变薄，油楔作用降低，部分油膜破坏，摩擦面阻力发生变化。通常情况下，轻微程度的爬行有不易发现的振动，显著的爬行则是大幅度的跳动。
1 机床爬行的危害
爬行现象是机床低速运行时较易出现的机械故障，主要是由于爬行破坏了系统运动的均匀性，这不仅使被加工件精度和表面质量下降，也会破坏液压系统工作的稳定性，使机床导轨加速磨损，甚至产生废品和事故。其危害主要包括如下：
1.1 影响机床的加工精度
机械加工时，可使加工表面出现明显刀痕，并影响表面粗糙度。
1.2 影响机床的定位精度
在定位精度要求较高的数控系统中很难实现精确定位，不能保证位置度。
1.3 造成工具的损害
运动的不稳定会造成加工负载的突變，并损害刀具，降低机床的使用寿命。
1.4 易造成机械故障
在液压系统中，活塞杆运动不稳定，极易造成系统的倾斜，使其机械卡死。
2 爬行原因分析
2.1 机械系统的原因
在机械传动链中，轴与齿轮、凸轮与杠杆、丝杠与丝母等，在受力时会产生弯曲、扭转及接触变形，从而引起机床的爬行。如丝杠丝母副的丝杠直径较小，丝母壳体壁厚较薄，可以产生爬行，对于重型机床，采用丝杠丝母副极易产生爬行。再者，传动链较长也会使机床产生爬行。
2.2 液压系统的原因
在液压传动系统中，混入油液中的空气是产生爬行的主要原因。其次是液压系统中泵体、阀体、密封件等的损坏，也可以引起机床的爬行。此外液压缸及活塞杆的装配质量也可以产生爬行。
2.3 电气系统的原因
数控机床可能发生故障的有以下几个组件：机械部分、电气部分和强电控制部分、进给伺服系统、主轴驱动系统、数控装置。爬行故障通常在机械部分和进给伺服系统部分找原因，因为数控机床进给系统低速时的爬行现象往往取决于机械传动部分的特性，另外，爬行问题与进给速度密切相关，所以必须分析进给伺服系统的速度环。
2.4 机床润滑油品质问题也是引起爬行的原因
润滑油在工作温度条件下很容易与空气中的氧气发生氧化反应，其产物是一种胶状物，如果它粘附在导轨面上，不仅使其易产生酸性腐蚀，而且会使摩擦面丧失润滑性，从而引起机床导轨爬行故障。
3 消除爬行的措施
3.1 有效地降低摩擦阻力
有效的改善导轨摩擦阻力的变化环境，在于减小摩擦曲线随运动速度增加而下降的斜率，也就是减小静、动摩擦系数差，其重要措施在于有效的改善润滑环境。
3.1.1 改善导轨润滑环境
保证较为有效的润滑油量及较好的润滑油油性，黏度适宜。对于工作台载荷较大的机床应采用粘度高且耐磨的专业导轨润滑油。
3.1.2 改善导轨储油条件
在单靠润滑油本身难以达到性能要求的情况下，可以通过改善工作面的储油条件，加入添加剂，改善润滑油的性能。例如加入硫化鲸鱼油、三甲酚磷酸脂等，或在导轨上涂一层固体润滑剂。
3.1.3 合理利用特殊材质
在导轨上粘贴一层TSF导轨软带（TSF导轨软带是一种以聚四氟乙烯为基的高分子复合材料，具有优异的摩擦特性，摩擦系数很低，约为铸铁滑动导轨的1/10）。在当机床导轨摩擦较重，修复困难时采用TSF导轨软带是一种非常省事的办法。
3.1.4 对导轨结构进行改造
对大型和高精度机床采用液体静压导轨。液体静压导轨就是在导轨面上开出一定面积的油槽，让压力油通过节流器进入油槽，在两导轨面之间保持一定厚度的油膜，全行程液体摩擦。这种静压导轨摩擦系数较小，无论滑动速度多么低，工作台均能平稳移动，但静压导轨结构复杂，成本高，应用受到限制。
3.2 提高传动系统刚性
3.2.1 提高传动零件的加工精度
零部件的装配过程中，尽量减小装配间隙。装配合理，如零件的平行、垂直关系，轴的同心，螺纹连接的松紧程度等。
3.2.2 减少传动链
在机械传动中，除尽量减少动力传递层次，对传动类零件从材料和工艺上提高其刚性。
3.2.3 增强密封程度
对液压机床主要是防止液压系统的空气侵入，增强液压元件及结合处的密封程度。在快速往复移动的状态下，合理有效的开启排气阀将空气排出。
3.3 检查进给伺服系统
爬行问题与进给速度密切相关，进给伺服系统的不稳定也会引起爬行现象的产生，所以还要对伺服系统中各个环节逐项检查，分类排除。如检查速度调节器，根据故障特点如振动周期与进给速度是否成比例变化，检查电机或测速发电机、检查系统增益是否太高、检查系统参数设定有无错误以及速度控制单元的线路是否良好等。
4 结束语
机床进给运动的低速稳定性是影响加工精度的重要原因，引起机床故障的原因是多方面的，可能是单纯的机械部分，液压部分或电气部分等原因，也可能是多方面因素造成的，所以必须综合考虑消除故障的方法。
参考文献
[1] 王江萍.机械设备故障诊断技术及应用[M].西安：西北工业大学出版社，2010
作者简介
张浩扬（1984-），男，辽宁省凌源市人，助理工程师，主要从事机械设备维护方面的研究。
汤兑江（1985-），男，辽宁省沈阳市人，助理工程师，主要从事机械设备维护方面的研究。