数控机床液压系统故障诊断技术研究.pdf

第 6期 总第 1 6 9 期 2 0 1 1年 1 2月 机 械 工 程 与自 动 化 MECHANI CAL ENGI NEE RI NG AUT0MAT1 0N NO． 6 De c ． 文章编号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 1 0 6 0 1 8 7 0 2 数控机床液压系统故障诊断技术研究 闫存 富 黄河科技 学院 3 -- 学院，河南 郑州4 5 0 0 6 3 摘要 介 绍了液压 系统在数控机床上的应用 ，指 出数控机床液压 系统 的常见故障 ；对两例机床液压 系统 故障 排除过程进行分析 ，提 出了数控机床液压系统故 障诊 断的步骤和应注意的事项。 关键 词数控机床 ；液压系统；故障诊 断 中图分类号 TH1 6 5 ． 3 TH1 3 7 文献标识码 B 0 引言 随着电子技术和计算机技术的快速发展 ，数控技 术也得到了飞速发展 ， 极大地提高了数控机床的 自动 化程度和精度 。液压技术因而在数控机床上得到了更 广 泛 的应 用 。 作为一种典型的机电一体化产品 ，数控机床的液 压系统 自身结构极其复杂 ，故障多种多样 ，故障原因 复杂多变，故障排除异常困难。本文对数控机床液压 系统的故障进行 了研究，对提高机床运行效率具有很 重要的现实意义 。 1 液压系统在数控机床上的应用 液压传动系统在数控机床的机械控制与系统调整 中占有很重要的地位 ，在机床上主要应用于主轴的 自 动装夹 、主轴箱齿轮的变档和轴承的润滑、回转刀架 的松开与夹紧、尾座套筒的伸出与退回等机构中，是 仅次于电气系统的控制和调整系统 。 2 数控 机床 上液压 系统 的常见故 障 形式 液压系统是机电液一体化的系统， 其故障性质涉及 机械、 电气与液压等类型， 常见的故障现象有以下几种。 2 ． 1 噪声与振动 振动与噪声是机械设备常见的故障之一， 数控机床 液压系统的振动与噪声对数控机床 的正常运行有很大 影响。振动与噪声是伴随发生的， 噪声对液压系统的工 作性能和元件的使用寿命都有影响； 振动则直接加速机 床零部件的变形和失效； 数控机床液压系统的振动与噪 声问题也是数控机床维修人员感到棘手的问题。当前， 数控机床液压系统产生的振动与噪声仍是研究的热点。 引起振动和噪声 的原因很多 ，如采用油液的粘度 过高 ；液压装置的安装方式不合适 ；阀口突然关闭和 运动部件被突然制动、减速或停止产生的液压冲击 ； 油液被污染堵塞油箱 内的滤网，引起油泵吸油困难、 回油不畅，吸进的油液中混有空气 ；液压系统的压力 脉动以及机械部分的连接部位松动等。可以从控制油 液的质量、采用低噪声的液压元件 、管路的正确安装 等方面来降低振动和噪声。 2 ． 2油温过 高 数控机床液压系统油温过高会导致油液变质、粘度 下降，油温过高还会引起元件热变形使配合间隙增大而 产生泄漏，进而影响工作压力和机床加工精度。引起油 温过高的原因很多，主要有系统设计不合理、机械损耗 大、油液流速太大、油液粘度过高、环境温度过高及散 热不良等。另外工作过程中由溢流阀流回油箱中的大量 油液也会引起油温升高。可以采用合理设计液压回路结 构、提高液压回路的安装精度、选用合理规格的液压元 件、改善散热条件等来预防油温过高现象。 2 ． 3 泄 漏 泄漏是液压系统常见的故障现象，泄漏不仅造成 油液的浪费，增加成本，还会污染环境 ，甚至发生人 身伤害事故。造成泄漏的原因很多 ，如接 口处连接不 良、密封元件老化、油管接头元件破裂、油液质量不 符合要求等。可以采用提 高元件制造质量和安装质 量、加强 日常点检维修、控制油液质量等措施来预防 泄漏现象的发生。 收稿 日期 ；2 0 1 1 一 O 6 2 0 ；修 回日期 ；2 0 1 卜0 7 0 1 作者简介 闷存富 1 9 7 2 一 ， 男， 河南安阳人， 讲师 ， 工程师 ， 工学硕 士， 主要从 事机械制造 自动化、 故障诊断方面的研究 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 8 8 机 械 工 程 与自 动 化 2 0 1 1年第 6 期 2 ． 4 系统压 力不稳或 达 不到要 求 数控机床液压系统缺油、泄漏、油路互通、溢流阀 失灵、液压冲击、进油不畅及电机功率不足等因素都能 引起压力不稳或达不到要求，直接导致执行元件速度不 稳定，对机床的加工精度有很大的影响，应尽量避免。 3 数控机床上液压系统故障诊断步骤 数控机床液压系统是机 电液一体化系统， 其故障 性质涉及多学科领域的知识 ， 液压装置内部 的情况又 很难观察 ， 使故障排除起来较为 困难。笔者根据相关 资料并结合多年的工作经验 ， 将故障排除的步骤及注 意事项归纳如下 1 当接到故障维修通知时，应先 了解故障现象 及特点以及故障发生时设备所处的工作状态 。如有可 能可直接赶到现场 ，向操作人员进一步了解现场的详 细情况，如故障发生时是否有电网波动现象及其他偶 然 的情 况 发生 。 2 掌握详细情况后 ，可参考 以前的维修档案 ， 再制定具体的方案，准备必要的工具和测量仪器 。 3 按照确定的方案，对故障部位进行测量 、定 位 ，确定发生故障的具体部位和具体元件 。 4 确定具体的故障排除措施 ，如对损坏的元件 是进行修复还是更换等 。 5 故障排除后，注意清理现场 ，做好故障排除 过程和维修记录等资料的相关整理工作 ，一方面可加 深 自己对发生故障现象 的认识 ，另一方面可为以后的 维修工作和技术改造提供参考 。 此外 ，作为一名维修人员应首先熟悉液压系统的 工作原理 、结构特点和各元件在系统 中的作用，并能 根据系统 图找到元件的具体位置。同时要做好设备的 日常点检 和维护工作，对于一些异常现象如油温过 高，要及时采取相应措施 ，做到提前发现故障隐患 ， 将故障消除在萌芽状态 。 4应 用实例 4 ． 1 实例 一 某机床液压系统在开始完成快退动作时，出现先 向工件方向冲然后才完成快退动作 ，影 响加工精度 ， 到发现时已造成多件废 品。 首先分析该部分工作原理，液压系统原理图如图 1所示 。 由图 1 a 可知该系统为进 口节流调速， 采用的液压 泵为定量泵， 三位四通换向阀 3的中位机能为 Y型 中 位机能指三位换 向阀处于中位时， 各通 口的连通形式， Y型是三位换 向阀的一种类型， 换向过程 中一侧有油 压， 一侧负压， 易产生液压冲击， 换 向不平稳， 但位置精 度较好 ； 另外还有 X、 O、 H和 M 等类型， 其中 O型和 M 型在换向过程 中无液压冲击， 但位置精度较差 。其工 作原理为 当液压缸 6快退时， 二位二通 阀 4和三位 四 通电动换向阀 3 必须同时换向， 由于三位四通电动换向 阀 3在时间上的滞后， 导致在二位二通阀 4接通的瞬间 部分压力油进入液压缸工作腔 ， 使液压缸 6出现前冲现 象， 当三位四通电动换向阀 3换向结束时， 液压油才全 部进入液压缸有杆腔， 此时， 无杆腔的油才流回油箱。 a 改造前 b 改遣后 l 一油箱 ；2 一液压泵 ； 一三位 四通换向阀 ；4 --二位二通阀 ； 5 一节流阀 ；6 --液压缸 ；7 一溢流 图；8 一单 向阀 图 1 液压 系统工作原理图 由以上分析可知 ，故障原因是系统设计不合理引 起的，为此对该系统进行了改造 ，即在二位二通阀 4 和节流阀 5上并联一个单向阀 8 ，如图 l b 所示 。当 液压缸 6 快退时 ，无杆腔的液压油通过单 向阀 8流回 油箱 ，使二位二通阀 4 仍处于关 闭状态，从 而避免了 液压缸 6 前冲的现象，故障排除。 4 ． 2 实例 二 某加工中心开机后 ，工作 台回零 没有旋转动作 ， 并有 0 5号、O 7号报警。 在故障分析时， 因为没有旋转动作 ， 故首先对工作 台夹紧开关的状态进行检查 ， 手动能松开工作台， 表明 工作台松开机构功 能正 常； 回零 时工作 台松开， 地址 2 1 1 ． 1 TA B S C 、 2 1 1 ． 1 T AB S C1和 2 1 1 ． 1 TAB S C 2均 由 “ 0 ” 变为“ 1 ” ， 经延时后 ， 又由“ l ” 变为“ 0 ” ， 导致工作 台 无旋转信号。经过试验发现工作 台松开抬起时， 其压 力由 4 ． 0 MP a下降到 2 ． 5 MP a ， 而正常压力应为 4 ． 0 MP a～4 ． 5 MP a ， 怀疑有泄漏现象存在 。经进一步检 查发现活塞支撑环有磨损 ， 且液压缸 内壁有 明显环状 刀纹， 精度不够 ， 更换密封圈和液压缸套后 ， 故障消除。 5 结束 语 随着机电液一体化技术的快速发展 ，液压传动系 统在数控机床上的应用越来越多。但由于液压系统的 工作难以从外部直接观察 ，对故障反应 比较敏感，故 障发生率较高 。数控机床液压传动系统故障现象多种 多样，故障原因也各不相同，有时一种故障可能有多 个原因，而一个元件损坏又可能引起多种故障现象， 在进行故障诊断时，应综合应用多种方法，才能做到 快速、准确地排除故障。 参考文献和英文摘要转第 1 9 0页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 9 0 机 械 工 程 与自 动 化 2 0 1 1年第 6 期 AB S分控电脑上安全正常地工作。 1 一 前轮 速 度 传 感 器 ；2 一 制 动压 力 调 节 装 置 3 一AB S电 控 单兀 ； 4 --A B S警告灯 ；5 一后轮速度传感器 ；6 一停车灯开关 ；7 --制动主缸； 8 一比例分配阀；9 一制动轮缸 ；1 0 一蓄电池 ；1 1 一点火开关 图 2 AB S系统 的组成 分置式 l 2 ． 2能量储 存 器 能量储存器的结构种类很多，在汽车上较广泛使 用的多为活塞一弹簧式能量储存器 ，它被安装在电磁 阀与回油泵之间 。其工作原理是 当液压油从轮缸被 传输进入能量储存器后 ，油压会给能量储存器中的压 缩弹簧一个压缩的作用力，导致能量储存器中的液压 腔容积变大，暂时储存制动液。 2 ． 3 电磁调 节 阀 电磁调节阀可以对液压油的流量、液位、压力进 行 自动调节 ，并可通过传感器部件所提供的线性数据 和抛物线特性分析控制阀门的开度，使供油量产生变 化 ，从而起到整体的控制作用。 2 ． 4电磁控 制 器 电磁控制器是液压调节器的重要部件，所有对 A B S 的控制都由其来完成。A B S系统中对前、后轮的制动分 别由若干对电磁控制阀控制。电磁控制阀可以对 A 系 统油压进行控制使其迅速变大或变小，从而实现了防抱 死制动功能。在汽车的 4 个车轮上分别安装了一个转速 传感器，这些转速传感器将每个车轮转速转换成一系列 的信号，并传输到电磁控制器中，电磁控制器根据默认 数据，对现行的数据进行运动状态检测和对比，并产生 控制指令。制动压力调节装置主要由调压电磁阀、电动 泵和储液器等组成一个独立的整体，通过制动管路与制 动主缸和各制动轮缸相连。制动压力调节装置受电子控 制装置的控制，对各制动轮缸的制动压力进行调节。 3结语 随着汽车 AB S核心技术 的不断发展和改善 ，以 及人们对汽车安全需求 的不断增长，AB S逐渐 由高 端的汽车配置转成为标准配置。随着全球汽车行业的 发展 ，功能更 强更完 善的 AB S也将不 断地被推 出， 同时也会对我国汽车行业安全领域的发展起到推动作 用 ，使我 国汽车工业迈向一个新 台阶。 参考文献 E l 3 台晓虹 ， 申荣卫． 汽车 AB S技术发展与展望E J 3 ． 汽车与配 件 ， 2 0 0 6 1 8 4 0 4 1 ． Co mp o s i t i o n a n d W o r ki ng Pr i nc i p l e o f Au t o mo b i l e ABS HUANG J i a n g - h a n g Ci t y Co l l e g e o f Do n g g u a n Un i v e r s i t y o f Te c h no l o g y，Do n g g u a n 5 2 3 0 0 0，Chi n a Ab s t r a c t As a n a u x i l i a r y s a f e t y d e v i c e ，ABS h a s f o u n d wi d e u s e i n p a s s e n g e r v e h ic l e s ． AB S ma i n l y c o n s i s t s o f h y d r a u l i c b r a k e s y s t e m， wh e e l t a c h o me t e r g e n e r a t o r ，de c t r o n i c c o n t r o l l e r a n d e l e c t r o ma g n e t i s m r e g u l a t o r ．Th e s e n s i n g o r g a n i z a t i o n i s c o mp o s e d o f a f a s t s e n s o r a n d “ t h e t o o t h r i n g ” ．Th e p a p e r d i s c u s s e s t h e h y d r a u l i c b r a k e s y s t e m a n d t h e wo r k i n g p r i n c i p l e o f ABS a n d i t s c o mpos i t io n ． Ke y wo r d s ABS；e l e c t r o ma g n e t i s m r e g u l a t o r ；t a c h o me t e r g e n e r a t o r ；h y d r a u l i c b r a k e s y s t e m 上接第 1 8 8页 [ 4 ] 韩全立， 王宏颖． 数控机床液压系统振动与噪声的防治及 参考 文献 改进措施 [ J ] ． 机械科学与技术 ， 2 0 1 0 8 1 1 0 9 1 1 1 1 ． [ 1 ] 宋 松 ， 李 兵． F ANU C 0数控 系 统连 接 调试 与 维修 诊 断 [ s ] 王宏颖 ， 朱成 俊． 数控机床液压系统常见 故障分析[ J ] ． 制 [ M] ． 北京 化学工业 出版社 ， 2 0 1 0 ． 造业 自动化 ， 2 0 1 0 1 0 1 2 2 1 2 4 ． [ 2 ] 刘 江． 数控 机床故 障诊断 与维修I- M] ． 北京 高等教育 出 [ 6 3 林枝 繁． 数 控机 床液 压 润滑 油路 分 析 及特 殊 故 障排 除 版社 ， 2 0 0 7 ． [ J ] ． 制造技术与机床 。 2 0 0 1 1 0 3 7 3 8 ． [ 3 ] 杨辉． 数控机床故障诊断与维修技能实训I- M] ． 北京 北 [ 7 ] 龚仲华． 数控机床故障诊断与维修 5 0 0例[ M] ． 北京 机 京理工 大学 出版社 ， 2 0 0 8 ． 械工业 出版社 ， 2 0 0 6 ． Fa u l t Di a g no s i s o f Hy d r a u l i c S y s t e m f o r NC M a c hi n e s YAN Cun - f u De p a r t me n t o f En g i n e e r i n g，Hu a n g h e Co l l e g e o f S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y，Z h e n g z h o u 4 5 0 0 6 3，Ch i n a Ab s t r a c t Th i s p a p e r i n t r o d u c e s t h e a p p l i c a t i o n o f h y d r a u l i c s y s t e m i n NC ma c h i n e t o o l s ，p o i n t s O U t t h e c o mmo n f a u l t s o f h y d r a u l i c s y s t e m i n NC ma c h i n e s ． B a s e d o n t h e a n a l y s i s o f t WO c a s e s o f f a u l t s o f h y d r a u l i c s y s t e m ，t h e s t e p s o f NC ma c h i n e t o o l h y d r a u l i c s y s t e m f a u l t a n a l y s i s a n d t h e me a s u r e s t O b e t a k e n a r e s u g g e s t e d ． Ke y wo r d s NC ma c h i n e t oo l s ；h y d r a u l i c s y s t e m；f a u l t d i a g n o s i s 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m