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机床爬行现象原因分析及解决方案

时间:2012-04-10 10:30 作者:hengwei 点击:

  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),且一般在低速行时出现较多。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察觉的振动,显著的爬行则是大距离地跳动。

  进给运动中的爬行现象破坏了系统运动的均匀性,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。

  1 机床爬行原因分析

  引起爬行的主要原因,是摩擦因数随运动速度的变化和传动系统刚性不足。机床在实际使用中,爬行现象主要是在传动系统刚性不足,驱动力与负载摩擦阻力波动变化的情况下形成。机床液压系统侵入空气,液压元件间隙增大及机械装置自身原因都可能引起爬行故障。

  我们知道爬行是指机床运动部件慢速动行时的不平稳性,表现为有规律的一停一跃。这种现象的出现,以磨床居多数,会严重影响工作的表面质量和尺寸精度。产生原因可用实例来说明:假设有一原动件通过弹簧推动另一从动件,当原动件以等速向前运动,通过弹簧推动从件在平面上滑行时,当原动件启动后,   先需压缩弹簧一段距离,直到足以克服从动件的静摩擦力时,从动件才会起动,此时弹簧蓄能。当从动件起动后,由于动摩擦系数小于静摩擦系数,于是使从动件获得一个加速度,此时弹簧放能。如果移动速度很慢,弹簧的压缩量又较大,那么从动件的速度很快就会超过原动件,产生一个跳跃,直到弹簧压力和动摩擦力平衡后,从动件开始减速,但因为惯性,但因为惯性,还会再向前冲一段距离。至此,从动件因为失去了原动力就会停下来,直到原动件重新压缩弹簧到能克服从动件的静摩擦力时,又重复上述循环。

  此实例和实际导轨副产生爬行的机理十分相似。从动件可以视作溜板或工作台,平面可以视作导轨。二驱动系统不可能是   刚性的,在驱动过程中不可避免地会有弹性变形,因而可以认为是弹簧起同样作用。

  2 解决对策

  2.1 改善导轨摩擦特性 改善导轨摩擦特性就是降低摩擦阻力和减小静、动摩擦系数之差。为此,可采取以下措施:

  2.1.1 滑动面的加工方法,从降低摩擦阻力的角度看,总的来说是磨削比刮削好。试验表明,上导轨面用碗形砂轮端面磨削,下导轨面用盘形砂轮周边磨削,可获得   好的效果;其次是下导轨面用碗形砂轮端面磨削,上导轨面刮研。当上、下导轨面都为磨削时,其接触情况应用着色检验,接触指标须满JB2278—78《金属切削机床通用技术条件》和JB2280—78《金属切削机床械加工结合面接触的检验及评定》的规定。

  对刮研的导轨面,摩擦阻力和接触点数有关,点数太少说明接触面积小,比压大,不易形成油膜。但也不是接触点数越多越好,若接触点数太多,超过每25*25毫米20—25点,大多数接触点呈尖峰状,同样不利于形油膜,造成尖峰与尖峰接触,使摩擦阻力增大。对于上、下导轨面都为刮研的状况,看来以基本(满足可以稍偏少)JB2278—78规定的指标(表2)为适宜。对于上导轨面刮研,下导力面磨削的状况,只检验刮研面的接触点数,考核指标为表2的75%。

  2.1.2 在上导轨表面粘贴塑料板,台聚四氟乙烯、足龙等,可使摩擦系数和静、动摩擦系数之差降低60%左右,对防止爬行有显著效果。但塑料的导热性差,在通常铸铁对铸铁滑动时,摩擦热是同时从两个滑动表面传导出去,如果一个表面是塑料,就阻碍了热的传记导。在重载和高速的情况下,大量摩擦热会使机床身温度很快上升,由此而产生的变形足以破坏机床的原始精度。

  2.1.3 选用具有防爬特性的润滑油。低速运行时,导轨润滑只能是边界润滑状态(介于干摩擦和液体摩擦之间的一种状态),而一般润滑油的边界油膜都不够强固,容易出现干摩擦。因此,为排除爬行,宜采用专用的防爬导轨油,其中加入了各种添加剂,增强润滑油的吸附及楔入能力,以提高边界油膜的强度过,防止干摩擦,对降低摩擦阻力,防止爬行,有   效果。

  多润滑的粘度,从防止爬行的角度看,宜选用粘度大的润滑油。但工作台负荷分布不均时,润滑油大会使导轨的油墨厚薄不均,从而引起工作台倾斜,降低机床加工精度。

  2.1.4 对新的或大修后的机床,由于导轨面上刮削或磨削的刀痕较深,以致摩擦阻力较大。可在导轨面上涂敷薄薄一层氧化铬,用手动的方法(切勿有机动)对研几个来回,对排除爬行有   效果。

  2.1.5 采用静压导轨,实现   的液体摩擦,可以从根本上解决爬行问题。但是,成功地应用静压导轨并不是很简单的事,也不是在所有场合都可以使用,比如外圆磨床工作台很单薄的构件,由于工件往往被顶得过紧,于是工作台就产生弹性变形而拱凸起来,使静压油墨难以形成。因此,在改造老设备时,若准备采用静压导轨,应慎重,除了考虑技术上是否可能外,经济上是否合算也是   考虑的问题。

  2.2 降低驱动阻力 驱动阻力的主要组成部分是导轨副的摩擦阻力,和正压力成正比,所以设计时应尽量减轻运动部件的重量。而在维修上,主要应排除因零件质量或装配不善而引起的附加阻力。如果是齿轮齿条驱动,常见的故障原因是因偏斜或偏心而致啮合不均或啮合过紧。如果是液压驱动,问题大多出在油缸上,常见的故障原因包括:油缸两端支架上的封圈压得过紧或太松;活塞杆两端螺母拧得太紧,以至同心不良;活塞杆和活塞不同心;活塞杆的弯曲;缸体内孔形状精度不良(孤行、锥型等);油缸安装和导轨不平行;缸内腐蚀拉毛等。另外,还须注意楔铁是否弯曲,楔铁和压板是否调整得过紧等。在找出故障原因后,就可以采取针对性措施性来加以排除。

  3 应注意的问题

  在整个驱动系统的总刚度中,   末一个环节的刚度往往有决定性的影响,这是设计上   注意的一个问题。而在维修上,主要应注意排除液压系统中的空气。油液本身的压缩性极小,一般可以认为油液是不可压缩的。但空气的压缩性很大,侵入液压系统后,一部分溶解于压力油中,一部分就形成气泡浮游在压力油里,随着液压系统工作循环而产生反复的压缩和膨胀,起到了“弹簧”的作用,于是导致了爬行。

  空气侵入液压系统的原因是多方面的,除了接头松动以及密封损坏等原因外,大多数是由于油泵吸油不畅,在吸油管中造成负压所致。是否有空气侵入以及侵入的程度,一般可根据油池表面是否有气泡来判断。为了排出液压系统中的空气,有些机床设有排气装置,如果没有排气装置,可开动液压系统,使工作台在   大行程上快速行动,强迫排出空气。

  在实际工作中,只要采取行之有效地方法和措施,就会将机床运动中的爬行现象降低到   小的   ,从而保证机床的正常工作。

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