導(dǎo)語(yǔ)：金屬切削機(jī)床爬行故障分析論文一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

一、機(jī)理分析

引起爬行的原因很多,但主要有以下兩個(gè)方面。

1.摩擦阻力的變化引起爬行

機(jī)床床身導(dǎo)軌工作臺(tái)導(dǎo)軌面都是經(jīng)過(guò)磨削或刮削獲得的,宏觀上看是平直而光滑的,但在微觀下卻總存在有較小間距和峰谷組成的微量高低不平的痕跡。實(shí)際上,兩接觸貼合面只有兩面的微峰峰尖接觸,所以實(shí)際接觸面積是非常小的,因而峰尖所承受的壓力非常之大,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其彈性變形極限而出現(xiàn)的塑性變形,尤其是大型機(jī)床更為突出。此外,發(fā)生塑性變形的接觸點(diǎn)的金屬分子在運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生強(qiáng)烈的粘結(jié)作用。由于參差不同高度的峰谷會(huì)出現(xiàn)互相交錯(cuò)咬合,在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)便產(chǎn)生“犁刨”現(xiàn)象。這便是機(jī)床兩相對(duì)貼合運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌表面產(chǎn)生摩擦阻力的主要潛因。

機(jī)床的爬行現(xiàn)象主要發(fā)生在低速滑動(dòng)時(shí),因?yàn)楦咚贂r(shí)工作臺(tái)導(dǎo)軌面在微觀存在的較小間距和峰谷間儲(chǔ)存著微量油液,在高速作用的貼合運(yùn)動(dòng)中容易形成動(dòng)壓油膜,而將兩貼合導(dǎo)軌面隔離開(kāi),摩擦系數(shù)此時(shí)是非常小的。然而,在低速滑動(dòng)時(shí),則較難形成動(dòng)壓油膜,從而出現(xiàn)由微峰直接接觸的邊界潤(rùn)滑。這時(shí)導(dǎo)軌表面的微峰由于直接接觸,壓力極高,因而發(fā)生塑性變形,導(dǎo)致接觸處產(chǎn)生局部振動(dòng)、高熱、運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn),出現(xiàn)金屬分子的燒結(jié),也稱“冷焊”,這時(shí)摩擦系數(shù)是相當(dāng)大的。

實(shí)驗(yàn)證明,在邊界潤(rùn)滑條件下摩擦系數(shù)與滑動(dòng)速度之間呈現(xiàn)如圖1所示的函數(shù)關(guān)系。

在實(shí)踐中,我們都有這樣的經(jīng)驗(yàn):需推動(dòng)一個(gè)物體運(yùn)動(dòng)所用的力要大于維持這個(gè)物體運(yùn)動(dòng)所用的力。也就是說(shuō)靜摩擦力(靜摩擦系數(shù))大于動(dòng)摩擦力(動(dòng)摩擦系)。如圖1,μ0表示邊界潤(rùn)滑的摩擦系數(shù)作為滑動(dòng)速度的函數(shù)曲線。在相互貼合的工作面低速滑動(dòng)開(kāi)始的短暫時(shí)間內(nèi),摩擦系數(shù)μ0從靜止?fàn)顟B(tài)下的最大值開(kāi)始呈迅速下降趨勢(shì)至最小值。此時(shí)工作臺(tái)表現(xiàn)為向前沖動(dòng),又隨速度μ0的增大而開(kāi)始上升。當(dāng)上升到較大值時(shí),摩擦阻力增大,工作臺(tái)趨向靜止。此時(shí),由于摩擦阻力的增大,相對(duì)的驅(qū)動(dòng)力也隨之增大,當(dāng)驅(qū)動(dòng)力增大到足以克服摩擦阻力時(shí),工作臺(tái)又重復(fù)出現(xiàn)以前那種沖動(dòng),驅(qū)動(dòng)力隨之減小。這個(gè)驅(qū)功力和摩擦阻力不斷循環(huán)變化的過(guò)程,就是工作臺(tái)時(shí)走時(shí)停的循環(huán)沖動(dòng)的過(guò)程,這便是爬行。

2.滑動(dòng)部件的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的剛性對(duì)爬行的影響

機(jī)床的滑動(dòng)部件,如龍門(mén)刨床和龍門(mén)銑床的工作臺(tái)是蝸桿與蝸輪傳動(dòng);鏜床的工作臺(tái)是光桿與齒輪及齒輪與齒條傳動(dòng);磨床的工作臺(tái)是液壓傳動(dòng);不論哪一種傳動(dòng),傳動(dòng)系統(tǒng)與滑動(dòng)部件的連接決不是完全剛性的。從而產(chǎn)生以下的問(wèn)題:①傳動(dòng)副中存在一定的傳動(dòng)間隙。如鏜床的工作臺(tái)就有光桿與齒輪,齒輪與齒條等多個(gè)傳遞環(huán)節(jié),每個(gè)環(huán)節(jié)必須存在一定的間隙。②傳動(dòng)件由于剛性問(wèn)題必須存在彈性變形。如軸類(lèi)零件的扭轉(zhuǎn)變形(如傳動(dòng)軸、螺桿、光桿等),這些傳動(dòng)系統(tǒng)可以理解為相當(dāng)于一個(gè)彈簧系統(tǒng),在驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)滑動(dòng)工作時(shí),傳動(dòng)件(如傳動(dòng)光桿)剛性越差,彈性變形則越嚴(yán)重,傳遞動(dòng)力就越不平穩(wěn)。所以,在驅(qū)動(dòng)力和摩擦阻力不斷地循環(huán)變化過(guò)程中,又可以理解為一個(gè)不斷地蓄能、放能的循環(huán)過(guò)程,即爬行的過(guò)程。

下面再以液壓傳動(dòng)的磨床來(lái)分析這個(gè)問(wèn)題。磨床加工精度高,要求工作平穩(wěn)性和精確程度高,因此對(duì)爬行振動(dòng)的特殊形式特別敏感。又由于磨床是以油液作為傳遞動(dòng)力介質(zhì)的,所以磨床最容易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。因此,對(duì)磨床的爬行的討論就更有意義。

為什么以油液作為傳遞動(dòng)力介質(zhì)的磨床更容易出現(xiàn)爬行呢?這是因?yàn)?①油液具有可壓縮性,當(dāng)然這種可壓縮性很小,一般情況下可以忽略不計(jì)。盡管如此,油液的剛性畢竟比剛體的剛性要差的多。②在這里關(guān)鍵的問(wèn)題是組成液壓系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)。如油泵、油管、接頭、控制閥、油缸等密封不太嚴(yán)密,在運(yùn)動(dòng)的作用下常常會(huì)侵入空氣?？諝馇秩胍簤合到y(tǒng)中,或溶解在油液中或形成氣泡浮游在油液中。空氣的可壓縮性則是極大的(大約相當(dāng)油液的一萬(wàn)倍)。這樣,侵入了空氣的油液則必然增大了油液本身存在的可縮性。因此,液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)就成了一個(gè)十足的“彈簧環(huán)節(jié)”。

下面具體分析磨床工作臺(tái)的爬行情況。從示意圖2看,侵入空氣的油液進(jìn)入油缸的左腔,左腔的氣泡受到壓縮,壓縮到一定壓力時(shí)才能克服工作臺(tái)與導(dǎo)軌之間的摩擦阻力,工作臺(tái)開(kāi)始向右方移動(dòng)。開(kāi)始移動(dòng)的短暫時(shí)段內(nèi),靜摩擦力轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)摩擦力,摩擦力由大值驟然下降,工作臺(tái)向右方?jīng)_動(dòng)。此時(shí),左腔的油液壓力隨之降低,氣泡逸出隨之膨脹。向右沖動(dòng)的工作臺(tái)又使右腔壓力油液中的氣泡受到壓縮,工作臺(tái)的阻力增大,致使工作臺(tái)沖動(dòng)受阻,速度降低,趨向靜此。此時(shí)左腔的油液壓力又增大,直到克服工作臺(tái)的近乎靜摩擦力再向前沖動(dòng)。如此不斷的循環(huán),便形成了工作臺(tái)時(shí)走時(shí)停地沖動(dòng),即為爬行。

二、消除爬行的措施

1.有效地降低摩擦阻力

有效地改善導(dǎo)軌摩擦阻力的變化環(huán)境,在于減小摩擦曲線隨運(yùn)動(dòng)速度增加而下降的斜率,也就是減小靜、動(dòng)摩擦系數(shù)差,其重要措施在于有效地改善潤(rùn)滑環(huán)境。

⑴改善導(dǎo)軌的潤(rùn)滑環(huán)境,保證較為有效的潤(rùn)滑油量及較好的潤(rùn)滑油油性,粘度適宜。對(duì)于工作臺(tái)載荷大的大型機(jī)床應(yīng)采用粘度高耐磨的專業(yè)導(dǎo)軌潤(rùn)滑油。

⑵在單靠潤(rùn)滑油本身難以達(dá)到性能要求的情況下,可以通過(guò)改善工作面的儲(chǔ)油條件(如在平整的工作面表面刮花);加入添加劑,改善潤(rùn)滑油的性能。例如加入三甲酚磷酸脂、硫化鯨魚(yú)油、M0S2油劑等,或者在導(dǎo)軌上涂一層固體M0S2潤(rùn)滑劑。

⑶對(duì)大型和高精度機(jī)床采用液體靜壓導(dǎo)軌。液體靜壓導(dǎo)軌就是在導(dǎo)軌面上開(kāi)出一定面積的油腔,讓壓力油通過(guò)節(jié)流器進(jìn)入油腔,在兩導(dǎo)軌面之間保持一定厚度的油膜,形成完全液體摩擦。這種靜壓導(dǎo)軌摩擦系數(shù)較小,無(wú)論滑動(dòng)速度多么低,工作臺(tái)均能平穩(wěn)移動(dòng)無(wú)爬行。但靜壓導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)復(fù)雜,成本高,應(yīng)用受到限制。

⑷在導(dǎo)軌上粘貼一層TSF導(dǎo)軌軟帶(TSF導(dǎo)軌軟帶是一種以聚四氟乙烯為基的高分子復(fù)合材料,具有優(yōu)異的摩擦特性,摩擦系數(shù)很低,約為鑄鐵滑動(dòng)導(dǎo)軌的1/10)。在當(dāng)機(jī)床導(dǎo)軌磨損較重,修復(fù)困難時(shí)采用TSF導(dǎo)軌軟帶是一種非常省事的辦法。

2.提高傳動(dòng)系統(tǒng)剛性

⑴提高傳動(dòng)零件的加工精度;零部件的裝配進(jìn)度,盡量減小裝配間隙。裝配合理,如零件的平行、垂直關(guān)系,軸的同心,螺紋連接的松緊程度等。

⑵在機(jī)械傳動(dòng)中,除盡量減少動(dòng)力傳遞層次,對(duì)傳動(dòng)類(lèi)零件從材料和工藝上提高其剛性。

⑶對(duì)液壓機(jī)床主要是防止液壓系統(tǒng)的空氣侵入。增強(qiáng)液壓元件及接合處的密封程度。在快速往復(fù)移動(dòng)的狀態(tài)下,合理有效的可開(kāi)啟排氣閥將空氣排出。

三、其它爬行實(shí)例消除的措施

1.導(dǎo)軌表面拉傷或液壓油缸內(nèi)銹蝕拉毛

有些機(jī)床由于防護(hù)裝置密封不良,濾油器損壞,機(jī)械雜質(zhì)和金屬切削末進(jìn)入導(dǎo)軌摩擦面或液壓油中,從而導(dǎo)致導(dǎo)軌表面拉傷或油缸內(nèi)表面銹蝕拉氣,使其表面粗糙,摩擦阻力增大,工作臺(tái)不能確保正常運(yùn)行而導(dǎo)致爬行。

消除方法:①采用耐磨涂層修補(bǔ)拉傷表面,精心修刮導(dǎo)軌,使其平直度和表面粗糙度恢復(fù)正常,選用油性好,粘度適當(dāng)?shù)膶?dǎo)軌潤(rùn)滑油。②修刮油缸內(nèi)銹蝕拉毛處,如果拉毛程度較嚴(yán)重時(shí),可上銼床按間隙配合塞,選用油質(zhì)好的液壓油。

2.機(jī)床導(dǎo)軌面缺油,或用油不當(dāng)或油已經(jīng)氧化變質(zhì),從而使機(jī)床產(chǎn)生爬行

消除方法:①機(jī)床導(dǎo)軌面必須有充足的潤(rùn)滑油而產(chǎn)生油膜,減小摩擦阻力。②保證油質(zhì),因?yàn)闈?rùn)滑油在溫度升高的條件下,生成氧化膠質(zhì),產(chǎn)生酸性腐蝕,使表面發(fā)澀。所以對(duì)機(jī)床回油進(jìn)行冷卻降溫,定期換油,檢測(cè)酸性基礎(chǔ)上,防止?jié)櫥偷难趸z質(zhì)形成。

3.高速轉(zhuǎn)動(dòng)件處于動(dòng)平衡,其不平衡點(diǎn)產(chǎn)生離心力而出現(xiàn)機(jī)械振動(dòng)波,波及導(dǎo)軌產(chǎn)生爬行

消除方法:對(duì)電機(jī)和其它高速部件進(jìn)行動(dòng)平衡處理,例如在其底座安裝彈性支承板,添置可調(diào)千斤頂作支承以抵消高速旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的離心力,除低自激振動(dòng),或墊橡膠、羊毛氈等防振材料,以減少機(jī)械振動(dòng)時(shí)對(duì)導(dǎo)軌的影響。

機(jī)床爬行現(xiàn)象作為一種較為常見(jiàn)的機(jī)床故障,引發(fā)的原因是多方面的,主要是機(jī)械、液壓、潤(rùn)滑、電器等幾個(gè)方面,在這里不能逐一闡述。在實(shí)際維修中,須針對(duì)具體情況進(jìn)行分析,從分析中找到問(wèn)題的癥結(jié),以找到解決問(wèn)題的最佳措施。

【摘要】本文重點(diǎn)分析金屬切削機(jī)床爬行故障形成因素及消除措施。

【關(guān)鍵詞】爬行因素分析液壓系統(tǒng)機(jī)床