金屬切削機(jī)床爬行因素分析與消除措施

吳正杰

【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；機(jī)床液壓系統(tǒng)；措施

機(jī)床工作臺(tái)或拖板在運(yùn)動(dòng)中出現(xiàn)時(shí)走時(shí)停、或快或慢的現(xiàn)象稱(chēng)為爬行。所謂爬行就是指時(shí)走時(shí)停非勻速的運(yùn)動(dòng)，表現(xiàn)輕微時(shí)，目光不易察覺(jué)的顫振，表現(xiàn)嚴(yán)重時(shí)，是大距離的間歇沖動(dòng)。如坐標(biāo)鏜床難以實(shí)現(xiàn)精確定位及微量進(jìn)給，個(gè)別情況還可能出現(xiàn)扎刀、蹦飛工件等。

機(jī)床爬行時(shí)，移動(dòng)部件突然跳動(dòng)移位的大小稱(chēng)爬行量，較大的爬行量可采用百分表直接頂在執(zhí)行部件上觀(guān)察表針移動(dòng)的刻度變化值來(lái)確定，而較輕微的爬行量則可以采用精密儀器檢測(cè)。機(jī)床的爬行影響著加工工件的質(zhì)量和表面粗糙度，并且還會(huì)造成機(jī)床摩擦副的加速磨損，縮短機(jī)床零件的使用壽命，所以必須及時(shí)消除。機(jī)床產(chǎn)生爬行的原因有單一性的，也有綜合性的。

1 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。

1.1 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(guān)上看是平直而光滑的，但在微觀(guān)條件下，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(guān)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(chēng)“冷焊”，這時(shí)摩擦系數(shù)是相當(dāng)大的。

1.2 滑動(dòng)部件驅(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。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。

2 消除爬行的措施

2.1 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(xiàn)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。

（1）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(zhuān)用導(dǎo)軌潤(rùn)滑油。

（2）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；加入添加劑，改善潤(rùn)滑油的性能。

（3）對(duì)大型和高精度機(jī)床采用液體靜壓導(dǎo)軌。

（4）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。

2.2 提高傳動(dòng)系統(tǒng)剛性

（1）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。

（2）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。

（3）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。

3 其它爬行實(shí)例消除的措施

3.1 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)，可上機(jī)床按間隙配合塞，選用油質(zhì)好的液壓油。

3.2 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，在檢測(cè)酸性基礎(chǔ)上，防止?jié)櫥偷难趸z質(zhì)形成。

3.3 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，消除低自激振動(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。

4 結(jié)束語(yǔ)

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，主要是液壓、潤(rùn)滑、機(jī)械、電器等幾個(gè)方面的原因，在這里不再逐一闡述。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，以期達(dá)到較高的性?xún)r(jià)比。

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[責(zé)任編輯：鄧麗麗]