液压气动系统在数控机床中的应用毕业论文.docx

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液压气动系统在数控机床中的应用毕业论文

摘要

目前，数控机床大都应用到了液压、气动系统。

而液压、气动系统又是由元件组成，只有在对液压、气动系统元件的应用、结构、失效机理深入认识才能顺利分析和排除故障。

本文针对数控机床中液压、气动系统常见的故障进行分析，列出了这些故障的原因分析表并提出了解决措施。

同时，也提出对其两个系统的维护要点，这样既能减少液压、气动系统故障产生的次数，又能快速排除液压、气动系统故障，从而提高工作效率。

关键词：

数控机床液压系统气动系统故障排除

摘要1

目录2

引言3

1数控机床液压与气动系统常见故障表征4

1.1液压和气压传动系统的构成4

1.2液压系统在数控机床中常见故障的表征4

1.3气动系统在数控机床中常见故障的表征4

2液压系统常见故障分析6

2.1液压系统外漏6

2.2液压系统压力提不高或没有压力6

2.3噪声和振动7

2.4油温过高8

3气动系统常见故障分析9

3.1执行元件故障9

3.2控制元件故障9

3.3安全阀常见故障9

3.4方向控制阀常见故障10

4液压、气动系统故障案例分析11

4.1液压卡盘失效11

4.2导轨润滑不足11

4.3刀柄和主轴的故障维修11

4.4松刀动作缓慢的故障维修12

4.5突然无报警停机的故障维修13

5数控机床液压与气动系统的维护14

结束语16

致谢17

参考文献18

引言

随着电子技术的不断发展，数控机床在我国的应用越来越广泛，但由于数控机床系统及其复杂，又因为大部分具有技术专利，不提供关键的图样和资料，所以让数控机床的系统维修成为了一个难题。

液压、气动系统在数控机床中的应用比较广泛。

其中，数控机床中常用液压系统的于：

⑴液压卡盘⑵液压静压导轨⑶液压拨叉变速液压缸⑷主轴箱的液压平衡⑸液压驱动机械手⑹回转工作台的夹紧与松开液压缸⑺主轴上夹刀与松刀液压缸⑻机床的润滑冷却。

气动系统主要在这几个方面应用于数控机床。

⑴气动机械手⑵主轴的松刀⑶主轴锥孔的吹气⑷工件、工具定位面和交换工作台的自动吹屑、清理定位基准面⑸机床防护罩、安全防护门的开关⑹工作台的松开夹紧，交换工作台的自动交换动作。

而液压、气动系统会经常会出一些故障，这些故障在数控机床中出现比率比较大，故本文针对这些故障进行分析，从而为以后解决这些故障提供参考。

1数控机床液压与气动系统常见故障表征

1.1液压和气压传动系统的构成

液压和气压传动系统一般由以下5个部分组成：

1.动力装置。

动力装置是将原动机的机械能转换成传动介质的压力能的装置。

常见的动力装置有液压泵和空气压缩机等。

2.执行装置。

执行装置用于连接工作部件，将工作介质的压力能转换为工作部件的机械能，常见的执行装置有液压缸和汽缸及进行回转运动的液压电机、气电机等。

3.控制与调节装置。

控制与调节装置是用于控制和调节系统中工作介质的压力、流量和流动方向，从而控制执行元件的作用力、运动速度和运动方向的装置，同时也可以用来卸载或实现过载保护等。

4.辅助装置。

辅助装置是对过载介质起到容纳、净化、润滑、消声和实现元件之间连接等作用的装置。

5.传动介质。

传动介质是用来传递动力和运动的过载介质，即液压油或压缩空气。

1.2液压系统在数控机床中常见故障的表征

1.接口连接处泄漏

2.运动速度不稳定

3.阀芯卡死或运动不灵活，造成执行机构动作失灵

4.阻尼小孔被堵，造成系统压力不稳定或压力调不上去

5.阀类元件漏装弹簧或密封件，或管道接错而使动作混乱

6.设计、选择不当，使系统发热，或动作不协调，位置精度达不到要求

7.液压件加工质量差，或安装质量差，造成阀类动作不灵活

8.长期工作，密封件老化，以及易损元件磨损等，造成系统中内外泄漏量增加，系统效率明显下降

1.3气动系统在数控机床中常见故障的表征

1.气源故障，包括空压机故障、减压阀故障、管路故障、气源处理元件故障等

2.气缸故障，由于气缸装配不当和长期使用，气缸易发生内、外泄漏，输出力不足和动作不平稳，缓冲效果不良，活塞杆和缸盖损坏等故障

3.换向阀故障，包括换向阀不能换向或换向动作缓慢，气体泄漏，电磁先导阀有故障等

4.气动辅助元件故障，里面包括油雾器故障、自动排污器故障、消声器故障等

2液压系统常见故障分析

2.1液压系统外漏

液压系统产生外漏的原因错综复杂，主要是由于振动、腐蚀、压差、温度、装配不良等原因造成。

另外，液压元件的质量、管路连接、系统设计、使用维护不当也会引起外漏。

产生外漏的部位也有很多，例如：

接头、接合面、密封面及壳体等。

外漏是液压系统最为常见，且需要认真对待的故障。

解决方法：

提高几何精度，降低表面粗糙度，加强密封。

2.2液压系统压力提不高或没有压力

产生这类故障的主要原因是系统压力油路和回油路短接，或者有较严重的泄漏，也可能是液压泵本身根本无压力油输入液压系统或压力不足，或者是电动机方向反转或功率不足以及溢流阀失灵等因素，故障分析及排除方法如表2.1所示。

表2.1液压系统压力故障原因分析表

故障种类

故障产生原因

故障排除方法

压力故障

液压泵

1.转向错误

1.纠正转向

2.零件损坏

2.更换

3.运动件磨损间隙大，泄漏严重

3.修复或更换

4.进油吸气，排油泄漏

4.拧紧各接合处，保证密封

溢流阀

1.阀在开口位置被卡住，无法建立压力

1.修研使阀在体内移动灵活

2.阻尼空堵塞

2.清洗阻尼通道

3.阀中钢球与管座密合不严

3.更换钢球或研配阀座

4.弹簧变形或折断

4.更换弹簧

液压缸因间隙过大或密封圈损坏使高低压互通

修配活塞或更换密封圈

压力油路泄漏

拧紧各接合处排除泄漏

压力表失灵损坏，不能反应系统的实际压力

更换压力表

2.3噪声和振动

液压系统的噪声或振动也是常见故障之一，这一类故障可使人大脑疲劳，影响液压系统的工作性能，降低液压元件寿命，严重的还会影响工件的加工精度，降低生产率，甚至使机床及部件加速变形、磨损和损坏，故障成因及解决办法如表2.2所示.

表2.2噪声和振动故障原因分析表

故障种类

故障产生原因

故障排除方法

噪声和振动故障

液压泵

1.液压泵吸油口密封不严

1.拧紧进油口螺母

2.油箱中的油液不足

2.加油至油标线上

3.吸油管侵入油箱太少

3.将吸油管侵入油箱2/3高度处

4.液压泵吸油位置太高

4.液压泵吸油口至进油口一般不超过500mm

5.油液黏度太大，增加流动阻力

5.更换黏度小的油液

6.液压泵吸油口截面过小

6.将进油口斜切45°，以增加吸油面积

7.过滤器表面被污物阻塞

7.清除附着在过滤器上的污物

溢流阀作用失灵

1.阀座损坏

1.修复阀座

2.油中杂质较多，将阻尼孔阻塞

2.疏通阻尼孔

3.阀与阀体孔配合间隙过大

3.研磨阀孔，更换新阀，重配间隙

4.弹簧疲劳或损坏，使阀不灵活

4.更换弹簧

5.因脏物使阀在阀体孔内不灵活

5.清除阀体内脏物，使其移动灵活

油管管道碰击

吸油管距回油管太近

使两者适当远离

电磁铁失灵

1.电磁铁焊接不良

1.重新焊接

2.弹簧损坏或过硬

2.更换弹簧

3.滑阀在阀体中卡死

3.配研滑阀，使其在阀体内移动灵活

其他原因

1.液压泵电动机联轴器不同心

1.使联轴器同心度在0.1mm之内

2.运动部件换向时缺乏阻尼

2.增设调整换向节流，使换向平稳

3.液压泵振动而引起的元件振动

3.平衡各运动部件

2.4油温过高

数控机床的各种液压系统在使用过程中都是以油液作为工作介质传递动力和动作讯号的。

在传递过程中，由于油液沿着管道流动或流经各种阀时而产生压力损失，以及整个液压系统如液压泵、液压缸、液压马达等相对运动零件间的摩擦阻力而引起的机械损失和油泄漏等损耗的容积损失，组成了总的能量损失。

这些能量损失转变为热能，使油温升高。

解决方法：

尽量采用简单的回路，使系统中无多余零件，优化液压系统的设计，管路布置时，尽量减少弯管，缩短管道长度，减少管道截面突变等。

定期保养、清洗，保持管道内壁光滑，努力提高相对运动件的加工精度和装配质量，改善油箱散热条件，适当的增加油箱体积，采取强制冷却办法等。

3气动系统常见故障分析

3.1执行元件故障

对于数控机床而言，较常用的执行元件是气缸，气缸的种类很多，但其故障形式却有着一定的共性，只要是气缸的泄漏，输出力不足，动作不平稳，缓冲效果不好以及外载造成的气缸损伤等。

产生上述故障的原因有以下几类：

密封圈损坏、润滑不良、活塞杆偏心或有损伤，缸筒内表面有锈蚀或缺陷，进入了冷凝水杂质，活塞或活塞杆卡住，缓冲部分密封圈损坏或性能差，调节螺钉损坏，气缸速度太快，由偏心负载或冲击负载等引起的活塞杆折断

解决方法：

更换密封圈，加润滑油，清除杂质，重新安装活塞杆使之不受偏心负荷，检查过滤器有无毛病，不好用要更换，更换缓冲装置调节螺钉或其密封圈，避免偏心载荷和冲击载荷加在活塞杆上。

3.2控制元件故障

压力控制阀中，减压阀常见的故障有：

二次压力升高、压力降很大、漏气、阀体泄漏、异常振动等

造成这些故障的原因有：

调压弹簧损坏，阀座有伤痕或阀座橡胶有剥离，阀体中进入灰尘，阀活塞导向部分摩擦阻力大，阀体接触面有伤痕等。

解决方法：

查清故障原因，然后对出现故障的地方进行处理，如将损坏了的弹簧、阀座、阀体、密封件等坚决更换，同时清洗、检查过滤器，不再让杂质混入，注意所选阀的规格，使其与需要相适应。

3.3安全阀常见故障

压力虽已上升但不溢流，压力未超过设定值却溢出，有振动发生，从阀体和阀盖向外

解决方法：

产生这些故障的原因多数是由于阀内混入了杂质或异物，将孔堵塞或将阀的移动零件卡死；调压弹簧损坏，阀座损伤；膜片破裂，密封件损伤；压力上升速度慢，阀放出流量过多引动起振动等。

解决方法也简单，将破损了的零件、密封件、弹簧进行更换；注意清洗阀内部，微调溢流量使其与压力上升速度相匹配。

3.4方向控制阀常见故障

阀不能换向、阀泄漏、阀产生振动等。

造成这些故障原因如下：

润滑不良，滑动阻力和始动摩擦力大，密封圈压缩量大或膨胀变形，尘埃或油污等被卡在滑动部分或阀座上，弹簧卡住或损坏，密封圈压缩量过小或有损伤，阀杆或阀座有损伤，壳体有缩孔，压力低，电压低等。

解决方法：

即针对故障现象，有目的的进行清洗，更换破损零件和密封件，改善润滑条件，提高电源电压，提高先导操作压力。

4液压、气动系统故障案例分析

4.1液压卡盘失效

故障现象：

某配套FANUC0TD的数控车床，在开机后发现液压站发出异响，液压卡盘无法正常装夹。

分析及处理过程：

现场观察，发现机床开机启动液压泵后，即产生异响，而液压站输出部分无液压油输出，因此可断定产生异响的原因在于液压站上，而产生故障的原因可能是以下几点：

（1）液压站油箱内液压油太少，导致液压泵因缺少液压油而产生空转

（2）由于液压站输出油管某处堵塞，产生液压冲击，发出响声

（3）液压泵与液压电动机连接处产生松动，而发出声响

（4）液压泵损坏

（5）液压电动机轴承损坏

检查后，发现在液压泵启动后，液压泵出口处压力为0，油箱内油位处于正常位置，液压油比较干净，所以可以排除1.2点。

进一步拆下液压泵检查，发现液压泵为叶片泵，叶片泵正常，液压电动机转动正常，因此可以排除4.5点。

而该泵与液压电动机连接的联轴器为尼龙齿式联轴器，由于机床使用时间较长，液压站输出压力调的太高，导致联轴器的啮合齿损坏，从而当液压电动机转动时，联轴器不能好好地传递转矩，从而产生异响，更换该联轴器后，机床恢复正常。

4.2导轨润滑不足

故障现象：

TH6363卧式加工中心，Y轴导轨润滑不足。

分析及处理过程：

TH6363卧式加工中心采用单线阻尼式润滑系统，故障产生后，开始认为是润滑时间间隔太长，导致Y轴润滑不足，将润滑电动机启动时间间隔由15min改为10min，Y轴导轨润滑有所改善但是油量仍不理想，故又集中注意力查找润滑管路问题，润滑管路完好，拧下Y轴导轨润滑计量件，检查后发现计量件中的小孔堵塞，清洗后，故障排除。

4.3刀柄和主轴的故障维修

故障现象：

TH5840立式加工中心换刀时，主轴锥孔吹气，把含有铁锈的水分子吹出，并附着在主轴锥孔和刀柄上，刀柄和主轴接触不良。

分析及处理结果：

TH5840立式加工中心气动控制原理图如图一所示，故障产生的原因是压缩空气中含有的水分，如采用空气干燥机，使用干燥后的压缩空气问题即可解决，若受条件限制，没有空气干燥机，也可在主轴锥孔吹气的管路上进行两次分水过滤，设置自动放水装置，并对气路中相关零件进行防锈处理，故障即可排除。

图4.1TH5840立式加工中心气动控制原理图

4.4松刀动作缓慢的故障维修

故障现象：

TH5840立式加工中心换刀时，主轴松刀动作缓慢

分析及处理过程：

根据图一所示的气动控制原理图进行分析，主轴松刀动作缓慢的原因有：

1.气动系统压力太低或流量不足

2.机床主轴拉刀系统有故障，如碟型弹簧破损等

3.主轴松刀气缸有故障

根据分析，首先检查气动系统的压力，压力表显示气压为0.6MPa，压力正常，将机床操作转为手动，手动控制主轴松刀，发现系统压力下降明显，气缸的活塞杆缓慢伸出，故判定气缸内部漏气。

拆下气缸，打开端盖，压出活塞和活塞环，发现密封环破损，气缸内壁拉毛，更换新的气缸后，故障排除。

4.5突然无报警停机的故障维修

故障现象：

I9FP5C加工中心换刀时突然无报警停机，重新启动故障依旧

分析及处理过程：

检查发现刀具到位接近开关无动作，据此首先怀疑是否接近开关或反馈电路有问题，经检查电路正常，多次重复后故障时有时无且拉紧油缸出现轻微转动，证明刀具未卡紧，同时还发现主轴旋转有时出现异常声音，根据上述现象分析认为主轴内有元件损坏或出现松动脱落，拆开主轴后发现变速箱6根拉刀弹簧断了5根，更换新的弹簧后机床换刀恢复正常，故障排除。

5数控机床液压与气动系统的维护

数控机床液压与气动系统因经常出现故障，为了减少故障发生的次数，应该对液压、气动系统进行日常维护。

1.液压、气动系统维护要点

⑴液压系统维护要点：

①控制油液污染，保持油液清洁，是确保液压系统正常工作的重要措施

②控制液压系统中油液的温升是减少能源消耗、提高系统效率的一个重要环节

③控制液压系统泄漏

④防止液压系统的振动与噪声

⑤严格执行日常点检制度

⑥严格执行定期紧固、清洗、过滤和更换制度

⑵气压维护要点：

①保证供给洁净的压缩空气

②保证空气中含有适量的润滑油

③保持气动系统的密封性

④保证气压传动元件中运动零件的灵敏性

⑤保证气压传动装置具有合适的工作压力和运动速度

2.液压、气动系统的定检

⑴液压系统定检

①各液压阀、液压缸及管子接头处是否有外漏

②液压泵或液压马达运转时是否有异常噪声等现象

③液压缸移动时工作是否正常平稳

④液压系统的各测压点压力是否在规定的范围内，压力是否稳定

⑤电气控制或撞块（凸轮）控制的换向阀的工作是否灵敏可靠

⑥液压系统手动或自动工作循环时是否有异常现象

⑦定期检查和紧固重要部位的螺钉、螺母、接头和法兰螺钉

⑧定期检查或更换密封件

⑨定期检查清洗或更换液压件

⑩定期检查清洗油箱和管道

⑵气动系统定检

①管路系统的定检。

管路系统定检的主要内容是对冷凝水和润滑油的管理

②气压传动元件的定检。

气压传动元件定检的主要内容是彻底处理系统的漏气现象。

结束语

通过这次毕业论文，使我对数控机床液压、气动系统有了一定的了解，我的任务是对数控机床中液压、气动系统常见的一些故障进行分析和排除。

通过这些天对液压、气动系统的资料整理、分析。

得出的结果如下：

1.简单的介绍液压、气动系统的结构，使自己能更快的熟悉数控机床中液压、气动系统起到的作用

2.对液压、气动系统常见的故障进行简要的分析，提出解决办法

3.提出实际维修案例，分析其形成原因，提出排除方法

4.陈述液压、气动系统的维护要点，减少故障出现的几率

当然，由于自己学识不够，这篇论文也有许多不足之处。

比如：

⑴由于液压、气动系统在数控机床中的工作原理不熟悉。

因此，许多故障没有具体分析出原因⑵虽然举出了个别数控机床的实例去分析故障成因，但仍然不够完善。

因此，还需要去接触更多种类的数控机床，进一步去学习研究。

致谢

经过二个月的努力，我的毕业论文总算结尾了，这次论文能顺利完成，第一是要感谢我的指导老师胡老师，谢谢他的指点和给了我许多宝贵的意见，才让我这次论文能这么快完成。

第二是要感谢陪伴还有帮助我的朋友们，在他们那里我学会很多，体会也很多。

在此向他们表示我心里深深的感谢和敬意。

最后，也要感谢学校这三年来教会我做人道理，传授我知识的老师们，还有一起笑，一起哭的同学和朋友。

他们也将是我以后人生道路上的良师益友。

参考文献

[1]孙汉卿主编.数控机床维修技术..机械工业出版社.2000

[2]王侃夫主编.数控机床故障诊断及维护..机械工业出版社.2000

[3]任建平主编.现在数控故障诊断及维修..国防工业出版社.2005

[4]金英姬主编.液压与气压技术与应用..化工工业出版社.2009

[5]杨旭丽主编.数控系统故障诊断与排除..中国劳动社会保障出版社.2004

[6]沈兵主编.数控机床数控系统维修技术与实例..机械工业出版社.1999

[7]刘江主编.数控机床故障诊断与维修..高等教育出版社.2007

[8]龚仲华主编.数控机床故障诊断与维修500例..机械工业出版社.2004