机床爬行的产生原因及消除

中国石油大学（华东）现代远程教育

毕业设计（论文）

题目：机床爬行的产生原因及消除

学习中心：威海学习中心

年级专业：网络07春机械设计及其自动化学生姓名：焉德强学号：0790784002 指导教师：林秀娟职称：讲师

导师单位：威海职业学院

中国石油大学（华东）远程与继续教育学院论文完成时间：2008 年11 月01 日

摘要:机床工作过程中产生爬行的原因有液压系统和机械系统两方面的，液压系统方面的原因是油液中侵入了空气或产生空穴，以及控制阀件磨损而出现太大的间隙；机械系统方面产生爬行的原因是摩擦力的变化。文章探讨了液压系统侵入空气产生爬行的机理及其消除方法和机械系统因摩擦力变化产生爬行的解决方法。

关键词:液压油, 摩擦, 润滑,爬行

爬行是机床上常见而不正常的运行状态，它主要出现在机床各传动系统的执行零部件上，比如刀架、与油缸连在一起的工作台等，且一般在低速运行时出现较多，因速度低时，润滑油被压缩、润滑油膜变薄、油楔作用降低、部分油膜破坏，使摩擦面的摩擦阻力发生变化。通常情况下，轻微程度的爬行是不易察觉的振动，显著的爬行则是大距离的跳动。当机床运动执行件出现爬行时，不仅会破坏液压系统工作的稳定性，产生冲击，同时也会影响机床的精度和被加工工件的精度。比如磨床出现爬行时，会使磨工件的表面粗糙度增大；坐标镗床出现爬行，会使精确定位难以实现。严重的爬行还能引起机床振动，损害机床及其工模具。因此，为了避免爬行的产生，必须分析清楚产生爬行的原因，一旦出现爬行现象，就要采取措施加以排除。

爬行是一种故障，它是在传动系统的刚性不足，驱动力与负载摩擦阻力波动变化的情况下形成的，体现在机床液压系统侵入空气、液压元件的间隙与机械装置本身都可能引起这种故障。

1液压系统侵入空气引起的爬行及消除方法

1.1空气侵入液压系统的方式及危害

空气侵入液压系统的方式是多种多样的，比如液压系统是由各液压元件组成，各种元件的零件之间，为达到连续的、断续和往复运动，需要有一定的配合间隙，而空气就从间隙中侵入，各元件之间的连接密封不严，且受到振动影响，接头螺帽松动，故而空气由此而入，元件中的零件由于同轴或直线度不好、线垫厚薄不均、螺钉没有均匀抓紧而造成泄漏，油泵吸油管和系统回油管在油池中没有隔开或靠在一起，回油飞溅，搅成泡沫，使油泵吸油管吸入空气，油泵吸油管处的滤油器被污物堵塞或滤油器孔太密、油液不足或吸油管侵入油池太少，导致吸油不畅，在吸油区形成局部真空而产生空穴，回油管的出油口在油面上，当机床停用时，空气就乘机而入，设计不合理，回油路中没有背压或背压很小，密封件损坏等，导致油缸左右油腔同时互通且通回油。此外，液压元

件精度低，密封性能差而造成泄漏，引起空气侵入。

液压系统中侵入空气是造成液压故障的根本原因。液压系统内含有微量的空气，油液就会出现针状气泡，油池中的油液颜色会逐渐变为乳白色，若吸入了大量的空气，则油池表面会浮有许多气泡。时间久了，容易使油液变质，降低油液使用寿命。一旦液压系统中侵入了空气，油泵和油管在工作进就会产生不均匀的响声，压力表波动值也较大，同时会造成液压系统出现种种故障，比如使运动部件产生爬行，破坏液压系统的工作平稳性、影响加工工件的表面质量、使工作机构产生振动和噪音，导致管接头松动甚至紫铜管断裂而造成泄漏、影响运动部件的拘役精度，如定位不准、换向倒回等。此外，还会引起工作压力不稳定，影响刀具和阀件的使用寿命。

1.2液压系统产生爬行的机理

机床液压系统工作的介质是液体，在传递能量的过程中，液体的压缩性决定了液压传动的稳定性。

油液在温度一定时，压力增加体积缩小，具有一定的压缩性，但这种压缩性极其微小，一般忽略不计，即认为油液是不可压缩的，而空气是可压缩的，且压缩性很大。因此，当液压系统侵入了空气后，其中一部分空气溶解于压力油中，另一部分则形成气泡浮游在压力油里。当液压系统产生压缩时，油液中的空气因压缩性大，使得运动件暂时维持原有运动状态（停止状态），只有当空气被压缩到一定程度时，才能有足够的力来克服运动件的惯性力而使运动件改变运动状态（运动件启动）。当液压系统停止工作后，由于惯性作用，运动件并不会立即改变运动状态而继续前行一段距离，因而使得压力油膨胀。因此，随着液压系统工作循环而产生反复的压缩和膨胀，这样就形成了运动件时走时停或时快时慢的爬行。

此外，由于油泵吸油不畅或液压油粘度太高，导致吸油不足而在系统中产生真空，出现空穴现象，使得溶在油液中的气体从中渗出，影响油液的压缩性，从而使系统运行不平稳，产生爬行。

1.3液压系统排除空气的方法

实践证明，液压系统出现故障后的检查是很困难的，即在实际检修中，很难分析清楚液压系统故障的出现所在，而由于液压系统侵入空气后会引起运行不平稳和造成种种故障，因此要防止机床液压系统出故障，就要堵住空气侵入的途径。一旦空气侵入，就必须想办法加以排除。

1.3.1防止空气侵入液压系统的措施

通常情况下，为了避免空气侵入液压系统，应紧固各结合处的螺钉或螺母，严防泄漏，清除附着于滤油器网上的污物，保证吸油通畅，加足油液，使油液液面达到设计的油面高度（一般要求吸油管应深入油池内2/3深），以防止吸油时吸入空气，加大进、回油管的距离，保证进、回油互不干涉；采用粘度低的油液，以降低流动阻力，并保证吸油畅通，吸油充足，避免产生空穴现象而使油液中的气体渗出。如果是吸油口截面太小而引起吸油不足，可将油管口作450斜截，以增大吸油面积，保证吸油充足而不致产生空穴。

1.3.2空气的排除

液压系统侵入空气后，在没有排气装置的液压设备上，可开动液压系统，使它在最大行程下快速运动一定的时间（一般开动5~10分钟即可），强迫空气排除。也可增设排气装置，比如在系统管道的最高处、油缸的高压设置排气阀等。

2液压元件间隙引起的爬行及消除方法

在机床液压系统中，元件间隙过大也是造成机床爬行的原因之一。

2.1液压油泵间隙大引起的爬行

运动件低速运动时，一旦发生干摩擦，阻力增加。这时要求液压泵提高压力，但由于液压泵间隙大而严重漏油，不能适应执行元件因阻力变化形成的压力变化而产生爬行。

排除的办法是修复或更换泵内零件，保证装配要求的间隙，以减少油泵的泄漏。

2.2控制阀失灵引起的爬行、

在机床液压系统中，控制阀（如流量阀、压力阀等）的作用是很关键的，如果它们不起作用，整个液压系统就会失控。各种控制阀的阻尼孔及节流口被污物堵塞，阀芯移动不灵活等，都会导致压力波动大，造成推力或流量时大时小而产生爬行。

消除办法是要经常保持油液清洁，定期清洗油池并更换液压油，加强控制阀件的维护保养，以防液压油污染。

2.3元件磨损引起的爬行

由于阀类零件磨损，使配合间隙增大，部分高压油与低压油互通，引起压力不足。此外，液压油缸活塞与缸体孔配合间隙因磨损而增大，发生内泄漏，使液压油缸两腔压

差减少，以致压力减少，致使在低速运行时容易因摩擦力的变化而产生爬行。

消除方法是仔细检验配合间隙，研配或更换元件，保证配合间隙，并更换已损坏的密封件。

3摩擦力变化引起的爬行及消除方法

机床上的机械系统产生爬行的根本原因是摩擦阻力的变化。在实际机床运行中，运行的速度低于某一数值即临界速度时会产生爬行。机床制造出来并选定润滑油以后，机械会动系统的刚度、质量和阻尼即已确定，影响机床机械系统爬行的因素就是摩擦力的变化。

3.1导轨因素引起的爬行及消除

（1）导轨精度不好而使局部阻力变化及导轨面接触不良，使油膜不易形成，导致工作台或走刀箱等部件运动的摩擦阻力不稳定而引起爬行。在这种情况下，必须修复导轨精度，使之达到设计的精度要求。

通常，新的机床和新修刮过的机床导轨面有时因导轨摩擦阻力较大而产生爬行。因此，可在导轨接触面上均匀地涂上一层薄薄的氧化铬，再用手动的方法（不能用机械带动或液压传动），使之相对运动对研几次，以减少刮研点所引起的阻力。

（2）相对运动的导轨接触面缺乏润滑油而产生干摩擦和半干摩擦。特别是新的机床和重新修复的机床导轨，刮研点或磨削的刀痕较深，阻力也较大，如果没有适量的润滑油，爬行也就很显著。但润滑油量也就在适当，若过多的话，会产生运动部件上浮现象，而且粘度越大的润滑油上浮越显著，从而影响工件加工精度，一般用肉眼观察甚地轨表面有一层薄薄的润滑油即可。

在很多的重型和高精度机床上，采用具有在低速下润滑性能稳定等许多优点的静压导轨，但如果静压导轨的控制装置失灵，形成润滑油量中断也会引起爬行。所以，必须经常注意润滑油的控制装置是否失灵。

两相对运动件在运动过程中，摩擦与润滑也同样是交织在一起的。若两摩擦面间有一薄层润滑油膜，则摩擦可大大减少。一般说，提高油的粘度和油膜的强度，对爬行及振动均有阻尼吸收作用。因此，对润滑油油质的选择是很重要的。

3.2油缸因素引起的爬行及消除

由于制造、安装及磨损等方面的原因，可能引起油缸中心线与导轨不平行，活塞杆局部或全长弯曲，油缸缸体内孔拉毛，活塞与活塞杆不同轴，活塞杆两端油封调整过紧

等缺陷。在机床工作过程中，这些缺陷会产生不均匀的摩擦力而使运动件爬行，此时应逐个检查油缸零件的精度，并加以修复，以保证均匀的摩擦力。

（1）油缸中心线与导轨不平行：在机床上，如果安装不正确，出现油缸中心线与导轨平面不平行的现象，当油缸移动时，就会使活塞杆产生弯曲变形，并由于推力不均而出现进给爬行甚至卡死等现象。为此，应使油缸中心线与导轨平面的平行度误差控制在一定的范围内，一般是0.1/1000以内。超出了这一范围，就应对油缸进行测量调整与刮配。

如果是导轨磨损方面的原因导致油缸中心线与导轨平面不平行现象，除了按上述方法修复外，还可以对导轨进行修复。如果磨损量过大，难以修复，则必须更换新的导轨。

（2）活塞与活塞杆不同轴：这种情况下会使活塞受到横向力作用而产生摩擦，在修复时将活塞和活塞杆连成一体，放在V型铁上，用千分表找正，在校正器上调整。若经调整仍达不到同轴度要求，则调换新的活塞。在加工活塞时，要保证活塞外圆与内孔的同轴度要求。

（3）活塞杆局部或全长弯曲：这种情况同样会使活塞受到横向力作用而产生摩擦，在修复时应将活塞杆或活塞杆连同活塞一起放在V型铁上，用千分表找正，在校正器上调直。

（4）活塞和缸体：由于活塞与缸体频繁的相对运动而磨损，且磨损的情形不同，导致磨损后的活塞形状不同，比如磨损后的活塞呈椭圆形、腰鼓形、波折型等。因此，拆卸后要认真检查，针对不同情况采取不同的措施加以修复。

第一，活塞上采用O型密封圈的，一般在使用一定时期后会磨损变形，甚至损坏而造成高低压油互通，此时应更换新的O型密封圈。对于非标准尺寸的活塞，可用耐没橡胶代替。

第二，调好活塞与缸体之间的间隙。

高速运行的油缸一般都是硬性配合，活塞与缸体孔之间没有密封圈，当由于磨损而使间隙过大，应根据缸体孔的直径来调配活塞。如果缸体孔磨损严重，则须更换缸体。

中低速运行的油缸如果有密封圈的，一般只需按照要求更换密封圈，如果没有密封圈的，可按高速运行油缸的修复方法进行修复，也可按下述方法修复：将原活塞装在心轴上，在外圆面上车2~3条环形槽（槽数一般应根据活塞长度及外径确定），槽宽比O 型密封圈的环丝直径稍大，槽深保证将O型密封圈装入以后，O型密封圈要高出活塞表面0.18mm，然后装入缸体内用手推拉活塞杆，以无阻滞现象为宜。

第三，缸体内孔锈、拉毛或成腰鼓形及圆度误差过大。在生产现场没有测量条件的情况下，可采用简单的检查方法，即将活塞放在缸体内，并将缸体斜放，对着太阳或灯光，观察活塞和缸体间隙处的情况，逐段移动活塞，即可了解缸体全长精度情况。在有测量条件下，可用内径千分尺或光学仪测量检查缸体的各项精度。测量时，可沿缸体轴线方向每隔600~800mm测量一次，并旋900重复测量，以获得缸体的圆度误差数值。若缸体内孔轴线的直线度误差在0.05mm以内、圆度误差在0.01mm以内，且须根据缸体内孔尺寸重心制造活塞以保证合适的配合间隙。

（5）油缸的回油腔背压不足，或溢流阀的调定压力过低。油缸的回油背压过低或无背压，则油缸负载中摩擦阻力的比重过大，增加回油背压可减小摩擦阻力变化时对油缸运动速度的影响，同样溢流阀的调定压力应比实际工作压力略高，以保证摩擦阻力变化时，油缸仍具有足够的驱动力，运动部件质量愈大，要求运动速度愈小，摩擦阻力变化范围愈大，回油背压及溢流阀调定压力也应相应增高。

此外，拖板的楔铁或压板调整太紧，或者楔铁弯曲，导致拖板所受摩擦力发生变化、运动不灵活而产生爬行，此时可重新调整或修刮楔铁，使运动部件移动无阻碍现象。

4结论

引起爬行的原因是多方面的，由于空气侵入液压系统后产生的压缩和膨胀及机械摩擦力的变化（时大时小）是引起爬行的主要原因，其次由于油泵内零件磨损、间隙过大而引起输油量和压力不足或波动严重，压力阀中阻尼孔被污物阻塞、滑阀移动不灵活致使压力波动大，也会引起爬行。在具体维修中，一定要仔细分析问题，对症下药。

参考文献:

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