机床工作台爬行现象问题的若干思考

高德学 牟平生

（1.西仪集团有限责任公司 西安 710082；2.西安立鑫电器有限公司 西安 710077）

机床进给系统的运动件，当其运行速度低到一定值（如0.5mm/min）时，往往不是作连续匀速运动，而是时走时停、忽快忽慢，这种现象称之为爬行。严重影响着工作的表面质量和尺寸精度，由于引起其原因复杂，往往不易排除。

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），且一般在低速运行时出现较多。运动速度较低时，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。在通常情况下，轻微程度的爬行存在不易察觉的振动，显著的爬行则产生大距离地跳动。

1 机床爬行原因分析

爬行是指机床运动部件低速运行时的不平稳性，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。引起爬行的主要原因，是因摩擦因数随运动速度的变化和传动系统存在刚性不足而引起的。机床在实际使用中，爬行现象主要表现为当传动系统刚性的不足，驱动力与负载摩擦阻力产生波动变化或者是在机床液压系统中有空气侵入、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。

产生原因可用实例来说明:假设有一原动件通过作用弹簧推动另一从动件，当原动件以等速向前运动时，通过作用弹簧推动从动件在平面上滑行，起始后需要压缩弹簧一段距离，直到足以能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，由于动摩擦因数小于静摩擦因数，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，那么从动件的速度就会迅速超过原动件，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，从动件还会再向前冲一段距离。至此，从动件就会失去了原动力而停了下来，直到原动件重新压缩弹簧到能克服从动件的静摩擦力时，又会重复上述循环过程。

实例和实际导轨副产生爬行的机制十分相似。机床的溜板或工作台可以视作为从动件，机床的导轨可以视作平面，由于驱动系统不可能是完全刚性的，在运行过程中不可避免地存在弹性变形，因此可以认为是具有压缩弹簧的作用，这样，溜板或工作台在低速运行时就会出现如同作用弹簧推动从动件时的情景。

2 解决对策

通过改善导轨摩擦特性，改善导轨摩擦特性就是降低摩擦阻力和减小静、动摩擦因数之差，可以解决机床溜板或工作台的爬行问题。为此，可采取以下措施:

(1)滑动面的加工方法，从降低摩擦阻力的角度看，对机床导轨付表面的加工，总的来说是磨削比刮削好。试验表明，上导轨面使用碗形砂轮进行端面磨削，下导轨面使用盘形砂轮进行周边磨削，即可获得很好的效果；其次是下导轨面使用碗形砂轮进行端面磨削，对上导轨面进行刮削。当上、下导轨面都为磨削表面时，其接触情况应用着色进行检验。

对刮削的导轨面，其摩擦阻力与接触点数有关，点数少说明接触面积小，比压大，导轨付之间不易形成油膜。但也不是接触点数越多越好，若接触点数太多，超过每25mm×25mm之内20～25点，且大多数接触点呈尖峰状，同样不利于形成油膜，此时会造成尖峰与尖峰接触，使摩擦阻力增大。

(2)在上导轨表面粘贴塑料板、聚四氟乙烯、尼龙等，可使摩擦因数和静、动摩擦因数之差降低60%左右，对防止爬行有显著效果。但塑料的导热性差，通常在铸铁对铸铁进行滑动时，摩擦热将同时从两个滑动表面上传导出去，如果一个表面是塑料，这时就会阻碍热的传导。在重载和高速的情况下，大量摩擦热会使机床床身温度很快上升，由此产生的热变形足以破坏机床的原始精度。

(3)在低速运行时，导轨润滑只能是处于边界润滑状态（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，在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，防止干摩擦，对降低摩擦阻力，防止爬行，有一定的效果。润滑油的粘度，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，导轨各处的油膜厚薄不均，从而引起工作台倾斜，降低了机床的加工精度。

(4)对新的或大修后的机床，由于导轨面上的刮削或磨削的刀痕较深，以致摩擦阻力较大。这里可在导轨面上涂敷薄薄一层氧化铬，用手动的方法（切勿使用机动）对研几个来回，对排除爬行有一定效果。

(5)采用静压导轨，实现完全的液体摩擦，可以从根本上解决机床工作台的爬行问题。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，比如在当外圆磨床工作台采用很单薄的构件时，由于工件往往被顶得过紧，于是工作台就因产生弹性变形而拱凸起来，使静压油膜难以形成。因此，在改造老设备时，若准备采用静压导轨，应综合考虑技术上的可行性和经济上问题。 驱动阻力的主要组成部分是导轨副之间的摩擦阻力，和正压力成正比，所以在设计时应尽量减轻运动部件的重量。在维修上，应排除因零件质量或装配不善而引起的附加阻力。机床如果是采用齿轮齿条进行驱动，故障会是因偏斜或偏心导致传动副之间的啮合不均或啮合过紧而引起的。如果是采用液压驱动，问题大多会出在油缸上，包括:油缸两端支架上的密封圈压得过紧或太松、活塞杆两端螺母拧得太紧，以至两端不同心、活塞杆和活塞的不同心、活塞杆的弯曲、缸体内孔形状精度不良、油缸安装和导轨不平行和缸内腐蚀拉毛等发生故障的原因。另外，还需检查楔铁是否弯曲，楔铁和压板之间是否调整得过紧等故障根源。在找出原因后，就可以采取针对性措施性来加以改进。

3 应注意的问题

在驱动系统的总刚度中，最后一个环节的刚度往往会有决定性的影响，这是设计上必须注意的一个问题。而在维修上，应注意排除液压系统中的空气。油液是不可压缩的，油液本身的压缩性极小。但空气的压缩性却很大，一旦侵入液压系统后，一部分溶解于压力油之中，另一部分就形成气泡浮游在油面里，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，于是导致了机床工作台的爬行。

空气入侵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，有些机床设置了排气装置，如果没有排气装置，则可启动液压系统，使工作台处于最大行程上的快速运动状态，强迫排出空气。

4 结语

进给运动中的爬行现象破坏了系统运动的均匀性，不仅使被加工件的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。

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

[1]王东锋.液体静压导轨及在设计中的应用研究[J].液压气动与密封, 2003(10): 25－27.