数控磨齿机液压系统典型故障分析与保养

宗建军

（南车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司 江苏常州）

德国NILES公司生产的 ZE系列数控磨齿机是紧凑型结构的高精度数控成形磨齿机，公司共引进ZE400-ZE1200多种型号的数控磨齿机13台。磨齿机采用西门子840D数控系统，共有5个数控轴，X轴（行程溜板轴向运动）、Y轴（主立柱径向进给运动）、Z轴（主轴溜板横向运动）、B轴（回转座的回转运动）、A轴（旋转工作台分度运动），其中Z、Y、X、A可4轴联动。机床液压系统由Bosch Rexroth制造，采用集中式液压站（图1），使用符合ISO HM68标准的液压油，主要用于机床立柱静压导轨、工作台静压轴承、回转座夹紧、尾座行程与润滑。

一、典型故障分析及排除

图1 集中式液压站

1.串油及油箱油位增加

在机床加工使用中发现液压站油箱油位会持续增加，同时目视液压油变色，怀疑冷却油串入液压油箱。

对机床进行全面检查，由于磨齿机为全封闭式加工，在磨削时冷却油会四处喷溅，充满整个机床内部。机床X轴和Y轴两侧都有防护板或防护帘，将整个主立柱封闭，其内部为润滑和液压系统，润滑油仍回油箱。防护板和防护帘的完好性非常重要，否则冷却油极容易通过立柱内空间进入液压油箱。另外，立柱两侧机床底部要时常清理，否则冷却油也容易通过团状磨削赃物从立柱侧面渗入立柱内部。

Y轴为磨齿机磨齿时的冲程运动，上下运动频繁，故两侧防护板容易产生问题。防护板为两层，外层为金属板，内层为尼龙材料。维修时，发现防护板内层尼龙材料裂口，对裂口处进行缝接加固。后续通过让操作工每日点检防护板、液压站油位，有异常及时维修，另要求及时检查和清洁Y轴两侧磨削赃物，故障得以消除。

2.油箱油位在磨削斜齿时持续减少

机床在加工斜齿时发现液压油会持续缓慢减少，但在加工直齿时正常，检查外部液压站和机床内油管无渗漏处。查阅图纸，机床B轴旋转锁紧是采用5点式锁紧机构，每个点用油缸碟簧片锁紧（图2），共有5套锁紧机构。B轴靠碟簧力锁紧，靠液压推动油缸松开。机床加工斜齿时，根据工件硬度会设定每加工3～8个齿后B轴会自动旋转到0°进行砂轮修整，修整完毕再旋转至所加工斜齿轮的螺旋角度后进行加工。B轴运动时电磁阀先动作，液压油进入油缸，推动油缸克服图2中BE 35-17的碟簧力，放松B轴。而加工直齿时B轴不动作。图2中BE 35-15、BE 35-16采用的密封件，由一个橡胶O形圈及聚四氟乙烯圈组合成。目视检查机床B轴旋转时油缸有漏油现象，液压压力正常。

图2 油缸碟簧片锁紧结构

将机床X轴开至合适位置，进入机床立柱内部拆卸漏油的B轴锁紧机构，可通过加长套筒扳手将锁紧机构整体拆出。解体油缸，更换磨损的密封后回装。安装锁紧机构时注意要在完全拧紧后再松动3/4圈，从而使碟簧片弹力调至最佳。中部的3个锁紧机构在机床立柱内便可观察和更换，回转座两侧的2个锁紧机构无法直接观察，一般要打开X轴下部的防护板。如漏油，需将整个回转座拆卸，才能检查维修两侧的锁紧机构。拆卸回转机构时要先将X轴电机、丝杠、直线导轨副与光栅尺读数头支座拆除和脱离，并注意回转机构的支撑和吊装，修复安装后也要注意对各轴系重新做零点位置标定。

3.ZE400机床加工时液压泵启动加载频繁

ZE400在加工时液压系统压力值下降快，液压泵启动加载频繁。检查机床液压站及各管路无泄漏情况，液压油箱油位无明显变化。拆检系统主溢流阀无异常，与相同机床的正常溢流阀进行互换，故障依旧。用蓄能器专用充气工具检查液压系统蓄能器内氮气压力为0.3 MPa，压力过低。

准备满瓶的标准氮气瓶和专用充气工具，首先释放液压系统压力，用专用充气工具连接氮气瓶和蓄能器，旋转开启阀顶开蓄能器单向阀，缓慢开启氮气瓶截止阀进行充气，直至蓄能器压力至3 MPa（该型号机床额定压力）。依次关闭截止阀和开启阀，并打开放气开关，放掉充气气路中的残留气体，一般可重复1～2次，直至蓄能器内压力符合标准。开启机床，故障随之消失。对带有蓄能器保压的液压系统，要定期检查蓄能器压力，低于规定的充气压力时应及时充气，以使蓄能器处于最佳使用状态。另外，保压回路中的单向阀和溢流阀的好坏，同样是造成故障的因素。

4.液压系统无法开启

ZE800开启机床，液压上电后操作面板上指示灯反复闪烁，无法上电。复位后报警：701038打开时间超时，见顺序错误。检查机床液压系统无异常，检查冷却润滑剂处理装置时，发现回油泵控制断路器断开。经分析，NILES ZE系列机床共配了两种型号的冷却润滑剂处理装置，一种为HOFFMANN的OEDRK190-U-2型，采用该型号处理装置的机床，在冷却润滑剂处理装置发生故障时液压能上电，同时机床报警：700100冷却系统没有就绪。只需将故障排除后，便可消除报警。另一种为KNOLL的FKA/2500型，采用该型号冷却润滑剂处理装置的机床，会出现上述701038报警后的故障现象。

检查故障机床的回油泵支路，发现回油泵吸口有赃物堵塞，清除堵塞物同时检查电机的三相电阻及电压，均正常。复位断路器后，消除了冷却润滑剂处理装置报警。重新对机床液压系统上电，机床恢复正常。

在数控磨齿机的维修中，要区别两种型号冷却润滑剂处理装置的机床，对采用KNOLL装置的机床，在液压无法上电时，除了检查液压系统外，同时要检查和排除冷却润滑剂处理装置的故障因素。

5.机床Y轴轴承没有静压力

机床工作中报警：700727，Y轴轴承没有静压力，无法复位消除。检查液压站及到Y轴的液压管路无异常，发现S213数显压力传感器显示为0.5 MPa，其设定值应为3.8 MPa（Y轴静压压力额定值），导致未触发传感器OUT信号，机床产生报警。初步怀疑是溢流阀2.02故障，将正常机床的相同溢流阀进行交换后故障依旧。利用叠加阀块上预留的MPE快接口，连接压力表检查溢流阀的前端压力（也是液压泵的出口压力）为零，确定为液压泵故障。

机床采用的是REXROTH的三联多级泵（图3），第一级为叶片泵P1，后两级为齿轮泵P2、P3，由一个电机进行驱动。Y轴静压由最后一级泵P3供油，额定输出压力4 MPa。对多级泵体进行拆检，发现第二、三级泵的联轴套磨损（图4）,造成多级泵工作时第三级泵轴空转，导致上述故障。由于现场急需恢复机床，且REXROTH泵的供货周期较长，后根据泵的联轴套和泵轴的磨损情况，将原“十字形”的联轴套改为“一字形”结构。安装后液压泵能正常工作，压力平稳无摆差，泵无异声，机床试机后一切正常。新泵购回后换装，将改装的泵作为备用泵使用。

图3 REXROTH三联多级泵

图4 联轴套磨损

二、数控磨齿机液压系统维护保养

NILES ZE系列数控磨齿机的液压系统运行可靠，故障率较低。液压系统的液压油，由机床冷却润滑剂处理装置上的空调来保持温度恒定。液压系统主要过滤器都采用压力过滤器，滤芯的污染由污染度传感器监控，机床数控系统也会有故障信息提示。

（1）液压油品质非常重要。由于NILES ZE系列数控磨齿机结构的特殊性，使其容易发生串油故障，在日常点检和维保上要注意相关因素的排查和保养。机床年度小修时，将液压油样品委托油品供应商进行相关检测，根据检测报告来判断油品是否继续使用。平时添加液压油时，要彻底清洁加油和通风过滤器，加油时最好使用10 μm的过滤器过滤。

（2）冷却润滑剂处理装置中的空调要加强巡检，定期检查其工作情况，尤其要注意压缩机油位、冷媒压力、是否有结霜、过滤棉和冷却栅格的清洁程度等，保证空调工作正常。

（3）定期紧固液压系统各管接头、法兰盘接头和各叠加阀紧固螺钉，保证无渗漏。对液压系统的液压软管要仔细检查，有破皮、鼓包现象时及时更换。一般从软管标识的生产日期开始，使用满6年后必须更换。

（4）年度小修时，对纸质滤芯必须更换，对金属网式滤芯进行彻底清洗，如更换液压油时对油箱也要彻底清洗。

（5）建立操作员工设备日常点检、维修人员日常巡检、设备年度维保计划、设备年度小修计划的维保体系。推行设备日常维修记录档案和设备履历本制度，来记录每台设备的日常维修、维护保养、精度检测、数据备份等相关信息，便于追溯和学习。