数控机床液压系统的故障维修与维护保养

田东阁 ，王建军

（济南二机床集团有限公司，山东 济南 250022）

作为数控机床重要结构之一的液压系统结构较为紧凑、操作过程便捷，能够确保机床稳定运行，降低机床操作难度。然而运行环境不佳、操作不够规范可能导致液压机床出现故障问题，若是故障较为严重可能会削弱机床生产效益、缩短机床使用寿命。为此，机床应用过程中，需要科学处理液压系统故障，并定期进行维护保养。由于机床液压系统结构相对复杂，故障点定位难度较高，要求检修维护人员具备较强的专业性。机床维修人员要对液压系统结构及运行原理有充分了解，并明确液压系统易出现的故障，从而针对性采取可行性故障维修措施，并定期化、科学化开展液压系统的维护保养工作，通过事前预防与事后控制，保障机床安全、稳定运行。

1 机床液压系统常见故障及诊断方法

1.1 噪声故障

机床运行过程中，液压系统可能会突然出现异响，没有任何规律，此种噪声故障发生时机床会同时存在异常振动现象，不仅会影响机床运行稳定性，噪声的持续存在会导致生产工人心情烦躁，从而影响其身体健康或是降低零件加工质量[1]。诊断噪声故障时，要重点排查四个区域。一要检查液压泵，需要检查液压泵齿轮叶片是否老化或严重磨损，还要查看泵体部件是否出现移位或错位现象，这些问题若存在会导致泵体内混入大量空气，进而引发噪声故障。二要检查溢流阀，如果溢流阀的阀芯与阀孔之间出现过大的间隙、阀芯无法灵活移动，或是阀座外观受损，均可能影响到溢流阀的正常应用，也会导致液压系统出现异响。三要检查电磁铁，电磁铁焊接不牢固是导致噪声故障的主要原因。四要检查管道，重点查看管道之间是否存在相碰现象，并检查阻尼孔是否被阻塞而导致油液无法正常流动，出现这两种情况均会使液压系统运行时发出振动及异响。

1.2 液压冲击故障

机床正常运行的过程中，如果液压系统中的液压油流动方向、流动速度突然改变，会导致液压油的压力在短时间内快速提升，若是提升至额定压力的300%，则可能导致液压冲击故障，具体表现为液压油温度快速提升、液压系统振动并发出异响，并且连接件还会出现松动脱落现象[2]。液压冲击故障通常是由液压阀及其他执行元件突然性关闭或油液流动方向急速转变所致。诊断此故障时，首先要对导阀门、换向阀等液压系统结构件进行检查，判断这些部件能否灵活、快速制动，同时还要对节流缓冲装置是否遭到了严重磨损进行仔细查看，并检测节流缓冲器的密封性是否良好。这些问题均可能导致液压系统出现液压冲击故障。此外，如果液压缸中未安装缓冲器，或是系统内部混入的空气量过大，也会引发此故障。因此，诊断时需要对液压缸进行重点排查，进而判断具体的故障点。

1.3 气穴与冲蚀故障

液压系统运行过程中，在系统的液流低压区及高压区内分别会形成气穴与冲蚀，这两类故障的表现形式相似度较高。出现故障的液压系统，金属部件外表面会出现由于氧化腐蚀导致的凹坑，并且存在明显的表面脱落现象，此故障若未及时处理与解决，会降低液压元件的总体使用时限。液压缸内的油液之中有空气进入后，在油液流动时，受到空气压力干扰会导致气泡形成。气泡会随油液流动而转移，移动到高压区域溃破会产生较大的冲击作用，且会导致油液温度升高，在冲击力及高温双重作用下会增大液压元件疲劳度，使之出现脱落现象，高温会导致元件表面软化，受到冲击之后表面便会形成分散分布的凹坑[3]。诊断此故障时，主要是对液压系统元件外观进行检查，元件表面有坑洞或存在元件脱落现象便可判定为气穴冲蚀故障。

1.4 超温故障

此故障是指机床液压系统的温度在极短时间内快速升高，突破规定温度值，同时系统连续运行之下，机械、压力以及容积各方面所产生的能量损失也会以热能形式释放，这也会引发超温故障。诊断超温故障时，应检测液压系统各结构件的工作温度，再与额定温度范围进行对比分析，结合以往的运行数据绘制出液压系统温度变化曲线图，可判断出机床液压系统是否处于超温运行状态。超温故障诊断过程中，需要重点排查液压系统的油液损耗是否正常，或是对系统运行时间进行计算，当油耗过大、液压系统长时间超负荷运行时，便可能出现超温故障。此外，还可通过检测油液黏稠度、查看元件连接处密封度，分析各个部件的运行状态。如果油液黏度较低、连接处存在渗漏问题，或是部件运行时存在相互摩擦，均可能引发液压系统超温故障[4]。

1.5 爬行故障

液压系统的执行元件以较低的速度运行时，可能会出现运行速度时高时低或运行间歇性中断现象，便出现了系统爬行故障[5]。一旦发生此故障，可能导致加工零件表面精度不足，或使刀具出现严重磨损。诊断爬行故障时，需要对油箱内油液排除情况进行检查，并查看吸油与排油管道之间的距离是否适合，如果排油时有油液飞溅或是管间距过小，会导致空气混入油液，从而诱发爬行故障。还要查看油液位置的高低，检查液压系统密封度，若是油液位置偏低会影响吸油的顺畅性，而系统密封性差则会导致空气进入油液。此外，需要对液压杆能否灵活运动、蓄能器压力变化是否正常进行检查，并查看液压系统运行时是否存在局部阻力，有无运动件运行精度不足的现象，这些现象一旦存在，均可能导致系统出现爬行故障。

2 机床液压系统运行故障的维修措施

2.1 噪声故障维修措施

为快速解决噪声故障，使液压系统尽快恢复运行，维修人员需要了解故障排除顺序，结合既往相似案例，总结噪声故障发生规律，确定可能出现故障隐患的各结构件的排查顺序。首先，应检查液压泵，确认此部分无故障问题后再检查溢流阀，之后依次排查电磁铁及管道，最后再检查液压油。对于由液压泵导致的噪声故障，检修处理时应降低液压泵吸入高度，将此高度控制在50 cm 之内，且吸油管应插入油箱内70%左右[6]。若为溢流阀老化或电磁铁故障导致的故障问题，需要及时更换损坏构件，还要清除阻尼孔处残留的液压油，打磨阀芯表面以消除毛刺，并换用新的吸油器或滤油器。如果管道安装时吸油及排油管道间距过小，需换成管径适宜的管道，并做好管道加固处理，应重新加注液压油，检测油液黏度，判断油液质量。此外，如果噪声故障排除后仍会经常出现噪声故障，并且噪声影响幅度不大，可换用低噪声液压元件，例如可将柱塞泵更换为新型叶片泵，有效降低噪声故障产生的影响。

2.2 液压冲击故障维修措施

处理液压冲击故障时，维修人员可将蓄能装置安装于减慢阀的前部区域，并将液压管替换为比原管管径更大的新橡胶软管，能够有效缩短冲击波传播长度，并降低冲击产生的影响幅度。之后需要依次查看先导阀、换向阀等结构件是否能够灵活运行，需将部件表面残留的油液清洁干净，将受损阀件拆下换成新阀，且将背压阀、缓冲器安装于液压缸顶部区域，还要将液压系统中的空气全部排净，通过这些处理措施增强油压的稳定性[7]。此外，液压冲击故障解决后，还可能复发，为降低故障重复性出现隐患，需要对阀门总制动锥的倾斜角度进行重新调整，此措施可将液压油的流动速度控制在合理范围之内，能够避免冲击故障重复性出现影响液压系统的稳定、持续运行。

2.3 气穴与冲蚀故障维修措施

发生气穴故障或冲蚀故障后，如果液压系统的金属元件受到严重的氧化腐蚀，表面会出现大量凹坑，或存在较大范围的表面脱落，需要对此元件进行更新，更换后还需定期检测液压系统各个结构件的疲劳值。一般情况下，零件更换之后液压系统可恢复正常工况。同时，为防止液压系统反复出现气穴故障或冲蚀故障，维修人员还需要更换部件制作材料，或对液压系统的工作压力值进行重新设定，以防止液压系统运行时金属元件反复受到冲击力及高温影响而形成气穴或冲蚀故障。运用新材料制作零部件时，需要选择不易受到氧化腐蚀的材料，或是应用具备较高抗疲劳能力的材料，从而延缓氧化腐蚀以及冲击作用对液压系统产生的不利影响。液压系统工作压力调整之后，有助于减少温度较高时液压系统中油液的溶氧量，可有效防止气泡生成，能够降低气穴与冲蚀故障发生率。

2.4 超温故障维修措施

处理超温故障之前，维修人员需要以故障诊断结果为依据，科学制定维修处理方案，如果诊断出超温故障是由工作油压高于正常值所引起的，需要通过合理调节液压系统运行参数来消除故障问题，也可将隔板放置于液压系统内部，通过隔绝热量以防止液压系统温度异常升高。如果是由液压油黏度与规定标准差异较大导致的超温故障，则需要中断机床运行，将液压缸中的油液全部清除后，再选用黏度符合标准的新油液注入其中，并应确保油液表面高度与规定要求相一致，从而有效解决超温故障。若是由连接处存在油液渗漏导致的超温故障，则应立即修理漏油件或将存在渗漏问题的油液管路等结构件拆除换成新件。若液压系统运动件之间相互摩擦为超温故障的诱发原因，应先将部件表面摩擦后留下的金属残渣全部清除，再调整运行轨迹存在偏差的结构件或将遭到严重磨损的部件拆除更新[8]。此外，还应进一步优化液压系统的内部结构，通过安装冷却装置降低液压系统温度，从而有效化解超温故障。

2.5 爬行故障维修措施

针对液压系统出现的爬行故障，维修人员需要先全面检查油箱内部情况之后再做相应处理。如果检查发现产生故障的原因是吸油及排油管路之间间距过小，应合理调整管路安装位置，以使二者之间间距增大，也可将隔板加装于两个管路之间。同时，还要检查液压系统的蓄能器及液压阀，查看系统密封情况，并对运动部件的运行工况进行检测。如果发现受损件，应立即换新，如果运动部件精度偏低，则需换用高质量润滑油，以使运动部件表面产生高密度润滑油膜。此外，还需要拆卸液压元件，对各元件进行全面清理之后再紧密安装，应加强安装误差控制，确保元件的几何精度、形位公差均与安装标准保持一致，以便于液压系统运行时，能够有效降低活塞杆的运动摩擦阻力，确保液压系统正常爬行[9]。

3 机床液压系统维护与保养方法

3.1 科学选用液压油，防止系统功能下降

液压系统运行中，影响系统功能发挥、导致系统出现故障的一个重要原因是所用的液压油质量不佳或种类不适合，致使液压油的润滑、冷却作用未能有效发挥，未实现压力的有效传递，且没有起到良好的密封效果。为此，日常维护过程中，需要结合机床液压系统的规格型号，严格按照说明书要求选用种类适合的液压油。如果无法采购到要求牌号的液压油，则要选用与原牌号液压油成分、性能相一致的液压油作为替代。同时，不可混合应用不同牌号的液压油，换油时需要将原油缸内油液全部排除干净之后再注入新牌号液压油，防止液压油品质性能下降而引发故障。如果液压油出现异味，或是颜色偏乳白或变为黑褐色，说明油液已变质，应立即更换新液压油。

3.2 定期检查油箱，避免空气混入油液

空气混入油液之中会产生气泡，在气体可压缩特性的影响下，液压系统压力会发生变化，会影响到能量传送的稳定性，并会引发液压系统噪声故障、冲击故障及爬行故障。因此，日常维护过程中需要重点防控油液中空气混入问题。维护人员需要定期检测油箱中的油量，判断是否有空气进入油箱。同时，需要检查油液颜色、性状、气味是否发生变化，一旦发现油液变质应立即更换。应在元件及管路之中已进入空气全部排除干净的前提下，实施液压系统安装、维修处理等工作，并且需要确保吸油管、泵体之内注满油液，增强液压系统的密封性能。此外，还需要经常性检查过滤器，并对其堵塞情况进行及时处理。还可在液压系统的管道及液压缸处安装排气装置，以确保进入其中的空气可及时被排除，从而有效预防空气混入油液而导致的液压系统故障问题。

3.3 科学实施油液含水试验，防止油液变质

油液中水分含量高于标准值后，会导致油液乳化，油液性能会发生变化，会使液压系统无法正常运行。为有效防止油液变质，增强液压系统运行的稳定性，需要从正规渠道购买质量合理的液压油，且应及时检查冷却油箱，日常维护中可采用爆裂试验、试管声音判别试验或棉球试验测定油液含水量，若发现液压油变质应立即更换。爆裂试验是指加热处理厚度低于0.3 cm 的金属薄片，金属片温度高于110 ℃后，取一滴液压油滴于其上，若油爆裂说明其中存在水分，油液含水量低于0.2%时均可利用此方法检出[10]。试管声音判别试验过程中，需取2~3 滴液压油滴入无水试管中静置，5 min 后油液无气泡生成时可加热试管，若能听到声响说明其中存在水分。此外，还可将棉球浸入液压油后点燃，若听见炸裂声或看到闪光，均说明油液中存在水分。

3.4 灌油前清洗油箱，严格检测油液污染度

液压油中如果混入杂质，会降低油液性能，进而会影响到液压系统的正常运行，会使系统的寿命大幅缩短。例如，液压系统安装时有锈片或焊渣掉入，或是油箱内部存在砂土等粉状物质。为此，液压系统安装完成后，要清除油箱内部杂质，将油箱清洗干净之后再注入液压油。同时，液压系统运行阶段，要旋紧油箱盖，并在其上覆盖遮盖物，以防止其他杂物不慎落入油箱之中。需要在注油管道上安装专用过滤装置，以便液压油灌注时能够将油液中存在的细小杂质滤除，防止油液质量受到影响而出现乳化或变质问题，进而通过对油液污染率的有效控制降低液压系统发生故障的概率。日常维护中，需要定期检测油液污染情况，并根据表1 所示的判定标准判定油液被污染程度，如果表中情况出现三种以上，必须要对液压油做更换处理。

3.5 根据系统运行时长，采取差异化保养方法

机床液压系统运行的时长不同时，可采取的保养措施应有所差异。运行时间为250 h 时，需全面检查滤清器滤网之上的附着物总量，如果附着大量金属粉末，则说明油泵遭到了严重磨损，或是存在油缸拉缸现象，需要清除附着物后再启动液压系统，需要及时更换受损滤网，若污垢较多，需要将液压油排出并更换新油。液压系统运行至500 h 时，需要更换新的滤芯。液压系统运行时长达到1 000 h 后，应将滤清器拆除并对其进行全面清洗，并更换新的滤芯及液压油。如果系统在高温环境下运行，应酌情提前滤芯更换、清洗以及液压油更换时间。如果系统运行时长高于10 000 h，则应展开一次大修，检修保养的主要部件是进口液压泵及液压马达，以杜绝重大隐患，保障液压系统正常运行。为降低机床液压系统运行时的故障发生率，减轻对零件加工生产所产生的影响，日常维护管理工作开展中，需要做到各个系统的定期维护与保养，以延长各个部件使用寿命，消除液压系统故障隐患，增强液压系统运行的安全性与稳定性。

4 结语

科技的创新发展驱动了机床功能不断更新，液压系统的结构也日趋复杂。在数控机床的频繁应用下，机床故障问题也随之出现。为确保数控机床应用值的最大化发挥，需要重点防控机床液压系统的故障问题，降低机床因故障发生导致的停机率，保障生产加工的连续性。检修维护人员需要在日常工作中积累机床液压系统维修保养经验，结合液压系统的常见故障问题，针对性采取可行性维修措施，做到液压系统噪声故障、液压冲击故障、气穴与冲蚀故障、超温故障、爬行故障的及时化解。同时，还需要科学选用液压油、定期检查油箱、科学实施油液含水试验、灌油前做好油箱清洗工作，防止由油液质量问题引发的液压系统故障，并应根据系统运行时长采取差异化保养方法，以维持液压系统的平稳运行。