金屬切削機床爬行因素分析與消除措施
2016-10-12吳正杰
（開封市技師學院，河南開封 475000）
（開封市技師學院，河南開封 475000）
摘 要：本文重點分析金屬切削機床爬行故障形成因素及消除措施。
關鍵詞：爬行因素分析；機床液壓系統；措施
機床工作臺或拖板在運動中出現時走時停、或快或慢的現象稱為爬行。所謂爬行就是指時走時停非勻速的運動，表現輕微時，目光不易察覺的顫振，表現嚴重時，是大距離的間歇沖動。如坐標鏜床難以實現精確定位及微量進給，個別情況還可能出現扎刀、蹦飛工件等。
機床爬行時，移動部件突然跳動移位的大小稱爬行量，較大的爬行量可采用百分表直接頂在執行部件上觀察表針移動的刻度變化值來確定，而較輕微的爬行量則可以采用精密儀器檢測。機床的爬行影響著加工工件的質量和表面粗糙度，并且還會造成機床摩擦副的加速磨損，縮短機床零件的使用壽命，所以必須及時消除。機床產生爬行的原因有單一性的，也有綜合性的。
1 機理分析
引起爬行的原因很多，但主要有以下兩個方面。
1.1摩擦阻力的變化引起爬行
機床床身導軌工作臺導軌面都是經過磨削或刮削獲得的，宏觀上看是平直而光滑的，但在微觀條件下，卻總存在有較小間距和峰谷組成的微量高低不平的痕跡。實際上，兩接觸貼合面只有兩面的微峰峰尖接觸，所以實際接觸面積是非常小的，因而峰尖所承受的壓力非常之大，遠遠超過其彈性變形極限而出現的塑性變形，尤其是大型機床更為突出。此外，發生塑性變形的接觸點的金屬分子在運動中產生強烈的粘結作用。由于參差不同高度的峰谷會出現互相交錯咬合，在相對運動時便產生“犁刨”現象。這便是機床兩相對貼合運動導軌表面產生摩擦阻力的主要潛因。
機床的爬行現象主要發生在低速滑動時，因為高速時工作臺導軌面在微觀存在的較小間距和峰谷間儲存著微量油液，在高速作用的貼合運動中容易形成動壓油膜，而將兩貼合導軌面隔離開，摩擦系數此時是非常小的。然而，在低速滑動時，則較難形成動壓油膜，從而出現由微峰直接接觸的邊界潤滑。這時導軌表面的微峰由于直接接觸，壓力極高，因而發生塑性變形，導致接觸處產生局部振動、高熱、運動不平穩，出現金屬分子的燒結，也稱“冷焊”，這時摩擦系數是相當大的。
1.2滑動部件驅動系統的剛性對爬行的影響
機床的滑動部件，如龍門刨床和龍門銑床的工作臺是蝸桿與蝸輪傳動；鏜床的工作臺是光桿與齒輪及齒輪與齒條傳動；磨床的工作臺是液壓傳動；不論哪一種傳動，傳動系統與滑動部件的連接決不是完全剛性的。從而產生以下的問題：（1）傳動副中存在一定的傳動間隙。如鏜床的工作臺就有光桿與齒輪，齒輪與齒條等多個傳遞環節，每個環節必須存在一定的間隙。（2）傳動件由于剛性問題必須存在彈性變形。如軸類零件的扭轉變形。這些傳動系統可以理解為相當于一個彈簧系統，在驅動工作臺滑動工作時，傳動件（如傳動光桿）剛性越差，彈性變形則越嚴重，傳遞動力就越不平穩。所以，在驅動力和摩擦阻力不斷地循環變化過程中，又可以理解為一個不斷地蓄能、放能的循環過程，即爬行的過程。
2 消除爬行的措施
2.1有效地降低摩擦阻力
有效地改善導軌摩擦阻力的變化環境，在于減小摩擦曲線隨運動速度增加而下降的斜率，也就是減小靜、動摩擦系數差，其重要措施在于有效地改善潤滑環境。
（1）改善導軌的潤滑環境，保證較為有效的潤滑油量及較好的潤滑油油性，粘度適宜。對于工作臺載荷大的大型機床，應采用粘度高、耐磨的專用導軌潤滑油。
（2）在單靠潤滑油本身難以達到性能要求的情況下，可以通過改善工作面的儲油條件；加入添加劑，改善潤滑油的性能。
（3）對大型和高精度機床采用液體靜壓導軌。
（4）在導軌上粘貼一層TSF導軌軟帶（TSF導軌軟帶是一種以聚四氟乙烯為基的高分子復合材料，具有優異的摩擦特性，摩擦系數很低，約為鑄鐵滑動導軌的1/10）。在當機床導軌磨損較重，修復困難時采用TSF導軌軟帶。
2.2提高傳動系統剛性
（1）提高傳動零件的加工精度；零部件的裝配進度，盡量減小裝配間隙。裝配合理，如零件的平行、垂直關系，軸的同心，螺紋連接的松緊程度等。
（2）在機械傳動中，除盡量減少動力傳遞層次，對傳動類零件從材料和工藝上提高其剛性。
（3）對液壓機床主要是防止液壓系統的空氣侵入。增強液壓元件及接合處的密封程度。在快速往復移動的狀態下，合理有效的可開啟排氣閥將空氣排出。
3 其它爬行實例消除的措施
3.1導軌表面拉傷或液壓油缸內銹蝕拉毛
有些機床由于防護裝置密封不良，濾油器損壞，機械雜質和金屬切削末進入導軌摩擦面或液壓油中，從而導致導軌表面拉傷或油缸內表面銹蝕拉氣，使其表面粗糙，摩擦阻力增大，工作臺不能確保正常運行而導致爬行。
消除方法：（1）采用耐磨涂層修補拉傷表面，精心修刮導軌，使其平直度和表面粗糙度恢復正常，選用油性好，粘度適當的導軌潤滑油。（2）修刮油缸內銹蝕拉毛處，如果拉毛程度較嚴重時，可上機床按間隙配合塞，選用油質好的液壓油。
3.2機床導軌面缺油，或用油不當或油已經氧化變質，從而使機床產生爬行。
消除方法：（1）機床導軌面必須有充足的潤滑油而產生油膜，減小摩擦阻力。（2）保證油質，因為潤滑油在溫度升高的條件下，生成氧化膠質，產生酸性腐蝕，使表面發澀。所以對機床回油進行冷卻降溫，定期換油，在檢測酸性基礎上，防止潤滑油的氧化膠質形成。
3.3高速轉動件處于動平衡，其不平衡點產生離心力而出現機械振動波，波及導軌產生爬行
消除方法：對電機和其它高速部件進行動平衡處理，例如在其底座安裝彈性支承板，添置可調千斤頂作支承以抵消高速旋轉而產生的離心力，消除低自激振動，或墊橡膠、羊毛氈等防振材料，以減少機械振動時對導軌的影響。
4 結束語
機床爬行現象作為一種較為常見的機床故障，引發的原因是多方面的，主要是液壓、潤滑、機械、電器等幾個方面的原因，在這里不再逐一闡述。在實際維修中，須針對具體情況進行分析，從分析中找到問題的癥結，以找到解決問題的Z佳措施，以期達到較高的性價比。
參考文獻
[1]勞動和社會保障部教材辦公室組織編寫，數控加工工藝[M].中國勞動社會保障出版社，2005.
[2]武開軍.液壓與氣動技術[M].中國勞動社會保障出版社，2008.
[3]勞動和社會保障部教材辦公室組織編寫，數控原理及系統[M].中國勞動社會保障出版社，2004.
[4]呂崇明.機械制造工藝學[M].中國勞動社會保障出版社，2006.
機床工作臺或拖板在運動中出現時走時停、或快或慢的現象稱為爬行。所謂爬行就是指時走時停非勻速的運動，表現輕微時，目光不易察覺的顫振，表現嚴重時，是大距離的間歇沖動。如坐標鏜床難以實現精確定位及微量進給，個別情況還可能出現扎刀、蹦飛工件等。
機床爬行時，移動部件突然跳動移位的大小稱爬行量，較大的爬行量可采用百分表直接頂在執行部件上觀察表針移動的刻度變化值來確定，而較輕微的爬行量則可以采用精密儀器檢測。機床的爬行影響著加工工件的質量和表面粗糙度，并且還會造成機床摩擦副的加速磨損，縮短機床零件的使用壽命，所以必須及時消除。機床產生爬行的原因有單一性的，也有綜合性的。
1 機理分析
引起爬行的原因很多，但主要有以下兩個方面。
1.1摩擦阻力的變化引起爬行
機床床身導軌工作臺導軌面都是經過磨削或刮削獲得的，宏觀上看是平直而光滑的，但在微觀條件下，卻總存在有較小間距和峰谷組成的微量高低不平的痕跡。實際上，兩接觸貼合面只有兩面的微峰峰尖接觸，所以實際接觸面積是非常小的，因而峰尖所承受的壓力非常之大，遠遠超過其彈性變形極限而出現的塑性變形，尤其是大型機床更為突出。此外，發生塑性變形的接觸點的金屬分子在運動中產生強烈的粘結作用。由于參差不同高度的峰谷會出現互相交錯咬合，在相對運動時便產生“犁刨”現象。這便是機床兩相對貼合運動導軌表面產生摩擦阻力的主要潛因。
機床的爬行現象主要發生在低速滑動時，因為高速時工作臺導軌面在微觀存在的較小間距和峰谷間儲存著微量油液，在高速作用的貼合運動中容易形成動壓油膜，而將兩貼合導軌面隔離開，摩擦系數此時是非常小的。然而，在低速滑動時，則較難形成動壓油膜，從而出現由微峰直接接觸的邊界潤滑。這時導軌表面的微峰由于直接接觸，壓力極高，因而發生塑性變形，導致接觸處產生局部振動、高熱、運動不平穩，出現金屬分子的燒結，也稱“冷焊”，這時摩擦系數是相當大的。
1.2滑動部件驅動系統的剛性對爬行的影響
機床的滑動部件，如龍門刨床和龍門銑床的工作臺是蝸桿與蝸輪傳動；鏜床的工作臺是光桿與齒輪及齒輪與齒條傳動；磨床的工作臺是液壓傳動；不論哪一種傳動，傳動系統與滑動部件的連接決不是完全剛性的。從而產生以下的問題：（1）傳動副中存在一定的傳動間隙。如鏜床的工作臺就有光桿與齒輪，齒輪與齒條等多個傳遞環節，每個環節必須存在一定的間隙。（2）傳動件由于剛性問題必須存在彈性變形。如軸類零件的扭轉變形。這些傳動系統可以理解為相當于一個彈簧系統，在驅動工作臺滑動工作時，傳動件（如傳動光桿）剛性越差，彈性變形則越嚴重，傳遞動力就越不平穩。所以，在驅動力和摩擦阻力不斷地循環變化過程中，又可以理解為一個不斷地蓄能、放能的循環過程，即爬行的過程。
2 消除爬行的措施
2.1有效地降低摩擦阻力
有效地改善導軌摩擦阻力的變化環境，在于減小摩擦曲線隨運動速度增加而下降的斜率，也就是減小靜、動摩擦系數差，其重要措施在于有效地改善潤滑環境。
（1）改善導軌的潤滑環境，保證較為有效的潤滑油量及較好的潤滑油油性，粘度適宜。對于工作臺載荷大的大型機床，應采用粘度高、耐磨的專用導軌潤滑油。
（2）在單靠潤滑油本身難以達到性能要求的情況下，可以通過改善工作面的儲油條件；加入添加劑，改善潤滑油的性能。
（3）對大型和高精度機床采用液體靜壓導軌。
（4）在導軌上粘貼一層TSF導軌軟帶（TSF導軌軟帶是一種以聚四氟乙烯為基的高分子復合材料，具有優異的摩擦特性，摩擦系數很低，約為鑄鐵滑動導軌的1/10）。在當機床導軌磨損較重，修復困難時采用TSF導軌軟帶。
2.2提高傳動系統剛性
（1）提高傳動零件的加工精度；零部件的裝配進度，盡量減小裝配間隙。裝配合理，如零件的平行、垂直關系，軸的同心，螺紋連接的松緊程度等。
（2）在機械傳動中，除盡量減少動力傳遞層次，對傳動類零件從材料和工藝上提高其剛性。
（3）對液壓機床主要是防止液壓系統的空氣侵入。增強液壓元件及接合處的密封程度。在快速往復移動的狀態下，合理有效的可開啟排氣閥將空氣排出。
3 其它爬行實例消除的措施
3.1導軌表面拉傷或液壓油缸內銹蝕拉毛
有些機床由于防護裝置密封不良，濾油器損壞，機械雜質和金屬切削末進入導軌摩擦面或液壓油中，從而導致導軌表面拉傷或油缸內表面銹蝕拉氣，使其表面粗糙，摩擦阻力增大，工作臺不能確保正常運行而導致爬行。
消除方法：（1）采用耐磨涂層修補拉傷表面，精心修刮導軌，使其平直度和表面粗糙度恢復正常，選用油性好，粘度適當的導軌潤滑油。（2）修刮油缸內銹蝕拉毛處，如果拉毛程度較嚴重時，可上機床按間隙配合塞，選用油質好的液壓油。
3.2機床導軌面缺油，或用油不當或油已經氧化變質，從而使機床產生爬行。
消除方法：（1）機床導軌面必須有充足的潤滑油而產生油膜，減小摩擦阻力。（2）保證油質，因為潤滑油在溫度升高的條件下，生成氧化膠質，產生酸性腐蝕，使表面發澀。所以對機床回油進行冷卻降溫，定期換油，在檢測酸性基礎上，防止潤滑油的氧化膠質形成。
3.3高速轉動件處于動平衡，其不平衡點產生離心力而出現機械振動波，波及導軌產生爬行
消除方法：對電機和其它高速部件進行動平衡處理，例如在其底座安裝彈性支承板，添置可調千斤頂作支承以抵消高速旋轉而產生的離心力，消除低自激振動，或墊橡膠、羊毛氈等防振材料，以減少機械振動時對導軌的影響。
4 結束語
機床爬行現象作為一種較為常見的機床故障，引發的原因是多方面的，主要是液壓、潤滑、機械、電器等幾個方面的原因，在這里不再逐一闡述。在實際維修中，須針對具體情況進行分析，從分析中找到問題的癥結，以找到解決問題的Z佳措施，以期達到較高的性價比。
參考文獻
[1]勞動和社會保障部教材辦公室組織編寫，數控加工工藝[M].中國勞動社會保障出版社，2005.
[2]武開軍.液壓與氣動技術[M].中國勞動社會保障出版社，2008.
[3]勞動和社會保障部教材辦公室組織編寫，數控原理及系統[M].中國勞動社會保障出版社，2004.
[4]呂崇明.機械制造工藝學[M].中國勞動社會保障出版社，2006.
來源：《科技視界》2015年第28期
