自动化加工过程中刀具崩刃的液压故障分析与改进

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很多机加工设备采用液压驱动装置来完成自动工作循环，液压传动在企业生产中得到了广泛的应用。但其故障原因不易查找也给我们的生产带来了诸多不便，尤其是自动化的流水作业中不能及时地排除液压故障，常常会导致全线停产。所以我们必须不断地总结、积累这方面的经验，掌握对液压故障的快速诊断方法。本文结合实例分析由液压故障导致的刀具崩刃现象之机理，希望对工程实际中遇到的同类问题有所帮助。  

1 机床工艺过程简介

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    本厂汽车发动机活塞销孔的精镗工序采用单面镗削方案，即用同一镗杆上的两把镗刀，在一次走刀中依次精镗出两段销孔。这样，有利于提高生产率和保证其同轴度要求。在安装镗刀时，两把镗刀头之间留有适当的间距，这样既能保证两把刀不同时参与切削，又不致使镗杆过长，使镗杆的刚度较高，避免切削时振动，以确保销孔的加工质量。图1为被加工零件示意图。图2为加工上述活塞的JL-6型镗床液压系统原理图。电磁铁工作情况是这样的：夹紧缸夹紧时阀4之电磁铁4DT带电，刀具进给油缸快进时阀1、2、3之电磁铁 

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    1DT通电，2DT与3DT断电，工进时1DT、2DT、3DT均通电，快退时1DT、2DT、3DT均断电。

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1-3.二位三通电磁换向阀 4.三位四通电磁换向阀 5.背压阀 6.调速阀 7.溢流阀 8.减压阀 9.单向阀 10.压力继电器

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                     图2

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    机床存在的问题：在快速退刀过程中，当刀具将要退至孔内时，即刀尖接近工件的瞬间，精镗刀出现了崩刃现象。

2 刀具崩刃问题分析

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    刀具崩刃现象在机加工设备中时有发生，其机理较复杂。其中在刀具进给的快慢速切换时发生是较常见的，其主要原因有以下几种情况：

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    行程挡铁定位不当，速度切换时刀具与工件间的距离太小； 速度切换阀失灵； 调速阀失灵； 液压缸泄漏及进气等。对这些方面已有文献论述，本文在此不加以讨论，而象如上所述的快退时出现崩刃却是不多见的。

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    经检查，本机床在退刀时卡盘有松动现象，夹具松动时造成退至孔内的刀具被损坏。有下述两种可能的原因。

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    夹紧缸不能保压

    进给油缸快速运动时因负载较小而使泵的油压降低，需对夹紧缸实行保压。单向阀9密封不严、夹紧油缸和管路接头泄漏等，都会造成夹不紧故障。

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    观察压力表，夹紧压力没有明显改变，说明单向阀9工作正常，管路接头无外漏，夹紧缸无内漏。因此推断出非夹紧保压问题。

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夹紧缸松开腔压力升高

    泵压降低时，若夹紧缸无杆腔保压值不变，而因某种原因使松开腔(有杆腔)压力升高，夹紧缸受力指向松开方向，则会导致工件松动。

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    经查寻，夹紧缸的电磁换向阀4之回油口与进给油缸背压阀5之进油口并接在一起。这样，虽然简化了配管工序，却大大增加了夹紧缸回油阻力，使其有杆腔回油压力过高，造成夹紧时其无杆腔的夹紧压力增加，降低了系统工作的可靠性及效率。更重要的是，进给油缸经背压阀回油时油流的流动状态直接影响夹紧缸的有杆腔压力大小，倘若有压力冲击、附加背压等流体波动直接作用在背压阀前，同时也会使夹紧缸的有杆腔压力随之增高并出现冲击，甚至使夹紧缸松动。

    那么，为何只在进给缸快退时才出现夹具松动呢?

    进给油缸快进时为差动连接，不存在两缸的回油相互干扰问题，而只是夹紧缸回油阻力大(为背压阀调定压力)而已；工进时因进给油缸回油流量较小、流速较低，不易出现流体的冲击波动；快退时进给油缸运动速度高，且回油腔工作面积大(为活塞端面积)，故回油流量较上述任何工况时都大，这时较大的回油流量使背压比调定值有所增加；另外，如果背压阀为适应大流量而自动调节其阀口开度的动作滞后，进给缸较高压力的回油大量流入夹紧缸有杆腔，都会引起夹紧缸有杆腔压力进一步升高甚至波动，造成进给油缸快退时夹具松动，出现上述事故。

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3 结束语

    将进给油缸与夹紧油缸的回油管路分别接回油箱，避免了相互之间的压力干扰。

    改进后机床刀具崩刃问题得到了圆满地解决。

    此例液压系统的原理无问题，但在实际使用时却出现了故障。这说明设计液压系统时，除了应正确地选择元件组成系统外，还应合理地设计、配置管路。

【MechNet】