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数控机床的润滑技术问题案例分析及对策

数控机床的润滑技术问题案例分析及对策

 

 

关键词:数控机床润滑技术,静压导轨的爬行,“剖玛”自动加油杯

A)数控机床的润滑技术问题

由于不少数控机床的设计师在电脑微电子方面是行家,对机械结构方面设计也不错,唯独在润滑方法的设计方面就有为数不少的缺点,落后的润滑方法与先进的电脑控制系统形成巨大反差。

1    国内有家机床厂组织几个设计师到国外跑一次,仿制了一台小型立式回转头式加工中心电器,机械基本采用国产化,唯独所用的润滑剂全部照搬国外,这样打开该机床说明书一看使用的润滑油全是美孚、壳牌。国人在提倡“进口机床用油国产化”可这种机床却走“国产机床用油进口化”的怪路。

2    有些数控机床主轴原来打算突破每分钟一万转,可是因润滑问题无法解决只好降至7000转,但后来发现回转油缸内油温过高,最后只能用气缸代油缸法,才能解决主轴的温度过高的棘手问题。

3    每当数控机床主轴在高速运转时温升过高时,一般不懂润滑技术的人总是采用“一吹二冷三改造”的方法,即用压缩空气或者电扇吹二是用水管冷却,三改造是加装空调机冷却机油或者扩大油箱容量等,有时油箱占地面积比主机还大,更多的改造是将滚动轴承改为滑动轴承,静压轴承,滑动导轨改静压导轨,促使润滑装置越来越复杂,这真是润滑技术的倒退!

4    有台国产卧式加工中心说明书上规定主轴润滑用46#机械油,但该机床厂派往现场指导安装技术人员口头要求主轴箱要用2#主轴油,这句话正好被笔者听到了,便随口说了句“戏言”——说明书规定46#,你口头说2#,粘度相差数十倍?是否来个算术平均加22#吧?谁知这位机床厂员工马上回厂与他们总工程师讨论后第二天到现场也提出该机床主轴正式采用22#油品,可见他们根本无主见、无正确立场,对机床润滑技术工作是“随心所欲”,真是笑话百出。

5    数控机床润滑系统清洁度往往存在不少问题,特别是液压系统,包括静压系统用油,油品的清洁度对数控机床更显得重要。

那么机床液压油污污染来自何方?大致可分为三大类:

(a) 外来入侵的(进水、进机质等异物)

(b) 潜伏的(油中原有的或容器末清洗干净)

(c) 蜕化变质的(在运行过程中机械运动件磨损及油品氧化变质)

     例6     对数控机床一些新型润滑装置,例“剖玛”自动加油杯的应用知识(注1)缺乏及蓄能器顶部充氮气阀专用螺丝误判为加油孔而随便打开放走氮气导致该机液压系统功能失效,还有就是死顶尖与工件间的润滑剂选用不当造成中心孔咬毛及顶尖头断裂等事故。

7     数控机床乳化液液面上浮油问题

8     数控机床液压系统泡沫太多问题

9     数控机床的静压导轨产生爬行问题

10    数控机床的润滑工作完全按机床说明书规定加油,认为没问题了?

B)数控机床润滑问题的分析与对策

       针对上面十个问题,现一一分析并找出对策如下:

例1 用全国摩擦学会前理事长谢友柏院士的观点是:“润滑材料至少也是一个机  械零件。”来促使那些机械设计师们在设计机床各零部件时一定要重视“润滑剂这只零件”的设计!这样才会避免“国产机床用油进口化”的怪事发生。

例2 对于高速轴承来说,润滑剂的选用显得更重要。

1) 尽可能用合成油脂代替原来的普通矿油,这样可以大大提高数控机床在高速、高负荷下长寿命的工作,例有些近万转高速轴承对普通润滑剂已很难胜任,但对70117018油脂来说完全可以胜任,虽每kg合成油脂比普油贵,但性价比大为核算,因此润滑技术的明天将是合成油的天下!

2) 对液压系统来说也应选用高档液压油或数控液压油且粘度相对低一些。例原用46﹟ 可选32﹟这样可使油液内摩擦系数下降些,低粘度油液若润滑性差时可适当加入些抗磨剂。 

例3 “一吹二冷三改造”是搞机械设计与维修人员不重视润滑工作的必然结果,     为此我们要加大润滑技术工作在节能、环保领域中的重要位置的宣传,总之“润滑是关键,关键在润滑”观念是极其重要的。

例4 对国产机床制造厂的总工程师及主任设计师们也要进行润滑知识的培训!这样他们以后设计出数控机床所选用的润滑剂时可少闹些笑话。

例5 一般数控机床液压系统清洁度应控制在17级左右,有电液伺服阀时应控制在14/11级,若油品污染度不能得到有效控制,设备故障将会增加,按以往经验液压系统故障60%-70%与油液污染有关。

液压清洁度分级也有多种标准,主要有国际标准ISO-4406及美国标准SAE-4059及美国宇航局标准NAS-1638这三者换算方法如下:

清洁度等级换算

                            NAS         SAE         ISO4406-87     ISO4406-99电液伺服阀         5            2             14/11         16/14/11

           叶片泵、柱塞泵     7            4             16/13         18/16/13

           方向及压力控制     7            4             16/13         18/16/13

           齿轮泵             8            5             17/14         19/17/14

           流量控制阀   9            6             18/15         20/18/15

                         按ISO-4406标准划分,油液清洁度可分为0-30个等级,但我们常用的主要有13个等级,分别是:8~19级。

                         要保持数控机床润滑系统始终清洁,说起来容易,做起来难,但办法还是不少,例在油液系统中加装“磁塞探测器”,这样不但可随时捕捉油中铁末,还可定期取出这个磁塞,放在放大镜下观察铁末的大小与数量,这样就随时知道机床内部磨损的工况,再有就是对一些大油箱(100~200KG以上者)定期取样化验,以便量化地知道油液的实际变化情况,最后是加强原有设备配套来的各滤油装置,随时清洗干净和更换精粗滤网,若再不能胜任时另外加装FM型离心式净油器也是个好办法。

例6  对于新润滑装置出现,例“剖玛”自动加脂杯,详见后(注1)即可,对于误将蓄能器氮气阀螺栓当加油孔之怪事产生的概率不高,在此不叙说了,而是对于数控磨床长轴类零件加工时用死顶针时产生润滑问题很有代表性,因为对它的润滑往往不够重视,易造成中心孔“咬毛”或顶尖头断裂,改进方法是选用耐磨、抗水性好的MOS23#锂基等,可确保它的安全运行。

例7  数控机床乳化液液面上浮油怎么处理?

   由于数控机床是个水(乳化液)、电、气、油多种系统交织在一起的复杂机械,一些液压系统,导轨润滑系统的润滑油难免会渗到乳化液箱中,在液面上浮有一些润滑油这会带来不少麻烦,例乳化液面上有浮油存在时会促使厌氧菌快速生长,乳化液变臭加速,另一个害处是当油液吸入乳化液后会导致磨削加工时砂轮打滑,直接使加工件精度下降,当然另一害处是浪费了宝贵的润滑油,为此当发现这类问题是要及时寻找渗漏根源,及时将漏点修好!实在修不好,只能在乳化液箱里找出路,即安装有丙纶吸油毡纤维,将这些浮在乳化液上面的润滑油吸走,以便保持数控机床乳化液箱的干净。

例8  数控机床油箱起泡问题之对策

由于油中泡沫有很大的危害,因此要认真对付,具体对策如下:

1、 判断法:正确判断起泡原因是个重要的一步,因只有这样才能顺藤摸       瓜,对症下药。

2、 机械法:调整回油管为最佳位置,经常检查吸油管、油泵等液压元件是否松动漏气,若发现应及时紧固,严防泄露这些均是机械维修人员常干的防泡沫对策。

3、 排气法:每次对液压系统进行装拆检修后,为防止缸及管路里的存气起泡,应在试车阶段首先进行排气措施。例如:有些液压缸有放气阀可专供排气,如果没有这种装置也可排气,只要在初次开动机器时将液压缸中活塞行程放在最大,这样几个往复便可排气。

4、 润滑与清洁法:选用合适润滑油也是减少气泡的一个方法,例冬天油质太黏,流动性差,泵吸困难时会起泡,这时可适当选用些低粘度的油,反之也不能选用粘度太小的油,否则也会起泡。另外还得防止因油位太低而起泡及旋转件搅动机油太剧烈而发生的泡沫,前者要加高油位,而后者却要适当降低油位……清洁工作也很重要,因防水、灰尘进入油箱和及时的定期清洗换油,保持滤油器清洁均是重要防泡措施!

5、 硅油抗泡法(即“901”法)2:如果采用上述各种办法后仍无法预防和消除油中气泡时,可用甲基硅油作抗泡添加剂。

例9 数控大型机床静压导轨为什么还会爬行?

从理论讲,静压导轨是不会爬行,但实际使用过程中却并不理想,例有台Φ20M超大型立车立柱静压导轨及大型数控龙门式镗铣床工作台导轨的静压装置,均发生过严重的爬行现象, 

分析原因主要有下面几个因素:

a. 油液清洁度不够理想导致小孔节流处油液不够畅通,或者在运行的导轨面上直接混入颗粒较大机质所致或乳化液进入导轨面等

b. 选用润滑油的油膜强度不够也会发生爬行

c. 其它因素也有可能发生爬行,例静压装置的设计制造问题及使用不当均会产生导轨爬行

d. 润滑油品牌号、质量选用不当所致

e. 系统的滤油器失效

针对上述问题的对策是:

a. 提高润滑油的清洁度17级以上,若能达到14级、15级更好

b. 对静压导轨油箱的润滑油里,若能添加些油酸抗爬剂是解决问题的一个良策

c. 尽可能不要超负荷或者工作台上载荷安置不妥不平衡,一头轻重等现象要改进

d. 选用合适的高品质油品也是解决问题的关键,静压导轨选用油品要质量正宗、精制程度高些,可防止油品在系统中结胶质产生,也就是说选用油品不但清洁度要高、要纯,更重要的是抗氧化性好。另外,油品的粘度不能太高,一般选用32#或以下粘度

e. 润滑油系统中各过滤器要及时清洗,损坏则要更新

例10 按说明书规定加油难道没有问题了吗?

         不!问题还不小呢,这是典型的“尚可”理论!即一般润滑剂可分四大类:a、劣质  b、尚可  c、优良  d、最佳。很多机械制造商深知机器不可用a劣质油品,因这对他们产品名声不利,反之cd这二类油品他们也不会推荐用,因为若选用这二类油品质量太好,机器寿命太长对他们生意不利,这样首先的当然是b级(尚可)最理想,即当机器使用b油品在保用期(初期)内使用“尚可”,过保用期机件磨损了,你又得向他们买零部件或买整台新机器了,这对他们生意有利,因此谁认为所选润滑剂全部按说明书推荐使用者,本身是个不小的误区……(详见中国机械工程学会设备维修分会编《设备与维修工程现代技术及应用》八届论文集P72

           再就是解放思想,不受机床说明书规定的约束,有条件时可进行如下改进:

a、 尽量少用或不用淋浴式冷却润滑刀具的老办法,因为这种老办法污染环境,破坏电器设备,缩短润滑系统用油使用寿命,若改用准干式切削装置,切出来的屑完全是干的,不会污染环境,当然目前还处在初级阶段仅对一些加工简易工件之数控机床可推广,较复杂零件加工尚待改进中。

b、 “摩圣”技术的应用可以说对数控机床将是有革命性重大润滑技术,因为数控机床越来越复杂,维修难度也不断增加,由于“摩圣”技术可做到“免拆修复,原位再生”是非常理想的一种摩擦学的高科技产品,为此可预计“摩圣”技术推广将为数控机床维修带来福音!【(ART技术)——金属自修复技术】

c、 选择有条件数控机床润滑油箱推广“氮封”技术,延长油品寿命。

 

 

 

 

(注1

   “剖马”自动给脂装置,它能在没有动力的情况下,长期自动给油脂?

它的内部主要结构:

对“剖玛”自动脂装置进行解剖,测得如下的结构图:(见附图)

“剖马”装置的优点:

由于“剖玛”自动给脂装置能够不需要任何外来动力就能长期地(1~2年)均匀地、可靠地不间断自动供油脂。而且当机器停止运转时它能自动中止。这样可做到点滴不漏,毫无浪费,又不会污染环境,真正做到了文明生产。比起原来润滑脂杯那种需人工旋紧时才能供脂,旋的太多,浪费;太少又不够,旋到底后不及时添加要缺油脂出润滑事故,将旋盖打开添加时又易机械杂质进入润滑系统等等不利因素相比,“剖玛”自动给脂装置确实是润滑装置技术上的一个飞跃。对于润滑链条高压泵活塞杆定位套等滑动摩擦,“剖玛”装置更具有独特优点。

       “剖玛”润滑装置结构图代号名称对照说明

(1) 红色启动螺丝

(2) 橡胶垫圈

(3) “剖玛”外壳

(4) 纸垫

(5) 压紧圈

(6) 橡胶密封囊

(7) 橡皮塞

(8) 塑料盖

(9) 膨化化学药剂

(10) 上活塞

(11) 牛皮碗

(12) 下活塞

(13) 润滑脂

(14) 锥形底座

(15) 防漏塞

(注:序号(10)、(11)、(12)三件组合成一体,即活塞组)

 

工作原理

经分析、解剖,“剖玛”自动给脂装置能不需外来动力就自动供油脂是由下面三个因素组成。

1、 当机器运转时摩擦副本身有一定泵吸作用。

2、 润滑剂被重力作用

3、 因橡胶囊(6)内化学药剂的膨胀,逐步扩大体积,从而推动活塞组(10)(11)(12)往下压缩润滑脂,并缓慢地从锥形出脂口(14)流向摩擦副起到润滑作用(这是个主要因素)。

反之若机器中途停止运转,摩擦副的泵吸作用小时,润滑脂中止前进,“剖玛”装置停止工作,当机器再次启动,又出现上面工作给脂现象……。

“剖玛”装置的应用技术:

1、 将“剖玛”装置底部防漏塞(15)打开卸掉

2、 使锥形底部(14)之1/4”管牙对准机器摩擦副油孔上内螺纹并旋紧。

3、 待“剖玛”装置安装在机器上后,在试车前应先在“剖玛”上面红色塑料螺钉(1)之顶部“羊眼”圈内穿入一根3”元钉(或其它类如粗的短钢丝)后用力按顺时针方向拧紧,并以纽断“羊眼”圈颈部(k向)为止,这时说明已达到标准力矩(这一点很重要)这时橡胶囊内化学品开始膨胀……

4、 经6~12个月左右时间运行后就得注意多观察检查。若发现“剖玛”底部透明塑料锥面外囊有四个银灰色点显示出来,这时说明这只“剖玛”装置内润滑脂已经耗尽,应该要及时拆卸并更换新的“剖玛”装置!(注:工作温度为25O时最佳)

 

(注2)硅油抗泡剂的使用工艺

    看似简单的添加硅油这种消泡法,可是若不掌握要领,在实际操作过程中几乎是100%要失败的,其主要原因是硅油比重大,加入润滑油(比重仅0.83左右)立刻会下沉到油箱底部,加上它的相溶性不佳,故加入硅油作用几乎是零,唯一的办法是将硅油先溶解在煤油中,即用数十倍煤油将5PPM的硅油稀释并充分搅拌后才能连煤油一起倒入有泡沫的润滑油箱中才可能有些作用,若再无作用说明此油过去可能已加过硅油,即硅油虽是个较好的抗泡剂,但首次添加效果明显,等到油品再起泡,再次添加硅油时那么就不灵了,这时就应改用非硅抗泡剂。

 

 


上海金兆润滑技术研究所

徐根元