機床爬行現象問題的若干思考

關于機床爬行現象問題的若干思考

摘要：機床進給系統的運動件，當其運行速度低到一定值（如0.5mm/min）時，往往不是作連續勻速運動，而是時走時停、忽快忽慢，這種現象稱之為爬行。嚴重影響著工作的表面質量和尺寸精度，由于引起其原因復雜，往往不易排除，所以一直被認為是機床運動中最棘手的故障之一。本文試圖就這個問題加以粗淺的論證與探索。

關鍵詞：爬行 滑動 摩擦阻力

0 引言
爬行是機床常見而不正常的運動狀態，主要出現在機床各傳動系統的執行部件上（如刀架系統、工作臺等），且一般在低速行時出現較多。運動速度低時，潤滑油被壓縮，油膜變薄，油楔作用降低，部分油膜破壞，摩擦面阻力發生變化。通常情況下，輕微程度的爬行有不易察覺的振動，顯著的爬行則是大距離地跳動。
進給運動中的爬行現象破壞了系統運動的均勻性，不僅使被加工件精度和表面質量下降，也會破壞液壓系統工作的穩定性，使機床導軌加速磨損，甚至產生廢品和事故。
1 機床爬行原因分析
引起爬行的主要原因，是摩擦因數隨運動速度的變化和傳動系統剛性不足。機床在實際使用中，爬行現象主要是在傳動系統剛性不足，驅動力與負載摩擦阻力波動變化的情況下形成。機床液壓系統侵入空氣，液壓元件間隙增大及機械裝置自身原因都可能引起爬行故障。
我們知道爬行是指機床運動部件慢速動行時的不平穩性，表現為有規律的一停一躍。這種現象的出現，以磨床居多數，會嚴重影響工作的表面質量和尺寸精度。產生原因可用實例來說明：假設有一原動件通過彈簧推動另一從動件，當原動件以等速向前運動，通過彈簧推動從件在平面上滑行時，當原動件啟動后，首先需壓縮彈簧一段距離，直到足以克服從動件的靜摩擦力時，從動件才會起動，此時彈簧蓄能。當從動件起動后，由于動摩擦系數小于靜摩擦系數，于是使從動件獲得一個加速度，此時彈簧放能。如果移動速度很慢，彈簧的壓縮量又較大，那么從動件的速度很快就會超過原動件，產生一個跳躍，直到彈簧壓力和動摩擦力平衡后，從動件開始減速，但因為慣性，但因為慣性，還會再向前沖一段距離。至此，從動件因為失去了原動力就會停下來，直到原動件重新壓縮彈簧到能克服從動件的靜摩擦力時，又重復上述循環。
此實例和實際導軌副產生爬行的機理十分相似。從動件可以視作溜板或工作臺，平面可以視作導軌。二驅動系統不可能是完全剛性的，在驅動過程中不可避免地會有彈性變形，因而可以認為是彈簧起同樣作用。
2 解決對策
2.1 改善導軌摩擦特性 改善導軌摩擦特性就是降低摩擦阻力和減小靜、動摩擦系數之差。為此，可采取以下措施：
2.1.1 滑動面的加工方法，從降低摩擦阻力的角度看，總的來說是磨削比刮削好。試驗表明，上導軌面用碗形砂輪端面磨削，下導軌面用盤形砂輪周邊磨削，可獲得最好的效果；其次是下導軌面用碗形砂輪端面磨削，上導軌面刮研。當上、下導軌面都為磨削時，其接觸情況應用著色檢驗，接觸指標須滿JB2278—78《金屬切削機床通用技術條件》和JB2280—78《金屬切削機床械加工結合面接觸的檢驗及評定》的規定。
對刮研的導軌面，摩擦阻力和接觸點數有關，點數太少說明接觸面積小，比壓大，不易形成油膜。但也不是接觸點數越多越好，若接觸點數太多，超過每25*25毫米20—25點，大多數接觸點呈尖峰狀，同樣不利于形油膜，造成尖峰與尖峰接觸，使摩擦阻力增大。對于上、下導軌面都為刮研的狀況，看來以基本（滿足可以稍偏少）JB2278—78規定的指標（表2）為適宜。對于上導軌面刮研，下導力面磨削的狀況，只檢驗刮研面的接觸點數，考核指標為表2的75%。
2.1.2 在上導軌表面粘貼塑料板，臺聚四氟乙烯、足龍等，可使摩擦系數和靜、動摩擦系數之差降低60%左右，對防止爬行有顯著效果。但塑料的導熱性差，在通常鑄鐵對鑄鐵滑動時，摩擦熱是同時從兩個滑動表面傳導出去，如果一個表面是塑料，就阻礙了熱的傳記導。在重載和高速的情況下，大量摩擦熱會使機床身溫度很快上升，由此而產生的變形足以破壞機床的原始精度。
2.1.3 選用具有防爬特性的潤滑油。低速運行時，導軌潤滑只能是邊界潤滑狀態（介于干摩擦和液體摩擦之間的一種狀態），而一般潤滑油的邊界油膜都不夠強固，容易出現干摩擦。因此，為排除爬行，宜采用專用的防爬導軌油，其中加入了各種添加劑，增強潤滑油的吸附及楔入能力，以提高邊界油膜的強度過，防止干摩擦，對降低摩擦阻力，防止爬行，有一定效果。
多潤滑的粘度，從防止爬行的角度看，宜選用粘度大的潤滑油。但工作臺負荷分布不均時，潤滑油大會使導軌的油墨厚薄不均，從而引起工作臺傾斜，降低機床加工精度。
2.1.4 對新的或大修后的機床，由于導軌面上刮削或磨削的刀痕較深，以致摩擦阻力較大。可在導軌面上涂敷薄薄一層氧化鉻，用手動的方法（切勿有機動）對研幾個來回，對排除爬行有一定效果。
2.1.5 采用靜壓導軌，實現完全的液體摩擦，可以從根本上解決爬行問題。但是，成功地應用靜壓導軌并不是很簡單的事，也不是在所有場合都可以使用，比如外圓磨床工作臺很單薄的構件，由于工件往往被頂得過緊，于是工作臺就產生彈性變形而拱凸起來，使靜壓油墨難以形成。因此，在改造老設備時，若準備采用靜壓導軌，應慎重，除了考慮技術上是否可能外，經濟上是否合算也是必須考慮的問題。
2.2 降低驅動阻力 驅動阻力的主要組成部分是導軌副的摩擦阻力，和正壓力成正

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