數控機床原理、結構與維修 第6章 數控機床液壓與氣動系統(tǒng)

數控機床原理、結構與維修主編張平亮第6章數控機床液壓與氣動系統(tǒng)1.卡盤支路

2.液壓變速機構

3.刀架系統(tǒng)的液壓支路

6.1液壓與氣動系統(tǒng)的概述

6.2數控機床典型液壓回路的分析

6.3數控機床典型氣壓回路的分析

6.4數控機床液壓系統(tǒng)的維護和液壓故障的維修

6.5數控機床氣動系統(tǒng)的維護和氣壓故障的維修第6章數控機床液壓與氣動系統(tǒng)

圖6-1CK3225數控車床的液壓系統(tǒng)圖

1—壓力表2—卡盤液壓缸3—變擋液壓缸Ⅰ4—變擋液壓缸Ⅱ

5—轉塔夾緊缸6—轉塔轉位液壓馬達7—尾座液壓缸1.卡盤支路支路中減壓閥的作用是調節(jié)卡盤夾緊力。壓力繼電器的作用是當液壓缸壓力不足時，立即使主軸停轉，以免卡盤松動。該支路還采用液控單向閥的鎖緊回路。2.液壓變速機構

圖6-2液壓變速機構原理3.刀架系統(tǒng)的液壓支路

圖6-3CK3225數控車床刀架結構

1—刀盤2—中心軸3—回轉軸4—柱銷5—凸輪6—液壓缸7—盤

8—開關9—選位凸輪10—計數開關11、12—鼠牙盤6.1液壓與氣動系統(tǒng)的概述①自動換刀所需的動作，如機械手的伸、縮、回轉和擺動及刀具的松開和拉緊動作。

②機床運動部件的平衡，如機床主軸箱的重力平衡、刀庫機械手的平衡裝置等。

③機床運動部件的制動和離合器的控制，齒輪撥叉、掛擋等。

④機床的潤滑冷卻。

⑤機床防護罩、板、門的自動開關。

⑥工作臺的松開夾緊，交換工作臺的自動交換動作。

⑦夾具的自動松開、夾緊。

⑧工件、工具定位面和交換工作臺的自動吹屑、清理定位基準面等。

6.1.1液壓與氣壓傳動系統(tǒng)的構成6.1液壓與氣動系統(tǒng)的概述液壓和氣壓傳動系統(tǒng)一般由以下五個部分組成：

(1)動力裝置動力裝置是將原動機的機械能轉換成傳動介質的壓力能的裝置。

(2)執(zhí)行裝置執(zhí)行裝置用于聯接工作部件，將工作介質的壓力能轉換為工作部件的機械能，常見的執(zhí)行裝置有液壓缸和氣缸及進行回轉運動的液壓電機、氣壓電機等。

(3)控制與調節(jié)裝置控制與調節(jié)裝置是用于控制和調節(jié)系統(tǒng)中工作介質的壓力、流量和流動方向，從而控制執(zhí)行元件的作用力、運動速度和運動方向的裝置，同時也可以用來卸載或實現過載保護等。

(4)輔助裝置輔助裝置是對過載介質起到容納、凈化、潤滑、消聲和實現元件之間聯接等作用的裝置。6.1液壓與氣動系統(tǒng)的概述(5)傳動介質傳動介質是用來傳遞動力和運動的過載介質，即液壓油或壓縮空氣。

6.1.2液壓與氣壓傳動的主要元件應用

1.動力元件

(1)液壓泵概述液壓泵是系統(tǒng)的動力元件，它是一種能量轉換裝置，將原動機的機械能轉換成液壓力能，為液壓系統(tǒng)提供動力，是液壓系統(tǒng)的重要組成部分。6.1液壓與氣動系統(tǒng)的概述表6-1液壓泵的類型和特點特點類型齒輪泵具有結構簡單、體積小、重量輕、工作可靠、成本低、對油的污染不敏感、便于維修等優(yōu)點;其缺點是流量脈動大、噪聲大、排量不可調外嚙合齒輪泵、內嚙合齒輪泵葉片泵具有體積小、重量輕、運轉平穩(wěn)、輸出流量均勻、噪聲小等優(yōu)點，在中、高壓系統(tǒng)中得到了廣泛使用。但它也存在結構較復雜、對油液污染較敏感、吸入特性不太好等缺點單作用葉片泵、限壓式變量葉片泵等6.1液壓與氣動系統(tǒng)的概述表6-1液壓泵的類型和特點特點類型柱塞泵優(yōu)點是：效率高，工作壓力高，結構緊湊，且在結構上易于實現流量調節(jié)等；其缺點是結構復雜，價格高，加工精度和日常維護要求高，對油液的污染較敏感軸向柱塞泵、徑向柱塞泵6.1液壓與氣動系統(tǒng)的概述(2)空氣壓縮機空氣壓縮機是氣壓傳動系統(tǒng)的動力源，也是氣壓系統(tǒng)的心臟部分，是把電動機輸出的機械能轉換成傳動介質壓力能的能量轉換裝置。6.1液壓與氣動系統(tǒng)的概述表6-2空氣壓縮機的類型與性能比較類型額定壓力／MPa氣量／(L/min)驅動動力／kW單級往復式1．020～10000．2～75雙級往復式1．550～100000．7～75油冷螺桿式0．7～0．85180～120001．5～75無油單級往復式0．7～0．8520～80000．2～75無油雙級螺桿式0．92000～30000020～1800離心式0．7>10000>5006.1液壓與氣動系統(tǒng)的概述2.液壓馬達和氣馬達圖6-4常用液壓馬達結構

a)齒輪式b)葉片式3.液壓執(zhí)行元件4.控制元件6.1液壓與氣動系統(tǒng)的概述表6-3控制閥的種類分類方法種類按控制參數分壓力控制閥(如溢流閥、順序閥、減壓閥等)、流量控制閥(如節(jié)流閥、調速閥等)、方向控制閥(如單向閥、換向閥等)按結構分座式(錐面、平面)、滑套式(移動式、旋轉式)、膜片式按操縱方式分手動、機動、電動、液動、氣動、電液控、電氣控按聯接方式分管接式、板接式(液壓、氣壓傳動)、法蘭聯接式、疊加閥式、插裝式6.1液壓與氣動系統(tǒng)的概述圖6-5液壓傳動的工作原理

1—杠桿2、7—活塞3、6—液壓缸

4、5—單向閥8—重物9—控制閥

10—油箱11—油管6.1液壓與氣動系統(tǒng)的概述5.輔件部分

6.1.3液壓與氣壓傳動的工作原理

液壓傳動的工作原理如圖6?5所示。圖中杠桿1、活塞2、液壓缸3和單向閥4、5組成手動液壓泵；液壓缸6和活塞7組成升降液壓缸。千斤頂工作時，向上提起杠桿1，則活塞2被提起，液壓缸3下腔中壓力減小，單向閥5關閉，單向閥4導通，油箱里的油液被吸入到液壓缸3中，這是吸油過程；隨后，壓下杠桿1，活塞2下移，液壓缸3下腔中壓力增大，迫使單向閥4關閉，單向閥5導通，高壓油液經油管11流入液壓缸6的下腔中，推動活塞7向上移動，這是壓油過程。如此反復操作便可將重物8提升到需要的高度。在此過程中，控制閥9始終處于截止狀態(tài)。若打開控制閥9，則液壓缸6下腔中的油液將在重物的重力作用下排回油箱。6.2數控機床典型液壓回路的分析

圖6-6MJ-50型數控車床液壓系統(tǒng)的原理圖

1、2、3、4、5—換向閥6、7、8—減壓閥9、10、11—調速閥

12、13、14—壓力表6.2數控機床典型液壓回路的分析1.卡盤分系統(tǒng)

2.回轉刀盤分系統(tǒng)

3.尾座套筒分系統(tǒng)

1)數控機床控制的自動化程度要求較高，類似于機床的液壓控制，它對動作的順序要求較嚴格，并有一定的速度要求。

2)由于數控機床的主運動已趨于直接用伺服電動機驅動，所以液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件主要承擔各種輔助功能，雖其負載變化幅度不是太大，但要求穩(wěn)定。6.2數控機床典型液壓回路的分析

圖6-7VP1050型加工中心的液壓系統(tǒng)工作原理圖

1—液壓泵2、9—止回閥3、6—壓力開關4—液壓馬達5—配重液壓缸

7、16—減壓閥8、11、15—換向閥10—松刀缸12—變速液壓缸

13、14—單向節(jié)流閥LS1、LS2、LS3、LS4—行程開關6.2數控機床典型液壓回路的分析1.刀鏈驅動支路

2.主軸箱平衡支路

3.松刀缸支路

4.高低速轉換支路圖6-8TH6350型臥式加工中心外觀圖

1—冷卻水箱2—機械手3、11—液壓油箱4—油溫自動控制箱5—強電柜

6—數控柜7、9—刀庫8—排屑器10—冷卻液箱12—油溫自動控制器6.2數控機床典型液壓回路的分析圖6-9TH6350型臥式加工中心的液壓系統(tǒng)原理圖1.油箱泵源部分6.2數控機床典型液壓回路的分析2.刀庫刀具鎖緊裝置和自動換刀部分

(1)刀具鎖緊裝置在彈簧力作用下，刀套下部兩夾緊塊處于閉合狀態(tài)，夾住刀具尾部的拉緊螺釘使刀具固定。

(2)機械手機械手是完成主軸與刀庫之間刀具交換的自動裝置，該機床采用回轉式雙臂機械手。31233GW1.eps6.3數控機床典型氣壓回路的分析圖6-12主軸氣動結構圖

1、2—感應開關3—吹氣孔4、6—活塞5—缸體1.松刀缸支路6.3數控機床典型氣壓回路的分析2.工作臺交換支路

3.工作臺夾緊支路

4.鞍座定位與鎖緊支路

5.刀庫移動支路

圖6-13真空卡盤的結構簡圖

1—卡盤本體2—溝槽3—小孔4—孔道5—轉接件6—腔室

7—孔8—連接管9—轉閥10—軟管11—活塞12—彈簧6.3數控機床典型氣壓回路的分析圖6-14真空卡盤的氣動回路

1、4、5—電磁閥2—調節(jié)閥

3—真空罐6—繼電器7—壓力表6.3數控機床典型氣壓回路的分析

圖6-15氣動原理圖6.3數控機床典型氣壓回路的分析圖6-16氣動換刀系統(tǒng)原理圖6.4數控機床液壓系統(tǒng)的維護和液壓故障的維修6.4.1液壓系統(tǒng)的維護要點

1.液壓設備的使用維護要求

1)按設計規(guī)定和工作要求，合理調節(jié)液壓系統(tǒng)的工作壓力和工作速度。

2)按使用說明書規(guī)定的油品牌號選用液壓油，在加油之前，油液必須過濾。

3)機床液壓系統(tǒng)油液的工作溫度不得超過60℃，一般應控制在35～55℃范圍內。

4)為保證電磁閥正常工作，必須保證電壓穩(wěn)定，其波動值不應超過額定電壓的5％～15％。

5)不準使用有缺陷的壓力表或在無壓力表的情況下工作或調壓。6.4數控機床液壓系統(tǒng)的維護和液壓故障的維修6)電氣柜、電氣盒、操作臺和指令控制箱等應有蓋子或門，不得敞開使用，以免積污。

7)當液壓系統(tǒng)某部位產生故障時(例如油壓不穩(wěn)，油壓太低、振動等)，要及時分析原因并處理，不要勉強運轉，以免造成大事故。

8)定期檢查潤滑管路是否完好，潤滑元件是否可靠，潤滑油質量是否達到要求，油量是否充足，若有異常，應及時排除。

9)經常觀察蓄能器工作性能，若發(fā)現氣壓不足或油氣混合時，應及時充氣和修理。

10)經常檢查和定期緊固管件接頭、法蘭盤等，以防松動。

11)控制液壓系統(tǒng)泄漏極為重要，因為泄漏是液壓系統(tǒng)常見的故障。

12)定期對主要液壓元件進行性能測定或實行定期更換維修制。6.4數控機床液壓系統(tǒng)的維護和液壓故障的維修2.液壓設備的維護、保養(yǎng)規(guī)程

1)操作者必須熟悉本設備所用的主要液壓元件的作用，熟悉液壓系統(tǒng)原理，掌握系統(tǒng)動作順序。

2)操作者要經常監(jiān)視液壓系統(tǒng)工作狀況，觀察工作壓力和速度，檢查工件尺寸及刀具磨損情況，防止液壓系統(tǒng)振動與噪聲。

3)在開動設備前，應檢查所有運動機構及電磁閥是否處于原始狀態(tài)，檢查油箱油位。

4)冬季當油箱內油溫未達到25℃時，各執(zhí)行機構不準開始按順序工作，而只能起動液壓泵電動機使液壓泵空運轉。

5)停機4h以上的液壓設備，在開始工作前，應先起動液壓泵電動機5～10min(泵進行空運轉)，然后才能帶壓力工作。6.4數控機床液壓系統(tǒng)的維護和液壓故障的維修6)操作者不準損壞電氣系統(tǒng)的互鎖裝置，不準用手推動電控閥，不準損壞或任意移動各操縱擋塊的位置。

7)未經主管部門同意，操作者不準對各液壓元件私自調節(jié)或拆換。

8)當液壓系統(tǒng)出現故障時，操作者不準私自亂動，應立即報告維修部門。

9)液壓設備應經常保持清潔，防止灰塵、切削液、切屑、棉紗等雜物進入油箱。

10)嚴格執(zhí)行日常點檢制度，操作者要按設備點檢卡上規(guī)定的部位和項目進行認真點檢。

6.4.2維護、保養(yǎng)計劃的安排

1.點檢6.4數控機床液壓系統(tǒng)的維護和液壓故障的維修1)各液壓閥、液壓缸及管接頭處是否有外漏。

2)液壓泵或液壓馬達運轉時是否有異常噪聲等現象。

3)液壓缸移動時工作是否正常平穩(wěn)。

4)液壓系統(tǒng)的各測壓點壓力是否在規(guī)定的范圍內，壓力是否穩(wěn)定。

5)油液的溫度是否在允許的范圍內。

6)液壓系統(tǒng)工作時有無高頻振動。

7)電氣控制或撞塊(凸輪)控制的換向閥工作是否靈敏可靠。

8)油箱內油量是否在油標刻線范圍內。

9)行程開關或限位擋塊的位置是否有變動，固定螺釘是否牢固可靠。

10)液壓系統(tǒng)手動或自動工作循環(huán)時是否有異常現象。6.4數控機床液壓系統(tǒng)的維護和液壓故障的維修11)定期對油箱內的油液進行取樣化驗，檢查油液質量，定期過濾或更換油液。

12)定期檢查蓄能器工作性能。

13)定期檢查冷卻器和加熱器的工作性能。

14)定期檢查和緊固重要部位的螺釘、螺母、接頭和法蘭螺釘。

15)定期檢查、更換密封件。

16)定期檢查、清洗或更換液壓件。

17)定期檢查、清洗或更換濾芯。

18)定期檢查、清洗油箱和管道。6.4數控機床液壓系統(tǒng)的維護和液壓故障的維修表6-4點檢維修卡點檢內容123點檢內容12311121231341451561671781891910206.4數控機床液壓系統(tǒng)的維護和液壓故障的維修表6-4點檢維修卡點檢方法機點檢方法機電電液液潤潤處理意見處理意見6.4數控機床液壓系統(tǒng)的維護和液壓故障的維修2.維護檢修周期表(見表6-5)6.4數控機床液壓系統(tǒng)的維護和液壓故障的維修表6-5維護檢修周期表檢修重點與檢修項目維護、檢修周期檢修方法與檢修目的泵的聲音異常1次／日聽檢。檢查油中混入空氣和濾網堵塞情況；檢查異常磨損等泵的吸入真空度1次／3個月靠近吸油口安裝真空計，檢查濾網堵塞情況泵殼溫度1次／3個月檢查內部機件的異常磨耗：檢查軸承是否燒壞泵的輸出壓力1次／3個月檢查異常磨耗6.4數控機床液壓系統(tǒng)的維護和液壓故障的維修表6-5維護檢修周期表檢修重點與檢修項目維護、檢修周期檢修方法與檢修目的聯軸器聲音異常1次／1個月聽檢。檢查異常磨耗和定心的變化清除過濾網的附著物1次／3個月用溶劑沖洗，或從內側吹風清除液壓馬達的聲音異常1次／3個月聽檢。檢查異常磨耗等各個壓力計指示情況1次／6個月查明各機件工作不正常情況和異常磨耗等。壓力表指針的異常擺動也要檢查、校正液壓執(zhí)行部件的運動速度1次／6個月查明各工作部件的動作不良情況以及異常磨耗引起的內部漏油增大情況等6.4數控機床液壓系統(tǒng)的維護和液壓故障的維修表6-5維護檢修周期表液壓設備循環(huán)時間和泵卸荷時間的測定1次／6個月查明各工作機構的動作不良情況以及異常磨耗引起的內部漏油增大情況等軸承溫度1次／6個月軸承的異常磨損蓄能器的封入壓力1次／3個月如壓力不足，則應用肥皂水檢查，有無泄漏等情況壓力表、溫度計和計時器等的校正1次／年與標準儀表作比較校正膠管類檢查1次／6個月查明破損情況各元件和管道及密封件1次／3個月檢查各密封處的密封狀態(tài)液壓泵的軸封、液壓缸活塞桿的密封、漏油情況1次／6個月檢查各密封處的密封狀態(tài)各元件安裝螺栓和管道支承松動情況1次／1個月檢查振動特別大的裝置更為重要6.4數控機床液壓系統(tǒng)的維護和液壓故障的維修表6-5維護檢修周期表全部液壓設備1次／1年各