项目八任务六数控机床液压系统分析

任务六数控机床液压系统分析一、MJ-50型数控车床的液压系统机床中由液压系统实现的动作有：卡盘的夹紧与松开，刀架的夹紧与松开，刀架的正转与反转，尾座套筒的伸出与缩回。电磁阀的动作是由PC实现的。MJ-50数控车床液压系统的原理图1．卡盘分系统高压夹紧：3Y失电、1Y得电．换向阀2和1均位于左位。分系统的进油路：液压泵→减压阀6→换向阀2→换向阀1→液压缸右腔。回油路：液压缸左腔→换向阀1→油箱。这时活塞左移使卡盘夹紧(称正卡或外卡)，夹紧力的大小可通过减压阀6调节。由于阀6的调定值高于阀7，所以卡盘处于高压夹紧状态。松夹时，使2Y得电、1Y失电，阀1切换至右位。进油路：液压泵→减压阀6→换向阀2→换向阀1→液压缸左腔。回油路：液压缸右腔→换向阀1→油箱。活塞右移，卡盘松开。低压夹紧：油路与高压夹紧状态基本相同，唯一不同的是这时3Y得电而使阀2切换至右位，因而液压泵的供油只能经减压阀7进入分系统。通过调节阀7便能实现低压夹紧状态下的2．回转刀盘分系统回转刀盘分系统有两个执行元件，刀盘的松开与夹紧由液压缸执行，而液压马达则驱动刀盘回转。刀盘的完整旋转过程是刀盘松开→刀盘通过左转或右转就近到达指定刀位→刀盘夹紧。因此电磁铁的动作顺序是4Y得电(刀盘松开)→8Y(正转)或7Y(反转)得电(刀盘旋转)→8Y(正转时)或7Y(反转时)失电(刀盘停止转动)→4Y失电(刀盘夹紧)。2．回转刀盘分系统回转刀盘分系统有两个执行元件，刀盘的松开与夹紧由液压缸执行，而液压马达则驱动刀盘回转。刀盘的完整旋转过程是刀盘松开→刀盘通过左转或右转就近到达指定刀位→刀盘夹紧。因此电磁铁的动作顺序是4Y得电(刀盘松开)→8Y(正转)或7Y(反转)得电(刀盘旋转)→8Y(正转时)或7Y(反转时)失电(刀盘停止转动)→4Y失电(刀盘夹紧)。3．尾架套筒分系统尾架套筒通过液压缸实现顶出与缩回。通过上系统的分析，数控机床液压系统的特点为：（1）数控机床控制的自动化程度要求较高，类似于机床的液压控制，它对动作的顺序要求较严格，并有一定的速度要求。液压系统一般由数控系统的PLC或CNC来控制，所以动作顺序直接用电磁换向阀切换来实现的较多。（2）由于数控机床的主运动已趋于直接用伺服电动机驱动，所以液压系统的执行元件主要承担各种辅助功能，虽其负载变化幅度不是太大，但要求稳定。因此，常采用减压阀来保证支路压力的恒定。二、卧式镗铣加工中心液压系统数控加工中心是由计算机数字控制(CNC控制),可在一次装夹中完成钻、扩、铰、镗、铣、锪、螺纹加工等多道工序，是集机、电、液、气、计算机于一体的高效自动化机床。卧式镗铣加工中心液压系统原理图（1）液压油源该液压系统采用变量叶片泵和蓄能器联合供油方式，液压泵为限压式变量叶片泵，最高工作压力为7MPa。溢流阀4作为溢流阀用，其调整压力为8MPa，只有系统过载时才起作用。手动换向阀5用于系统卸荷，过滤器6用于对系统回油进行过滤（2）液压平衡装置由溢流减压阀7、溢流阀8、手动换向阀9、液压缸10组成平衡装置，蓄能器11用于吸收液压冲击。液压缸10为支撑加工中心立柱丝杠的液压缸。为减小丝杠与螺母间的摩擦，并保持摩擦力均衡，保证主轴精度，用溢流减压阀7维持液压缸10下腔的压力，使丝杠在正、反向工作状态下处于稳定的受力状态。当液压缸上行时，压力油和蓄能器向液压缸下腔供油，当液压缸在滚珠丝杠带动而下行时，缸下腔的油又被挤回蓄能器或经过溢流减压阀7回油箱，因而起到平衡作用。调节溢流减压阀7可使液压缸10处于最佳受力工作状态，其受力的大小可通过测量Y轴伺服电动机的负载电流来判断。手动换向阀9用于使液压缸卸载。（3）主轴变速回路主轴通过交流变频电动机实现无级调速。为了得到最佳的转矩性能，将主轴的无级调速分成高速和低速两个区域，并通过一对双联齿轮变速来实现。主轴的这种换档变速由液压缸40完成。在图示位置时，压力油直接经电磁阀13右位、电磁阀14右位进入缸40左腔，完成由低速向高速的换档。当电磁阀13切换至左位时，压力油经减压阀12、电磁阀13、14进入缸40右腔，完成由高速向低速的换档。换档过程中缸40的速度由双 单 名单名单延期单出门单老板名单 向节流阀15来调节。（4）换刀回路及动作加工中心在加工零件过程中，当前道工序完成后就需换刀，此时机床主轴退至换刀点，且处在准停状态，所需置换的刀具已处在刀库预定换刀位置。换刀动作由机械手完成，其换刀过程为：机械手抓刀→刀具松开和定位→拔刀→换刀→插刀→刀具夹紧和松开→机械手复位。①机械手抓刀：当系统收到换刀信号时，电磁阀17切换至左位，压力油进入齿条缸38下腔，推动活塞上移，使机械手同时抓住主轴锥孔中的刀具和刀库上预选的刀具。双单向节流阀18控制抓刀和回位的速度，双液控制单向阀19保证系统失压时机械手位置不变。②刀具松开和定位：当抓刀动作完成后，发出信号使电磁阀20切换至左位，电磁阀21处于右位，从而使增压器22的高压油进人液压缸39左腔，活塞杆将主轴锥孔中的刀具松开；同时，液压缸24的活塞杆上移，松开刀库中预选的刀具；此时，液压缸36的活塞杆在弹簧力作用下将机械手上两个定位销伸出，卡住机械手上的刀具。松开主轴锥孔中刀具的压力可由减压阀23调节③机械手拔刀：当主轴、刀库上的刀具松开后，无触点开关发出信号，电磁阀25处于右位，由缸26带动机械手伸出，使刀具从主轴锥孔和刀库链节中拔出。缸26带有缓冲装置，以防止行程终点发生撞击和噪声。④机械手换刀：机械手伸出后发出信号，使电磁阀27换向至左位。齿条缸37的活塞向上移动，使机械手旋转180°，转位速度由双单向节流阀调节，并可根据刀具的质量，由电磁阀28确定两种换刀速度。⑤机械手插刀：机械手旋转180°后发出信号，使电磁阀25换向，缸26使机械手缩回，刀具分别插入主轴锥孔和刀库链节中。⑥刀具夹紧和松销：机械手插刀后，电磁阀20、21换向。缸39使主轴中的刀具夹紧；缸24使刀库链节中的刀具夹紧；缸36使机械手上定位销缩回，以便机械手复位。⑦机械手复位：刀具夹紧后发出信号，电磁阀17换向，液压缸38使机械手旋转90°回到起始位置。到此，整个换刀动作结束，主轴起动进入零件加工状态（5）数控旋转工作台回路①数控工作台夹紧：数控旋转工作台可使工件在加工过程中连续旋转，当进入固定位置加工时，电磁阀29切换至左位，使工作台夹紧，并由压力继电器30发出信号。②托盘交换：交换工件时，电磁阀31处于右位，缸41使定位销缩回，同时缸42松开托盘，由交换工作台交换工件，交换结束后电磁阀31换向，定位销伸出，托盘夹紧，即可进入加工状态。（6）刀库选刀、装刀回路在零件加工过程中，刀库需把下道工序所需的刀具预选列位。首先判断所需的刀具在刀库中的位置，确定液压马达32的旋转方向，使电磁阀33换向，控制单元34控制液压马达起动、中间状态、到位、旋转速度，刀具到位后由旋转编码器组成的闭环系统发出信号。双向溢流阀起安全作用。液压缸35用于刀库装卸刀具。3．系统特点（1）在加工中心中，液压系统所承担的辅助动作的负载力较小，主要负载是运动部件的摩擦力和起动时的惯性力，因此一般采用压力在10MPa以下的中低压系统，且液压系统流量一般在30L/min以下。（2）加工中心在自动循环过程中，各个阶段流量需求的变化很大，并要求压力基本恒定。采用限压式变量泵与蓄能器组成的液压源，可以减小流量脉动、能量损失和系统发热，提高机床加工精度。（3）加工中心的主轴刀具需要的夹紧力较大，而液压系统其他部分需要的压力为中低，且受主轴结构的限制，不宜选用缸径较大的液压缸。采用增压器可以满足主轴刀具对夹紧力的要求。（4）在齿轮变速箱中，采用液压缸驱动滑移齿轮来实现两级变速，可以扩大伺服电动机驱动的主轴的调速范围。（5）加工中心的主轴、垂直拖板、变速箱、主电动机等联成一体，由伺服电动机通过r轴滚珠丝杠带动其上下移动。采用平衡阀—平衡缸的平衡回路，可以保证加工精度，减小滚珠丝杠的轴向受力，且结构简单、体积小、质量轻。