數(shù)控車床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

數(shù)控車床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

數(shù)控車床用于自動加工旋轉(zhuǎn)盤、彈簧等零件。零件可在一次裝夾后完成回轉(zhuǎn)體曲面、溝槽、鏜孔、鉆孔、擴(kuò)孔、攻鉸螺紋、車螺紋等復(fù)雜工序,并要求效率高、可靠性強(qiáng)等特點(diǎn)。數(shù)控車床液壓系統(tǒng)是加工中心銑、鉆、鏜類機(jī)床中的一個(gè)典型部件。1輔助動作設(shè)計(jì)數(shù)控車床液壓系統(tǒng)同液壓機(jī)、磨床、工程機(jī)械液壓系統(tǒng)相比有其特定之處,主要完成加工零件所需的一些輔助動作。數(shù)控車床液壓系統(tǒng)所承擔(dān)的輔助動作所需力及流量變化較小,主要負(fù)載是提供加工零件的夾緊力、頂緊力以及刀盤的鎖緊力和一些油缸換位動作及大傾斜角度拖板的平衡。為滿足上述功能,一般采用中低壓系統(tǒng),壓力在7MPa以下,液壓系統(tǒng)流量一般在0.5×10-3m3/s(30l/min)以下。2數(shù)控車床平衡控制分析a)工件的夾緊、松開:數(shù)控車床因其工件在高速旋轉(zhuǎn)中進(jìn)行切削加工,故對工件的可靠夾緊有其特殊的要求,并要保證在特殊情況下如:機(jī)床切削過程中出現(xiàn)故障、突然停電等情況下,工件被可靠夾持。因此對其工件夾緊液壓裝置在安全可靠性方面需有多重保護(hù)裝置。工件的夾持通常通過液壓旋轉(zhuǎn)油缸提供。軸向推拉力經(jīng)拉桿連接到動力卡盤上,并經(jīng)斜楔機(jī)構(gòu)等將軸向力放大成夾緊工件的徑向夾緊力。詳見示意圖1。b)工件的軸向頂緊:數(shù)控車床加工軸類零件其長徑比超過3倍時(shí),根據(jù)零件的加工要求,一般需用活動頂尖頂緊工件,以加強(qiáng)工件的剛性,防止在切削過程中發(fā)生振動。數(shù)控車床為體現(xiàn)其高效、自動化,尾座套筒的伸縮與普通車床有所不同。普車套筒伸縮由手動完成,數(shù)控車床尾座套筒的伸縮一般通過液壓油缸推動套筒來實(shí)現(xiàn)。c)工件的徑向輔助支承:車床加工細(xì)長軸時(shí),為保證切削的順利進(jìn)行,一般需在工件中間加裝中心架。普車的中心架通常為手動來完成工件的支承;數(shù)控車床的中心架大多采用液壓自定心中心架。d)拖板的平衡:數(shù)控車床的刀臺、刀盤、小拖板等聯(lián)成一體,由x軸滾珠絲杠通過伺服電動機(jī)帶動而上下移動。當(dāng)小拖板傾斜角度>45°時(shí),為保證零件加工精度,減小滾珠絲杠的軸向受力,整個(gè)小拖板運(yùn)動部分的質(zhì)量所產(chǎn)生的下滑力,需采用平衡法加以處理。小拖板的平衡可由配重法,溢流閥、減壓閥或平衡閥加平衡油缸來實(shí)現(xiàn)。詳見圖2和圖3。采用溢流閥、減壓閥平衡重量時(shí),由溢流閥的啟閉特性、響應(yīng)性及兩閥的其余各項(xiàng)靜、動態(tài)性能可知其平衡效果不很理想。而平衡閥兼具有兩重性于一體,大大改善了工作特性。平衡閥一般選用先導(dǎo)式平衡閥,主閥為滑閥式結(jié)構(gòu),詳見圖4(a),圖4(b)。工作原理詳見圖5。數(shù)控機(jī)床在加工時(shí),小拖板向上移動,帶動平衡油缸中的活塞向上移動,平衡閥工作狀況如圖5(a)所示,此時(shí)C口壓力未到達(dá)設(shè)定壓力,滑閥在彈簧力的作用下處于圖示位置,閥口A開啟,壓力油由P口到C口,平衡缸油腔補(bǔ)油。當(dāng)小拖板在x軸方向無運(yùn)動時(shí),即活塞停止時(shí)的工況,平衡閥工況見圖5(b),當(dāng)C口壓力達(dá)到設(shè)定壓力后,導(dǎo)閥開啟,滑閥上的節(jié)流孔使滑閥兩端產(chǎn)生壓差,滑閥左移減壓,直至閥口A關(guān)閉;若泄漏使C口壓力下降,則滑閥右移,P口向C口供油,從而使C口壓力恒定,達(dá)到平衡狀態(tài)。當(dāng)小拖板向下移動時(shí),帶動平衡油缸活塞向下移動,平衡閥工況見圖5(c),此時(shí)由于油缸加上外負(fù)載,C口壓力大于設(shè)定壓力,滑閥兩端壓差增大,滑閥左移到圖示位置,閥口B打開,油液由C口流向O口,從而降低油缸油腔壓力。為了使平衡效果達(dá)到最佳,要求平衡油缸啟動壓力小,活塞運(yùn)動靈活,且油缸靜動磨擦力小。活塞密封采用格來圈,以保證有效、可靠、低磨擦,采用斯來圈,使其具有極佳的耐磨損與滑動性能,沒有忽阻忽滑的毛病,亦即盡可能地消除爬行現(xiàn)象,保證x軸加工零件時(shí)上下運(yùn)動位置精度的準(zhǔn)確性。3水平管路及管道安裝數(shù)控機(jī)床對整個(gè)液壓系統(tǒng)的要求是外觀整齊,易于調(diào)整維修,在部分管路中需設(shè)置壓力表,測壓接點(diǎn);油路管道排列整齊,至各個(gè)運(yùn)動部件的液壓軟管,為防止損傷應(yīng)盡可能采用管道防護(hù)導(dǎo)套。液壓泵站在正常工作中,為保證液壓油的工作特性,要求系統(tǒng)油溫不得超過60℃,從開機(jī)至泵站熱平衡溫升不得超過30℃,泵站噪聲不得超過72dB(A)。4壓力繼電器下面以圖6某型數(shù)控車床液壓系統(tǒng)為例,對其組成及工作中的調(diào)整加以簡要說明。a)液壓系統(tǒng)泵站運(yùn)動時(shí)序:打開機(jī)床電源,啟動電動機(jī)1,變量葉片泵2運(yùn)轉(zhuǎn),溢流閥3起安全閥作用,調(diào)節(jié)變量泵2,使其輸出壓力到達(dá)5MPa,并將安全閥6調(diào)至6MPa,以確保限壓式變量葉片泵在限壓失效時(shí)起溢流安全閥作用。泵站上同時(shí)裝有液位計(jì)和壓力管路濾油器4,濾油器過濾精度為10μm,當(dāng)壓力管路濾油器進(jìn)出口壓差>0.3MPa時(shí),機(jī)床電器系統(tǒng)報(bào)警。b)工件夾緊:數(shù)控車床切削工件通過動力卡盤夾緊,在高速液壓旋轉(zhuǎn)油缸規(guī)格確定后,其夾緊方式(正夾、反撐)和夾緊力的大小通過壓力口減壓閥5和電磁換向閥6和手動轉(zhuǎn)位閥7(在油管不變的情況下實(shí)現(xiàn)夾與撐工件的切換)完成,壓力繼電器8用以檢測工作壓力達(dá)到設(shè)定值后,主軸方能旋轉(zhuǎn),以確保工件被可靠夾持。液壓鎖9確保意外故障等情況下油缸兩腔油被困,確定工件不松脫,起安全保障鎖作用。c)工件軸向頂緊和中心輔助支承:數(shù)控車床加工細(xì)長軸時(shí)經(jīng)常采用中心架支承或跟刀架支承,軸向由尾頂針頂緊,以確定工件加工剛性和精度。執(zhí)行動作分別由換向閥10和12完成。力的大小控制分別由減壓閥11和13來調(diào)整。壓力繼電器12、14則分別檢測工件是否被可靠支承和軸向頂緊。d)尾架的緊固與移動:當(dāng)尾架體需在工件加工過程中進(jìn)行z軸前后移動時(shí),可由多種方式實(shí)現(xiàn)。尾架體實(shí)現(xiàn)與拖板耦合,由z向絲杠帶動前后移動為其之一。閥16控制尾架體與拖板耦合、分離同時(shí)通過薄膜油缸實(shí)現(xiàn)尾架體與尾架導(dǎo)軌的松開、夾緊。當(dāng)尾架體與拖板分離,薄膜油缸實(shí)現(xiàn)尾架體與導(dǎo)軌的夾緊后,壓力繼電器18發(fā)訊,此時(shí)尾架套筒伸出頂緊工件。e)液壓平衡裝置的調(diào)整:此處溢流閥21起安全閥作用,調(diào)至平衡壓力的1.2倍。調(diào)整平衡壓力時(shí),調(diào)節(jié)平衡閥22的先導(dǎo)閥,在x軸伺服電機(jī)上接測量電流裝置,使得小拖板上、下移動時(shí)測得電流值相近,變化最小,則表示平衡油缸處于最佳工作狀態(tài)。f)主軸變速:當(dāng)主軸變速箱需換檔變速時(shí),主軸處于低速狀態(tài);通過閥19完成高低速之間的轉(zhuǎn)換。油缸移動速度由雙單向節(jié)流閥20調(diào)節(jié)。g)刀盤的換位與鎖緊:采用液壓馬達(dá)實(shí)現(xiàn)刀盤換位是數(shù)控車床刀盤換位中常見的方式之一。換向閥23控制刀架端面齒盤的嚙合與分離,閥24完成刀盤邏輯就近換位(即液壓馬達(dá)的正、反轉(zhuǎn)),液控節(jié)流調(diào)速閥25通過閥26的左右換位來控制刀盤旋轉(zhuǎn)時(shí)快速和慢速,以節(jié)省換位時(shí)間并確保到位時(shí)的減速,防止刀盤越位和端齒盤嚙合時(shí)的沖擊,確保換位的正確性和定位精度。5控制閥、管道和液壓器的選擇1)確定液壓泵的最大工作壓力Pp:液壓泵的最大工作壓力Pp由下式確定:Pp≥P1+∑ΔP(MPa)式中:P1——工作元件的最大工作壓力(進(jìn)口);ΔP——由泵出口到工作元件進(jìn)口之間的管路沿程阻力損失和局部阻力損失之和。一般選用最大工作壓力為7.0MPa的液壓泵。2)確定液壓泵的流量Qp液壓泵系統(tǒng)中使用蓄能器,液壓泵流量按系統(tǒng)在一個(gè)循環(huán)周期中的平均流量選取。即:Qp≥∑i=1zUi?KTi(m3/s)Qp≥∑i=1zUi-ΚΤi(m3/s)式中:Ui——液壓缸(馬達(dá))在工作周期中的總耗油量,m3;Ti——數(shù)控車床的工作周期,s;Z——執(zhí)行元件(液壓缸、馬達(dá))的個(gè)數(shù)。一般選用限壓式變量葉片泵,以實(shí)現(xiàn)節(jié)能、降低溫升。b)控制閥的選擇:選擇依據(jù)為額定壓力、最大流量、動作方式、安裝固定方式、壓力損失數(shù)值、工作性能參數(shù)和工作壽命等。根據(jù)數(shù)控車床上用控制閥其流量小,普遍選用具備國際標(biāo)準(zhǔn)連接尺寸的各類6通徑的疊加式壓力閥、流量閥和方向閥。c)管道的選擇:選擇管道主要根據(jù)壓力損失、發(fā)熱量和液壓沖擊,合理確定管道內(nèi)徑、壁厚和材料往往根據(jù)已定的元件的連接口來確定管道尺寸。一般選用外徑為6,8,10,12,14壁厚為1mm冷拔無縫鋼管及其相應(yīng)的液壓軟管。d)確定油箱容量:合理確定油箱容量是保證液壓系統(tǒng)正常工作的重要條件。數(shù)控車床油箱容量一般按經(jīng)驗(yàn)公式選定:V=α·Q式中:Q——液壓箱的總額定流量,l/min;α——經(jīng)驗(yàn)系數(shù),中壓系統(tǒng):α=5～7;并根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)確定液壓泵站油箱公稱容量。f)濾油器的選擇:根據(jù)其承受壓力能力、過濾精度、通流能力、阻力壓降、安裝方式確