组合机床液压系统压力干涉现象分析与设计.pdf

2008年4月第36卷第4期机床与液压MACHINETOOL&HYDRAULICSApr12008Vol136No14收稿日期:2007-05-16作者简介:朱育权(1962),男,陕西西安人,副教授,长期从事组合机床液压系统的设计及液压技术的教学与研究工作。电话E-mail:zhuyuquan196207171631com。组合机床液压系统压力干涉现象分析与设计朱育权,王丽君,田太明(西安工业大学机电工程学院,陕西西安710032)摘要:以双面卧式钻孔组合机床为例对多执行元件组合机床液压系统的压力干涉现象进行了分析,给出了解决压力干涉现象的具体措施。同时结合两个多执行元件液压系统实例说明了压力互不干涉系统的一般调试方法。关键词:组合机床；压力干涉；调试方法中图分类号:TH137文献标识码:B文章编号:1001-3881(2008)4-361-2AnalysisandDesignofPressureInterferenceofHydraulicSystemofModularMachineToolZHUYuquan,WANGLijun,TIANTaiming(SchoolofMechatronicEngineering,XipanTechnologyUnivesity,Xipan710032,China)Abstract:Theanalysistopressureinterferencewhichexistsinthehydraulicsystemofmulti-functionalelementmodularmachine-toolwascarriedoutbytakingthetwo-sidedhorizontal-typedrillingmodularmachine-toolasanexample,andtheconcretemethodofthesolutiontothepressureinterferencewasintroduced.Thegeneraladjustingmethodonno-pressure-interferencesystemwasinterpretedbythecaseofthetwohydraulicsystemofmultiplefunctionalexecutionelements.Keywords:Modularmachinetool；Pressureinterference；Debuggingmethod组合机床是以大量的通用部件为基础,配以少量的专用部件所组成的高效专用机床,广泛应用于汽车、摩托车、缝纫机、电机、柴油机等大批大量生产行业。其中工件的定位、夹紧、输送,工作台的移动、起降、回转等均大量采用了液压传动。这样,同一台机床上就会有多个液压执行元件工作,如果在系统设计中对压力干涉问题考虑不周或调整不当,就会直接影响到机床的正常工作及被加工零件的精度。这就要求设计者在系统设计前对可能产生的压力干涉现象进行充分的分析；在设计过程中设法解决压力干涉现象；通过系统的正确调整以达到预期的效果。1压力干涉现象分析以双面卧式钻孔组合机床为例,其基本动作循环为:人工上料定位缸插销夹进缸加紧左右滑台缸快进左右滑台缸工进左右滑台缸快退夹紧缸松开定位缸拔销左右滑台缸快退。可能存在的压力干涉现象包括以下3个方面:(1)滑台快进动作对夹紧压力的影响。若采用压力继电器发夹紧动作完成信号,滑台快进时系统压力降低会使信号消失；当两个滑台快进行程、速度不一致时,某个滑台已进入工进开始钻孔加工而另一个滑台还在快进,就会因为压力不足而产生工进停止或工件松动现象,使机床不能正常工作。(2)快进动作之间的相互影响。左右滑台快进时只有摩擦阻力,但每个滑台的摩擦阻力大小在行程各点上是不同的,这样就会出现两个滑台不能同时快进,甚至交替快进,导致冲击、振动及运动不协调现象的出现,影响机床的正常工作。(3)快退动作对工进动作的影响。当两个滑台的工进行程不同或工进速度不同,某一个滑台工进结束需要快退时,也会出现由于压力降低而使工进无法继续进行或工件松动的现象,进而影响工件的加工精度,甚至导致更为严重的后果。2压力互不干涉系统的设计解决多执行元件压力干涉现象最有效的方法是每一个执行元件用一个变量泵单独供油。但这样做显然是不现实、不经济的。组合机床液压系统中常采用单定量叶片泵+蓄能器或双联叶片泵供油,若系统设计的合理,同样能够解决上述的压力干涉现象。压力干涉的根本原因在于快速动作和工作进给、夹紧动作所需要的压力不同,解决的方法就是在系统设计时将高低压油路分开。下面就来分析一下定量叶片泵+蓄能器和双联叶片泵供油系统中解决压力干涉现象的具体方法。某双面卧式钻孔组合机床采用双联叶片泵供油时的液压系统如图1所示。图中控制元件采用叠加式液压阀,供油装置采用YB1-4/40型双联叶片泵。大泵压力由电磁溢流阀1调定(2MPa),小泵压力由溢流阀2调定(5MPa)。主油路上高低压分开,每个支路上通过节流阀3及单向节流阀4后合并。快速动作时负载压力小于电磁溢流阀1调定压力(此时其遥控口上两位两通电磁换向阀的电磁铁1DT通电),大小泵同时供油。且两个液压滑台的快进、快退速度可通过支路上的单向节流阀4分别调整,以避免快速动作之间的相互影响。当任一滑台由快进转入工进时,压力升高(高于2MPa),单向节流阀4的单向阀自动关闭,将该支路上的低压油路隔开,以避免快速动作对工作进给的影响。夹紧缸在接触到工件之前,负载较小同样是双泵供油,接触到工件后,压力升高并使单向节流阀4的单向阀自动关闭,从而避免快速动作对夹紧力的影响。没有快速动作时1DT断电,大泵卸荷以减少系统发热。图1双联叶片泵供油时的液压系统图某双面卧式钻孔组合机床采用采用单定量叶片泵加蓄能器供油时的液压系统如图2所示。图2单定量叶片泵加蓄能器供油时的液压系统图图中采用板式阀集成块式安装。系统中虽然采用单泵供油,但通过顺序阀1和溢流阀2的合理组合同样形成了高低压分开的两条主油路。高压油路(与泵相连)压力由顺序阀1开启压力确定(5MPa),低压油路(与蓄能器相连)压力(蓄能器充油压力)由溢流阀2调定(3MPa左右)。快速动作时,泵和蓄能器同时供油,工进时由泵单独供油,且高低压油路通过各支路上的单向节流阀3自动隔开,多余的压力油打开顺序阀1向蓄能器供油,为后续的快速动作做准备,同时也避免了压力干涉现象的发生(原理与图1相同)。3压力互不干涉系统的调整合理地设计液压系统,只是从原理上解决了压力干涉现象,如使用过程中调整不当同样会发生压力干涉现象。下面以图1、2为例说明压力互不干涉系统的调整方法。采用双联叶片泵供油时的系统调整(图1)。电磁溢流阀1和溢流阀2的调定压力分别由快速动作及工进负载确定。启动油泵,在执行元件没有动作时调整溢流阀2的开启压力,在执行元件没有动作且1DT(下转第365页)263机床与液压第36卷图3等离子割炬电缆与横向脉冲电缆起弧电缆放在同一线槽内,等离子起弧时严重干扰数控系统反馈控制线。造成编码器脉冲信号紊乱,输入电流不稳,是经常造成编码器损坏的一个主要原因。如图3所示。(5)由于控制系统开关电源柜过于狭小,并无通风设置,导致散热情况不良,开关电源发热后造成+5VDC电源电压偏低,产生轴控制卡不工作。(6)经常出现系统参数丢失,主要是计算机关机是硬关机操作方式,而不是软关机形式,这样才经常造成系统参数丢失现象。经过排查分析,确立了造成故障的主要因素所在,依靠维修维护只能应急生产需求,不能从根本上解决问题,阻止同样的故障再次发生。为彻底解决这些问题,提高该机稳定性和可靠性,必须进行设备改造。5设备改造技术方案(1)更换新数控系统。选用有软关机功能,计算机自带强制风冷循环。将数控系统安装在机床上,可以缩短控制电缆长度,减少等离子的干扰。(2)更换抗干扰性能强的伺服驱动器和伺服驱动电机。(3)加装伺服驱动控制柜,将所有的控制元件和电路元件和电路板安装在柜内,将捆扎一起的强电和弱电电源线分开布线。(4)更换纵横向齿轮箱。(5)增加一套拖线链,将割炬电缆和数控电缆分开,各自单独走线,减小割炬电缆对数控电缆的干扰。(6)保留等离子电源装置和割炬电缆升降控制。增加等离子切割头防碰撞装置。经过这样改造,机床使用一年多,运行状态良好,类似故障再没有产生过,提高了机床稳定性和可靠性。可以说,进口数控设备大多是当今最前沿科技应用的产物,由于厂家仓促上马,没有足够时效考验,难免存在设计、制造不完善之处。一些数控技术和产品的研究、开发部门,所追求的往往是一些体现技术水平的指标(如多少通道、多少轴联动、每分钟多少米的进给速度等等),而对影响实用性的一些指标和一些小问题却不太重视,在产品的稳定性、可靠性、实用性方面花的精力相对较少。因而在选购数控机床时,不但要满足工艺性能,更重要的是机床可靠性、稳定性要高。这样才能更好地保证生产有序进行,保证设备寿命周期内地寿命周期费用更合理。(上接第362页)通电情况下调整电磁溢流阀1开启压力。要避免压力干涉现象,就必须使主油路上的压力在工作过程中始终维持恒定的压力。这就要求我们对各支路上节流阀3及单向节流阀4的开口度作合理的调整,使同时动作的执行元件最多时主油路上的压力保持不变(观察压力表读数变化)。对图1系统,在1DT断电、行程调速阀未压下、左右滑台前进的状态下分别调整其支路上节流阀3的开口度,使左右滑台的进给速度基本相同(此时速度会很慢)并维持高压主油路压力为溢流阀2调定值；在1DT通电、左右滑台同时快进(行程调速阀未压下)时,分别调整其支路上单向节流阀4的开口度,保证其快进速度基本相同的同时使低压主油路压力维持电磁溢流阀1调定值。采用单定量叶片泵加蓄能器供油时的系统调整(图2)。在油泵启动、顺序阀1开启压力调至最低、所有执行元件停止工作的状态下,调节溢流阀2开启压力至所要求值(应保证蓄能器在快进全过程的供油压力不低于所需压力通过计算获得。注意此过程中蓄能器要充油,所以压力变化较为缓慢)。之后调节顺序阀1的开启压力至工进所需压力值。各支路上节流阀、单向节流阀开口度的调节方法与图1系统的调试相同,但须注意要在蓄能器完成充油的情况下调整。4结束语压力干涉现象会导致多执行元件组合机床不能正常工作,在设计多执行元件组合机床液压系统时,首先要对可能产生的压力干涉