数控机床液压系统分析及应用毕业论文.doc

毕 业 论 文 数控机床液压系统分析及应用系 别 机电工程系专 业 数控技术班 级 数控08A1学 号 080333027学生姓名 王晓星指导教师 吴新佳摘要 在现代的工业生产过程中，数控车床得到了大量的运用，而我国也在这个领域得到了长足的发展。 数控车床主要包括电气系统、液压系统以及机械部分。 液压技术是现代机械工程的基本技术构成和现代控制工程的基本技术要素，应用液压技术的程度已成为衡量一个国家工业化水平的重要标志之一，所以正确合理地使用液压系统，对于提高各类液压机械及装备的工作品质和技术、经济性能具有重要意义。因此机电液一体化是数控机床发展的必然趋势。液压系统的应用，为了更好的应用液压系统，应对其分析了解。而本课题则是主要介绍了典型的液压系统以及对其运行传动方式过程的分析。关键词：数控机床；液压系统；分析；目 录第1章概述.31.1 液压系统的发展现状.31.2 液压产品的发展趋势.4第2章液压传动系统的组成及工作原理.5 2.1液压系统的工作原理.5 2.2液压传动系统的组成.5 第3章数控机床的液压基本回路.6 3.1压力控制回路.63.2速度控制回路.6第4章典型数控机床的液压系统.104.1动力滑台液压系统.10 4.2动力滑台液压系统的工作原理.11第5章数控机床的液压伺服系统.135.1液压伺服系统的工作原理.13 5.2 液压伺服系统的组成.13 5.3液压伺服系统的类型.14 5.4液压伺服系统的基本特点.14第6章数控机床液压系统的正确使用和维护.15第7章. 总结.16参考资料.17第1章 概述1.1液压系统的发展现状：液压传动相对于机械传动来说，是一门新兴的技术。液压技术具有独特的优点，如:功率重量比大；可以实现大范围的无级变速；体积小；频响高；压力、流量可控性好；可柔性传送动力；易实现直线运动等优点；并易与微电子、电气技术相结合，形成自动控制系统4。基于以上一系列优点，液压技术已经广泛应用于机床、工程机械、农业机械和其它国民经济方面。以数控机床为代表的数控设备的生产与应用水平反映了一个国家的机械与电子工业水平6。它的推广应用对提高劳动生产率和产品质量，改变我国制造技术落后的状况起着极为重要的作用。液压技术是实现数字控制与机电液一体的关键技术之一，世界各国对液压工业的发展都给予很大重视。据统计，世界各主要国家液压工业销售额占机械工业产值的2%-3.5%，而我国只占1%左右，这充分说明我国液压技术使用率较低，努力扩大其应用领域，将有广阔的发展前景。通过表0-1可以粗略知道国内外液压技术的发展方向。表0-1 国内外液压发展方向国 外国 内高集成化、高功率、高密度高性能、高质量、高可靠性、系统成套机电一体化集成元件和系统低能耗、低噪声、低振动、智能化自动控制元件和系统集成化、轻小型微型、多样化水基介质传动与控制技术机电一体化1.2液压产品的发展趋势 （1）减少损耗，充分利用能量 液压技术在将机械能转换成压力能及反转换过程中，总存在能量损耗。为减少能量的损失，必须解决下面几个问题：减少元件和系统的内部压力损失，以减少功率损失；减少或消除系统的节流损失，尽量减少非安全需要的溢流量；采用静压技术和新型密封材料，减少摩擦损失；改善液压系统性能，采用负荷传感系统、二次调节系统和蓄能器回路。（2）泄漏控制 泄漏控制包括：防止液体泄漏到外部造成环境污染和外部环境对系统的侵害两个方面。今后，将发展无泄漏元件和系统，如发展集成化和复合化的元件和系统，实现无管连接，研制新型密封和无泄漏管接头，电机油泵组合装置等。无泄漏将是世界液压界今后努力的重要方向之一。 （3）污染控制 过去，液压行业主要致力于控制固体颗粒的污染，而对水、空气等的污染控制往往不够重视，今后应重视并解决。严格控制产品生产过程中的污染，发展封闭式系统，防止外部污染物侵入系统；应改进元件和系统设计，使之具有更大的耐污染能力。同时开发耐污染能力强的高效滤材和过滤器。研究对污染的在线测量；开发油水分离净化装置和分离元件，以及开发能清除油中的气体、水分、化学物质和微生物的过滤元件及检测装置。 （4）主动维护 开展液压系统的故障预测，实现主动维护技术。必须使液压系统故障诊断现代化，加强专家系统的开发研究，建立完整的、具有学习功能的专家知识库，并利用计算机和知识库中的知识，推算出引起故障的原因，提出维修方案和预防措施。 （5）机电液一体化 机电液一体化可实现液压系统柔性化、智能化，充分发挥液压传动动力大、惯性小、响应快等优点，其主要发展方向如下：液压系统将有过去的电液系统和开环比例控制系统转向闭环比例伺服系统，同时对压力、流量、位置、温度、速度等传感器实现标准化；提高液压元件性能，在性能、可靠性、智能化等方面更适应机电液一体化需求，发展与计算机直接接口的高频，低功耗的电磁电控元件；液压系统的流量、压力、温度、油污染度等数值将实现自动测量和诊断；电子直接控制元件将得到广泛采用，如电控液压泵，可实现液压泵的各种调节方式，实现软启动、合理分配功率、自动保护等；借助现场总线，实现高水平信息系统，简化液压系统的调节、争端和维护。 第2章 液压传动系统的工作原理及其系统组成2.1液压系统的工作原理 液压传动是以有压流体为传动介质来实现能量传递和控制的一种传动形式。液压传动是将多种元件组成不同功能的基本回路，再有若干个基本回路有机组合能完成一定控制功能要求的液压传动系统来进行能量的传递、转换和控制，以满足机电设备对各种运动和动力的需求。 液压传动具有以下几点：（1）以液体为传动介质来传递运动和动力。（2）液压传动必须在密闭的容器内进行。（3）依靠密闭容器的容积变化传递运动。（4）依靠夜体的静压力传递动力。2.2液压传动系统的组成液压系统主要由：动力元件（油泵）、执行元件（油缸或液压马达）、控制元件（各种阀）、辅助元件和工作介质等五部分组成。 1). 动力元件（油泵） 它的作用是把液体利用原动机的机械能转换成液压力能；是液压传动中的动力部分。 2).执行元件（油缸、液压马达） 它是将液体的液压能转换成机械能。其中，油缸做直线运动，马达做旋转运动。 3).控制元件 包括压力阀、流量阀和方向阀等。它们的作用是根据需要无级调节液动机的速度，并对液压系统中工作液体的压力、流量和流向进行调节控制。 4). 辅助元件 除上述三部分以外的其它元件，包括压力表、滤油器、蓄能装置、冷却器、管件及油箱等，它们同样十分重要。 5). 工作介质 工作介质是指各类液压传动中的液压油或乳化液，它经过油泵和液动机实现能量转换。 第3章 数控机床的液压基本回路所谓液压基本回路就是由有关的液压元件组成用来完成某种特定功能的典型回路。一些液压设备的液压系统虽然很复杂，但它通常都由一些基本回路组成，所以掌握一些基本回路的组成、原理和特点将有助于认识分析一个完成的液压系统。3.1压力控制回路压力控制回路是利用压力控制阀来控制系统整体或某一部分的压力，以满足液压执行元件对力或转矩要求的回路，这类回路包括调压、减压、增压、保压、卸荷和平衡等多种回路。如1单级调压回路 如图所示，在液压泵出口处设置并联溢流阀2即可组成单级调压回路，从而控制了液压系统的工作压力。3.2 速度控制回路速度控制回路是调节和变换执行元件运动速度的回路。它包括调速回路、快速运动回路和速度换接回路。3.3.1调速回路在不考虑油液压缩性和泄露的情况下，液压缸的运动速度v由进入（或流出）液压缸的流量q和缸的有效作用面积A决定，即v=q/A；液压马达的转速n由输入液压马达的流量q和马达的单转排量V决定，即n=q/V。要想调节v或n，可用改变输入液压缸或马达的流量q，或改变马达的排量V的方法来实现。因此，调速回路主要有以下三种方式：（1） 节流调速回路：用定量泵供油，采用流量控制阀调节执行元件的流量，以实现速度调节。（2） 容积调节回路：改变变量泵的供油流量和改变变量马达的排量，以实现速度调节。（3） 容积节流调速回路：采用变量泵和流量控制阀相配合的调速方法，又称联合调速。3.3.2快速运动回路快速运动回路又称增速回路,其功用在于使液压执行元件在空载时获得所需的高速,以提高系统的工作效率或充分利用功率。实现快速运动的方法不同有多种方案,下面介绍一种常用的快速运动回路。差动回路：图512所示。其特点为当液压缸前进时，活塞从液压缸右侧排出的油再从左侧进入液压缸，增加进油处的一些油量，即和泵同时供应液压缸进口处的液压油，可使液压缸快速前进，但使液压缸推力变小。在液压系统中,如果由一个油源给多个液压缸输送压力油,这些液压缸会因压力和流量的彼此影响而在动作上相互牵制,必须使用一些特殊的回路才能实现预定的动作要求。同步回路在液压装置中常需使两个以上的液压缸作用步运动，理论上依靠流量控制即可达到，但若要作到精密的同步，则可采用比例式阀门或伺服阀配合电子感测元件、计算机来达成。 第4章 典型数控机床液压系统4.1 动力滑台液压系统4.1.1 液压动力滑台液压动力滑台是组合机床上用以实现进给运动的一种通用部件，其运动是靠液压缸驱动的。滑台与其他一些通用部件可组成各种不同机床，并能按多种进给方式实现半自动工作循环。液压动力滑台虽有不同的规格，但其液压系统的组成与工作原理却基本相同,如图所示： 1-过滤器 2-变量泵 3，7，13-单向阀 4-电液换向阀 5-背压阀 6-液控顺序阀 8，9-调速阀 10-电磁换向阀 11-行程阀 12-压力继电器图3动力滑台液压系统原理图4.2.2动力滑台液压系统的工作原理1).快进按下启动按钮，电磁铁1YA通电，电磁换向阀B左位接入系统，液动换向阀A在控制压力油作用下也将左位接入系统工作，其油路为：控制油路进油路：过滤器1泵2阀B（左）I1阀A左端出油路：阀A右端L2阀B（左）油箱。于是液动换向阀A的阀芯右移，使其左位接入系统（换向时间由L2调节）。 主油路进油路：过滤器1泵2单向阀3阀A（左）行程阀11缸左端 出油路：缸右腔阀A（左）单向阀7行程阀11缸左端此时由于负载较少，液压系统的工作压力较少，所以液控顺序阀7关闭，液压缸左右腔形成差动连接，泵在低压下输出最大流量，滑台快进。2).第一次工作进给当滑台块进终了时，滑台上的挡块压下行程阀11，切断了快进油路。电液换向阀4的工作状态不变，控制油路因此没有变化。而主油路中，压力油只能通过调速阀8和电磁换向阀10（右位）进入液压缸左端。由于油液流经调速阀而使液压系统压力升高，液控顺序阀开启，单向阀7关闭，液压缸右侧的油液经液控顺序阀6和背压阀5流回油箱。同时，泵2的流量也自动减少。滑台实现有调速阀8调速的第一次工作进给。主油路进油路：过滤器1泵2阀3阀A（左）阀8阀10（右）缸左侧 回油路：缸右腔阀A（左）阀6背压阀5油箱。3).第二次工作进给第二次工作进给的控制油路和第一次工作进给是时的相同，其主油路的回油路也与第一次工作进给时的相同，不同之处是主油路的进油路。当第一次工作进给终了，挡块压下形程开关，使电磁铁3YA通电，阀10左位接入系统使其油路关闭，压力有需要通过调速阀8，9进入液压缸左腔。由于调速阀9的通流截面积比调速阀8的通流截面积小，所以进给速度进一步降低，因而滑台实现由阀9调速的第二次工作进给。其猪油陆的进油路与第一次进给的不同也不仅仅是由阀9代替阀10.4).死挡铁停留 当滑台第二次工作进给完毕，碰上死挡铁后停止前进，停留在死挡铁处。这时液压缸左腔油液的压力升高，当达到压力继电器12的开启压力时，压力继电器动作，发出信号给时间继电器，由时间继电器控制停留时间。系统内的油液基本停止流动。设置死挡铁可提高滑台工作进给终点的位置精度。5).快退滑台停留时间结束时，时间继电器发出信号发出信号，使电磁铁2YA通电，1YA，3YA断电。这时地磁换向阀B的右位接通，控制油液使液动换向阀A接入系统工作。滑台返回时负载小，系统压力低，泵2的流量自动开到最大，所以动力滑台快速退回。控制油路进油路：过滤器1泵2阀B（右）I2阀A右端 回油路：阀A左端L1阀B（油）油箱。液动换向阀A有控制油路使其换为右位（换向时间由L1调节）主油路进油路：过滤器1泵2阀B（右）I2阀A右端 回油路：缸左腔 阀13阀A（右）油箱。第5章 数控机床的液压伺服系统液压伺服系统（又称随动系统或跟踪系统）是自动控制系统的一种重要类型。它是以液压动力元件作驱动装置所组成的反馈控制系统。在这种系统中，输出量能以一定的精度自动、快速而准确地按照输入信号的变化规律运动。系统的输出量可以是机械位移、速度、加速度或力。该系统除具有液压传动的所有优点外，还具有响应速度快、抗负荷刚性大、控制精度高等显著特点，所以在机床中广泛应用。例如，驱动机床工作台可以实现机床部件的精确调制，实现变量泵的流量调节等。 5.1液压伺服系统的工作原理液压伺服控制系统基本原理就是液压流体动力的反馈控制，即利用反馈连接得到偏差信号，再利用偏差信号去控制液压能源输入到系统的能量，使系统想着减小偏差的方向变化，从而使系统的实际输出与希望值相符。 5.2液压伺服系统的组成 液压伺服系统尽管结构各异，功能也不相同，但都由功能相同的基本单元组成。 （1） 指令元件（2） 比较元件（3） 放大转换元件（4） 液压执行元件（5） 检测反馈元件（6） 控制对象以上几种分类方法是从液压伺服系统的不同角度考虑的，它们实际上可能指的是同一个系统，应将它们有机地联系起来。例如，有一个具体的液压伺服系统，它控制的物理量是被控对象的位置，传递信号的元件是电气元件，执行元件的速度和力是由液压伺服阀来控制，则该系统可称为阀控式电液伺服位置控制系统。5.3液压伺服系统的类型（1） 按输入信号变化规律分类：有定值控制系统、程序控制系统和伺服控制系统。（2） 按偏差信号的产生和传递方式不同分类：有机液伺服系统、电液伺服系统和气液伺服系统等。（3） 按输出物理量分类：有位置伺服系统、速度伺服系统和力（或压力）伺 服系统等。（4） 按系统输出信号是否反馈分类：有闭环控制系统和开环控制系统。（5） 按控制元件不同分类：可分为滑阀式、射流管式、喷嘴挡板式和转阀式5.4液压伺服系统的基本特点 液压伺服系统与普通液压传动系统相比，具有以下特点：（1） 它是一个自动跟踪系统：输出量能够自动地跟随输入量变化规律而变化：（2） 它是一个误差控制系统：系统的输出信号和输入信号之间存在偏差是液压伺服系统工作的必要条件，也可以说液压伺服系统是靠偏差信号进行工作的。执行元件的运动状态只取决于输入信号与反馈信号的偏差大小，与其他量无关。当偏差信号为零时，执行元件不动；当偏差信号为正（负）时，执行元件正（反）向运动；当偏差信号绝对值增大（减小）时，执行元件输出的力和速度增大（减小）。（3） 它是一个负反馈闭环系统：被控制对象（或执行元件）产生的运动量（输出量）必须经检测反馈元件回输到比较元件，力图抵消使被控制对象（或执行元件）产生运动的输入信号，即力图使偏差信号减小到零，从而形成一个负反馈闭环系统。（4） 它是一个信号放大系统：系统输出信号功率是的数倍甚至数千倍。伺服控制的物理本质是利用偏差信号去控制液压能源输入到系统的能量，所以液压伺服装置一般也成为液压伺服放大器。（5） 与普通的液压传动系统相比，尽管同样有液压泵（能源）、液压马达或液压缸（执行元件）和控制元件，但控制调节的精度要求更高。如液压源提供的液压力和流量应更稳定，进入执行元件的流量特性的线性度要更好。第6章 数控机床液压系统的正确使用和维护液压系统由于其结构紧凑，工作平稳、操作简便和省力等优点，被广泛应用于建筑机械上。但如果使用维护不当，则会大大提高故障发生率，严重影响机械的可靠性和使用寿命。因此，为了更好的应用液压系统有必要谈谈正确使用和维护液压系统的方法。（1）正确选择使用液压油、确保液压油和液压系统的清洁因为液压系统所用的各种泵、阀类元件，相对运动件之间都有光洁度很高的配合面和精密度很高的配合间隙，有些元件还设有阻尼孔、缝隙式控制阀口，如果油液中混人杂质，将会堵塞这些缝隙、小孔，阻碍油液的运动，破坏液压件的正常工作。因此应正确选择液压油。（2） 防止油温过高 液压系统的温度，根据实验，一般在35t60范围内最为合适，最高应不超过80。在正常的油温下，液压油各种性能良好。油温过高会使液压系统产生很多不良影响，如粘度下降，润滑油膜变薄并易被损坏，润滑性能变差，容积效率低，机械磨损加剧，橡胶密封圈加速老化，密封性能随之降低等。因此在使用中，应控制系统油温保持在正常范围。（3） 防止液压系统进入空气 液压系统进人空气后，会使液压油发生“乳化”现象，破坏油液的性能。进人油液中的空气体积随系统压力、温度的变化而变化，阻碍液流的运动，因此使液压执行元件在作业中出现忽停忽动、速度缓慢、力量不足等现象，通常我们把这种现象称之为“工作爬行”。因此，必须严防空气进人液压系统。(4) 正确执行操作规程、防止操作粗暴和随意操作作业 在进行操作时，动作一定要平稳准确，收放操纵杆及时，避免过猛过快，以免突然打开或关闭液压缸和液压马达等执行机构进、出油口时，