X3016圆台铣床夹具液压系统改造.pdf

!#$%圆 台 铣 床 夹 具 液 压 系 统 改 造吕 云 嵩南 京 工 程 学 院 机 械 系 ， 江 苏 南 京 &$#$摘 要 ： 通 过 实 例 ， 简 要 分 析 了 液 压 干 涉 现 象 对 薄 壁 件 加 工 质 量 的 影 响 。 整 改 措 施 涉 及 液 压 系 统 工 作 可 靠 性 、 压 力 稳 定 性 以及 液 压 节 能 技 术 等 。关 键 词 ： 液 压 干 涉 ； 稳 压 ； 节 能 ； 夹 具 ； 薄 壁 件 ； 机 加 工 质 量中 图 分 类 号 ： ()*： +$, 文 献 标 识 码 ： - 文 章 编 号 ： $#$ . &%)（ &#） # . #, . #&!#$%&()#*$% $+ , ,)-(./0*# &)&1 $+ , +*2/(& +$( . 3#$% 1*00(/0 123453645&(.#： 785267 9 :89; =34 9 =3? =9B=; 4 =3=A 5F =3=36； F=J28?$K 压 板 &K 工 件 K 配 流 块 *K 铣 刀 )K 转 阀 %K 精 铣 刀 ,K 粗 铣 刀 件 作 台 $#K 转 阀图 $ 加 工 示 意 图液 压 干 涉 是 多 缸 液 压 系 统 中 比 较 常 见 的 故 障 。 虽 然 其 作用 机 理 并 不 复 杂 ， 但 却 较 为 隐 蔽 ， 因 而 ， 容 易 被 人 们 忽 视 。 对 不同 的 设 备 和 系 统 ， 液 压 干 涉 的 外 在 表 现 是 不 一 样 的 。 !#$% 铣床 ， 其 夹 具 液 压 系 统 共 有 *L 只 油 缸 且 为 薄 壁 件 加 工 ， 因 而 具 有代 表 性 。 该 系 统 经 过 改 造 ， 不 仅 彻 底 消 除 了 液 压 干 涉 ， 系 统 的稳 定 性 、 可 靠 性 及 节 能 性 也 得 到 了 提 高 。 此 外 ， 系 统 中 阻 . 容环 节 的 应 用 也 颇 具 特 色 。$ 故 障 现 象 及 原 因 分 析某 厂 $ 台 !#$% 双 轴 立 式 通 用 圆 台 铣 床 ， 用 于 发 动 机 附 件箱 前 、 后 盖 结 合 面 的 粗 、 精 铣 加 工 。 工 件 为 铸 铝 件 ， 加 工 表 面 长$)宽 $,)最 小 壁 厚 )精 铣 要 求 平 面 度 误 差N #H#) 头 压 板 施 压 （ 如 图 $） 。由 于 铝 合 金 薄 壁 件 刚 性 差 易 变 形 ， 因 此 ， 该 机 交 付 后 加 工质 量 一 直 不 稳 定 ， 平 面 度 最 大 误 差 O #H&#粗 糙 度 值 不 仅 离散 且 经 常 有 “ 带 刀 痕 ” 和 “ 啃 齿 ” 现 象 ， 工 件 大 量 报 废 。 为 此 ， 夹具 制 造 厂 前 后 花 费 了 两 年 多 时 间 进 行 整 改 ， 但 由 于 故 障 隐 蔽 ，整 改 工 作 未 能 取 得 实 质 性 进 展 。如 图 $， 回 转 工 作 台 上 设 有 % 副 夹 具 。 加 工 时 ， 夹 具 和 工 件随 工 作 台 旋 转 ， 顺 次 通 过 粗 、 精 铣 刀 。 工 作 台 中 央 设 有 回 转 换向 阀 ， 阀 上 有 六 对 进 、 回 油 口 分 别 给 % 副 夹 具 的 油 缸 供 油 。 当 工作 台 带 着 夹 具 转 到 放 松 区 时 ， 相 应 夹 紧 缸 的 下 腔 通 压 力 油 ， 压板 抬 起 ； 反 之 ， 转 到 夹 紧 区 时 ， 夹 紧 缸 的 上 腔 接 通 压 力 油 ， 压 板落 下 并 夹 紧 工 件 。 各 夹 紧 缸 的 夹 紧 力 为 ：! P! （ &. #&） $. &$& %* （ $）! 夹 紧 力 、 # 活 塞 、 活 塞 杆 直 径$ 油 缸 进 油 压 力 $& 油 缸 回 油 背 压若 忽 略 转 阀 封 油 区 宽 度 的 影 响 ， 工 件 的 放 松 和 夹 紧 区 间 角应 各 占 $L#&。 每 只 夹 具 上 共 有 L 只 油 缸 ， 当 夹 具 在 放 松 Q 夹 紧区 间 切 换 时 ， L 只 油 缸 因 摩 擦 阻 力 不 同 而 依 次 动 作 。 设 L 只 油 缸完 成 动 作 所 需 总 时 间 为， 工 作 台 角 速 度 为!， 则P!就 是 每 只 夹 具 的 换 向 区 间 角 。 实 测 放 松 时$&， 夹 紧 时&$%&， 如 图 $。 在 油 缸 运 动 过 程 中 ， 系 统 工 作 压 力 ：$ P !(% ) R$(R$*（ &）!( 油 缸 摩 擦 阻 力 ) 油 缸 工 作 面 积$(R$* 管 路 流 体 阻 力 损 失因 !(和$(R$*的 值 都 很 小 ， 故 $ 值 也 很 小 ， 实 测 只 有 #+&Q #+,正 常 值 ） 。 又 因 式 （ $） 中 的 $， 故 在 油 缸运 动 期 间 ， 工 件 的 夹 紧 力 将 大 幅 度 减 小 。 如 图 $， 在 加 工 过 程 中 ，总 有 夹 具 通 过 换 向 区 ， 因 此 ， 夹 紧 力 必 然 减 小 并 导 致 工 件 变 形 ， 平面 度 超 差 。 沿 进 给 方 向 ， 铣 刀 盘 前 、 后 刀 片 的 高 度 差 约 为 #+&#加 工 期 间 ， 当 夹 紧 力 减 小 时 ， 由 前 刀 片 精 铣 过 的 表 面 会 因变 形 而 抬 高 ， 从 而 ， 被 后 刀 片 反 向 刮 削 ， 形 成 所 谓 “ 带 刀 痕 ” 。 夹 紧力 减 小 还 会 使 工 件 松 动 ， 产 生 “ 肯 齿 ” 和 刀 刃 破 损 现 象 。& 液 压 系 统 改 造由 上 述 可 知 ， 夹 紧 力 只 要 在 加 工 期 间 保 持 稳 定 ， 即 可 保 证产 品 质 量 。 如 图 $， 实 际 加 工 区 间 角 等 于 两 铣 刀 盘 切 削 刃 所 夹万方数据圆 心 角 加 上 相 邻 两 工 件 所 对 圆 心 角 ， 约 为 !#!。 如 图 $， 新 系 统将 转 阀 夹 紧 缸 上 腔 配 流 面 由 原 来 的 放 松 % 夹 紧 两 通 改 为 放松 % 换 向 % 夹 紧 三 通 。 位 于 换 向 区 和 夹 紧 区 内 的 夹 具 ， 分 别由 两 条 相 对 独 立 的 油 路 ! 和 $ 供 油 。 其 中 ， 油 路 ! 用 于 油缸 的 放 松 和 夹 紧 动 作 ， $ 则 专 门 用 于 保 持 油 缸 的 夹 紧 力 。 因图 $ 改 造 后 的 液 压 和 电 气 原 理 图&$由 蓄 能 器 保 压 ， 故 不 受 ! 波 动 的 干 扰 ， 从 而 保 证 了 加 工 质量 。系 统 工 作 原 理 如 图 ： 油 泵 启 动 ， 此 时 ， 压 力 继 电 器 &!( &$仍 处 于 闭 合 状 态 ， 继 电 器 )! 吸 合 ， 电 磁 溢 流 阀 *+ 通 电 ， 系 统 压力 上 升 。 当 !,-./&0 时 ， &! 开 路 ， )! 自 保 ， 系 统 继 续 升 压 。当 !-./&0 时 ， &$ 也 开 路 ， )!、 *+ 断 电 ， 油 泵 卸 荷 。 此 时 ，由 于 单 向 阀 和 蓄 能 器 的 升 压 作 用 ， $ 保 持 在 !0。 &! 则 通 过蓄 能 器 和 节 流 阀 3$ 保 持 在 !-,/&0， &$ 闭 合 。 这 里 ， 3$ 阻 值 的大 小 ， 应 根 据 ! 油 路 的 泄 漏 量 调 整 。 当 有 夹 具 进 入 换 向 区 时 ，油 缸 动 作 使 ! 下 降 ， 当 ! 4 ,-./&0 时 ， &! 闭 合 ， )! 和 *+ 通电 ， 溢 流 阀 关 闭 卸 荷 口 。 油 缸 动 作 全 部 结 束 后 ， ! 回 升 并 给 蓄能 器 补 液 ， 当 !-./&0 时 ， 油 泵 再 度 卸 荷 并 重 复 上 述 过 程 。& 的 作 用 是 确 保 $!-./&0。 如 调 整 刀 具 时 工 作 台 不转 ， 油 缸 无 动 作 ， 油 泵 便 一 直 处 于 卸 荷 状 态 ， 蓄 能 器 因 而 长 时 间得 不 到 补 给 ， $ 便 会 下 降 。 又 如 蓄 能 器 开 关 忘 记 打 开 或 管 路泄 漏 等 也 可 引 起 $ 下 降 。 无 论 是 何 种 原 因 ， 只 要 $#!-./&0， & 便 闭 合 ， *+ 通 电 中 止 卸 荷 使 !、 $ 回 升 。&# 用 于 安 全 保 护 。 无 论 发 生 什 么 情 况 ， 只 要 $ 4!-$/&0， &# 便 开 路 ， )$ 断 电 ， 工 作 台 驱 动 电 机 接 触 器 5 断 电 ，工 作 台 停 止 转 动 。 从 而 避 免 了 工 件 松 动 、 压 板 抬 起 打 刀 等 意 外事 故 。 压 系 统 调 试（ !） 压 力 振 荡 及 其 调 试当 溢 流 阀 卸 荷 口 突 然 闭 合 时 ， 系 统 将 产 生 压 力 冲 击 ， 其 峰值 足 以 使 &! 和 &$ 瞬 间 开 路 并 使 油 泵 卸 荷 。 油 泵 卸 荷 使 压力 回 落 ， &!、 &$ 重 新 闭 合 ， 卸 荷 口 因 此 关 闭 并 再 次 产 生 压 力 冲击 。 于 是 系 统 重 复 上 述 状 态 变 化 ， 形 成 强 烈 的 压 力 振 荡 。 此时 ， 只 要 适 当 增 加 3! 的 阻 值 就 可 衰 减 压 力 峰 值 ， 消 除 振 荡 。 但需 注 意 ， 阻 尼 也 不 宜 过 大 ， 否 则 会 增 加 能 耗 。（ $） 油 泵 卸 荷 频 率 的 调 试由 前 文 知 ， 每 只 夹 具 上 设 有 6 只 油 缸 。 当 夹 具 经 过 换 向 区时 ， 各 油 缸 的 动 作 都 会 引 起 压 力 波 动 ， 若 压 力 波 动 的 幅 度 达 到了 压 力 继 电 器 的 设 定 值 ， 便 可 使 溢 流 阀 卸 荷 口 切 换 。 频 繁 的 切换 不 仅 使 液 压 系 统 失 去 了 稳 定 性 ， 同 时 ， 也 影 响 电 器 元 件 的 寿命 和 可 靠 性 。 如 图 $， 阻 尼 孔 3 与 压 力 继 电 器 的 液 容 构 成 了 一个 阻 % 容 延 时 环 节 ， 增 加 3 的 阻 值 可 增 加 该 环 节 的 时 间 常 数 7，其 作 用 相 当 于 低 通 虑 波 器 。 只 要 # 调 整 恰 当 ， 就 可 以 阻 止 单 缸压 力 波 动 触 发 压 力 继 电 器 。 当 然 ， 若 # 值 过 大 ， 继 电 器 的 响 应 会变 慢 ， 工 作 时 间 将 延 长 。 恰 当 的 # 值 应 该 是 ： 当 每 只 夹 具 通 过 换向 区 时 ， 卸 荷 口 刚 好 切 换 一 次 。（ ） 工 作 压 力 $ 稳 定 性 调 试调 试 初 期 ， 每 当 溢 流 阀 泄 荷 口 关 闭 时 ， 压 力 $ 便 随 油 泵 的压 力 波 动 而 波 动 。 经 观 察 分 析 发 现 ， 压 力 波 动 是 由 于 单 向 阀 的关 闭 速 度 过 低 造 成 的 。 当 系 统 压 力 下 级 时 ， 阀 芯 若 来 不 及 关闭 ， $ 油 路 的 压 力 油 便 会 经 单 向 阀 倒 流 ， 使 $ 下 降 。 比 较 简单 的 解 决 办 法 是 ， 给 单 向 发 更 换 一 个 刚 度 $ 较 大 的 弹 簧 ， 以 提高 阀 芯 的 固 有 频 率 。 $ 值 和 预 压 缩 量 %。 可 根 据 对 压 力 波 动!的 要 求 ， 蓄 能 器 补 油 量!& 及 允 许 压 降 ! 等 进 行 估 算 ， 若 计算 结 果 不 能 完 全 满 足 要 求 ， 还 可 进 一 步 调 整 %。 采 用 上 述 方 法处 理 后 ， $ 在 压 力 表 上 无 抖 动 显 示 。# 结 束 语（ !） 经 上 述 改 造 后 ， 加 工 质 量 数 年 来 一 直 保 持 稳 定 。（ $） 新 的 液 压 和 电 气 回 路 均 由 笔 者 一 人 设 计 ， 故 可 使 二 者充 分 协 调 ， 结 构 简 单 实 用 并 减 少 了 故 障 环 节 ， 系 统 的 稳 定 性 和可 靠 性 大 大 提 高 。（ ） 液 压 系 统 中 阻 % 容 环 节 的 合 理 使 用 是 非 常 重 要 的 ， 它们 在 很 大 程 度 上 决 定 了 系 统 的 静 态 和 动 态 品 质 。（ #） 由 图 ! 可 知 ， 夹 具 各 油 缸 实 际 换 向 区 间 角$!8! 9 !$1!， 故 此 ， 系 统 中 采 用 了 电 磁 溢 流 阀 ， 使 油 泵 在 8,! % $1! : !区 间 角 内 泄 荷 。 因 此 ， 系 统 能 耗 仅 为 原 来 的 1.(