数控机床第3章教案

1、数控机床液压与气动系统数控机床作为实现柔性自动化最重要的装备， 近年来得到了高速发展和大量 应用。数控机床对控制的自动化程度要求很高， 液压与气压传动由于能方便地实 现电气控制与自动化，从而成为数控机床中广为采用的传动与控制方式之一。液压传动具有结构紧凑、输出力大、工作平稳可靠、易于控制和调节等优点; 但需要配置液压泵和油箱，接管不良易造成液压油外泄，除了会污染工作场所外， 还有引起火灾的危险。气压传动具有气源容易获得，不必单独配置动力源，结构 简单，工作介质不污染环境，工作速度快、动作频率高，过载时比较安全等优点; 但存在工作平稳性较差，压力低的缺点。第一讲液压动力元件课题：1液压系统组成及

2、各部分在系统中的作用2. 液压泵的分类方法、工作原理及主要性能参数3. 各类液压泵的结构课堂类型：讲授教学目的：1. 了解液压系统各组成部分在系统中的作用2. 熟悉液压泵主要性能参数的定义及计算3. 掌握液压泵图形符号及各类液压泵的结构教学重点：液压泵主要性能参数的定义及计算教学难点：液压泵主要性能参数的定义教 具：挂图、多媒体课件教学过程：一、引入新课题本次课所述的液压泵是数控机床液压系统中的必用元件。 要求掌握液压泵图形符号及各类液压泵的结构，本次课开始学习有关内容。二、教学内容一个完整的液压系统应由以下几部分组成：（1）动力元件。供液压系统压力油，把机械能转换成液压能的装置。常见 形式是

3、液压泵。（2）执行元件。把液压能转换成机械能的装置。其形式有做直线运动的液 压缸和做回转运动的液压马达。（3）控制元件。对系统中油液的压力、流量和流动方向进行控制或调节的 装置。如溢 流阀、节流阀、换向阀、开停阀等。（4）辅助元件。上述三部分之外的其他装置。如油箱、滤油器、油管、管 接头、加热器、冷却器等。它们是保证系统正常工作必不可少的部分。3.2.1液压动力元件液压系统以液压泵作为向系统提供一定流量和压力的动力元件，它将原动机输出的机械能转换成液体的压力能，是一种能量转换装置。1液压泵工作原理图3 -1为单柱塞液压泵的工作原理图及图形符号。图中柱塞2装在缸体3内，靠间隙密封，柱塞、缸体和单

4、向阀 5、6形成一个密封容积a,柱塞在弹簧 4的作用下始终压紧在偏心轮1上。当偏心轮旋转时，柱塞在偏心轮和弹簧的作 用下在缸体中做往复移动，使密封容积a的大小发生周期性的交替变化。当密封 容积a增大时，形成局部真空，油箱中的油液在大气压作用下顶开单向阀 6流入 泵体内，实现吸油，此时，单向阀 5封闭出油口，防止系统压力油回流；当密封 容积a减小时，已吸入的油液受到挤压，产生一定的压力，顶开单向阀5压入系统，而实现压油，此时，单向阀6封闭吸油口，避免油液流回油箱。偏心轮不断 地旋转，液压泵就不停地吸油和压油。 可见，液压泵是靠密封容积大小的变化来 实现吸油和压油的，故称为容积式液压泵。图3 -1

5、液压泵工作原理图及图形符号1偏心轮;2柱塞;3缸体;4弹簧;5、6单向阀通过以上分析可得出液压泵工作必备的三个条件 ：（1）具有若干个周期性变化的密封容积液压泵输出流量与密封容积变化量 及单位时间内的变化次数成正比，与其他因素无关。这是容积式液压泵的一个重 要特性。（2）具有相应的配流装置配流装置将吸、压油腔隔开，保证液压泵有规律 地、连续地吸、压液体。（3）油箱内液体的绝对压力必须恒等于或大于大气压力这是容积式液压泵 能够吸入油液的外部条件。因此，为保证液压泵正常吸油，油箱必须与大气相通 或采用密闭的充压油箱。2.液压泵分类液压泵按其单位时间内所能输出的油液体积是否可调节分为定量泵和变量 泵

6、;按结构形式分为齿轮式、叶片式、柱塞式和螺杆式等类型。3液压泵图形符号图3 -2所示为液压泵图形符号。(初单向址址議斥泵图3 -2液压泵图形符号4液压泵的主要性能参数(1) 压力 工作压力。指液压泵实际工作时的输出压力。工作压力取决于外载荷的大 小和排油管路上的压力损失，与液压泵的流量无关。 额定压力。指液压泵在正常工作条件下，按试验标准规定连续运转的最高 压力。 最高允许压力。指在超过额定压力的条件下，根据试验标准规定，允许液 压泵短暂运行的最高压力。(2) 排量和流量排量。指在不考虑泄漏情况下，液压泵每转一转所排出 的液体体积，用V表示，单位为 mL/r。流量。理论流量，指在不考虑泄漏情况

7、下，液压泵单位时间内所排出的液体体积， 用qt表示，单位为L/min。泵的理论流量等于泵的排量 V与其主轴转速n的乘 积，即卩qt=V n实际流量，指在考虑泄漏情况下，液压泵单位时间内所排出的液体体积，用q表示。(3) 液压泵功率液压泵输入的是转矩和转速，输出的是油液的压力和流量。输出功率P和输入功率Pi分别为P=pqPi= 3 Ti=2 n nTi式中：p是泵的工作压力；3是泵的输入角速度;n是泵的输入转速；Ti是泵的实际 输入转矩。若忽略泵在能量转换过程中的损失，则输出功率等于输入功率，也即泵的理 论功率Pt= pqt =2 n nTt式中:Tt是泵的理论输入转矩。(4) 液压泵效率实际上

8、液压泵在能量转换过程中是有损失的，其输出功率总是小于输入功 率。两者之间的差值为功率损失，它分为容积损失和机械损失两部分。 液压泵的 总效率n是容积效率n v与机械效率n m的乘积，即n = n v n m。5.齿轮泵齿轮泵是液压泵中结构最简单的一种， 且价格便宜，故在一般机械上被广泛 使用;齿轮泵是定量泵，可分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵两种。如图3 -3所示为外啮合齿轮泵外观图图3 -3外啮合齿轮泵外观图6.叶片泵叶片泵具有运转平稳、压力脉动小、噪音小、结构紧凑、尺寸小、流量大等 优点;其缺点是对油液污染敏感，与齿轮泵相比结构较复杂。它广泛应用于机械 制造中的专用机床及自动线等中、低压液压

9、系统中。该泵有两种结构形式：一种是单作用叶片泵，即转子每转一转，泵吸、压油各一次，单作用叶片泵大多是变 量泵;另一种是双作用叶片泵，即转子每转一转，泵吸、压油各两次，双作用叶 片泵大多是定量泵。（1）单作用叶片泵如图3 -4所示为单作用叶片泵外观及工作原理。它由转子 1、定子2、叶片 3和端盖等零件组成。定子具有圆柱形内表面，定子和转子间有偏心量e,叶片装在转子的叶片槽内，并可在槽内滑动，转子回转时，在离心力的作用下，叶片 紧靠在定子内壁，则在定子、转子、叶片和上、下配油盘间形成了若干个密封工 作容腔，当转子沿逆时针方向回转时，在图 3 -4（ b）的右部，叶片逐渐伸出， 两叶片间的工作容腔逐

10、渐增大，将油液从吸油口吸入。在图3 -4（ b）的左部，叶片被定子内壁逐渐压进槽内，工作容腔逐渐减小，将油液从压油口压出。吸油 腔和压油腔之间有一段封油区，把吸、压油腔隔开，转子不停地旋转，泵就不断 地吸油和压油。改变转子与定子的偏心量，即可改变泵的流量，因此单作用叶片 泵大多为变量泵。图3 -4单作用叶片泵1转子;2定子;3叶片（2）双作用叶片泵图3 -5为双作用叶片泵的工作原理图。双作用叶片泵的定子内表面近似椭 圆形，转子和定子同心安装，有两个吸油区和两个压油区并对称布置， 故转子每 转一转，泵吸、压油各两次。图3 -5双作用叶片泵工作原理图7.柱塞泵柱塞泵是通过柱塞在缸筒内往复运动使密封

11、容积大小变化来实现吸油和压 油的。由于构成密圭寸容积的零件为圆柱形的柱塞和缸孔，加工方便、配合精度高、 密封性能好，所以柱塞泵具有容积效率高、工作压力高、结构紧凑、且在结构上 易于实现流量调节等优点；其缺点是结构复杂、制造成本高、对油液污染敏感。 柱塞泵按柱塞的排列和运动方向不同，分为径向柱塞泵和轴向柱塞泵。径向柱塞 泵的柱塞径向放置，与缸体中心线垂直。轴向柱塞泵的柱塞轴向放置，与缸体中 心线平行。轴向柱塞泵可分为斜盘式和斜轴式两种。下面以斜盘式为例，分析轴 向柱塞泵的工作原理。如图3 -6所示为斜盘式轴向柱塞泵的工作原理。它由缸体 1、配油盘2、柱 塞3和斜盘4等主要零件组成。斜盘与缸体有一

12、倾角。配油盘和斜盘固定不转， 柱塞靠机械装置在低压油作用下压紧在斜盘上（图中为弹簧），当缸体由传动轴 带动转动时，由于斜盘的作用，迫使柱塞在缸体做往复运动，柱塞与缸体间的密 封容积便发生增大、减小的变化。密封容积增大时，通过配油盘的吸油窗口吸油; 密封容积减小时，通过配油盘的压油窗口压油。缸体每转一转，每个柱塞各完成 吸、压油一次，缸体连续旋转，柱塞则不断地吸油和压油。如改变斜盘倾角，就 能改变柱塞的行程，即改变泵的排量；如改变斜盘倾角的方向，就能改变吸油和 压油的方向，即成为双向变量泵。B-B图3 -6斜盘式轴向柱塞泵的工作原理图1缸体;2配油盘;3柱塞;4斜盘;5主轴;6弹簧第二讲液压执行

13、元件课 题：1.液压马达的特点和分类2.3.叶片式和轴向柱塞式液压马达的工作原理 液压缸的类型、特点及工作原理课堂类型：讲授教学目的：1. 了解液压马达、液压缸的类型系统各组成部分在系统中的作用2.掌握液压马达、液压缸的图形符号、特点及工作原理教学重点：各类液压马达、液压缸的特点及工作原理教学难点：各类液压马达、液压缸的特点教 具：挂图、多媒体课件教学过程： 一、引入新课题本次课所述的液压马达和液压缸是数控机床液压系统中的常用元件。要求掌握液压马达、液压缸的图形符号、特点及工作原理，本次课开始学习有关内容。教学内容3.2.2液压执行元件液压执行元件包括液压缸和液压马达。 它们都是将压力能转换为

14、机械能的能 量转换装置。液压马达输出旋转运动，液压缸输出直线运动（其中包括输出摆动 运动）。1. 液压马达（1）液压马达的特点和分类液压马达是使负载做连续旋转运动的执行元件，其内部构造与液压泵类似， 差别仅在于液压泵的旋转是由电动机带动的，输出的是液压油；而液压马达输入的是液压油，输出的是转矩和转速。从原理上讲，液压泵与液压马达可以互换， 但液压泵与液压马达的工作条件不同，对它们的性能要求也不一样，所以同类型 的液压泵和液压马达之间，仍存在一定的差别 ： 为了减小吸油阻力，减小径向力，一般液压泵的吸油口的尺寸比出油口的尺寸大。而液压马达低压腔的压力稍高于大气压力，所以没有上述要求； 液压马达一

15、般需要正、反转，所以在内部结构上应具有对称性， 而液压泵 一般是单方向旋转，没有这一要求； 液压泵在结构上要求有自吸能力； 要求液压马达的结构及润滑能保证在宽速度范围内正常工作； 液压马达应有较大的启动扭矩和较小的脉动。液压马达按其额定转速分为高速和低速两大类。额定转速高于500 r/min的属于高速液压马达，额定转速低于 500 r/min的属于低速液压马达。高速液压马 达的基本形式有齿轮式、螺杆式、叶片式和轴向柱塞式等。其主要特点是转速高、转动惯量小，便于启动和制动。通常高速液压马达输出转矩不大（几十N m到几百N m）,所以又称为高速小转矩液压马达。低速液压马达的基本形式是 径向柱塞式，

16、其主要特点是排量大、体积大、转速低（每分钟几转甚至零点几转）、 输出转矩大（几千N m到几万N m）,所以又称为低速大转矩液压马达。液压马达按其排量是否可调分为变量液压马达和定量液压马达；按其结构类 型可分为齿轮式、叶片式、柱塞式等形式。下面简单介绍叶片式和轴向柱塞式液压马达的工作原理。（2）叶片式液压马达如图3 -7所示为叶片式液压马达的工作原理。 当压力油进入压油腔后，在叶 片1、3 （或5、7） 上, 一面作用有压力油，另一面为低压油。由于叶片 3伸出 的面积大于叶片1伸出的面积，因此作用于叶片3上的总液压力大于叶片1上的 总液压力，于是压力差使叶片带动转子沿顺时针方向旋转。作用于其他叶

17、片（如 5、7）上的液压力，其作用原理同上。叶片 2、6两面同时受压力油作用，受力 平衡，对转子不产生作用转矩。叶片式液压马达的输出转矩与液压马达的排量和 液压马达进、出油口之间的压力差有关，其转速由输入液压马达的流量大小来决 定。叶片式液压马达的体积小，转动惯量小，因此动作灵敏，适用于换向频率较 高的场合。但其泄漏较严重，不能在很低的转速下工作。因此，一般用于转速高、 转矩小和动作灵敏的场合。图3 -7叶片式液压马达工作原理图（3）轴向柱塞式液压马达轴向柱塞式液压马达的结构形式与轴向柱塞泵基本上一样，故其种类与轴向柱塞泵相同，也分为直轴斜盘式和斜轴直盘式两类。 如图3 -8所示为直轴斜盘式

18、轴向柱塞液压马达的工作原理。当压力油进入液压马达的高压腔之后， 工作柱塞 便受到油压作用力pA （p为油压力，A为柱塞面积），通过滑靴压向斜盘，其反 作用力为N。N分解成两个分力，沿柱塞轴向分力 p，与柱塞所受液压力平衡； 另一分力F，与柱塞轴线垂直向下，它与缸体中心线的距离为r，此力便产生驱动马达旋转的力矩。力F使缸体产生的扭矩大小，由柱塞在压油区所处的位置而 定。设一柱塞与缸体的垂直中心线的角度为 ，则该柱塞使缸体产生的扭矩 T 随着角度而变化，柱塞产生的扭矩也跟着变化。液压马达所能产生的总扭矩， 是所有处于压力油区的柱塞产生的扭矩之和，因此，总扭矩也是脉动的，当柱塞的数目较多且为单数时，

19、脉动较小。当输入油液压力一定时，其输出扭矩仅和每 转排量有关。因此，提高液压马达的每转排量，可以增加液压马达的输出扭矩。图3 -8直轴斜盘式轴向柱塞液压马达的工作原理图一般来说，轴向柱塞式液压马达都是高速马达，输出扭矩小，因此，必须通过减速器来带动工作机构。如果能使轴向柱塞式液压马达的排量显著增大，就可以使轴向柱塞式液压马达成为低速大扭矩马达。2.液压缸（1）液压缸的类型和特点液压缸按结构可分为活塞式、柱塞式和摆动式液压缸三类。活塞式和柱塞式 液压缸实现直线运动，输出推力和速度；摆动式液压缸（或摆动式液压马达）实 现小于360的转动，输出扭矩和角速度。（2）活塞式液压缸活塞式液压缸按活塞杆伸出

20、形式，分为单活塞杆式和双活塞杆式两种结构， 其固定方式有缸体固定和活塞杆固定两种。 双活塞杆液压缸。如图3 -9所示为双活塞杆液压缸工作原理。其活塞两 侧均有伸出杆。当活塞杆直径相同时，两腔的有效工作面积相等。当向液压缸两 腔分别供油，且供油压力和流量相同时，活塞（或缸体）在两个方向的推力和运 动速度都相等，即具有等推力、等速度特性。因此这种液压缸常用于要求往复运 动速度和负载都相同的场合。如图3 -9（ a）所示为缸筒固定式双活塞杆液压缸。当活塞的有效行程为I时，整个工作台的运动范围为 3I，所以机床占地面积大，一般适用于小型机床。如图3 -9（ b）所示为活塞杆固定式双活塞杆液压缸，工作台

21、的移动范围只 等于液压缸有效行程I的两倍（2I），占地面积小，一般适用于工作台行程要求较 长的大型机床。扭）如简固定式（切活塞杆固定式图3 -9双活塞杆液压缸工作原理图 单活塞杆液压缸。如图3 -10所示为单活塞杆液压缸外观及工作原理。其 活塞的一侧有伸出杆。两腔的有效工作面积不相等，当向液压缸两腔分别供油， 且供油压力和流量相同时，活塞（或缸体）在两个方向的推力（ Fi、F2）和运动 速度（Vi、V2）不相等，即不具有等推力、等速度特性。(酣外观图(b)TfrE图3 -10单活塞杆液压缸外观及工作原理图(3) 柱塞式液压缸如图3 -11所示为柱塞式液压缸工作原理。柱塞式液压缸为单作用式，即只

22、 能实现一个方向的液压传动，反向运动要靠外力。若需要实现双向运动，则必须 成对使用，如图3 -12所示。这种液压缸中的柱塞和缸筒不接触，运动时由缸盖 上的导向套来导向，因此缸筒的内壁不需要精加工，特别适用于行程较长的场合。图3 -11柱塞式液压缸工作原理图图3 -12柱塞式液压缸成对使用工作原理图第三讲 方向控制阀课 题：1.方向控制阀的类型及在系统中的作用2. 普通单向阀、液控单向阀、换向阀的图形符号及工作原理课堂类型：讲授教学目的：1. 了解方向控制阀的类型及在系统中的作用2.掌握普通单向阀、液控单向阀、换向阀的图形符号及工作原理教学重点：普通单向阀、液控单向阀、换向阀的图形符号及工作原理

23、教学难点：换向阀的图形符号教 具：挂图、多媒体课件 教学过程:、引入新课题本次课所述的方向控制阀是数控机床液压系统中的必用元件。 要求掌握方向 控制阀的图形符号及工作原理，本次课开始学习有关内容、教学内容3.2.3液压控制元件液压控制元件即液压阀，按用途可分为方向控制阀、压力控制阀和流量控制 阀三大类。1方向控制阀方向控制阀通过控制阀口的通、 断来控制液体流动的方向。包括单向阀和换 向阀两类。(1)单向阀单向阀是控制油液单方向流动的控制阀。有普通单向阀和液控单向阀两种。普通单向阀普通单向阀的作用是控制油液只能沿一个方向流动，反向截止。图3 -13为普通单向阀外观图、工作原理图及图形符号。压力油

24、从阀体左端的通口Pi流入时，克服弹簧3作用在阀芯2上的力，使阀芯向右移动，打开阀口，并通过阀芯 2上的径向孔a轴向孔b从阀体右端的通口 P2流出。但是压力油从阀体右端的 通口 P2流入时，它和弹簧力一起使阀芯锥面压紧在阀座上，使阀口关闭，油液 无法通过。(a)外观图12 a b 3I切丄柞原煨图圧图聒帚号图3 -13普通单向阀1阀体;2阀芯;3弹簧；a径向孔；b轴向孔液控单向阀图3 -14为液控单向阀外观图、工作原理图及图形符号。当控制口 K无压力 油通入时，其工作机制和普通单向阀一样，压力油只能从入口P1流向出口 P2,不能反向倒流；当控制口 K有压力油通入时，因活塞1右侧a腔通泄油口，故活

25、 塞1右移，推动顶杆2顶开阀芯3,使通口 P1和P2接通，油液即可在两个方向 自由流通。闾外观图(N.柞原用图&图陋符号图3 -14液控单向阀1 活塞；2顶杆;3 阀芯(2)换向阀换向阀是利用阀芯相对于阀体位置的改变，来控制油路接通、关闭或变换油 流方向，从而使液压执行元件启动、停止或变换运动方向的。换向阀的接口及切换位置所谓接口，是指阀上各种接油管的进、出口。通常进油口标为P,回油口标为0或T,工作油口则以A、B表示。阀体内阀芯可移动的位置数称为切换位置数，将阀芯的位置称为“位” 原理说明如图3 -15所示。；将接口称为“通”。换向阀（三个工作位置）动作图3 -15换向阀动作原理说明 如图3

26、 -16所示为换向阀的“位”和“通”符号。PPP TT, P Tj:恆二通：位三通：tipu通：粧五通A BV T2位四通T, P T2三也五通图3 -16换向阀的“位”和“通”符号换向阀的操作方式推动阀内阀芯移动的方式有手动、机械动、电磁动、液压动等，如图3 -17手动机槪动式）电蛙动所示。阀上如装有弹簧，则当外加压力消失时，阀芯会回到原位。数控机床上常 用的是电磁换向阀。瓶低动聊賛液压先导檢制电锻一披压先导規制图3 -17换向阀操作方式符号 电磁换向阀结构电磁换向阀是利用电磁铁的通电吸合与断电释放而直接推动阀芯来控制液 流方向的。图3 -18为二位三通电磁换向阀工作原理图及图形符号。当电磁

27、铁带电时， 顶杆1推动阀芯2右移，弹簧3被压缩，油口 P和B通，油口 A堵死;当电磁铁 失电时，弹簧复位，阀芯左移，P和A通，B堵死。电磁换向阀就其工作位置来 说，有二位和三位等。二位电磁阀有一个电磁铁，靠弹簧复位；三位电磁阀有两个电磁铁。囱工作原理阳（怕闭聒符号图3 -18二位三通电磁换向阀1 顶杆；2阀芯;3弹簧在大中型液压设备中，当通过阀的流量较大时，作用在滑阀上的摩擦力和液 压力较大，此时电磁换向阀的电磁铁推力相对而言太小， 需要用电液动换向阀来 代替电磁换向阀。电液动换向阀由电磁滑阀和液动滑阀组合而成。图3 -19为三位四通电液动换向阀工作原理图及图形符号。电磁滑阀起先导作用，它可以

28、改变控制液流的方向，从而改变液动滑阀阀芯的位置。操纵液动滑阀的液压力可以很 大，主阀芯的尺寸可以做得很大，允许有较大的油液流量通过。 这样用较小的电 磁铁就能控制较大的液流。（硏图昭符号【但）工件脈理图仗）阳琏号口图3 -19三位四通电液动换向阀1、7单向阀；2、6节流阀；3、5电磁铁;4电磁阀阀芯 换向阀的中位机能三位换向阀阀芯在中间位置时的连通方式称为换向阀的中位机能。 三位换向 阀阀芯中间位置各通口间不同的连通方式， 可满足不同的使用要求。三位四通换 向阀常见的中位机能、符号及其特点见表3 -1。三位五通换向阀的情况与此相仿。表3 -1三位四通换向阀常见的中位机能、符号及其特点第四讲压力

29、控制阀 课 题：1.压力控制阀的类型及在系统中的作用2. 普通单向阀、液控单向阀、换向阀的图形符号及工作原理课堂类型：讲授教学目的：1. 了解方向控制阀的分类和在系统中的作用2.掌握溢流阀、减压阀、顺序阀和压力继电器的图形符号及工作原理教学重点：溢流阀、减压阀、顺序阀和压力继电器的图形符号及工作原理教学难点：先导式溢流阀工作原理及作用教 具：挂图、多媒体课件教学过程：一、引入新课题本次课所述的压力控制阀是数控机床液压系统中的必用元件。要求掌握压力控制阀的图形符号及工作原理，本次课开始学习有关内容。二、教学内容2.压力控制阀在液压传动系统中，控制油液压力高低的液压阀称为压力控制阀。常用的压力控制

30、阀有溢流阀、减压阀、顺序阀和压力继电器。现简单介绍如 下：（1）溢流阀直动式溢流阀图3 -20为直动式溢流阀工作原理图及图形符号。油液从进油口P流入，作用在阀芯上，其液压力由进油口油液压力产生，当油液压力超过溢流阀调定值时 （压力由调压弹簧调定），阀芯左移，油液从出油口 T流回油箱，并使进油压力 等于调定压力。在常位状态下，溢流阀进、出油口之间是不相通的，溢流阀阀芯 的泄漏油液经内泄漏通道进入出油口 T。工作原理图ei国殆符号图3 -20直动式溢流阀直动式溢流阀一般只用于压力小于 2.5 MPa的小流量场合。先导式溢流阀图3-21为先导式溢流阀外观图、工作原理图及图形符号。它由主阀和导阀 两部

31、分组成。图3 -21先导式溢流阀1主阀弹簧；2主阀阀芯；3阻尼孔;4导阀阀芯；5导阀弹簧压力油从P 口进入，通过阻尼孔3后作用在导阀阀芯4上，当进油口压力较 低，导阀阀芯上的液压力不足以克服导阀弹簧 5的作用力时，导阀关闭，即没有 油液流过阻尼孔，所以主阀阀芯2两端压力相等，在较软的主阀弹簧1的作用下 主阀阀芯处于最下端位置，溢流阀阀口 P和T隔断，没有溢流。当进油口压力 升高到作用在导阀阀芯上的液压力大于导阀弹簧作用力时，导阀打开，压力油就可通过阻尼孔、经导阀流回油箱，由于阻尼孔的作用，使主阀阀芯上端的液压力 P2小于下端压力pi，当这个压力差作用在面积为 A的主阀阀芯上的力等于或超 过主阀

32、弹簧力Fs时，主阀阀芯开启，油液从P 口流入，从T 口流回油箱，实现 溢流，由于油液通过阻尼孔而产生的 pi与P2之间的压差值不太大，所以主阀阀 芯只需一个小刚度的软弹簧即可；先导式溢流阀有一个远程控制口 K，如果将K 口用油管接到另一个远程调压阀（远程调压阀的结构和溢流阀的先导控制部分一 样）上，调节远程调压阀的弹簧力，即可调节溢流阀主阀阀芯上端的液压力，从 而对溢流阀的溢流 压力实现远程调控。但是，远程调压阀所能调节的最高压力 不得超过溢流阀本身导阀的调整压力。当远程控制口K通过二位二通阀接通油箱时，主阀阀芯上端的压力接近于零，主阀阀芯上移到最高位置，阀口开得很大。 由于主阀弹簧较软，这时

33、溢流阀P 口处压力很低，系统的油液在低压下通过溢流 阀流回油箱，实现卸荷。（2）减压阀减压阀是使出口压力低于进口压力的一种压力控制阀。当回路内有两个以上液压缸，且其中之一需要较低的工作压力，同时其他液压缸仍需高压运行时，就 需用减压阀提供一个比系统压力低的低压油供给低压缸。减压阀有直动式和先导 式两种。图3-22为先导式减压阀外观图、工作原理图及图形符号。先导式减压 阀由主阀和先导阀两部分组成，先导阀负责调定压力，主阀负责减压。压力油由 A 口回流入，经主阀阀芯2和阀体1所形成的减压缝隙x后，从B 口流出，故 出口压力小于进口压力。出口压力油经径向孔a、阻尼孔e、轴向孔d作用在先导阀阀芯4上。

34、当载荷较小，出口压力低于先导阀的调定压力时， 先导阀阀芯关 闭，油腔内的压力均等于出口压力，主阀阀芯在刚性很小的主阀弹簧 3作用下处 于最左端，减压缝隙x开口最大，减压阀无减压作用。当载荷增加，出口压力 P2上升并达到先导阀调压弹簧5所调定的压力时，先导阀阀芯打开，压力油经泄 油口流回油箱，阻尼孔有油液流过，则流经阻尼孔前的油液压力P2大于流经阻尼孔后的压力P3,当此压力差所产生的作用力大于主阀弹簧的预压力时，主阀阀芯右移，减压缝隙X减小，使P2下降，直到P2与P3之差和主阀阀芯作用面积 的乘积同主阀弹簧的弹簧力相等时，主阀阀芯进入平衡状态，此时减压缝隙X保持一定的开度，出口压力P2保持在恒定

35、值。如果外界干扰使进口压力pi上升, 则出口压力P2也跟着上升，从而使主阀阀芯右移，此时出口压力 P2又降低，而 在新的位置取得平衡，但出口压力始终保持为恒定值。又当出口压力p2降到调fc）图睜轩号相外规阳定压力以下时，先导阀阀芯关闭，则作用在主阀阀芯上的弹簧力使主阀阀芯向左 移动，减压缝隙X最大，减压阀不起减压作用。工作脇理图图3 -22先导式减压阀1 阀体;2主阀阀芯;3主阀弹簧;4 先导阀阀芯;5先导阀调压弹簧（3）顺序阀顺序阀是使用在一个液压泵供给两个以上液压缸且依一定顺序动作的场合 的一种压力阀。顺序阀的构造及其工作原理类似于溢流阀， 有直动式和先导式两 种，常用直动式。顺序阀与溢流

36、不同的是：出口直接接执行元件，有专门的泄油 口。图3 -23为直动式顺序阀工作原理图及图形符且（4）压力继电器压力继电器是一种将液压系统的压力信号转换为电信号输出的元件。 其作用 是根据液压系统压力的变化，通过压力继电器内的微动开关自动接通或断开电气 线路，实现执行元件的顺序控制或安全保护。压力继电器按结构特点可分为柱塞式、弹簧管式和膜片式等。图3 -24为单触点柱塞式压力继电器工作原理图及图形符号。主要零件有柱 塞1、调节杠杆2和电气微动开关3。压力油作用在柱塞的下端，液压力直接与 柱塞上端弹簧力相比较。当液压力大于或等于弹簧力时，柱塞向上移以压下微动 开关触头，接通或断开电气线路。当液压力

37、小于弹簧力时，微动开关触头复位。777777/1珂w1P1（b）图彩帶号归）工作原理图爭爭a）匚作腹理图图3 -23直动式顺序阀（b）国曇符号图3 -24单触点柱塞式压力继电器1柱塞；2 调节杠杆；3电气微动开关第五讲流量控制阀课题：1.流量控制阀的类型及在系统中的作用2. 节流阀、调速阀的图形符号及工作原理课堂类型：讲授教学目的：1. 了解流量控制阀的类型和在系统中的作用2.掌握节流阀、调速阀的图形符号及工作原理教学重点：节流阀、调速阀的图形符号、工作原理及性能比较 教学难点：调速阀的工作原理教 具：挂图、多媒体课件教学过程：一、引入新课题本次课所述的压力控制阀是数控机床液压系统中的必用元件

38、。要求掌握节流阀、调速阀的图形符号、工作原理，本次课开始学习有关内容。二、教学内容3. 流量控制阀液压系统中执行元件运动速度的大小，由输入执行元件的油液流量的大小来 确定。流量控制阀是依靠改变阀口通流面积 （节流口局部阻力）的大小或通流通 道的长短来控制流量的液压阀类。 常用的流量控制阀有普通节流阀、 压力补偿和 温度补偿调速阀、溢流节流阀和分流集流阀等。（1）节流阀图3-25为一种普通节流阀的外观图、工作原理图及图形符号。这种节流阀 的节流通道呈轴向三角槽式。压力油从进油口P1流入，经阀芯上的三角槽式节流口后，从出油口 P2流出。调节手轮，可通过推杆使阀芯做轴向移动，即可改 变节流口通流截面

39、积的大小，以调节通过其流量的多少。阀芯在弹簧的作用下始 终贴紧在推杆上，这种节流阀的进、出油口可互换。图3 -25普通节流阀节流阀在定量泵系统中，与溢流阀配合组成节流调速系统，以调节执行元件 的运动速度。但由节流阀的流量特性可知，当载荷变化时，节流阀前、后压力差 随之发生变化，通过节流阀的流量也就变化。这样，执行元件的运动速度将受到 载荷变化的影响。所以，它只能用在恒定载荷或对速度稳定性要求不高的场合。（2）调速阀如图3 -26（ a）所示为调速阀工作原理。调速阀由节流阀2前面串接一个定差减压阀1组合而成。调速阀的进口接在液压泵的出口，压力pi由溢流阀调整基本不变，而调速阀的出口压力 P3则由

40、液压缸载荷F决定。油液先经减压阀 产生一次压力降，将压力降到 P2, P2经通道e f作用到减压阀的d腔和c腔; 节流阀的出口压力P3又经反馈通道a作用到减压阀的上腔b,在弹簧力Fs、油 液压力P2和p3作用下处于某一平衡位置（忽略摩擦力和液动力等）时，则有p2A1+ p2A2= P3A+Fs式中，A、Ai和A2分别为b腔、c腔和d腔内压力油作用于阀芯的有效面积，且 A=Ai+A2。故P2- P3=FS/A因为弹簧刚度较低，且工作过程中减压阀阀芯位移很小，可以认为Fs基本保持不变，故节流阀两端压差 P2- P3也基本保持不变，这就保证了通过节流阀的 流量稳定。图3 -26（ b）、图3 -26

41、（c）分别为调速阀的图形符号和简化图形符 号。图3 -26（d）为调速阀与节流阀的流量特性比较。理阳厲）前化图冊符号（创漩就特件比软图3 -26调速阀1 定差减压阀；2 节流阀第六讲辅助元件课 题：油箱、滤油器、蓄能器的功用、类型及工作原理课堂类型：讲授教学目的：1. 了解油箱、滤油器、蓄能器的类型2. 掌握油箱、滤油器、蓄能器的功用及工作原理教学重点：油箱、滤油器、蓄能器的功用及工作原理教学难点：油箱、滤油器、蓄能器的功用教 具：挂图、多媒体课件教学过程：一、引入新课题本次课所述的辅助元件是数控机床液压系统中的必用元件。要求掌握油箱、 滤油器、蓄能器的功用及在系统中的作用，本次课开始学习有关

42、内容。二、教学内容324辅助元件1油箱油箱的主要功能是储存油液，此外，还有散热（控制油温）、阻止杂质进入、 沉淀油中杂质以及分离气泡等功能。油箱容量如果太小，就会使油温上升。油箱容量一般设计为泵每分钟流量的 24倍。油箱可分为开式和闭式两种，开式油箱中油的油液面和大气相通， 而 闭式油箱中的油液面和大气隔绝。 液压系统中大多数采用开式油箱。开式油箱大部分是由钢板焊接而成的，如图 3 -27所示为工业上使用的典型焊接式油箱。装空吒滤淸器图3 -27典型焊接式油箱2滤油器(1) 功用滤油器的功用是过滤混在液压油液中的杂质，降低进入系统中油液的污染度，保证系统正常工作。(2) 类型滤油器按其滤芯材料

43、的过滤机制来分，有表面型滤油器、深度型滤油器和吸 附型滤油器三种。(3) 滤油器的选用选用滤油器时应考虑到如下问题 ： 过滤精度。原则上大于滤芯网目的污染物是不能通过滤芯的。 滤油器上的 过滤精度常用能被过滤掉的杂质颗粒的公称尺寸大小来表示。 系统压力越高，过 滤精度越低。 液压油通过的能力。液压油通过的流量大小和滤芯的通流面积有关。一般可根据要求通过的流量选用相对应规格的滤油器。(为了降低阻力，要求滤油器的容量为泵流量的两倍以上) 耐压。选用滤油器时必须注意系统中冲击压力的产生。而滤油器的耐压包 含滤芯的耐压和壳体的耐压。一般滤芯的耐压为 0.010.1 MPa，这主要靠滤芯 有足够的通流面

44、积，使其压降小，以避免滤芯被破坏。滤芯被堵塞，压降便增加。3.蓄能器(1) 蓄能器的功用蓄能器是液压系统中的一种储存油液压力能的装置，其主要功用如下： 作为辅助动力源； 保压和补充泄漏； 吸收压力冲击和消除压力脉动。(2) 蓄能器的分类蓄能器有弹簧式、重锤式和充气式三类。常用的是充气式，它利用气体的压 缩和膨胀储存、释放压力能，在充气式蓄能器中，气体和油液被隔开，而根据隔 离的方式不同，充气式蓄能器又分为活塞式、气囊式等。如图3 -28 (a)所示为活塞式蓄能器，图3 -28 (b)所示为气囊式蓄能器， 图3 -28 (c)为蓄能器的图形符号。（打活塞式乓聂式图3 -28蓄能器第七讲气源装置及

45、辅助元件课 题：1.压缩空气站与空气压缩机2.气源净化装置3.辅助元件课堂类型：讲授教学目的：1. 了解典型气源系统的组成2. 掌握空气压缩机的图形符号及工作原理3. 掌握气源装置中各元件、辅助元件的图形符号、工作原理及作用教学重点：空气压缩机、气源装置中各元件、辅助元件的工作原理及作用教学难点：空气压缩机、气源装置中各元件、辅助元件在气动系统中的作用 教 具：挂图、多媒体课件 教学过程:、引入新课题本次课所述的气源装置及辅助元件是数控机床气动系统中的常用元件。 要求 掌握气源装置中各元件及辅助元件的图形符号、工作原理及作用，本次课开始学 习有关内容。、教学内容气压传动系统一般由以下部分组成1

46、. 气源装置及辅助元件气源装置及辅助元件将原动机供给的机械能转换为气体的压力能，为各类气动设备提供动力，如空气压缩机。2. 气动执行元件气动执行元件将气体的压力能转变为机械能，输出到工作机构上，如气缸、 气压马达。3. 气动控制元件气动控制元件用以控制压缩空气的压力、 流量和流动方向以及执行元件的工 作顺序，使执行元件完成预定的运动规律。 如单向阀、换向阀、减压阀、顺序阀、 安全阀、排气节流阀等。3.3.1气源装置及辅助元件1. 气源装置（1）压缩空气站与空气压缩机如图3 -29所示为典型气源系统的组成。电动机驱动空气压缩机（简称空压 机），将大气压力状态下的气体升压并输出。压力开关7将根据小

47、气罐2内的压力高低来控制电动机6的启闭，保证小气罐2内压力在某个调定范围内。安全阀 4用于因意外原因使小气罐2内压力超过允许值时向外排气降压。为阻止压缩空气反向流动而设有单向阀3。后冷却器10通过降温来将压缩空气中水蒸气及油 雾冷凝成液滴，经油水分离器11将液滴与空气分离。在10、11及气罐12的最 低点，都设有排气器以排除液态的水和油。空压机按输出压力分为低压（0.21.0 MPa）、中压（1.010 MPa）、高压（10 MPa）三大类；按工作原理分为容积 式和速度式。常见的容积式空气压缩机按结构不同分为活塞式、叶片式、螺杆式。 其工作原理与液压泵相同，由一个可变的密闭空间的变化产生吸、排

48、气，加上适当的配流机构来完成工作过程。图3 -29典型气源系统的组成1自动排水器；2小气罐;3单向阀；4安全阀；5空气压缩机；6电动机;7压力开关；8压力表；9截止阀；10后冷却器；11油水分离器；12气罐（2）气源净化装置由空气压缩机输出的压缩空气，虽然能够满足一定压力和流量的要求， 但还 不能被气动装置使用。压缩机从大气中吸入含有水分和灰尘的空气，经压缩后空气温度高达140170C，这时压缩机气缸里的润滑油也部分地成为气态。这些 油分、水分以及灰尘便形成混合的胶体微雾及杂质， 混合在压缩空气中一同排出。 这些杂质若进入气动系统，则会造成管路堵塞和锈蚀，加速元件磨损和老化，使 泄漏增加，缩短

49、使用寿命。因此，必须设置气源净化处理装置，提高压缩空气的 质量。净化装置一般包括后冷却器、油水分离器、空气过滤器、干燥器、气罐等。 冷却器。冷却器的作用就是将空气压缩机出口的高温压缩空气冷却到 40C,并使其中的水蒸气和油雾冷凝成水滴和油滴。根据冷却介质不同可分为风冷和水冷两种。 油水分离器。油水分离器的作用是分离并排除压缩空气中所含的水分、油分和灰尘等杂质，使压缩空气得到初步净化。 空气过滤器。空气过滤器的作用是滤除压缩空气中的杂质微粒， 除去液态 的油污和水滴，使压缩空气进一步净化，但不能除去气态物质。常用的有一次过 滤器和二次过滤器。 干燥器。干燥器的作用是进一步除去压缩空气中含有的水蒸

50、气。主要方法有冷冻法和吸附法。冷冻法是利用制冷设备使压缩空气冷却到一定的露点温度， 析出空气中的多余水分，从而达到所需要的干燥程度。吸附法是利用硅胶、活性 氧化铝、焦炭或分子筛等具有吸附性能的干燥剂来吸附压缩空气中的水分以达到 干燥的目的。2. 辅助元件（1）油雾器油雾器的作用是将润滑油雾化并注入空气流中，随着压缩空气流入到需要润 滑的部位，达到润滑的目的。油雾器在使用中一定要垂直安装，它可以单独使用， 也可以空气过滤器、溢流减压阀、油雾器三件联合使用（气动三联件），具有减压和油雾润滑的功能。联合使用时，其连接顺序应为“空气过滤器一溢流减压阀 一油雾器”，不能颠倒。安装时，气源调节装置应尽量靠

51、近气动设备附近，距离 不应大于5 m。图3 -30为气动三联件的外观图及图形符号。（2）消声器：Y 卄 v:它是通过阻尼和增大排气面积来降低排气速详摘图時持号但M卜疫图消声器是用来降低排气噪音的 度和压力以降低噪音的。仗）間略图畛群吁图3 -30气动三联件（3）储气罐储气罐的作用是消除压力波动，保证输出气流的连续性；进一步分离压缩空气中的水分和油分；储存一定量的压缩空气，调节用气量或以备发生故障和临时 需要时应急使用。第八讲 气动执行元件课 题：1.气缸分类及典型气缸介绍2.叶片式气压马达的工作原理 课堂类型：讲授教学目的：1. 了解气缸、气马达的类型2.掌握气缸、气马达的图形符号及工作原理教

52、学重点：气缸、气马达的图形符号及工作原理教学难点：气缸、气马达的工作原理教 具：挂图、多媒体课件教学过程：一、引入新课题本次课所述的气缸、气马达是数控机床液压系统中的常用元件。要求掌握气缸、 气马达的图形符号及工作原理，本次课开始学习有关内容。二、教学内容3.3.2气动执行元件1气缸在气动自动化系统中，气缸由于具有相对较低的成本，容易安装，结构简单， 耐用，各种缸径尺寸及行程可选等优点， 所以是应用最广泛的一种执行元件。 根 据使用条件不同，气缸的结构、形状和功能也不一样。（1）气缸的分类 按结构不同分为活塞式、柱塞式、叶片式、薄膜式及气液阻尼式气缸； 按压缩空气作用在活塞端面上的方向分为单作

53、用气缸和双作用气缸； 按安装方式分为法兰式、耳座式、轴销式和凸缘式气缸； 按功能分为普通气缸和特殊气缸。（2）典型气缸介绍 单作用气缸单作用气缸是指压缩空气在气缸的一端进气推动活 塞运动，而活塞的返回 则借助于其他外力，如重力、弹簧力。如图 3 -31所示为单作用活塞式气缸外观 图。图3 -31单作用活塞式气缸外观图 气液阻尼式气缸气液阻尼式气缸由气缸和液压缸组合而成， 它以压缩空气为动力，利用油液 的不可压缩性和控制流量来获得活塞的平稳运动及调节活塞的运动速度。 由于同 时具有气缸和液压缸的优点，因此得到了越来越广泛的应用 摆动式气缸摆动式气缸是将压缩空气的压力能转变为气缸输出轴的回转机械能

54、的一种 气缸。图3 -32为叶片式摆动气缸结构原理图。叶片式摆动气缸可分为单叶片式、 双叶片式和多叶片式。叶片越多，摆动角度越小，但扭矩却越大。单叶片式输出 摆动角度小于360 ，双叶片式输出摆动角度小于180。图3 -32叶片式摆动气缸结构原理图1叶片;2定子;3挡块2.气动马达气动马达是一种做连续旋转运动的气动执行元件，是一种把压缩空气的压力 能转换成回转机械能的能量转换装置， 其作用相当于电动机或液压马达，它输出 转矩、驱动执行机构做旋转运动。在气压传动中广泛使用的是叶片式、活塞式和 齿轮式气动马达。图3 -33为双向旋转的叶片式气压马达工作原理图。压缩空气 由A孔输入，小部分经定子两端

55、的密封盖的槽进入叶片底部（图中未标示），将叶片推出，使叶片贴紧在定子内壁上，大部分压缩空气进入相应的密封空间而作 用在两个叶片上，因两叶片伸出长度不等而产生了转矩差， 使叶片与转子按逆时 针方向旋转，做功后的气体由定子上的 C孔和B孔排出。若改变压缩空气的输 入方向（即压缩空气由B孔进入，A孔和C孔排出），则可改变转子的转向。图3 -33双向旋转的叶片式气压马达工作原理图1叶片;2转子;3定子第九讲气动控制元件课题：1. 方向控制阀的分类；梭阀的工作原理及图形符号2. 流量控制阀的功用；单向节流阀、排气节流阀的工作原理及图形 符号3. 压力控制阀的功用；减压阀、安全阀（溢流阀）、顺序阀的工作原 理及图形符号课堂类型：讲授教学目的：1. 了解方向控制阀的类型；流量控制阀、压力控制阀的功用2. 掌握梭阀、单向节流阀、排气节流阀、减压阀、安全阀（溢流阀）、 顺序阀的工作原理及图形符号教学重点：梭阀、单向节流阀、排气节流阀、减压阀、安全阀（溢流阀）、顺序阀的工作原理教学难点：减压阀的工作原理 教 具：挂图、多媒