数控机床原理、结构与维修第6章.

1、数控机床数控机床液压与气动系统液压与气动系统学习目的与要求学习目的与要求n了解液压和气压传动系统在数控机了解液压和气压传动系统在数控机床中的功能；床中的功能；n了解液压和气压传动系统的构成；了解液压和气压传动系统的构成；n掌握液压和气压传动的工作原理；掌握液压和气压传动的工作原理；n熟悉液压和气压传动系统在数控机熟悉液压和气压传动系统在数控机床中的应用；床中的应用；n了解数控机床的液压与气压系统的了解数控机床的液压与气压系统的维护。维护。学习导引示例学习导引示例 CK3225数控车床液压系统数控车床液压系统n 图图6-1 CK3225数控车床的液压系统图数控车床的液压系统图 n1一压力表一压力

2、表2一卡盘液压缸一卡盘液压缸3一变挡液压缸一变挡液压缸 4一变挡液压缸一变挡液压缸n5一转塔夹紧缸一转塔夹紧缸6一转塔转位液压马达一转塔转位液压马达7一尾座液压缸一尾座液压缸n 图图6-1CK3225系列数控机床的液压系列数控机床的液压系统。它的作用是用系统。它的作用是用来控制卡盘的夹紧与来控制卡盘的夹紧与松开；主轴变挡、转松开；主轴变挡、转塔刀架的夹紧与松开；塔刀架的夹紧与松开；转塔刀架的转位和尾转塔刀架的转位和尾座套筒的移动。座套筒的移动。 1卡盘支路卡盘支路2液压液压变速机构变速机构3刀架系刀架系统的液压支路统的液压支路n配备液压和气动装置来辅助实现整机的自动运行功能配备液压和气动装置来

3、辅助实现整机的自动运行功能n6.1.1 液压和气压传动系统的构成液压和气压传动系统的构成n (1) 动力装置：将原动机的机械能转换成传动介质的压力能动力装置：将原动机的机械能转换成传动介质的压力能的装置。常见的动力装置有液压泵和空气压缩机等。的装置。常见的动力装置有液压泵和空气压缩机等。n(2) 执行装置：用于连接工作部件，将工作介质的压力能转执行装置：用于连接工作部件，将工作介质的压力能转换为工作部件的机械能，如液压缸和汽缸及液压电机等。换为工作部件的机械能，如液压缸和汽缸及液压电机等。n(3) 控制与调节装置：用于控制和调节系统中工作介质的压控制与调节装置：用于控制和调节系统中工作介质的压

4、力、流量和流动方向，从而控制执行元件的作用力、运动速力、流量和流动方向，从而控制执行元件的作用力、运动速度和运动方向的装置。度和运动方向的装置。n(4) 辅助装置：对过载介质起到容纳、净化、润滑、消声和辅助装置：对过载介质起到容纳、净化、润滑、消声和实现元件之间连接等作用的装置。实现元件之间连接等作用的装置。n(5) 传动介质：用来传递动力和运动的过载介质，即液压油传动介质：用来传递动力和运动的过载介质，即液压油或压缩空气。或压缩空气。n 61 液压与气动系统的概述液压与气动系统的概述6.1.2 液压与气压传动的主要元件应用液压与气压传动的主要元件应用n 1. 动力元件动力元件n (1) 液压

5、泵概述液压泵概述 液压泵是系统的动力元件，它是一种能液压泵是系统的动力元件，它是一种能量转换装置，将原动机的机械能转换成液压力能。量转换装置，将原动机的机械能转换成液压力能。n 1) 液压泵类型和特点液压泵类型和特点表表6-1 液压泵的类型和特点液压泵的类型和特点 特 点类 型齿轮泵具有结构简单、体积小、重量轻、工作可靠、成本低、对油的污染不敏感、便于维修等优点;其缺点是流量脉动大、噪声大、排量不可调外啮合齿轮泵、内啮合齿轮泵叶片泵具有体积小、重量轻、运转平稳、输出流景均匀、噪声小等优点，在中、高压系统中得到了广泛使用。但它也存在结构较复杂、对油液污染较敏感、吸入特性不太好等缺点单作用叶片泵、

6、限压式变量叶片泵等柱塞泵优点是：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；其缺点是结构复杂，价格高，加工精度和日常维护要求高，对油液的污染较敏感轴向柱塞泵、径向柱塞泵运作运作n 空气压缩机是气压传动系统的动力源，是把电机输出的机械能转换成传动介质压力能的能量转换装置。空气压缩机为往复活塞式压缩机，工作原理就是完成“吸气一压缩一排气的一个工作循环。空气压缩机常见类型为活塞式、转子式、离心式和轴流式。n（2）空气压缩机表表6-2 空气压缩机的类型与性能比较空气压缩机的类型与性能比较气量Lmin1类型额定压力MPa气量/（L/min)驱动动力kW单级往复式1.02010000.27

7、5双级往复式1.550100000.775油冷螺杆式0.70.85180120001.575无油单级往复式0.70.852080000.275无油双级螺杆式0.92 000300 000201800离心式0.710 000500n 液压马达和气压马达是将工作介质的压力能转换为机械能，输出液压马达和气压马达是将工作介质的压力能转换为机械能，输出转速和转矩的装置。常用的有齿轮式、叶片式等，其结构如图转速和转矩的装置。常用的有齿轮式、叶片式等，其结构如图6-4所示。图所示。图6-4（a）压力油作用在齿轮上的扭矩将使齿轮旋转，就）压力油作用在齿轮上的扭矩将使齿轮旋转，就成为齿轮马达了。如图成为齿轮马达

8、了。如图6-4(b)所示为叶片马达的结构，当叶片受所示为叶片马达的结构，当叶片受力差构成的转矩推动转子顺时针方向旋转。力差构成的转矩推动转子顺时针方向旋转。 叶片马达的转子惯性叶片马达的转子惯性小，动作灵敏，可以频繁换向，但泄漏量较大，不宜在低速下工小，动作灵敏，可以频繁换向，但泄漏量较大，不宜在低速下工作。作。 n 2. 液压马达和气压马达液压马达和气压马达n图图6-4 常用液压电机结构常用液压电机结构n(a) 齿轮式齿轮式 (b)叶片式叶片式三种不同生产类型的生产管理特点三种不同生产类型的生产管理特点 3. 液压执行元件液压执行元件 液压缸是液压系统中的执行元件，它是一种把液体的液压缸是液

9、压系统中的执行元件，它是一种把液体的压力能转变为直线往复运动机械能的装置。液压缸按结构特点的不同可分压力能转变为直线往复运动机械能的装置。液压缸按结构特点的不同可分为活塞缸、柱塞缸和摆动缸为活塞缸、柱塞缸和摆动缸3类。类。n4. 控制元件控制元件 控制阀是用来控制与调节系统工作介质的压力、流量和流向控制阀是用来控制与调节系统工作介质的压力、流量和流向的控制元件。控制阀的种类如表的控制元件。控制阀的种类如表6-3所示所示 （说明用途）。（说明用途）。n5. 辅件部分辅件部分 液压辅助元件包括过滤器、油箱、管道及管接头、密封件等。液压辅助元件包括过滤器、油箱、管道及管接头、密封件等。 表表6-3

10、控制阀的种类控制阀的种类 分类方法种 类按控制参数分压力控制阀(如溢流阀、顺序阀、减压阀等)、流量控制阀(如节流阀、调速阀等)、方向控制阀(如单向阀、换向阀等)按结构分座式(锥面、平面)、滑套式(移动式、旋转式)、膜片式按操纵方式分手动、机动、电动、液动、气动、电液控、电气控连接方式分管接式、板接式(液压、气压传动)、法兰连接式、叠加阀式、插装式6.1.3 液压和气压传动的工作原理液压和气压传动的工作原理n图图6-5 液压传动的工作原理液压传动的工作原理n1一杠杆一杠杆2、7一活塞一活塞3一液压缸一液压缸4、5一单向阀一单向阀8一重物一重物9一控制阀一控制阀10一油箱一油箱11一油管一油管n

11、液压传动的工作原理如图液压传动的工作原理如图6-5所示。所示。图中杠杆图中杠杆1、活塞、活塞2、液压缸、液压缸3和单向阀和单向阀4、5组成手动液压泵；液压缸组成手动液压泵；液压缸6和活塞和活塞7组组成升降液压缸。千斤顶工作时，向上提成升降液压缸。千斤顶工作时，向上提起杠杆起杠杆1，则活塞，则活塞2被提起，液压缸被提起，液压缸3下下腔中压力减小，单向阀腔中压力减小，单向阀5关闭，单向阀关闭，单向阀4导通，油箱里的油液被吸入到液压缸导通，油箱里的油液被吸入到液压缸3中，这是吸油过程；随后，压下杠杆中，这是吸油过程；随后，压下杠杆1，活塞活塞2下移，液压缸下移，液压缸3下腔中压力增大，下腔中压力增大

12、，迫使单向阀迫使单向阀4关闭，单向阀关闭，单向阀5导通，高压导通，高压油液经油管油液经油管11流人液压缸流人液压缸6的下腔中，的下腔中，推动活塞推动活塞7向上移动，这是压油过程。向上移动，这是压油过程。（系统中的油液换成空气系统中的油液换成空气 ?）n 【实例【实例6-1】MJ-50数控车床液压系统数控车床液压系统 n 1. 卡盘分系统卡盘分系统 高压夹紧：高压夹紧：3DT失电、失电、1DT得电，换向阀得电，换向阀2和和1均位于均位于左位。分系统的进油路：液压泵左位。分系统的进油路：液压泵减压阀减压阀6换向阀换向阀2换向阀换向阀1液压缸右液压缸右腔。回油路：液压缸左腔腔。回油路：液压缸左腔换向

13、阀换向阀1油箱。油箱。 n 图图6-6 MJ-50 数控车床液压系统的原理图数控车床液压系统的原理图n 1、2、3、5一换向阀一换向阀6、7、8一减压阀一减压阀9、l0、11一调速阀一调速阀12、13、14一压力一压力表表n62 数控机床上典型的液压回路分析数控机床上典型的液压回路分析n 适用范围：对已投产的企业确定生产类型时使用适用范围：对已投产的企业确定生产类型时使用n 低压夹紧：低压夹紧：2D11得电、得电、1DT失电，阀失电，阀1切换至右位。进油路：切换至右位。进油路：液压泵液压泵减压阀减压阀6换向阀换向阀2换向阀换向阀l液压缸左腔。回油路：液液压缸左腔。回油路：液压缸右腔压缸右腔换向

14、阀换向阀油箱。活塞右移，卡盘松开。油箱。活塞右移，卡盘松开。n2回转刀盘分系统回转刀盘分系统 第一条支路通过三位四通换向阀第一条支路通过三位四通换向阀3的切换的切换控制液压马达即刀盘正、反转，而两个单向调速阀控制液压马达即刀盘正、反转，而两个单向调速阀9和和l0与变量液与变量液压泵，则使液压马达在正、反转时都能通过进油路容积节流调速来压泵，则使液压马达在正、反转时都能通过进油路容积节流调速来调节旋转速度。第二条支路控制刀盘的放松与夹紧。调节旋转速度。第二条支路控制刀盘的放松与夹紧。4DT得电得电(刀盘刀盘松开松开) SDT(正转正转)或或7DT(反转反转)得电得电(刀盘旋转刀盘旋转) SDT(

15、正转时正转时)或或7DT(反转时反转时)失电失电(刀盘停止转动刀盘停止转动) 4DT失电失电(刀盘夹紧刀盘夹紧)。n3尾架套筒分系统尾架套筒分系统 尾架套筒通过液压缸实现项出与缩回尾架套筒通过液压缸实现项出与缩回 n总结特点总结特点n 【实例【实例6-2】 VP1050加工中心液压系统加工中心液压系统n VP1050加工中心中加工中心中主要实现链式刀库的刀链主要实现链式刀库的刀链驱动、上下移动的主轴箱驱动、上下移动的主轴箱的配重、刀具的安装和主的配重、刀具的安装和主轴高低速的转换等辅助动轴高低速的转换等辅助动作的完成，如图作的完成，如图6-7所示：所示：1刀链驱动支路2主轴箱平衡支路3松刀缸支

16、路4高低速转换支路n图图6-7 VPl050加工中心的液压系统工作原理图加工中心的液压系统工作原理图1一液压泵一液压泵 2、9一止回阀一止回阀 3、6一压力开关一压力开关 4一液压马达一液压马达 5一配重液压缸一配重液压缸 7、16一减压阀一减压阀8、11、15一换向阀一换向阀 10一松刀缸一松刀缸 12一变速液压缸一变速液压缸 13、14一单向节流阀一单向节流阀 LS1、LS2、LS3、LS4一行程开关一行程开关【实例【实例6-3】 TH6350卧式加工中心液压系统（学生研读，老师卧式加工中心液压系统（学生研读，老师提问与答议）提问与答议）6.3 数控机床上典型气压回路的分析数控机床上典型气

17、压回路的分析n 【实例【实例6-7】数控】数控加工中心气动换刀系加工中心气动换刀系统统n 图图6-16 气动换刀系统原理图气动换刀系统原理图n图图6-16系统在换刀过程中实现主轴定位、系统在换刀过程中实现主轴定位、主轴松刀、拔刀、向主轴锥孔吹气和插刀动主轴松刀、拔刀、向主轴锥孔吹气和插刀动作。工作原理如下作。工作原理如下:当数控系统发出换刀指令当数控系统发出换刀指令时，主轴停止旋转，同时时，主轴停止旋转，同时4YA通电，压缩空通电，压缩空气经气动三联件气经气动三联件1、换向阀、换向阀4、单向节流阀、单向节流阀5进入主轴定位缸进入主轴定位缸A的右腔，缸的右腔，缸A的活塞左移，的活塞左移，使主轴自

18、动定位。定位后压下无触点开关，使主轴自动定位。定位后压下无触点开关，使使6YA通电通电.4YA断电、断电、3YA通电，缸通电，缸A的的活塞在弹簧力复位，回复到开始状态，换刀活塞在弹簧力复位，回复到开始状态，换刀结束。结束。【实例【实例6-3】 TH6350卧式加工中心液压系统（学生研读，卧式加工中心液压系统（学生研读，老师提问与答议）老师提问与答议）n 6.4 数控机床上液压系统的维护和液压故障的维修数控机床上液压系统的维护和液压故障的维修n6.4.1 液压系统的维护要点液压系统的维护要点 n(1) 按设计规定和工作要求，合理调节液压系统的工作压力和工作速度。按设计规定和工作要求，合理调节液压

19、系统的工作压力和工作速度。n(2) 按使用说明书规定的油品牌号选用液压油按使用说明书规定的油品牌号选用液压油 。n(3) 机床液压系统油液的工作温度一般应控制在机床液压系统油液的工作温度一般应控制在3555范围内。范围内。n(4) 保证电磁阀电压不应超过额定电压的保证电磁阀电压不应超过额定电压的515。n(5) 不准使用有缺陷的压力表或在无压力表的情况下工作或调压。不准使用有缺陷的压力表或在无压力表的情况下工作或调压。n(6) 电气柜、电气盒、操作台和指令控制箱等应有盖子或门，不得敞开使用，以免电气柜、电气盒、操作台和指令控制箱等应有盖子或门，不得敞开使用，以免积污。积污。n (7) 当液压系

20、统某部位产生故障时当液压系统某部位产生故障时(例如油压不稳，油压太低、振动等例如油压不稳，油压太低、振动等)，要及时分，要及时分析原因并处理，不要勉强运转，以免造成大事故。析原因并处理，不要勉强运转，以免造成大事故。n (8) 定期检查润滑管路是否完好，润滑元件是否可靠，润滑油质量是否达到要求。定期检查润滑管路是否完好，润滑元件是否可靠，润滑油质量是否达到要求。n(9) 经常观察蓄能器工作性能，若发现气压不足或油气混合时，应及时充气和修理。经常观察蓄能器工作性能，若发现气压不足或油气混合时，应及时充气和修理。n(10) 经常检查和定期紧固管件接头、法兰盘等，以防松动。经常检查和定期紧固管件接头

21、、法兰盘等，以防松动。 (11) 控制液压系统泄漏控制液压系统泄漏, 定期更换密封件及维护。定期更换密封件及维护。n(12) 定期对主要液压元件进行性能测定或实行定期更换维修制。定期对主要液压元件进行性能测定或实行定期更换维修制。n(1) 操作者必须熟悉本设备所用的主要液压元件的作用，原理，系统动作顺序。n(2) 操作者要经常监视液压系统工作状况，观察工作压力和速度，检查工件及刀具n(3) 在开动设备前，应检查所有运动机构及电磁阀、油箱油位。n(4) 当油箱内油温未达到25时，油箱内油温高于60C时通知维修人员进行处理。n(5) 停机4h以上的液压设备，在工作前，应先起动液压泵电机5min，才

22、能带压力工作。n(6) 操作者不准损坏电气系统的互锁装置和各操纵挡块的位置，不准用手推动电控阀（7）未经主管部门同意，操作者不准对各液压元件私自调节或拆换。n(8) 当液压系统出现故障时，操作者不准私自乱动，应立即报告维修部门分析并排除。n(9) 液压设备应保持清洁，防止灰尘、切削用切削液、切屑、棉纱等杂物进入油箱。n控制油液污染，保持油液清洁，是确保液压系统正常工作的重要措施。n(10) 严格执行日常点检制度，操作者要按设备点检卡上规定的部位和项目进行认真点检。把可能产生的故障现象记录在日检维修卡上，并将故障排除在萌芽状态，减少故障的发生。n2. 液压设备的维护、保养规程液压设备的维护、保养

23、规程n6.4.2 维护、保养计划的安排维护、保养计划的安排n1点检点检(记在点检维修卡记在点检维修卡)n(1) 各液压阀、液压缸及管接头处是否有外漏。n(2) 液压泵或液压马达运转时是否有异常噪声等现象。n(3) 液压缸移动时工作是否正常平稳。n(4) 液压系统的各测压点压力是否在规定的范围内，压力是否稳定。n(5) 油液的温度是否在允许的范围内。n(6) 液压系统工作时有无高频振动。n(7) 电气控制或撞块(凸轮)控制的换向阀工作是否灵敏可靠。n(8) 油箱内油量是否在油标刻线范围内。n(9) 行程开关或限位挡块的位置是否有变动，固定螺钉是否牢固可靠。 n(10) 液压系统手动或自动工作循环

24、时是否有异常现象。n(11) 定期对油箱内的油液进行取样化验，检查油液质量，定期过滤或更换油液。n(12) 定期检查蓄能器、冷却器和加热器工作性能。 定期检查和紧固重要部位的螺钉、螺母、接头和法兰螺钉 、密封件。n(13) 定期检查、清洗或更换液压、滤芯、油箱和管道。2维护检修周期表维护检修周期表n维护检修周期表如表6-5所示。n表表6-5 维护检修周期表维护检修周期表检修重点与检修项目检修重点与检修项目维护、检修周期维护、检修周期检修方法与检修目的检修方法与检修目的泵的声音异常泵的声音异常l 1次日次日 听检。检查油中混入空气和滤网堵塞情况；检查异常听检。检查油中混入空气和滤网堵塞情况；检查

25、异常磨损等磨损等泵的吸入真空度泵的吸入真空度 1次次3个月个月靠近吸油口安装真空计，检查滤网堵塞情况靠近吸油口安装真空计，检查滤网堵塞情况泵壳温度泵壳温度 1次次3个月个月检查内部机件的异常磨耗：检查轴承是否烧坏等检查内部机件的异常磨耗：检查轴承是否烧坏等泵的输出压力泵的输出压力 1次次3个月个月检查异常磨耗检查异常磨耗 联轴器声音异常联轴器声音异常 1次次1个月个月听检。检查异常磨耗和定心的变化听检。检查异常磨耗和定心的变化清除过滤网的附着物清除过滤网的附着物 1次次3个月个月用溶剂冲洗，或从内侧吹风清除用溶剂冲洗，或从内侧吹风清除液压马达的声音异常液压马达的声音异常 1次次3个月个月听检。

26、检查异常磨耗等听检。检查异常磨耗等各个压力计指示情况各个压力计指示情况 1次次6个月个月 查明各机件工作不正常情况和异常磨耗等。压力表指查明各机件工作不正常情况和异常磨耗等。压力表指针的异常摆动也要检查、校正针的异常摆动也要检查、校正液压执行部件的运动速度液压执行部件的运动速度 1次次6个月个月查明各工作部件的动作不良情况以及异常磨耗引起的查明各工作部件的动作不良情况以及异常磨耗引起的内部漏油增大情况等内部漏油增大情况等液压设备循环时间和泵卸荷时间的测液压设备循环时间和泵卸荷时间的测定定 1次次6个月个月查明各工作机构的动作不良情况以及异常磨耗引起的查明各工作机构的动作不良情况以及异常磨耗引起

27、的内部漏油增大情况等内部漏油增大情况等轴承温度轴承温度1次次6个月个月轴承的异常磨损轴承的异常磨损n6.4.3 液压系统常见故障的特征液压系统常见故障的特征n一般液压系统常见故障有：接头连接处泄漏。运动速度不稳定。阀心卡死或运动不灵活，造成执行机构动作失灵。 阻尼小孔被堵，造成系统压力不稳定或压力调不上去。 阀类元件漏装弹簧或密封件，或管道接错而使动作混乱。 设计、选择不当，使系统发热，或动作不协调，位置精度达不到要求。 液压件加工质量差，或安装质量差，造成阀类动作不灵活。长期工作，密封件老化，以及易损元件磨损等，造成系统内外泄漏量增加，系统效率下降。n6.4.4 液压元件常见故障及排除液压元

28、件常见故障及排除n 1液压泵故障(1) 噪声严重及压力波动可能原因及排除方法 (2) 输油不足的可能原因及排除方法(3) 液压泵运转不正常或有咬死现象的可能原因及排除方法 n 2整体多路阀常见故障的可能原因及排除方法 (1) 工作压力不足(2) 工作油量不足 (3) 复位失灵 (4) 外泄漏 n 3电磁换向阀常见故障的可能原因和排除方法(1) 滑阀动作不灵活 (2) 电磁线圈烧损 n 4液压缸故障及排除方法 (1) 外部漏油(2) 活塞杆爬行和蠕动 n 【实例【实例6-8】 速度控制回路的故障维修速度控制回路的故障维修【实例【实例6-9】方向控制回路的故障维修】方向控制回路的故障维修（学生研读

29、，老师指导（学生研读，老师指导)n 故障现象：速度控制回路中速度不稳定。n 分析及处理过程：n 节流阀前后压差小致使速度不稳定，在图6-17所示系统中系统的故障是液压缸推动负载运动时，运动速度达不到调定值。n 发现溢流阀的调节压力只比液压缸工作压力高0.3 MPa，压力差值偏小，即溢流阀的调节压力较低，再加上回路中，油液通过换向阀的压力损失为0.2 MPa。n 提高溢流阀的调节压力，使节流阀的前后压差达到提高溢流阀的调节压力，使节流阀的前后压差达到合理压力值后，故障消除。合理压力值后，故障消除。 图图6-17 进口节流调速回路示意图进口节流调速回路示意图n6.5 数控机床上气动系统维护和气压故

30、障的维修数控机床上气动系统维护和气压故障的维修n6.5.1 气动系统维护的要点气动系统维护的要点n1保证供给洁净的压缩空气保证供给洁净的压缩空气n2保证空气中含有适量的润滑油保证空气中含有适量的润滑油n3保持气动系统的密封性保持气动系统的密封性n4保证气动元件中运动零件的灵敏性保证气动元件中运动零件的灵敏性n5保证气动装置具有合适的工作压力和运动速度保证气动装置具有合适的工作压力和运动速度n6.5.2气动系统的点检与定检气动系统的点检与定检n1管路系统点检管路系统点检n 主要内容是对冷凝水和润滑油的管理主要内容是对冷凝水和润滑油的管理n2气动元件的定检气动元件的定检n主要内容是彻底处理系统的漏气现象。气动元件的定检如表主要内容是彻底处理系统的漏气现象。气动元件的