数控机床的液压与气压装置培训课件

第6章数控机床的液压与气压装置6.1液压与气压传动简介6.2液压与气压传动的主要元件应用简介6.3数控机床上液压系统的构成及其回路6.4液压与气压传动系统在数控机床上的应用6.5数控机床润滑系统6.6数控机床上液压与气压系统的维护6.1液压与气压传动简介6.1.1液压与气压传动的工作原理1.液压传动的工作原理如图6-1所示的液压传动的工作原理图.图中杠杆1、活塞2、液压缸3和单向阀4、5组成手动液压泵，液压缸6和平活塞7组成升降液压缸。需要千斤顶工作时，向提起杠杆1，则活塞2被提起，液压缸3下腔中压力减小，单向阀5关闭，单向阀4导通，没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1，活塞2下移，液压缸3下腔中压力增大，迫使单向阀4关闭，单向阀5导通，高压油液经油管11流入液压缸6的下腔中，推动活塞7向上移动，这是压油过程。如此反复操作便可将重物8提升到需要的高度。在此过程中，控制阀9处于截止状态。打开控制阀9，则液压缸6下腔中的油液在重物作用下排回油箱。下一页返回6.1液压与气压传动简介2.气压传动的工作原理如果将图6-1所示系统中的油液换成空气，去掉油箱及与之相连的油管，将液压缸改为汽缸。那么该系统便可视为一个气压传动系统。生活中常用的打气筒，就与活塞2的工作原理完全相同。6.1.2液压与气压传动系统的构成1.动力装置2.执行装置3.控制与调节装置4.辅助装置5.传动介质返回上一页下一页6.1液压与气压传动简介6.1.3液压与气压传动的特点1.液压传动的优点液压及气压传动均属于流体传动，机构输出力大，机械结构更紧凑，传递运动平稳，反应速度快，冲击小，能高速启动、制动和换向，易于实现过载保护。而且其控制元件的标准化、系列化和通用化程度较高。2.气压传动的优点气动装置的气源容易获得，机床可以不必再单独配置动力源，装置结构简单，工作速度快和动作频率高，适合于完成频繁启动的辅助工作。过载时比较安全，不易发生过载损坏机件等事故。但其缺点是需要配置液压泵和油箱，传动介质易泄漏，不适于遥控，系统安装困难，故障不易诊断等。表6-1列出了液压与气压传动和其他传动的性能比较，由此可看出其传动的具体性能。返回上一页6.2液压与气压传动的主要元件应用简介6.2.1动力元件1.液压泵概述（1）液压泵的工作原理如图6-2所泵为最简单柱塞液压泵的工作原理图。柱塞2安装在缸体3内，靠间隙密封，柱塞、缸体和单向阀4、5形成密封的工作容积。柱塞在弹簧的作用下和信心轮1保持接触，当信心轮旋转时，柱塞在信心和弹簧的作用下在缸体中移动，使密封腔a的容积发生变化。柱塞右移时，密封腔a的容积增大，产生局部真空，油箱6中的油液在大气压力作用下顶开单朝向中阀5封闭出油口，防止系统压力油液回流。柱塞左移时，密封腔a减小，已吸入的油液受到挤压，产生一定的压力，便顶开单向阀5中的钢球压入系统，实现排油。此时，单向阀4中的钢球在弹簧和油压的作用下，封闭吸油口，避免油液流回油箱。若信心轮不停地转动，泵就不停地吸油和排油。下一页返回6.2液压与气压传动的主要元件应用简介（2）齿轮泵的工作原理如图6-3所示为齿轮泵的工作原理图。从图中可以看出，齿轮泵是由一对大小一样齿数相同的相互啮合的齿轮与泵体组成的。（3）如图6-4所示为单作用式叶片泵的工作原理图。这种泵主要由定子1、转子6和叶片5等组成。2.空气压缩机空气压缩机是气压传动系统的动力源，也是系统的心脏部分，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。气压传动系统中最常用的空气压缩机为往复活塞式压缩机，工作原理如图6-5所示。空气压缩机按输出压力大小可分为：低压空压机、中压空压机、高压空压机和超高压空压机；按输出流量可分为：微型、小型、中型、大型空气压缩机。如图6-6所示为空气压缩机的几种常见类型，如表6-2所示为空气压缩机类型与性能比较。返回上一页下一页6.2液压与气压传动的主要元件应用简介6.2.2液压电机和气压电机液压电机和气压电机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。液压电机的种类很多，常用的有齿轮式、叶片式等，其结构如图6-7所示。气压传动中使用最广泛的是叶片式和活塞式气压电机。如表6-3所示为几种气压电机的类型及性能比较。6.2.3动力缸动力缸与液压电机或气压电机的功能相同，也是作为执行元件将工作介质的压力能转换成机械能，驱动工作部件。不同之处在于动力缸输出的运动形式多为直线运动。如图6-8所示为典型的单杆活塞缸结构。返回上一页下一页6.2液压与气压传动的主要元件应用简介6.2.4控制元件控制阀按其所控制的参数不同分为方向阀、压力阀和流量阀，而每一种阀因在阀中结构、连接方式等方面有所不同又有不同的分类。控制阀的种类如表6-4所示。1.压力控制阀压力控制阀用于控制液压、气压传动系统中工作介质的压力，使系统能够安全可靠稳定地运行。常用的压力控制阀有溢流阀、养成阀、顺序阀等。如图6-10所示为溢流阀的结构原理和图形符号。2.流量控制阀流量控制阀是通过改变阀口的通流面积来改变流量从而调节执行元件速度的控制阀。如图6-11所示为简单节流阀的结构图。下一页返回上一页6.2液压与气压传动的主要元件应用简介3.方向控制阀方向控制阀是控制液压、气压传动系统中必不可少的控制元件，它通过控制阀口的通、断来控制液体流动的方向。（1）单向阀如图6-12所示为普通单向阀的结构原理图和图形符号。（2）换向阀换向阀是借助于阀心和阀体之间的相对移动来控制没路的通、断关系，改变油液的流动方向，从而控制执行元件的运动方向。如图6-13所示。返回上一页下一页6.2液压与气压传动的主要元件应用简介6.2.5辅助元件液压辅助元件包括蓄能器、过滤器、油箱、管道及管接头、密封件等。这些元件，从其在液压系统中的作用看，仅起辅助作用，但从保证完成液压系统的任务看，它们是非常重要的。它们对系统的性能、效率、温升、噪声和寿命影响极大，必须给予足够的重视。除油箱常需自行设计外，其余的辅助元件已标准化和系列化，皆为标准件，但应注意合理选用。返回上一页6.3数控控机床上液压压系统的构成成及其回路6.3.1压压力控制回回路1.调压回回路（1）单级调调压回路如图6-14（（a）所示，它是最最基本的调压压回路。（2）远程调调压回路在先导式溢流流阀的遥控口口接一远程调调压阀，即可可实现远距离离调压，如图6-14（（b）所示。2.减压回回路减压回路的功功能是在单泵泵供油的液压压系统中，使使某一条支路路获得比主油油路工作压力力还要低的稳稳定压力。常见的减压回回路如图6-15所示。返回下一页6.3数控控机床上液压压系统的构成成及其回路3.增压回路路（1）单作用用增压回路如图6-16（（a）所示，此回路路租用单作用用增压缸来增增压。（2）双作用用增压回路如图6-16（（b）所示回路采用用双作用增压压缸来增压。。4.卸荷回路路（1）用换向向阀的卸荷回回路如图6-17（（a）所示为采用三三位4能换向向阀的卸荷回回路，两电磁磁铁断电后，，执行元件停停止运动，液液压泵输出油油液经中位直直接返回油箱箱。如图6-17（（b）所示为采用二二位2通电磁磁换向阀直接接卸荷的回路路，电磁铁通通电时，液压压示输出油液液经此换向阀阀直接排回油油箱。下一页返回上一页6.3数控控机床上液压压系统的构成成及其回路（2）用先导导式溢流阀的的卸荷回路如图6-17（（c）所示，在先导导式溢流阀1的遥控口接接一小规格的的二位2通电电磁阀2。（3）用外控控顺序阀的卸卸荷回路如图6-17（（d）所示是在双联联泵供油系统统中，用外控控顺序阀4使使其中一台泵泵卸荷的回路路。（4）压力补补偿变量泵的的卸荷回路如图6-17（（e）所泵为压力补补偿变量泵的的卸荷回路。。（5）保压卸卸荷回路如图6-17（（f）所示为用压力力继电器控制制电磁溢流阀阀使液压示卸卸荷，用蓄能能器保压的回回路。下一页返回上一页6.3数控控机床上液压压系统的构成成及其回路5.平衡回回路对于执行元件件与垂直运动动部件相连的的结构，当垂垂直运动部件件下行时，都都会出现超负负载。如图6-18所示，单向顺顺序阀1串接接在液压缸下下行的回油路路上，其调定定压力略大于于运动部件自自重在液压缸缸下腔中形成成的压力。6.3.2速速度控制回路路1.调速回回路调速回路是指指调节执行元元件的运动速速度。改变执执行元件运动动速度的方法法，可从其速速度表达式中中寻求。即：：液压缸的速度度：V=q/A液压马达的转转速：nm=q/Vm下一页返回上一页6.3数控控机床上液压压系统的构成成及其回路(1)进口节节流调速回路路将节流阀装在在液压缸的进进口油路上，，即串联在定定量泵和液压压缸之间，与与进口油路并并联一溢流支支路，如图6-19所示。调节节节流阀阀口的的大小不一，，改变了并联联支路的油量量分配，也就就改变了进入入液斥缸的流流量，实现活活塞运动速度度v的调节。。（2）出口节节流调速回路路将节流阀装在在液压缸的出出口油路上，，与进口油路路并联一溢流流支路，如图6-20所示。与进口口节流调节调调速回路的调调速原理相似似，调节节流流阀阀口的大大小不一，改改变了并联支支路的油量分分配，也就改改变了液压缸缸排出的流量量，实现活塞塞运动速度v的调节。下一页返回上一页6.3数控控机床上液压压系统的构成成及其回路2.速度变变换回路（1）增速回回路。增速回回路是指在不不增加液压泵泵流量的前提提下，提高执执行元件速度度的回路。①自重充液增增速回路。如如图6-21（（a）所示为自重充充液增速回路路，常用于质质量大的立式式运动部件的的大型液压系系统。②差动连接增增速回路。如如图6-21（（b）所示为差动连连接增速回路路。（2）减速回回路减速回路是使使执行元件由由快速转换为为慢速的回路路。常用的方方法是靠节流流阀或调速阀阀来减速，用用行程阀或电电气行程开关关控制换向阀阀的通、断将将快速转换为为慢速。如图6-22所示。下一页返回上一页6.3数控控机床上液压压系统的构成成及其回路6.3.3方方向控制回回路1.换向回回路采用二位4通通、二位5通通、三位4通通或三位5通通换向阀都可可以使执行元元件换向。二二位阀可以使使执行元件向向正、反两个个方向运动，，但不能在任任意位置停止止。三位阀有有中位，可以以使执行元件件在其行程中中的任意位置置停止。如果执行元件件是单作用液液压缸或差动动缸，则可用用二位3通换换向阀来换向向，如图6-23所示。在闭式系统中中可用双向变变量泵控制油油流的方向来来实现液压马马达或液压缸缸的换向。若若执行元件是是双作用单活活塞杆液压缸缸，回路中应应考虑流量平平衡问题，如如图6-24所示。下一页返回上一页6.3数控控机床上液压压系统的构成成及其回路2.锁紧回回路为了使液压缸缸活塞能在任任意位置上停停止运动，并并防止其在外外力作用下发发生窜动，需需采用锁紧回回路。锁紧的的原理就是将将执行元件的的进回油路封封闭；利用三三位4通换向向阀的中位机机能可以使活活塞在行程范范围内的任意意位置上停止止运动，但由由于换向阀的的泄漏，锁紧紧效果差。要获得很好的的锁紧效果，，应采用液控控单向阀。如如图6-25所示为双向锁锁紧回路，在在液压缸两侧侧油路上串接接液控单向阀阀。换向阀处处中位时，液液控单向阀关关闭液压缸两两侧油路，活活塞被双向锁锁紧，左、右右都不能窜动动。返回上一页6.4液压压与气压传动动系统在数控控机床上的应应用6.4.1平平面磨床工工作台液压系系统如图6-26所示为简化后后的颊磨床工工作台液压系系统图。当电电机带动液压压泵3转动时时，油箱1中中的油液经过过过滤器2被被吸入系统。。来自液压泵泵3的压力油油经节流阀6，进入手动动三位4通换换向阀7的P-A通道，，再进入二位位4通电磁换换向阀8流入入液压缸9的的左腔，推动动活塞连同工工作台12向向右运动，液液压缸右腔的的油液被活塞塞回油箱1中中。6.4.2TND360数控车床床液压系统如图6-27所示为数控车车床TND360机床的的液压系统原原理。该机床床液压系统同同液压站和5条液压支路路组成。5条条液压支路是是同卡盘夹紧紧支路、尾架架套筒移动支支路、主轴变变速支路和预预留两条支路路所组成的。。下一页返回6.4液压压与气压传动动系统在数控控机床上的应应用（1）液压工工作站液压工作站的的工作原理是是同液压电机机1通过联轴轴器2驱动外外反馈限压式式变量泵3产产生压力油，，压力油经过过单向阀4和和滤油器8后后输出。（2）卡盘夹夹紧支路卡盘要通过卡卡爪的抓紧和和放松动作来来实现对工件件的夹紧与放放松。工作中中要能判别其其卡爪是否夹夹紧工件，如如果没有夹紧紧工件时，则则数控加工程程序不能执行行，并在执行行时发出报警警信号。（3）尾架套套筒支路尾架套筒的前前端用于安装装流动顶针，，活动顶针的的加工时，用用于长轴类零零件的辅助支支承。下一页返回上一页6.4液压压与气压传动动系统在数控控机床上的应应用（4）主轴变变速支路这是在图6-27上最右边的一一条支路，由由液压缸缸杆杆使主轴箱内内变速齿轮的的移动，实现现变速齿轮的的左、右移动动，变速齿轮轮与不同的齿齿轮啮合，实实现主轴在高高、低速区不不同的转动。。（5）预留支支路其他两条油路路是为机床增增加其他液压压驱动部件或或附件而预留留的液压支路路，使机床在在使用中，随随时可安装使使用液压中心心的刀架、液液压回转刀架架和自动送料料机构等辅助助部件。返回上一页6.5数控控机床润滑系系统6.5.1油油脂润滑方方式油脂润滑方式式不需要润滑滑设备，工作作可靠，密封封简单，不需需要经常添加加和更换，维维护方便，但但摩擦阻力大大。油脂润滑滑方式一般采采用的是高级级锂基油脂润润滑。润滑时时油脂的封入入量一般为润润滑空间容积积的10%，，切忌随意填填满。油脂过过多，会加剧剧运动部件的的发热。采用用油脂润滑方方式时，要采采取有效的密密封措施，以以防止切屑液液和润滑油进进入。密封措措施有迷宫式式密封、油封封密封和密封封圈密封。下一页返回6.5数控控机床润滑系系统6.5.2油油液润滑方方式1.油液循循环润滑方式式在数控机床上上，发热量大大的部件，常常彩油液循环环润滑方式。。2.定时定定量润滑定时定量润滑滑无论润滑点点位置高低和和离油泵远近近，稳中有降降点的供油量量稳定，由于于润滑周期的的长短及供油油量可调整，，减小了润滑滑油的消耗，，易于自动报报警，润滑可可靠性高。如如图6-28所示定量阀定定时定量润滑滑系统的工作作原理。如图6-29所示为定量阀阀的结构示意意图。下一页返回上一页6.5数控控机床润滑系系统3.油雾润润滑方式油雾润滑是利利用经过净化化处理的高压压气体将润滑滑油雾后，并并经管道喷送送到需润滑的的部位的润滑滑方式。该方方式财政开支支雾状油液吸吸热性好，又又无油液搅拌拌作用，所以以能以较少油油量获得较充充分的润滑，，常用于高速速主轴轴承的的润滑。缺点点是油雾容易易被吹出，污污染环境。油油雾润滑系统统通常由压缩缩空气的分水水过滤器，电电磁阀、调压压器进入雾化化器后，送往往喷嘴喷出润润滑。4.油气润润滑方式如图6-30所示为油气润润滑原理图。。油气润滑方方式是用压缩缩空气把小油油滴送进轴承承空隙中，使使油量大小达达最佳值。该该方式的优点点是压缩空气气有散热作用用，润滑油可可回收，不污污染周围空气气。返回上一页6.6数控控机床上液压压与气压系统统的维护6.6.1液液压系统的的维护要点液压系统的维维护有如下要要点。①控制油液污污染，保持油油液清洁，是是确保液压系系统正常工作作的重要措施施。②控制液压系系统中油液的的温升是减少少能源消耗、、提高系统效效率的一个重重要环节。③控制液压系系统的泄漏极极为重要，因因为泄漏和吸吸空是液压系系统常见的故故障。④防止液压系系统振动与噪噪声。⑤严格执行日日常点检测制制度。⑥严格执行定定期紧固、清清洗、过滤和和更换制度。。返回下一页6.6数控控机床上液压压与气压系统统的维护6.6.2液液压系统的的点检①各各液液压压阀阀、、液液压压缸缸及及管管接接头头处处是是否否有有外外漏漏。。②液液压压泵泵或或液液压压马马达达运运转转时时是是否否有有异异常常噪噪声声等等现现象象。。③液液压压缸缸移移动动时时工工作作是是否否正正常常、、平平稳稳。。④液液压压系系统统的的各各测测压压点点压压力力是是否否在在规规定定的的范范围围内内，，压压力力是是否否稳稳定定。。⑤油油液液的的温温度度是是否否在在允允许许的的范范围围内内。。⑥液液压压系系统统工工作作时时有有无无高高频频振振动动。。⑦电电气气控控制制或或撞撞块块控控制制的的换换向向阀阀工工作作是是否否灵灵敏敏、、可可靠靠。。⑧油油箱箱内内油油量量是是否否在在油油标标刻刻线线范范围围内内。。⑨行行程程开开关关或或限限位位挡挡块块的的位位置置是是否否有有变变动动。。⑩液液压压系系统统手手动动或或自自动动工工作作循循环环时时是是否否有有异异常常现现象象。。返回回下一一页页上一一页页6.6数数控控机机床床上上液液压压与与气气压压系系统统的的维维护护6.6.3气动系系统的维护护要点1.保证证供给洁净净的压缩空空气压缩空气中中通常都含含有水分、、油分和粉粉尘等杂质质。2.保证证空气中含含有适量的的润滑油大多数气动动执行元件件和控制元元件都要求求适度的润润滑。3.保持持气动系统统的密封性性漏气不仅增增加了能量量的消耗，，也会导致致供气压力力的下降，，甚至造成成气动元件件工作失常常。4.保证证气动元件件中运动零零件的灵敏敏性从空气压缩缩机排出的的压缩空空气，包含含有粒度为为0.01~0.8μm的压压缩机油微微粒，在排排气温度为为120~2200C的高温下下这些油粒粒会迅速氧氧化，氧化化后油粒颜颜色变深，，黏性增大大，并逐步步同液态固固化成油泥泥。下一页返回上一页6.6数数控机床上上液压与气气压系统的的维护5.保证证气动装置置具有合适适的工作压压力和运动动速度调节工作压压力时，压压力表应当当工作可靠靠、读数准准确。减压压与节流阀阀调节好后后，必须紧紧固调压阀阀盖或锁紧紧螺母，防防止松动。。6.6.4气动系系统的点检检主要内容是是对冷凝水水和润滑油油的管理。。冷凝水的的排放，一一搬应当在在气动装置置运行之前前进行。但但是当夜间间温度低于于00C时，为防防止冷凝水水冻结，气气动装置运运行结束后后，就应开开启放水阀阀门将冷凝凝水排出。。补充润滑滑油时，要要检查油雾雾器中油的的质量和滴滴油量是否否符合要求求。此外，，点检还还应包括检检查供气压压力是否正正常、有无无漏气现等等。返回上一页图6-1液液压传动动的工作原原理返回