数控机床原理、结构与维修 第6章 数控机床液压与气动系统

数控机床原理、结构与维修主编张平亮第6章数控机床液压与气动系统1.卡盘支路

2.液压变速机构

3.刀架系统的液压支路

6.1液压与气动系统的概述

6.2数控机床典型液压回路的分析

6.3数控机床典型气压回路的分析

6.4数控机床液压系统的维护和液压故障的维修

6.5数控机床气动系统的维护和气压故障的维修第6章数控机床液压与气动系统

图6-1CK3225数控车床的液压系统图

1—压力表2—卡盘液压缸3—变挡液压缸Ⅰ4—变挡液压缸Ⅱ

5—转塔夹紧缸6—转塔转位液压马达7—尾座液压缸1.卡盘支路支路中减压阀的作用是调节卡盘夹紧力。压力继电器的作用是当液压缸压力不足时，立即使主轴停转，以免卡盘松动。该支路还采用液控单向阀的锁紧回路。2.液压变速机构

图6-2液压变速机构原理3.刀架系统的液压支路

图6-3CK3225数控车床刀架结构

1—刀盘2—中心轴3—回转轴4—柱销5—凸轮6—液压缸7—盘

8—开关9—选位凸轮10—计数开关11、12—鼠牙盘6.1液压与气动系统的概述①自动换刀所需的动作，如机械手的伸、缩、回转和摆动及刀具的松开和拉紧动作。

②机床运动部件的平衡，如机床主轴箱的重力平衡、刀库机械手的平衡装置等。

③机床运动部件的制动和离合器的控制，齿轮拨叉、挂挡等。

④机床的润滑冷却。

⑤机床防护罩、板、门的自动开关。

⑥工作台的松开夹紧，交换工作台的自动交换动作。

⑦夹具的自动松开、夹紧。

⑧工件、工具定位面和交换工作台的自动吹屑、清理定位基准面等。

6.1.1液压与气压传动系统的构成6.1液压与气动系统的概述液压和气压传动系统一般由以下五个部分组成：

(1)动力装置动力装置是将原动机的机械能转换成传动介质的压力能的装置。

(2)执行装置执行装置用于联接工作部件，将工作介质的压力能转换为工作部件的机械能，常见的执行装置有液压缸和气缸及进行回转运动的液压电机、气压电机等。

(3)控制与调节装置控制与调节装置是用于控制和调节系统中工作介质的压力、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，同时也可以用来卸载或实现过载保护等。

(4)辅助装置辅助装置是对过载介质起到容纳、净化、润滑、消声和实现元件之间联接等作用的装置。6.1液压与气动系统的概述(5)传动介质传动介质是用来传递动力和运动的过载介质，即液压油或压缩空气。

6.1.2液压与气压传动的主要元件应用

1.动力元件

(1)液压泵概述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，为液压系统提供动力，是液压系统的重要组成部分。6.1液压与气动系统的概述表6-1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、输出流量均匀、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、限压式变量叶片泵等6.1液压与气动系统的概述表6-1液压泵的类型和特点特点类型柱塞泵优点是：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6.1液压与气动系统的概述(2)空气压缩机空气压缩机是气压传动系统的动力源，也是气压系统的心脏部分，是把电动机输出的机械能转换成传动介质压力能的能量转换装置。6.1液压与气动系统的概述表6-2空气压缩机的类型与性能比较类型额定压力／MPa气量／(L/min)驱动动力／kW单级往复式1．020～10000．2～75双级往复式1．550～100000．7～75油冷螺杆式0．7～0．85180～120001．5～75无油单级往复式0．7～0．8520～80000．2～75无油双级螺杆式0．92000～30000020～1800离心式0．7>10000>5006.1液压与气动系统的概述2.液压马达和气马达图6-4常用液压马达结构

a)齿轮式b)叶片式3.液压执行元件4.控制元件6.1液压与气动系统的概述表6-3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、电气控按联接方式分管接式、板接式(液压、气压传动)、法兰联接式、叠加阀式、插装式6.1液压与气动系统的概述图6-5液压传动的工作原理

1—杠杆2、7—活塞3、6—液压缸

4、5—单向阀8—重物9—控制阀

10—油箱11—油管6.1液压与气动系统的概述5.辅件部分

6.1.3液压与气压传动的工作原理

液压传动的工作原理如图6⁃5所示。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和活塞7组成升降液压缸。千斤顶工作时，向上提起杠杆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，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始终处于截止状态。若打开控制阀9，则液压缸6下腔中的油液将在重物的重力作用下排回油箱。6.2数控机床典型液压回路的分析

图6-6MJ-50型数控车床液压系统的原理图

1、2、3、4、5—换向阀6、7、8—减压阀9、10、11—调速阀

12、13、14—压力表6.2数控机床典型液压回路的分析1.卡盘分系统

2.回转刀盘分系统

3.尾座套筒分系统

1)数控机床控制的自动化程度要求较高，类似于机床的液压控制，它对动作的顺序要求较严格，并有一定的速度要求。

2)由于数控机床的主运动已趋于直接用伺服电动机驱动，所以液压系统的执行元件主要承担各种辅助功能，虽其负载变化幅度不是太大，但要求稳定。6.2数控机床典型液压回路的分析

图6-7VP1050型加工中心的液压系统工作原理图

1—液压泵2、9—止回阀3、6—压力开关4—液压马达5—配重液压缸

7、16—减压阀8、11、15—换向阀10—松刀缸12—变速液压缸

13、14—单向节流阀LS1、LS2、LS3、LS4—行程开关6.2数控机床典型液压回路的分析1.刀链驱动支路

2.主轴箱平衡支路

3.松刀缸支路

4.高低速转换支路图6-8TH6350型卧式加工中心外观图

1—冷却水箱2—机械手3、11—液压油箱4—油温自动控制箱5—强电柜

6—数控柜7、9—刀库8—排屑器10—冷却液箱12—油温自动控制器6.2数控机床典型液压回路的分析图6-9TH6350型卧式加工中心的液压系统原理图1.油箱泵源部分6.2数控机床典型液压回路的分析2.刀库刀具锁紧装置和自动换刀部分

(1)刀具锁紧装置在弹簧力作用下，刀套下部两夹紧块处于闭合状态，夹住刀具尾部的拉紧螺钉使刀具固定。

(2)机械手机械手是完成主轴与刀库之间刀具交换的自动装置，该机床采用回转式双臂机械手。31233GW1.eps6.3数控机床典型气压回路的分析图6-12主轴气动结构图

1、2—感应开关3—吹气孔4、6—活塞5—缸体1.松刀缸支路6.3数控机床典型气压回路的分析2.工作台交换支路

3.工作台夹紧支路

4.鞍座定位与锁紧支路

5.刀库移动支路

图6-13真空卡盘的结构简图

1—卡盘本体2—沟槽3—小孔4—孔道5—转接件6—腔室

7—孔8—连接管9—转阀10—软管11—活塞12—弹簧6.3数控机床典型气压回路的分析图6-14真空卡盘的气动回路

1、4、5—电磁阀2—调节阀

3—真空罐6—继电器7—压力表6.3数控机床典型气压回路的分析

图6-15气动原理图6.3数控机床典型气压回路的分析图6-16气动换刀系统原理图6.4数控机床液压系统的维护和液压故障的维修6.4.1液压系统的维护要点

1.液压设备的使用维护要求

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。

2)按使用说明书规定的油品牌号选用液压油，在加油之前，油液必须过滤。

3)机床液压系统油液的工作温度不得超过60℃，一般应控制在35～55℃范围内。

4)为保证电磁阀正常工作，必须保证电压稳定，其波动值不应超过额定电压的5％～15％。

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。6.4数控机床液压系统的维护和液压故障的维修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，以免积污。

7)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)，要及时分析原因并处理，不要勉强运转，以免造成大事故。

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，油量是否充足，若有异常，应及时排除。

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。

10)经常检查和定期紧固管件接头、法兰盘等，以防松动。

11)控制液压系统泄漏极为重要，因为泄漏是液压系统常见的故障。

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。6.4数控机床液压系统的维护和液压故障的维修2.液压设备的维护、保养规程

1)操作者必须熟悉本设备所用的主要液压元件的作用，熟悉液压系统原理，掌握系统动作顺序。

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，检查工件尺寸及刀具磨损情况，防止液压系统振动与噪声。

3)在开动设备前，应检查所有运动机构及电磁阀是否处于原始状态，检查油箱油位。

4)冬季当油箱内油温未达到25℃时，各执行机构不准开始按顺序工作，而只能起动液压泵电动机使液压泵空运转。

5)停机4h以上的液压设备，在开始工作前，应先起动液压泵电动机5～10min(泵进行空运转)，然后才能带压力工作。6.4数控机床液压系统的维护和液压故障的维修6)操作者不准损坏电气系统的互锁装置，不准用手推动电控阀，不准损坏或任意移动各操纵挡块的位置。

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。

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。

9)液压设备应经常保持清洁，防止灰尘、切削液、切屑、棉纱等杂物进入油箱。

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。

6.4.2维护、保养计划的安排

1.点检6.4数控机床液压系统的维护和液压故障的维修1)各液压阀、液压缸及管接头处是否有外漏。

2)液压泵或液压马达运转时是否有异常噪声等现象。

3)液压缸移动时工作是否正常平稳。

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。

5)油液的温度是否在允许的范围内。

6)液压系统工作时有无高频振动。

7)电气控制或撞块(凸轮)控制的换向阀工作是否灵敏可靠。

8)油箱内油量是否在油标刻线范围内。

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。

10)液压系统手动或自动工作循环时是否有异常现象。6.4数控机床液压系统的维护和液压故障的维修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。

12)定期检查蓄能器工作性能。

13)定期检查冷却器和加热器的工作性能。

14)定期检查和紧固重要部位的螺钉、螺母、接头和法兰螺钉。

15)定期检查、更换密封件。

16)定期检查、清洗或更换液压件。

17)定期检查、清洗或更换滤芯。

18)定期检查、清洗油箱和管道。6.4数控机床液压系统的维护和液压故障的维修表6-4点检维修卡点检内容123点检内容12311121231341451561671781891910206.4数控机床液压系统的维护和液压故障的维修表6-4点检维修卡点检方法机点检方法机电电液液润润处理意见处理意见6.4数控机床液压系统的维护和液压故障的维修2.维护检修周期表(见表6-5)6.4数控机床液压系统的维护和液压故障的维修表6-5维护检修周期表检修重点与检修项目维护、检修周期检修方法与检修目的泵的声音异常1次／日听检。检查油中混入空气和滤网堵塞情况；检查异常磨损等泵的吸入真空度1次／3个月靠近吸油口安装真空计，检查滤网堵塞情况泵壳温度1次／3个月检查内部机件的异常磨耗：检查轴承是否烧坏泵的输出压力1次／3个月检查异常磨耗6.4数控机床液压系统的维护和液压故障的维修表6-5维护检修周期表检修重点与检修项目维护、检修周期检修方法与检修目的联轴器声音异常1次／1个月听检。检查异常磨耗和定心的变化清除过滤网的附着物1次／3个月用溶剂冲洗，或从内侧吹风清除液压马达的声音异常1次／3个月听检。检查异常磨耗等各个压力计指示情况1次／6个月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、校正液压执行部件的运动速度1次／6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内部漏油增大情况等6.4数控机床液压系统的维护和液压故障的维修表6-5维护检修周期表液压设备循环时间和泵卸荷时间的测定1次／6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内部漏油增大情况等轴承温度1次／6个月轴承的异常磨损蓄能器的封入压力1次／3个月如压力不足，则应用肥皂水检查，有无泄漏等情况压力表、温度计和计时器等的校正1次／年与标准仪表作比较校正胶管类检查1次／6个月查明破损情况各元件和管道及密封件1次／3个月检查各密封处的密封状态液压泵的轴封、液压缸活塞杆的密封、漏油情况1次／6个月检查各密封处的密封状态各元件安装螺栓和管道支承松动情况1次／1个月检查振动特别大的装置更为重要6.4数控机床液压系统的维护和液压故障的维修表6-5维护检修周期表全部液压设备1次／1年各