数控机床液压传动系统

液压传动系统三级项目

——机床液压传动系统

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日期：2012年6月22日

一、液压传动系统概述

液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式。液压传动技术广泛应用于现代机床生产中，我们以数控车床为例，介绍液压传动系统在机床中的应用。

现代数控机床在实现整机的全自动化控制中，除数控系统外，还需要配备液压传动装置来辅助实现整机的自动运行功能。液压传动装置由于使用工作压力高的油性介质，因此机构输出力大，机械机构紧凑，动作平稳可靠，易于调节，噪声较小。

液压传动系统在数控机床中具有如下辅助功能：

（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夹紧动作。

（2）机床运动部件的运动、制动和离合器的控制、齿轮拨叉挂档等。

二、设计机床液压传动系统的依据

（1）机床的总体布局和工艺要求，包括采用液压传动所完成的机床运动种类、机械设计时提出可能用的液压执行元件的种类和型号、执行元件的位置及其空间的尺寸范围、要求的自动化程度等。

（2）机床的工作循环、执行机构的运动方式（移动、转动或摆动），以及完成的工作范围。

（3）液压执行元件的运动速度、调速范围、工作行程、载荷性质和变化范围。（4）机床各部件的动作顺序和互锁要求，以及各部件的工作环境与占地面积等。（5）液压系统的工作性能，如工作平稳性、可靠性、换向精度、停留时间和冲出量等方面的要求。

（6）其它要求，如污染、腐蚀性、易燃性以及液压装置的质量、外形尺寸和经

济性等。

三、设计液压传动系统的步骤

1、明确对液压传动系统的工作要求，是设计液压传动系统的依据，由使用部门以技术任务书的形式提出。

2、拟定液压传动系统图。（1）根据工作部件的运动形式，合理地选择液压执行元件；（2）根据工作部件的性能要求和动作顺序，列出可能实现的各种基本回路。此时应注意选择合适的调速方案、速度换接方案，确定安全措施和卸荷措施，保证自动工作循环的完成和顺序动作和可靠。

液压传动方案拟定后，应按国家标准规定的图形符号绘制正式原理图。图中应标注出各液压元件的型号规格，还应有执行元件的动作循环图和电气元件的动作循环表，同时要列出标准（或通用）元件及辅助元件一览表。

3、绘制液压系统工作图，编制技术文件。

四、设计液压传动系统时应注意问题

1、在组合基本回路时，要注意防止回路间相互干扰，保证正常的工作循环。

2、提高系统的工作效率，防止系统过热。例如功率小，可用节流调速系统；功率大，最好用容积调速系统；经常停车制动，应使泵能够及时地卸荷；在每一工作循环中耗油率差别很大的系统，应考虑用蓄能器或压力补偿变量泵等效率高的回路。

3、防止液压冲击，对于高压大流量的系统，应考虑用液压换向阀代替电磁换向阀，减慢换向速度；采用蓄能器或增设缓冲回路，消除液压冲击。

4、系统在满足工作循环和生产率的前提下，应力求简单，系统越复杂，产生故障的机会就越多。系统要安全可靠，对于做垂直运动提升重物的执行元件应设有平衡回路；对有严格顺序动作要求的执行元件应采用行程控制的顺序动作回路。此外，还应具有互锁装置和一些安全措施。

5、尽量做到标准化、系列化设计，减少专用件设计。

五、数控车床液压系统的原理图

图2-1为数控车床液压系统原理总图。该机床液压系统由五条液压支路组成，分别是卡盘夹紧支路、刀架转位支路、回转刀架的松夹支路、主轴变速支路和尾座套筒移动支路。

图2-1 数控车床液压系统原理图

（1）卡盘夹紧支路

卡盘夹紧支路如图2-2。

图2-2 卡盘夹紧支路

工件的夹紧、松开: 数控车床因其工件在高速旋转中进行切削加工, 故对工件的可靠夹紧有其特殊的要求,并要保证在特殊情况下如: 机床切削过程中出现故障、突然停电等情况下, 工件被可靠夹持。因此对其工件夹紧液压装置在安全可靠性方面需有多重保护装置。工件的夹持通常通过液压旋转油缸提供。轴向推拉力经拉杆连接到动力卡盘上, 并经斜楔机构等将轴向力放大成夹紧工件的径向夹紧力。详见示意图2-3。

图2-3 工件的夹紧

工作过程:

数控车床切削工件通过动力卡盘夹紧,在高速液压旋转油缸规格确定后,

其夹紧方式为：1Y得电时活塞伸出夹紧工件，夹紧力可通过进油口的先导式减压阀调定；2Y得电时活塞缩回松开工件；当夹紧力达到调定值时，换向阀断电，阀芯处于中位，并通过进出油口的液压锁将活塞锁住，确保工件在合适的夹紧力下被加工，液压锁同时确保意外故障等情况下油缸两腔油被困, 使工件不松脱,起安全保障作用。

（2）回转刀架的松夹及正反转

回转刀架换刀时，首先是刀架松开，然转到指定的刀位，最后刀盘夹紧，如图2-4

图2-4 回转刀架

刀盘的夹紧与松开，由一个Y型机能的三位四通电磁换向阀2控制，换向阀与液控单向阀及调速阀组成自锁回路，4YA通电时刀盘松开，当3YA通电时刀盘夹紧，自锁回路可以实现刀盘夹紧后的锁紧，消除了加工过程中刀架突然松开引起的事故隐患。

刀盘的旋转有正转和反转两个方向，采用液压马达实现刀盘换位是数控车床刀盘换位中常见的方式之一，三位四通手动换向阀3控制刀盘的正转反转，调速阀11通过换向阀3的左右换位来控制刀盘旋转时快速和慢速，以节省换位时间并确保到位时的减速，保证换位的正确性和定位精度。

工作过程：当4YA通电时，阀2右位工作，刀盘松开；当5YA通电、6YA 断电时，刀架正转；当5YA断电，6YA通电时，刀架反转；当3YA断电时，阀2左位工作，刀架夹紧。

（3）主轴变速支路

主轴变速支路由三位四通电磁换向阀4及两位三通电磁换向阀5组成一个差动回路，如图2-5。节流阀开度一定时，当7YA通电，9YA断电时，主轴为正常运动速度；当7YA、9YA同时通电时，液压缸两腔同时进油，由于两腔中液压油作用面积不同，实现差动。调节节流阀的开度，可以实现主轴在高、低速区不同的转动。

图2-5 主轴变速支路

（4）尾座套筒移动支路

尾架套筒的前端用于安装活动顶针，活动顶针在加工时，用于长轴类零件