2-1 数控车床的液压传动解读

情境二复杂机械的液压传动任务1 数控车床的液压传动一、结构与工作情况1、结构数控车床是一台现代机械加工设备，主要用于回转型零件的加工。

外形图：图4-1 数控车床外形图结构图：图4－2 数控车床结构1－床体2－光电阅读机3－机床操作台4－数控系统操作面板5－倾斜导轨6－刀盘7－防护门8－尾架9－排屑装置二、液压传动系统1、传动系统图：图4－3 数控车床液压系统1－液压泵2－溢流阀3、8－二位二通换向阀4－三位五通换向阀5－液压缸6、7－调速阀该系统的需完成的工作循环为：快速空程运动→慢速工作进给→更慢速工作进给→快退→停止。

3、系统中的基本回路（1）换向回路由三位五通电磁换向阀4等组成的换向回路，使液压缸5能够前进、后退和停止运动。

（2）差动联接回路由二位二通电磁换向阀3和三位五通电磁换向阀4等组成的差动联接快速回路，阀3通电使液压缸5形成差动联接，以实现刀具的快速运动。

（3）出口节流调速回路由调速阀6和7等元件组成出口节流调速回路，用于调节液压缸的工作进给速度。

（4）串联调速二次调速进给回路由调速阀6实现液压缸5的慢速进给，由调速阀7实现液压缸5的更慢速进给。

必须指出，调速阀7的流量应小于调速阀6的的调节流量，否则得不到更慢速进给速度。

（5）速度换接回路由二位二通阀8等元件组成速度换接回路。

当二位二通阀8通电时，由调速阀6实现慢速进给，当二位二通阀8断电时，由调速阀7实现更慢速进给。

（6）卸荷回路由三位五通电磁换向阀4的M型中位机能卸荷。

4、实现：“快进→慢进→更慢进→快退→原位停止”工作循环的油路情况（1）快进1YA和3YA通电，液压缸5实现差动联接，因活塞杆固定，液压缸5快速向左运动。

进油路：泵1→阀4左位→液压缸5左腔。

回油路：液压缸5右腔→阀4左位→阀3下位→液压缸5左腔。

（2）慢速进给1YA和4YA通电，因调速阀6在回油路上，所以称为出口节流调速回路。

进油路：泵1→阀4左位→液压缸5左腔（液压缸5慢速向左运动）。

回油路：液压缸5右腔→阀4左位→精过滤器→调速阀6→阀8右位→油箱。

（3）更慢速进给：1YA通电，回油经过调速阀6、7，因而液压缸5获得更慢速进给。

进油路：泵1→阀4左位→液压缸5左腔（液压缸5更慢速向左运动）。

回油路：液压缸5右腔→阀4左位→精过滤器→调速阀6→调速阀7→油箱。

（4）快退2YA通电，阀4换向，液压缸5快速向右退回。

进油路：泵1→阀4右位→液压缸5右腔（液压缸5快速向右运动）。

回油路：液压缸5左腔→阀4右位→油箱。

（5）停止电磁铁均断电，液压缸5停止运动。

其油路情况是：泵1→阀4中位（M型机能）→油箱。

5、回路特点（1）液压缸快带前进，采用差动联接回路来实现，可以选用小流量泵，使能量利用更为经济合理。

（2）采用出口节流调速形式，在回路上能够背压，不仅可以提高运动的平稳性，防止负载突然消失，引起民液压缸突进，而且具有承受反向负载的能力。

（3）采用“定量泵－调速阀”式调速回路，速度刚性较好，调速范围也大；但存在溢流损失和节流损失、功率损耗大等缺点。

（4）采用调速阀串联实现更慢速进给。

由于两阀均处于工作状态，速度换接时液压缸不前冲现象，换接平稳性好。

（5）采用电磁换向阀实现两种工作进给速度的换接，工作可靠，便于实现远程控制，但换接平稳性差。

三、换向阀(一)换向阀的分类及图形符号换向阀又叫方向阀，其功用是根据控制要求改变换向阀口的通断来达到改变液压油流动的方向。

按阀的操纵方式不同，换向阀可分为手动、机动、电磁动、液动、电液动换向阀，其操纵符号如图4－4所示。

按阀芯位置数不同，换向阀可分为二位、三位、四位和多位换向阀；按阀体上主油路进、出油口数目不同，又可分为二通、三通、四通、五通等。

换向阀位各通的符号、相应的结构原理见表4-1。

图4－4 换向阀操纵方式符号a)电磁动b)机动c)手动d)弹簧复位e)液动f)液动外控g)电液动表4－1换向阀的结构原理与图表中图形符号所表达的意义为：箭头表示两油口连通，但不表示流向。

“⊥”表示油口不通流。

在一个方格内，箭头或“⊥”符号与方格的交点数为油口的通路数，即“通”数。

1） 方格数即“位”数，三格即三位。

2） 控制方式各复位弹簧的符号应画在方格的两端。

3） P 表示压力油的入口，T 表示与油箱连通的回油口,A 和 B 表示连接其它工作油路的油口。

三位阀的中格及二位阀侧面画有弹簧的那一方格为常态位（即未受控制时的状态）。

在液压原理图中，换向阀与油路的连接应画在常态位上。

二位二通阀有常开型（常态位置两油口连通）和常闭型（常态位置两油口不连通），应注意区别。

（二）几种常见的换向阀1、机动换向阀 如图4－5所示，称为二位二通机动换向阀。

当安装在运动部件上的挡块或凸轮碰及机动阀阀芯端部的滚轮使阀芯移动，从而使油路换向。

在图示位置，阀芯2在弹簧作用下处于左位，P 与A 不连通；当有运动部件上的挡块压住滚轮1推动阀芯右移时，使油口P 与A 连通。

机动换向阀结构简单，常用于控制运动部件的行程和位置，其缺点是它必须安装在运动部件行程上，一般油管较长，调整位置较麻烦。

机动换向阀又称行程阀、位置阀。

2、电磁换向阀 电磁换向阀如图4－6所示，它的两端是电磁线圈（电磁铁），中间是阀体。

电磁换向阀是利用电磁线圈通电后电磁铁的吸力推动阀芯移动换位的换向阀。

电磁换向阀有利于提高设备的自动化程度，因而应用最广泛。

电磁铁因其所用电源不同而分为交流电磁铁和直流电磁铁。

交流电磁铁常用电压为220V 和380V ，不需要特殊电源，电磁吸力大，换向时间短（0.01～0.03s ），但换向冲击大、噪声大、发热大、换向频率不能太高，一般为10次/min ，不超过30次/min ，寿命较低。

直流电磁铁的工作电压一般为24V ，其换向平稳，工作可靠，发热小，噪声小，寿命高，允许使用的换向阀可达120次/min ，其缺点是起动力小，换向时间较长（0.05～0.08s ），且需要专门的直流电源，成本较高。

电磁铁按衔铁工作腔是否有油液，又可分为“干式”和“湿式”。

干式电磁铁不允许油液流入电磁铁内部，因此必须在滑阀和电磁铁之间设置密封装置，而在推杆移动时产生较大的摩擦阻力，也易造成油的泄漏。

湿式电磁铁的衔铁和推杆均图4－5 机动换向阀1－滚轮 2－阀芯 3－弹簧浸在油液中，运动阻力小，且油还能起到冷却和吸振作用，从而提高了换向的可靠性及使用寿命。

图4－6a所示为二位三通干式交流电磁换向阀。

其左边为一交流电磁铁，右边为滑阀。

当电磁铁不通电时（图示位置），其油口P与A连通；当电磁铁通电时，衔铁1右移，通过推杆2使阀芯3推压弹簧4并向右移至端部，其油口P 与B连通，而P与A断开。

图4－6c所示为三位四通直流湿式电磁换向阀，图4－6d为它的符号。

阀的两端各有一个电磁铁和一个对中弹簧。

当右端电磁铁通电时，右衔铁1通过推杆2将阀芯3推到左端，阀右位工作，其油口P通A，B通T；当左端电磁铁通电时，阀左位工作，其阀芯移至右端，油口P通B，A接通T。

三位四通电磁换向阀换向时要经过中间状态，但时间很短，此时受控的设备在中间状态下失控，当速度高和运动部件质量大时应考虑到这一因素，采取相应的措施。

油浸式电磁铁，其衔铁和电磁线圈均浸在油液中工作，发热很小，寿命很长，但造价较高。

图4－6电磁换向阀a)、b)二位三通电磁换向阀c)、d)三位四通电磁换向阀1－衔铁2－推杆3－阀芯4－弹簧3、液动换向阀电磁换向阀易实现程序控制，换向速度快，但受电磁铁尺寸限制，难以用于切换大流量油路。

当阀的通径大于10mm时常用压力油操纵阀芯换位。

这种利用控制油路的压力油推动阀芯改变位置的阀，称为液动换向阀。

图4－7为三位四通液动换向阀。

当其两端控制油K1和K2均不通入压力油时，阀芯在两端弹簧的作用下处于中位；当K1进压力油，K2接油箱时，阀芯移至右端，其通油状态为P通A，B通T；反之，K2进压力油，K1接油箱时，阀芯移至左端，其通油状态为P通B，A与T接通。

液动换向阀经常与机动换向阀或电磁换向阀组合成机液换向阀或电液换向阀，实现自动换向或大流量主油路换向。

4、电液换向阀电液换向阀是由电磁换向阀和液动换向阀组成的复合阀。

图4－7液动换向阀图4－8电液换向阀电磁换向阀为先导阀，它用以改变控制油路的方向；液动换向阀为主阀，它用以改变主油路的方向。

这种阀的优点是可用反应灵敏的小规格电磁阀方便地控制大流量的液动阀换向。

图4－8a 、b 、c 为三位四通电液换向阀的结构简图、图形符号各简化符号。

当电磁换向阀的两电磁铁线圈均不通电时（图示位置），电磁阀芯在两端弹簧力作用下处于中位。

这时液动换向阀芯两端的油腔经两节流阀及电磁换向阀的通路与油箱（T ）连通，液动阀芯处于中位，A 、B 、P 、T 油口均不相通。

当左端电磁铁通电时，电磁阀芯右移，使由P 口进入的压力油经电磁阀油路及左端单向阀进入液动换向阀的左端油腔，而液动换向阀右端的油则经右节流阀及电磁阀上的通道与油箱连通，液动换向阀芯即在左端液压油推力的作用下移至右端，使P 通A ，B 通T ；反之，当右端电磁铁通电时，电磁阀芯移至左端时，溢动换向阀右端进压力油，左端经左节流阀通油箱，阀芯移至左端，即液动换向阀右位工作，改变油路的通断状态为P 通B ，A 通T 。

液动换向阀的换向时间可由两端节流阀调整，因而可使换向平稳，冲击小。

5、多路换向阀 将多个换向阀按一定方式组合，就成为多路换向阀，如下图4-9所示，常用于工程机械等要求集中操纵多个执行元件的设备中。

按组合方式不同，它有并联式、串联式和顺序单动式三种，其图形符号如图4－9a 、b 、c 所示。

在并联式多路换向阀的油路中，泵可同时向各执行元件供油（这时负载小的执行元件先动作；若负载相同，则执行元件的流量之和等于泵的流量），也可只对其中一个或两个执行元件供油。

串联式多路换向阀的油路中，泵只能依次向各执行元件供油，在各执行元件同时动作的情况下，多个负载压力之和不应超过泵的工作压力，但每个执行元件都可以获得高的运动速度。

顺序单动式多路换向阀的油路中，泵只能顺序向各执行元件分别供油。

操作前一个阀时就切断了后面阀的油路，从而可避免各执行元件动作间的干扰，并防止其误动作。

除了上述各种阀外，还有很多类型的阀，如转阀之类，它们适用于一些特殊的需要。

但工作原理都类同。

有关具体的结构手册中都有介绍。

（三） 三位换向阀的中位机能三位换向阀中位时，各油口间可以有不同的连通方式，可以实现不同的功能，图4-9 多路换向阀a)并联式 b ）串联式 c)顺序阀这种连通方式称为它的中位机能。

中位机能不同的同规格阀，其阀体通用，但阀芯台肩的结构尺寸不同，内部通油情况也不同。

不同的中位机能，可以满足液压系统的不同要求，在选用时可根据表6-2中说明选用。