项目八 任务六 数控机床液压系统分析

• （6）刀库选刀、装刀回路 • 在零件加工过程中，刀库需把下道工序所 需的刀具预选列位。首先判断所需的刀具 在刀库中的位置，确定液压马达32的旋转 方向，使电磁阀33换向，控制单元34控制 液压马达起动、中间状态、到位、旋转速 度，刀具到位后由旋转编码器组成的闭环 系统发出信号。双向溢流阀起安全作用。 液压缸35用于刀库装卸刀具。
• （2）液压平衡装置 • 由溢流减压阀7、溢流阀8、手动换向阀9、液压缸10 组成平衡装置，蓄能器11用于吸收液压冲击。液压缸 10为支撑加工中心立柱丝杠的液压缸。为减小丝杠与 螺母间的摩擦，并保持摩擦力均衡，保证主轴精度， 用溢流减压阀7维持液压缸10下腔的压力，使丝杠在 正、反向工作状态下处于稳定的受力状态。当液压缸 上行时，压力油和蓄能器向液压缸下腔供油，当液压 缸在滚珠丝杠带动而下行时，缸下腔的油又被挤回蓄 能器或经过溢流减压阀7回油箱，因而起到平衡作用。 调节溢流减压阀7可使液压缸10处于最佳受力工作状 态，其受力的大小可通过测量Y轴伺服电动机的负载 电流来判断。手动换向阀9用于使液压缸卸载。
• 3．尾架套筒分系统 • 尾架套筒通过液压缸实现顶出与缩回。 • 通过上系统的分析，数控机床液压系统的特点 为： • （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。液压系统一般 由数控系统的PLC或CNC来控制，所以动作顺 序直接用电磁换向阀切换来实现的较多。 • （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。因此，常采用减压阀来保证 支路压力的恒定。
• （5）数控旋转工作台回路 • ① 数控工作台夹紧：数控旋转工作台可使 工件在加工过程中连续旋转，当进入固定 位置加工时，电磁阀29切换至左位，使工 作台夹紧，并由压力继电器30发出信号。 • ② 托盘交换：交换工件时，电磁阀31处于 右位，缸41使定位销缩回，同时缸42松开 托盘，由交换工作台交换工件，交换结束 后电磁阀31换向，定位销伸出，托盘夹紧， 即可进入加工状态。
• ⑤ 机械手插刀：机械手旋转180°后发出信 号，使电磁阀25换向，缸26使机械手缩回， 刀具分别插入主轴锥孔和刀库链节中。 • ⑥ 刀具夹紧和松销：机械手插刀后，电磁阀 20、21换向。缸39使主轴中的刀具夹紧；缸 24使刀库链节中的刀具夹紧；缸36使机械手 上定位销缩回，以便机械手复位。 • ⑦ 机械手复位：刀具夹紧后发出信号，电磁 阀17换向，液压缸38使机械手旋转90°回到 起始位置。 • 到此，整个换刀动作结束，主轴起动进入零 件加工状态
• 2．回转刀盘分系统 • 回转刀盘分系统有两个执行元件，刀盘的松开 与夹紧由液压缸执行，而液压马达则驱动刀盘 回转。 • 刀盘的完整旋转过程是刀盘松开→刀盘通过左 转或右转就近到达指定刀位→刀盘夹紧。因此 电磁铁的动作顺序是4Y得电(刀盘松开) →8Y(正 转)或7Y(反转)得电(刀盘旋转) →8Y(正转时)或 7Y(反转时)失电(刀盘停止转动) →4Y失电(刀盘 夹紧)。
• （3）加工中心的主轴刀具需要的夹紧力较大，而 液压系统其他部分需要的压力为中低，且受主轴结 构的限制，不宜选用缸径较大的液压缸。采用增压 器可以满足主轴刀具对夹紧力的要求。 • （4）在齿轮变速箱中，采用液压缸驱动滑移齿轮 来实现两级变速，可以扩大伺服电动机驱动的主轴 的调速范围。 • （5）加工中心的主轴、垂直拖板、变速箱、主电 动机等联成一体，由伺服电动机通过r轴滚珠丝杠带 动其上下移动。采用平衡阀—平衡缸的平衡回路， 可以保证加工精度，减小滚珠丝杠的轴向受力，且 结构简单、体积小、质量轻。
• （4）换刀回路及动作
• 加工中心在加工零件过程中，当前道工序 完成后就需换刀，此时机床主轴退至换刀 点，且处在准停状态，所需置换的刀具已 处在刀库预定换刀位置。换刀动作由机械 手完成，其换刀过程为：机械手抓刀→刀具 松开和定位→拔刀→换刀→插刀→刀具夹紧 和松开→机械手复位。
• ① 机械手抓刀：当系统收到换刀信号时，电磁 阀17切换至左位，压力油进入齿条缸38下腔， 推动活塞上移，使机械手同时抓住主轴锥孔中 的刀具和刀库上预选的刀具。双单向节流阀18 控制抓刀和回位的速度，双液控制单向阀19保 证系统失压时机械手位置不变。 • ② 刀具松开和定位：当抓刀动作完成后，发出 信号使电磁阀20切换至左位，电磁阀21处于右 位，从而使增压器22的高压油进人液压缸39左 腔，活塞杆将主轴锥孔中的刀具松开；同时， 液压缸24的活塞杆上移，松开刀库中预选的刀 具；此时，液压缸36的活塞杆在弹簧力作用下 将机械手上两个定位销伸出，卡住机械手上的 刀具。松开主轴锥孔中刀具的压力可由减压阀 23调节
• 3．系统特点 • （1）在加工中心中，液压系统所承担的辅助 动作的负载力较小，主要负载是运动部件的摩 擦力和起动时的惯性力，因此一般采用压力在 10MPa以下的中低压系统，且液压系统流量一 般在30L/min以下。 • （2）加工中心在自动循环过程中，各个阶段 流量需求的变化很大，并要求压力基本恒定。 采用限压式变量泵与蓄能器组成的液压源，可 以减小流量脉动、能量损失和系统发热，提高 机床加工精度。
任务六 数控机床液压系统分析
一、MJ-50型数控车床的液压系统
• 机床中由液压系统实现的动作有：卡盘 的夹紧与松开，刀架的夹紧与松开，刀架 的正转与反转，尾座套筒的伸出与缩回。 • 电磁阀的动作是由PC实现的。
卡盘松开 卡盘夹紧
刀架转位
刀架刀盘
套筒退回 套筒伸出
Y
Y
Y Y Y Y Y Y
MJ-50数控车床液压系统的原理图
• 1．卡盘分系统 • 高压夹紧：3Y失电、1Y得电．换向阀2和1均位 于左位。分系统的进油路：液压泵→减压阀6→ 换向阀2→换向阀1→液压缸右腔。回油路：液 压缸左腔→换向阀1→油箱。这时活塞左移使卡 盘夹紧(称正卡或外卡)，夹紧力的大小可通过 减压阀6调节。由于阀6的调定值高于阀7，所 以卡盘处于高压夹紧状态。松夹时，使2Y得电、 1Y失电，阀1切换至右位。进油路：液压泵→ 减压阀6→换向阀2→换向阀1→液压缸左腔。回 油路：液压缸右腔→换向阀1→油箱。活塞右移， 卡盘松开。 • 低压夹紧：油路与高压夹紧状态基本相同，唯 一不同的是这时3Y得电而使阀2切换至右位， 因而液压泵的供油只能经减压阀7进入分系统。 通过调节阀7便能实现低压夹紧状态下的
• （3）主轴变速回路 • 主轴通过交流变频电动机实现无级调速。为了 得到最佳的转矩性能，将主轴的无级调速分成 高速和低速两个区域，并通过一对双联齿轮变 速来实现。主轴的这种换档变速由液压缸40完 成。在图示位置时，压力油直接经电磁阀13右 位、电磁阀14右位进入缸40左腔，完成由低速 向高速的换档。当电磁阀13切换至左位时，压 力油经减压阀12、电磁阀13、14进入缸40右腔， 完成由高速向低速的换档。换档过程中缸40的 速度由双单向节流阀15来调节。
二、卧式镗铣加工中心液压系统
• 数控加工中心是由计算机数字控制 (CNC控制),可在一次装夹中完成钻、扩、铰、 镗、铣、锪、螺纹加工等多道工序，是集 机、电、液、气、计算机于一体的高效原理图
• （1）液压油源
• 该液压系统采用变量叶片泵和蓄能器联合 供油方式，液压泵为限压式变量叶片泵， 最高工作压力为7MPa。溢流阀4作为溢流阀 用，其调整压力为8MPa，只有系统过载时 才起作用。手动换向阀5用于系统卸荷，过 滤器6用于对系统回油进行过滤
• ③ 机械手拔刀：当主轴、刀库上的刀具松 开后，无触点开关发出信号，电磁阀25处 于右位，由缸26带动机械手伸出，使刀具 从主轴锥孔和刀库链节中拔出。缸26带有 缓冲装置，以防止行程终点发生撞击和噪 声。 • ④ 机械手换刀：机械手伸出后发出信号， 使电磁阀27换向至左位。齿条缸37的活塞 向上移动，使机械手旋转180°，转位速度 由双单向节流阀调节，并可根据刀具的质 量，由电磁阀28确定两种换刀速度。
• 2．回转刀盘分系统 • 回转刀盘分系统有两个执行元件，刀盘的松开 与夹紧由液压缸执行，而液压马达则驱动刀盘 回转。 • 刀盘的完整旋转过程是刀盘松开→刀盘通过左 转或右转就近到达指定刀位→刀盘夹紧。因此 电磁铁的动作顺序是4Y得电(刀盘松开) →8Y(正 转)或7Y(反转)得电(刀盘旋转) →8Y(正转时)或 7Y(反转时)失电(刀盘停止转动) →4Y失电(刀盘 夹紧)。