分離型液壓系統(tǒng)集成化設(shè)計

賈永鋒

（中航工業(yè)成都飛機工業(yè)（集團）有限責(zé)任公司 結(jié)構(gòu)件加工廠，成都 610092）

分離型液壓系統(tǒng)集成化設(shè)計

賈永鋒

（中航工業(yè)成都飛機工業(yè)（集團）有限責(zé)任公司 結(jié)構(gòu)件加工廠，成都 610092）

針對某數(shù)控機床滑枕分離型液壓平衡系統(tǒng)在實際工作過程中存在的不足，結(jié)合液壓系統(tǒng)的工作原理進行了集成化設(shè)計，提高了液壓系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性，實現(xiàn)了液壓平衡系統(tǒng)自動化、智能化充壓。

液壓系統(tǒng)；分離型；集成化

0　引言

數(shù)控機床滑枕液壓自動平衡系統(tǒng)對機床加工精度的提高，加工過程的快速性、穩(wěn)定性及部件壽命的提高都具有十分重要的意義。其功能是通過液壓系統(tǒng)平衡掉滑枕等運動部件的自重，在各種工況下減小伺服電機的無用負荷，液壓平衡系統(tǒng)對機床的正常運行至關(guān)重要。本文介紹了某數(shù)控機床滑枕分離型液壓平衡系統(tǒng)在實際工作過程中存在的問題，提出了將液壓平衡系統(tǒng)集成化的優(yōu)化改進方案，解決了液壓平衡系統(tǒng)實際運行中的不足，提高了機床零件加工的穩(wěn)定性。

1　某數(shù)控機床滑枕結(jié)構(gòu)及液壓平衡系統(tǒng)的簡介

1.1滑枕機械結(jié)構(gòu)

該機床是三坐標立式加工中心，滑枕沿Z軸方向上下運動，滑枕頭的形式為方形滑枕。Z軸使用精密級的滾珠絲杠，并采用雙螺母方式，依靠墊片對螺母進行預(yù)緊，防止了間隙的產(chǎn)生；絲杠兩端采用軸承支承，從一側(cè)進行預(yù)緊，支承的軸承采用精密級的止推球軸承，對于支承軸承的潤滑采用封入耐熱潤滑脂方式。Z軸采用電機驅(qū)動齒輪，齒輪驅(qū)動絲杠的傳動方式。

1.2液壓平衡系統(tǒng)

滑枕的平衡控制依靠安裝在滑枕中間的液壓平衡油缸及系統(tǒng)中的蓄冷器平衡，在停電的時候，依靠附屬于Z軸伺服電機的剎車結(jié)構(gòu)，以及液壓平衡系統(tǒng)防止滑枕滑落。

1.2.1液壓平衡系統(tǒng)的組成

液壓平衡系統(tǒng)如圖1所示，由過濾器1、手動泵2、溢流閥3、單向閥4、球閥5、蓄能器6、壓力表7、壓力繼電器8及油缸9組成。

1.2.2液壓平衡系統(tǒng)的工作原理及液壓元件的功能

機床滑枕在運行過程中，壓力繼電器8實時監(jiān)控液壓平衡系統(tǒng)壓力，該機床液壓平衡系統(tǒng)壓力要求不得低于5.5Mpa。當(dāng)壓力低于5.5Mpa時，壓力繼電器8將低壓信號輸入到機床PLC中，機床控制系統(tǒng)會出現(xiàn)Z軸平衡壓力低報警，需要進行補壓。補壓時首先將Z軸移動到最高點，然后反復(fù)推拉手動泵2拉桿，直到壓力表7顯示大于等于5.5Mpa時停止，補壓完成。

圖1　某機床液壓平衡系統(tǒng)圖

在維修過程中需要進行液壓平衡系統(tǒng)泄壓時，將滑枕進行必要的支撐，防止滑落，打開球閥5，平衡液壓系統(tǒng)的油液通過球閥5回到液壓油箱，完成泄壓。

蓄能器6作為一種能量儲存裝置，其作用是當(dāng)滑枕上升時對液壓平衡系統(tǒng)進行壓力補充，當(dāng)滑枕下降時將液壓平衡系統(tǒng)壓力能儲存起來，具有吸收運動沖擊和輔助動力源的作用。

單向閥4具有單向?qū)?，反向截止的作用，對液壓泵起到了保護作用。

溢流閥3通過閥口的溢流，使液壓平衡系統(tǒng)壓力在補壓時維持恒定，實現(xiàn)調(diào)壓、穩(wěn)壓和限壓的作用。

手動泵2是在進行補壓時，不斷向系統(tǒng)輸送一定流量和壓力的油液，作為系統(tǒng)的供油能源，屬于動力元件。

1.2.3液壓平衡系統(tǒng)存在的不足

該機床滑枕液壓平衡系統(tǒng)采用手動泵進行補壓，補壓周期長，操作過程費時費力，人工成本較高。且滑枕在運行過程中不能進行實時補壓，液壓系統(tǒng)穩(wěn)定性差，滑枕負載慣量很大，運動起來對Z軸電機和滾珠絲杠影響很大，長時間工作容易出現(xiàn)驅(qū)動電機過熱、過流及過載等現(xiàn)象，造成滾珠絲杠磨損，減少工作壽命，影響Z軸定位及重復(fù)定位精度，存在零件加工質(zhì)量風(fēng)險，機床運行可靠性不高。

2　液壓系統(tǒng)集成化設(shè)計方案

該機床主液壓系統(tǒng)和滑枕液壓平衡系統(tǒng)是兩個獨立的部分，如圖2所示，主液壓系統(tǒng)主要為主軸松刀、主軸軸承預(yù)載、液壓馬達、定位缸、倒刀缸及ATC伸縮缸提供工作動力，主液壓系統(tǒng)出口壓力為12Mpa，采用變量泵，油箱容量大，系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠。

2.1技術(shù)方案及目標

技術(shù)方案分三部分完成，一是液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計改造；二是PLC控制程序的設(shè)計；三是理論驗證及實施。最終達到液壓平衡系統(tǒng)實現(xiàn)自動實時補壓，無人工干預(yù)，提高機床穩(wěn)定性，降低零件質(zhì)量風(fēng)險，延長機械傳動部件的使用壽命，提高機床完好率，減少液壓故障停機時間等目標。

2.2設(shè)計思路

結(jié)合主液壓系統(tǒng)實際工作原理及硬件務(wù)件，設(shè)計思路為將主液壓系統(tǒng)和滑枕液壓平衡系統(tǒng)集成在一起，取消原液壓平衡系統(tǒng)的手動泵源，增加一個二位二通電磁換向閥，并對液壓系統(tǒng)PLC控制程序進行修改，由手動補壓優(yōu)化改進為自動補壓，實現(xiàn)補壓無人干預(yù)。

2.3改進后的液壓平衡系統(tǒng)工作原理

設(shè)計改進后的液壓傳動系統(tǒng)如圖3所示，滑枕液壓平衡系統(tǒng)并聯(lián)在主液壓系統(tǒng)中，當(dāng)液壓平衡系統(tǒng)壓力低于5.5Mpa時，壓力繼電器2將低壓信號輸入到機床PLC中，PLC輸出補壓信號，二位二通電磁換向閥6線圈YV10得電，閥芯處于左位，變量泵7開始工作，進行補壓。

圖2　主液壓系統(tǒng)圖

圖3　集成后的液壓系統(tǒng)

當(dāng)壓力繼電器2檢測到液壓平衡系統(tǒng)壓力大于等于5.5Mpa時，將壓力信號輸入到PLC中，PLC輸出停止補壓信號，二位二通電磁換向閥6線圈YV10失電，閥芯處于右位常態(tài)位置，變量泵7停止工作，補壓完成。

球閥5的作用是當(dāng)需要對液壓平衡系統(tǒng)進行泄壓時，打開球閥5液壓平衡系統(tǒng)油液回到液壓油箱，達到泄壓目的。

2.4改進后的PLC控制程序

圖4　PLC控制信號

圖5　PLC控制程序

改造后的液壓平衡系統(tǒng)PLC控制信號及程序如圖4、圖5所示，當(dāng)液壓平衡系統(tǒng)壓力檢測開關(guān)檢測到低壓時，將信號I33.0輸入到PLC中，PLC輸出控制信號Q33.5和Q33.6，二位二通電磁閥處于左位打開位置，液壓泵啟動，系統(tǒng)開始補壓；當(dāng)液壓平衡系統(tǒng)壓力檢測開關(guān)檢測到高壓時，將信號I33.1輸入到PLC中，PLC輸出控制信號Q33.5和Q33.6，二位二通電磁閥處于右位關(guān)閉位置，液壓泵停止工作，系統(tǒng)完成補壓。

2.5改進后產(chǎn)生的經(jīng)濟效益

對三臺機床進行了改造，如表1所示改造后補壓停機時間明顯減少，降低了維修成本，經(jīng)濟效益可觀，生產(chǎn)效率明顯提高。

2.6改進后的實際應(yīng)用效果

液壓平衡系統(tǒng)經(jīng)過優(yōu)化改進后，實現(xiàn)了由手動補壓變成自動實時補壓。實際應(yīng)用中液壓平衡系統(tǒng)工作更加穩(wěn)定可靠，Z軸運行負載沖擊小，定位精度高，零件表面質(zhì)量良好，降低了維修人員的勞動強度，提高了數(shù)控設(shè)備的應(yīng)用能力，達到了設(shè)計預(yù)期的目標。

3　結(jié)論

本文對某數(shù)控機床的滑枕液壓平衡系統(tǒng)進行了介紹，針對平衡系統(tǒng)存在的問題進行了剖析，提出并設(shè)計了新的液壓平衡系統(tǒng)。經(jīng)過現(xiàn)場實際使用證明，該設(shè)計工作可靠、平穩(wěn)，解決了生產(chǎn)實際問題，提高了數(shù)控機床的利用率，具有一定的推廣價值。

表1　經(jīng)濟效益

［1］ 黃志堅.圖解液壓元件使用與維修［M］.北京：中國電力出版社，2008.1，78-84.

［2］ 邵俊鵬，周德繁.液壓系統(tǒng)設(shè)計禁忌［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2008.1，105-114.

［3］ 鄧英劍，劉志勇.液壓與氣壓傳動［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2007.8，52-58.

［4］ 簡引霞.液壓傳動技術(shù)［M］.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2006.7，122-146.

［5］ 凌智勇.機床液壓系統(tǒng)及故障維修［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.7，142-146.

［6］ 官忠范.液壓傳動系統(tǒng)［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2004.8，41-72.

［7］ 孫麗君.工程流體力學(xué)［M］.北京.中國電力出版社，2005.8，108-136.

［8］ 劉雙江.數(shù)控機床機械裝調(diào)維修工［M］.北京：中國勞動社會保障出版社，2012，231-257.

圖4　不同溫度下的成形不足區(qū)域面積示意圖

圖5　不同摩擦系數(shù)下的成形不足區(qū)域面積示意圖

從圖5可以看出，摩擦系數(shù)為0.125時的INSUFFICIENT STRETCH區(qū)域最小，摩擦系數(shù)從0.15～0.2，U形件INSUFFICIENT STRETCH區(qū)域明顯增大。結(jié)果表明，摩擦系數(shù)過大或過小都不利于成形，對于22MnB5的U形件適宜熱成形的摩擦系數(shù)區(qū)間在0.1～0.125之間。

4　結(jié)論

本文主要分析了板料不同初始溫度、不同摩擦系數(shù)下22MnB5U形件成形性能，得出以下結(jié)論：

1）冷成形工藝相比于熱成形工藝回彈小，但是韌性差，22MnB5的U形件更適宜用熱成形工藝成形。

2）隨著溫度的升高，22MnB5的韌性增強，更易成形；但超過900℃后，溫度升高反而會降低板料的強度，可成形性能更差。

3）隨著摩擦系數(shù)的增大，板料和模具之間阻力增大，有助于成形；但超過0.125后，隨著阻力增大，模具磨損情況加重，板料流動困難，可成形性能更差。

參考文獻：

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Integrated design of separation type hydraulic system

JIA Yong-feng

TH137.7

B

1009-0134（2016）10-0126-03

2016-07-27

賈永鋒（1986 -），男，陜西咸陽人，助理工程師，本科，主要從事數(shù)控機床的維修維護及技術(shù)改造工作。