數(shù)控機(jī)床的液壓系統(tǒng)設(shè)計與研究

李世勇

摘? ?要：數(shù)控機(jī)床的液壓系統(tǒng)的應(yīng)用，被逐漸應(yīng)用在工業(yè)機(jī)械設(shè)備等領(lǐng)域，提升了當(dāng)前傳動控制技術(shù)水平。并且整個系統(tǒng)體積比較小，在設(shè)計安裝過程中，比較靈活，能夠?yàn)榘惭b人員提供便利，滿足無級變速和過載保護(hù)的要求。根據(jù)當(dāng)前數(shù)控機(jī)床液壓系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀，本文主要針對數(shù)控機(jī)床的液壓系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行全面的分析和研究，為當(dāng)前系統(tǒng)研發(fā)提供借鑒和幫助。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床? 液壓系統(tǒng)? 設(shè)計? 研究

中圖分類號：TG659? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）12（a）-0102-02

隨著當(dāng)前數(shù)控機(jī)床在當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)中的廣泛應(yīng)用，極大提升了現(xiàn)有的生產(chǎn)效率，滿足了當(dāng)年工業(yè)迅速發(fā)展的基本要求。其中液壓系統(tǒng)會對整個數(shù)控機(jī)床安裝、運(yùn)行產(chǎn)生極為重要的影響，需要設(shè)計人員根據(jù)當(dāng)前數(shù)控機(jī)床的性質(zhì)和特點(diǎn)，對當(dāng)前液壓系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，整合現(xiàn)有設(shè)計資源，從而彌補(bǔ)以往設(shè)計存在的不足。因此，本文主要針對數(shù)控機(jī)床的液壓系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行詳細(xì)的分析和論述。

1? 數(shù)控機(jī)床液壓系統(tǒng)的重要作用

液壓技術(shù)是保證數(shù)控機(jī)床進(jìn)行傳動和控制的重要技術(shù)。隨著現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，自動化水平日益提升，設(shè)計人員需要完善數(shù)控功能以外，要重視液壓技術(shù)和氣壓傳動裝置的設(shè)計，提升數(shù)控機(jī)床自動運(yùn)行的效率。在進(jìn)行液壓傳動裝置設(shè)計過程中，要保證整體結(jié)構(gòu)的緊湊性和穩(wěn)定性，便于操作人員進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，液壓傳動系統(tǒng)在數(shù)控機(jī)床應(yīng)用過程中主要發(fā)揮以下輔助功能：第一，實(shí)現(xiàn)了自動換刀動作，比如機(jī)械手的伸縮、回轉(zhuǎn)以及擺動，還有刀具的基本動作。第二，可以保證數(shù)控機(jī)床運(yùn)動部件的整體平衡，比如液壓系統(tǒng)的應(yīng)用，可以保證數(shù)控機(jī)床主軸箱重力的平衡。第三，液壓系統(tǒng)可以提升數(shù)控機(jī)床運(yùn)行的效率，控制好機(jī)床運(yùn)動部件和離合器等，為其提供基本的支撐。第四，可以提升數(shù)控機(jī)床的潤滑性，及時進(jìn)行冷卻，幫助工作臺完成日常的動作。

2? 數(shù)控機(jī)床液壓系統(tǒng)組成

數(shù)控機(jī)床液壓系統(tǒng)主要包括主泵動力站以及相應(yīng)的控制件和附件等。在液壓系統(tǒng)運(yùn)行過程中，運(yùn)行原理主要執(zhí)行裝置帶動工件或者刀具直接參與到工件表面進(jìn)行運(yùn)動，這對整個數(shù)控機(jī)床運(yùn)行的穩(wěn)定性和效率產(chǎn)生十分重要的影響。

第一，確定好液壓系統(tǒng)的參數(shù)。根據(jù)當(dāng)前數(shù)控機(jī)床液壓系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，技術(shù)參數(shù)主要包括主參數(shù)和一般技術(shù)參數(shù)。主參數(shù)主要表示數(shù)控機(jī)床的規(guī)格和工作性能。運(yùn)動參數(shù)主要表示夾具和刀架的運(yùn)動速度。

第二，數(shù)控機(jī)床主傳動系統(tǒng)方案設(shè)計。根據(jù)當(dāng)前數(shù)控機(jī)床液壓系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀，主傳動變速具體分析無級變級和有級變級等。本文主要討論無級變速。無級變速就是主要是指運(yùn)行速度在一定范圍內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)不間斷地、任意地變速，技術(shù)人員可以選擇最佳的切削速度，然后進(jìn)行合理的調(diào)整，速度損失降至最低，可以有效提升實(shí)際的生產(chǎn)效率，在通常情況下，實(shí)現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)速度變速，節(jié)省了操作時間，為操作人員提供便利，具有良好的穩(wěn)定性。在本次設(shè)計過程中，設(shè)計人員主要采用了交流調(diào)速電動機(jī)，主要利用變頻調(diào)速的方式進(jìn)行速度的調(diào)整，調(diào)速的效率越高，證明性能越好。

第三，液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計。在整個液壓系統(tǒng)組件中，主要是為了保證切削加工和運(yùn)動傳遞能夠順利進(jìn)行，保證刀具和工具按照既定的運(yùn)動軌跡運(yùn)行。液壓系統(tǒng)組件是數(shù)控機(jī)床重要的執(zhí)行件，能夠帶動工件或者刀具參與表面形成運(yùn)動，對數(shù)控機(jī)床運(yùn)行效率和產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生十分重要的影響。為了保證液壓系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，設(shè)計人員需要提結(jié)合具體的設(shè)計參數(shù)和動力參數(shù)，控制好機(jī)床的旋轉(zhuǎn)精度，提升強(qiáng)度和剛度以及抗震性，保持良好的熱穩(wěn)定性和耐磨性。

3? 數(shù)控機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計

第一，系統(tǒng)設(shè)計要求。

在進(jìn)行數(shù)控機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計過程中，設(shè)計人員需要根據(jù)相關(guān)程序，制定科學(xué)合理的基本方案，明確機(jī)床的基本情況，比如機(jī)床的性能，生產(chǎn)工藝流程，總體作業(yè)環(huán)境以及具體布局等;需要明確液壓系統(tǒng)需要處理的動作，設(shè)計好動作順序，處理好不同系統(tǒng)之間的關(guān)系，選擇合理的運(yùn)動形式，確定最佳的運(yùn)動速度;需要對液壓系統(tǒng)的調(diào)整范圍、運(yùn)動的穩(wěn)定性以及運(yùn)轉(zhuǎn)精度等進(jìn)行確定，滿足液壓系統(tǒng)自動化運(yùn)動的需求，選擇合理的操作控制方式。

第二，機(jī)床液壓系統(tǒng)選擇。首先，在調(diào)速方式選擇上，通過把電動機(jī)作為原動機(jī)的機(jī)器，在液壓傳動系統(tǒng)傳輸過程中，主要采用液壓調(diào)速的方式，根據(jù)分析不同類型調(diào)速方式，可以選擇容積——節(jié)流聯(lián)合調(diào)速的方式，主要調(diào)節(jié)壓力反饋式變量泵和力量控制閥，可以提升速度負(fù)載性能，降低實(shí)際的功率損失率。其次，在液壓回路選擇上，設(shè)計人員可以油路循環(huán)的方式，選擇開式系統(tǒng)，利用執(zhí)行元件的排油回油箱，在經(jīng)過冷卻和沉淀以后，然后進(jìn)入到液壓泵的進(jìn)口，做好循環(huán)工作，滿足實(shí)際生產(chǎn)的基本要求。再次，在本次系統(tǒng)設(shè)計中，主要采用普通液壓系統(tǒng)，主要選擇礦油型液壓油作為實(shí)際運(yùn)行的工作介質(zhì)。設(shè)計人員可以根據(jù)實(shí)際情況，分析周圍溫度變化，選擇符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的液壓油。最后，在執(zhí)行元件選擇過程中，設(shè)計人員可以根據(jù)液壓系統(tǒng)的性能，選擇直線運(yùn)動，采用單活塞桿液壓缸。

第三，液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計。在經(jīng)過計算以后，設(shè)計人員在確定好液壓缸尺寸以后，需要對各個部分的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。首先，在缸體和缸蓋設(shè)計過程中，設(shè)計人員需要充分考慮到內(nèi)部的連接方式、運(yùn)動中產(chǎn)生的壓力以及周圍的工作條件，通常為法蘭連接、內(nèi)外半環(huán)連接等。在本次研究中，設(shè)計人員主要采用螺紋連接，外形尺寸比較小，重量比較輕。但是也存在一定的缺點(diǎn)，端部工藝要求很高，在設(shè)計裝卸過程中，需要采用專門的技術(shù)工具。其次，在活塞桿和活塞連接過程中，可以活塞環(huán)、唇形密封圈等，在經(jīng)過比較分析以后，設(shè)計人員主要采用整體式結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)連接簡單，尤其適用于缸徑比較小的液壓缸。最后，密封圈的選擇。與靜密封相比，動密封存在一定的泄漏量，可以發(fā)揮潤滑的作用，減少系統(tǒng)內(nèi)部的磨損。因此，設(shè)計人員要根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行的壓力、溫度以及運(yùn)動范圍，選擇相應(yīng)的密封圈，滿足實(shí)際生產(chǎn)的基本要求。

第四，液壓泵和電機(jī)設(shè)計。液壓泵是整個液壓系統(tǒng)的能源裝置，屬于重要的動力元件，主要把內(nèi)容機(jī)械能及時轉(zhuǎn)化成油液壓力能，系統(tǒng)提供一定壓力的油液。在液壓泵安裝過程中，需要結(jié)合實(shí)際情況，選擇不同的安裝方式，通過包括臥式安裝和立式安裝兩種方式。其中臥式安裝就是把液壓泵以及油管放在液壓油箱外邊，這種安裝方式整體結(jié)構(gòu)進(jìn)湊，具有良好的吸油性能，節(jié)省安裝空間。在液壓支架所需要功率很大和電動機(jī)尺寸很大的情況下，比較適宜采用立式安裝方式。

第五，液壓元件的確定。設(shè)計人員可以根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行，分析額定的壓力、最大流量、安裝固定方式性能參數(shù)，確定液壓元件。在選擇液壓元件過程中，設(shè)計人員需要選擇標(biāo)準(zhǔn)定型產(chǎn)品;根據(jù)閥油液最大壓力和流量的條件下選擇閥類元件，通過調(diào)節(jié)調(diào)速閥和節(jié)流閥，保證流量的穩(wěn)定性，滿足實(shí)際運(yùn)行的基本要求。

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