数控机床及其维护 教学课件 ppt 作者 刘战术 窦凯 第6章

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1、,第6章 数控机床的气、液压系统,6.1 气液压传动特点和发展概况,6.1.1 气、液压传动的特点 气压传动和液压传动属于流体传动的两个分支，它们分别是以压缩空气和液压油为工作介质，进行能量的传递和控制的传动技术。,相对于机械传动、电力传动等传动技术，气、液压传动是新兴的工程技术。但是，由于它们具有许多机械传动所不具有的优点，故其发展速度较快，应用范围也越来越广，目前已广泛应用于社会生活的各个领域。,1气压传动特点 （1）优点 由于其工作介质为空气，故其来源丰富、方便、成本低廉。, 较好的工作环境适应性。由于气压传动的工作介质为空气，故易燃、易爆、多尘、强磁、辐射、振动等恶劣环境对气动系统的正

2、常工作基本无影响，一些要求高净化、无污染等的场合（诸如食品、药品加工、轻工、纺织、印刷、精密检测等行业）也适宜于气动系统的工作，且工作可靠性较好，易于实现过载保护。, 空气粘度很小（40时，N32机械油运动粘度约为=0.3210-4m/s2，空气的运动粘度=1.68910-5m/s2），故其在传输过程中的能量损失较小，节能、高效，适宜于远距离的供气和气源的集中布置。, 气压传动反应灵敏、动作迅速、易维护和调节，故比较适宜于直接应用到自动控制的场合。 气动元件结构简单，制造工艺性较好，制造成本低，使用寿命长，易于实现“三化”（标准化、系列化、通用化）。,（2）缺点 由于空气具有可压缩性，故在载荷

3、变化时其运动平稳性稍差。 其工作压力不高（常用气源一般为0.51MPa的压力），故气动装置的输出力或转矩不大。, 具有较大的排气噪声（可达100dB以上）。 空气无自润滑作用，所以需在气路中设置供油润滑装置，对气路中的元件进行润滑。,2液压传动特点 （1）优点 易于实现无级调速，且可实现大范围调速，一般可达到100120001的传动比。, 单位功率的传动装置重量轻、体积小、结构紧凑（在同样大小功率的条件下，一般电动机是液压马达重量的45倍），可产生或传递较大的力和力矩。, 惯性小、反应快、冲击小、工作平稳，易于实现高速启动、制动和换向。液压传动装置的换向频率，回转运动每分钟可达500次，往复直

4、线运动每分钟可达1000次。, 易控制、易调节、操纵方便，易于与电气控制相结合，用以实现远程控制和复杂顺序控制的自动化，易于实现过载保护。, 液压传动具有自润滑、自冷却作用，可以降低磨擦和高温产生的液压元件损坏，故工作寿命较长。 液压元器件易于实现“三化”（系列化、标准化、通用化），故可以降低制造成本和使用成本。,（2）缺点 液压传动有一定泄漏现象，易造成环境污染、资源浪费，且不易实现定比传动。, 对油温和负载的变化比较敏感，不易在高温或低温工作，否则会影响液压系统的工作稳定性和元件的寿命。 要求元件制造精度高，且易受油液的污染度影响，故使用维护要求较为严格（如要采用良好的过滤措施），故障点不

5、易确定。,6.1.2 气、液压传动发展概况及其在机床上的应用 近20年来，随着现代制造技术、密封技术等的发展，液压传动技术在高压、高速、大功率、低噪声、节能、高效和提高使用寿命等方面取得了巨大进展，并在交流液压技术、机电液组合传动、液压系统的逻辑设计、液压技术计算机化等方面进行了有益的探索，取得了一定的成效，并在工程实际中开始应用推广。,气、液压系统由于具有以上特点，20世纪中期以后在工业上得到了广泛的应用。特别是在20世纪60年代以来随着电子技术、计算机技术、原子能和空间技术等方面的发展，气、液压技术已发展成为包括传动、控制、检验在内的一门完整的自动化技术。,目前已广泛应用于军事、机床、工程

6、机械、冶金机械、塑料机械、农林机械、车辆、船舶、自动生产线、机器人、自动检测等各个领域。,6.2 典型数控机床的气、液压系统,6.2.1 气、液压系统在数控机床中的作用 液、气压系统工作原理相似，但依其各自的特点，在数控机床上的应用方面，它们具有相应的适用范围。,液压传动装置以工作压力高的油为工作介质，机械结构紧凑，与其他传动装置相比在同等体积条件下可以产生较大的力或力矩、动作平稳可靠、易于调节和控制、噪声较小，但需配置液压泵和油箱，易产生渗漏和污染，故广泛用于工业型、大中型数控机床中。,液、气压系统在数控机床中常用来完成如下的辅助功能： 自动换刀所需动作。如机械手的伸缩、回转和摆动以及刀具的

7、松开和拉紧等； 数控机床中运动部件的平衡。如主轴箱的重力平衡、换刀机械手的平衡等；, 数控机床运动部件的制动、离合器的控制、齿轮拨叉挂挡的实现等； 数控机床防护罩、板、门的自动打开与关闭； 工作台的松开与夹紧，交换台的自动交换动作； 夹具的自动松开与夹紧； 定位面的自动吹屑清理等。,6.2.2 数控机床气动系统工作原理、布局及特点 H400型卧式加工中心作为一种中小功率、中等精度的加工中心，为降低制造成本、提高安全性、减少污染，结合气、液压传动的特点，该加工中心的辅助动作采用以气压驱动装置为主来完成。,图6.1为H400型卧式加工中心气动系统原理图。主要包括松刀缸、双工作台交换、工作台与鞍座之

8、间的拉紧、工作台回转分度、分度插销定位、刀库前后移动、主轴锥孔吹气清理等几个动作完成的气动支路。,H400型卧式加工中心气动系统要求提供额定压力为0.7MPa的压缩空气，压缩空气通过8mm的管道联接到气动系统调压、过滤、油雾气动三联件ST，经过气动三联件ST后，得以干燥、洁净并加入适当润滑用油雾，然后提供给后面的执行机构使用，保证整个气动系统的稳定安全运行，避免或减少执行部件、控制部件的磨损而使寿命降低。,YK1为压力开关，该元件在气动系统达到额定压力时发出电参量开关信号，通知机床气动系统正常工作。在该系统中为了减小载荷的变化对系统的工作稳定性的影响，在气动系统设计时均采用单向出口节流的方法调

9、节气缸的运行速度。,1松刀缸支路 松刀缸是完成刀具的拉紧和松开的执行机构。为保证机床切削加工过程的稳定、安全、可靠，刀具拉紧拉力应大于12kN，抓刀、松刀动作时间在2秒以内。,换刀时通过气动系统对刀柄与主轴间的724定位锥孔进行清理，使用高速气流清除结合面上的杂物。为达到这些要求，并且尽可能地使其结构紧凑，重量减轻，并且结构上要求工作缸直径不能大于150mm，所以采用复合双作用气缸（额定压力0.5MPa）可达到设计要求。图6.2为主轴气动结构图。,图6.1 H400型卧式加工中心气动系统原理图,图6.2 V400主轴气动结构图 1、2感应开关；3吹气孔；4、6活塞；5缸体,2工作台交换支路 3

10、工作台夹紧支路 4鞍座定位与锁紧支路 5刀库移动支路,6.2.3 数控机床液压系统工作原理、布局及特点 结合液压传动的特点，一般在要求力或力矩较大的情况下采用液压传动。下面以VP1050型加工中心液压系统为例介绍数控机床液压系统的工作原理、结构布置及其特点等。,VP1050型加工中心为工业型龙门结构立式加工中心，它利用液压系统传动功率大、效率高、运行安全可靠的优点，在该加工中心中主要实现链式刀库的刀链驱动、上下移动的主轴箱的配重、刀具的安装和主轴高低速的转换等辅助动作的完成。,图6.4为VP1050加工中心的液压系统工作原理图。整个液压系统采用变量叶片泵为系统提供压力油，并在泵后设置止回阀2用

11、于减小系统断电或其他故障造成的液压泵压力突降对系统的影响，避免机械部件的冲击损坏。,压力开关YK1用以检测液压系统的状态，如压力达到预定值，则发出液压系统压力正常的信号，该信号作为CNC系统开启后PLC高级报警程序自检的首要检测对象，如YK1无信号，PLC自检发出报警信号，整个数控系统的动作将全部停止。,图6.4 VP1050加工中心的液压系统工作原理图 1液压泵；2、9止回阀；3、6压力开关；4液压马达； 5配重液压缸；7、16减压阀；8、11、15换向阀； 10松刀缸；12变速液压缸；13、14单向节流阀； LS1、LS2、LS3、LS4行程开关,1刀链驱动支路 2主轴箱配重支路 3松刀缸

12、支路 4高低速转换支路,6.3 数控机床的冷却、润滑系统,6.3.1 冷却系统 数控机床的冷却系统按照其作用主要分为机床的冷却和切削时对刀具和工件的冷却两部分。,1机床冷却和温度控制 图6.5为电控箱冷气机的原理图和结构图。其工作原理是：电控箱冷气机外部空气经过冷凝器，吸收冷凝器中来自压缩机的高温空气的热量，使电控箱内的热空气得到冷却。,在此过程中蒸发器中的液态冷却剂变成低温低压气态制冷剂，压缩机再将其吸入压缩成高温高压气态制冷剂，由此完成一个循环。同时电控箱内的热空气再循环经过蒸发器使其中的水蒸气被冷却，凝结成液态水而排出，这样热空气在经过冷却的同时也得到了除湿、干燥。,图6.5 电控箱冷气

13、机的原理图和结构图,图6.6（a）为主轴温控机的工作原理图，循环液压泵2将主轴头内的润滑油（L-AN32机油）通过管道6抽出，经过过滤器4过滤送入主轴头内，温度传感器5检测润滑油液的温度，并将温度信号传给温控机控制系统，控制系统根据操作人员在温控机上的预设值，来控制冷却器的开停。,冷却润滑系统的工作状态由压力继电器3检测，并将此信号传送到数控系统的PLC。数控系统把主轴传动系统及主轴的正常润滑作为主轴系统工作的充要条件，如果压力继电器3无信号发出，则数控系统PLC发出报警信号，且禁止主轴起动。,图6.6（b）为温控机操作面板。操作人员可以设定油温和室温的差值，温控机根据此差值进行控制，面板上设

14、置有循环液压泵，冷却机工作、故障等多个指示灯，供操作人员识别温控机的工作状态。主轴头内高负荷工作的主轴传动系统与主轴同时得到冷却。,（a）工作原理图 （b）操作面板图 图6.6 主轴温控机 1冷却器；2循环液压泵；3压力继电器；4过滤器；5温度传感器； 6出油管；7进油管；8主轴电动机；9主轴头,2工件切削冷却 数控机床在进行高速大功率切削时伴随大量的切削热产生，使刀具、工件和内部机床的温度上升，进而影响刀具的寿命、工件加工质量和机床的精度。,所以，在数控机床中，良好的工件切削冷却具有重要的意义，切削液不仅具有对刀具、工件、机床的冷却作用，还起到在刀具与工件之间的润滑、排屑清理、防锈等作用。如

15、图6.7所示为H400型加工中心工件切削液，不需要切削液时，可通过切削液开/停按钮关闭切削液。,图6.7 H400加工中心切削冷却系统图 1冷却液箱；2过滤器；3液压泵；4溢流阀；5电磁阀；6主轴部件； 7分流阀；8冷却液喷嘴；9工件；10冷却液收集装置；11液位指示计,6.3.2 润滑系统 1润滑的作用及分类 在数控机床中润滑主要有以下几个方面的作用： （1）减小摩擦 在两个具有相对运动的接触表面之间存在着摩擦，,（2）减小磨损 （3）降低温度 （4）防止锈蚀 （5）形成密封,2数控机床的润滑系统 VP1050加工中心润滑系统综合采用脂润滑和油润滑。其中主轴传动链中的齿轮和主轴轴承转速较高、温升剧烈，所以与主轴冷却系统采用循环油润滑。,图6.8为VP1050主轴润滑冷却管路示意图。要求机床每运转1000小时更换一次润滑油，当润滑油液位低于油窗下刻度线时，需补充润滑油到油窗液位刻度线规定位置（上下限之间），主轴每运转2000小时，需要清洗过滤器。,VP1050加工中心的滚动导轨、滚珠螺母丝杠及丝杠轴承等由于运动速度低，无剧烈温升，故这些部位采用脂润滑。图6.9为VP1050导轨润滑脂加注嘴示意图。要求在机床运转1000小时（或6个月）补充一次适量的润滑脂，采用规定型号的锂基类润滑脂。,图6.8 VP1050主轴润滑冷却管路示意图,图6.9 VP1050导轨润滑脂加注嘴示意图,