1、第6章,数控机床 液压与气动系统,学习目的与要求,了解液压和气压传动系统在数控机床中的功能； 了解液压和气压传动系统的构成； 掌握液压和气压传动的工作原理； 熟悉液压和气压传动系统在数控机床中的应用； 了解数控机床的液压与气压系统的维护。,学习导引示例 CK3225数控车床液压系统,图6-1 CK3225数控车床的液压系统图 1一压力表2一卡盘液压缸3一变挡液压缸 4一变挡液压缸 5一转塔夹紧缸6一转塔转位液压马达7一尾座液压缸,图6-1CK3225系列数控机床的液压系统。它的作用是用来控制卡盘的夹紧与松开；主轴变挡、转塔刀架的夹紧与松开；转塔刀架的转位和尾座套筒的移动。 1卡盘支路2液压变速
2、机构3刀架系统的液压支路,配备液压和气动装置来辅助实现整机的自动运行功能 6.1.1 液压和气压传动系统的构成 (1) 动力装置：将原动机的机械能转换成传动介质的压力能的装置。常见的动力装置有液压泵和空气压缩机等。 (2) 执行装置：用于连接工作部件，将工作介质的压力能转换为工作部件的机械能，如液压缸和汽缸及液压电机等。 (3) 控制与调节装置：用于控制和调节系统中工作介质的压力、流量和流动方向，从而控制执行元件的作用力、运动速度和运动方向的装置。 (4) 辅助装置：对过载介质起到容纳、净化、润滑、消声和实现元件之间连接等作用的装置。 (5) 传动介质：用来传递动力和运动的过载介质，即液压油或
3、压缩空气。,61 液压与气动系统的概述,6.1.2 液压与气压传动的主要元件应用,1. 动力元件 (1) 液压泵概述 液压泵是系统的动力元件，它是一种能量转换装置，将原动机的机械能转换成液压力能。 1) 液压泵类型和特点,表6-1 液压泵的类型和特点,运作,空气压缩机是气压传动系统的动力源，是把电机输出的机械能转换成传动介质压力能的能量转换装置。空气压缩机为往复活塞式压缩机，工作原理就是完成“吸气一压缩一排气的一个工作循环。空气压缩机常见类型为活塞式、转子式、离心式和轴流式。,（2）空气压缩机,表6-2 空气压缩机的类型与性能比较,气量Lmin,液压马达和气压马达是将工作介质的压力能转换为机械
4、能，输出转速和转矩的装置。常用的有齿轮式、叶片式等，其结构如图6-4所示。图6-4（a）压力油作用在齿轮上的扭矩将使齿轮旋转，就成为齿轮马达了。如图6-4(b)所示为叶片马达的结构，当叶片受力差构成的转矩推动转子顺时针方向旋转。 叶片马达的转子惯性小，动作灵敏，可以频繁换向，但泄漏量较大，不宜在低速下工作。,2. 液压马达和气压马达,图6-4 常用液压电机结构 (a) 齿轮式 (b)叶片式,三种不同生产类型的生产管理特点,3. 液压执行元件 液压缸是液压系统中的执行元件，它是一种把液体的 压力能转变为直线往复运动机械能的装置。液压缸按结构特点的不同可分 为活塞缸、柱塞缸和摆动缸3类。 4. 控
5、制元件 控制阀是用来控制与调节系统工作介质的压力、流量和流向的控制元件。控制阀的种类如表6-3所示 （说明用途）。 5. 辅件部分 液压辅助元件包括过滤器、油箱、管道及管接头、密封件等。,表6-3 控制阀的种类,6.1.3 液压和气压传动的工作原理,图6-5 液压传动的工作原理 1一杠杆2、7一活塞3一液压缸4、5一单向阀8一重物9一控制阀10一油箱11一油管,液压传动的工作原理如图6-5所示。图中杠杆1、活塞2、液压缸3和单向阀4、5组成手动液压泵；液压缸6和活塞7组成升降液压缸。千斤顶工作时，向上提起杠杆1，则活塞2被提起，液压缸3下腔中压力减小，单向阀5关闭，单向阀4导通，油箱里的油液被
6、吸入到液压缸3中，这是吸油过程；随后，压下杠杆1，活塞2下移，液压缸3下腔中压力增大，迫使单向阀4关闭，单向阀5导通，高压油液经油管11流人液压缸6的下腔中，推动活塞7向上移动，这是压油过程。（系统中的油液换成空气 ?）,【实例6-1】MJ-50数控车床液压系统 1. 卡盘分系统 高压夹紧：3DT失电、1DT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。,图6-6 MJ-50 数控车床液压系统的原理图 1、2、3、5一换向阀6、7、8一减压阀9、l0、11一调速阀12、13、14一压力表,62 数控机床上典型的液压回路分
7、析,低压夹紧：2D11得电、1DT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l液压缸左腔。回油路：液压缸右腔换向阀油箱。活塞右移，卡盘松开。 2回转刀盘分系统 第一条支路通过三位四通换向阀3的切换控制液压马达即刀盘正、反转，而两个单向调速阀9和l0与变量液压泵，则使液压马达在正、反转时都能通过进油路容积节流调速来调节旋转速度。第二条支路控制刀盘的放松与夹紧。4DT得电(刀盘松开) SDT(正转)或7DT(反转)得电(刀盘旋转) SDT(正转时)或7DT(反转时)失电(刀盘停止转动) 4DT失电(刀盘夹紧)。 3尾架套筒分系统 尾架套筒通过液压缸实现项出与缩回 总结特点,【实例6
8、-2】 VP1050加工中心液压系统,VP1050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，如图6-7所示：1刀链驱动支路2主轴箱平衡支路3松刀缸支路4高低速转换支路,图6-7 VPl050加工中心的液压系统工作原理图 1一液压泵 2、9一止回阀 3、6一压力开关 4一液压马达 5一配重液压缸 7、16一减压阀8、11、 15一换向阀 10一松刀缸 12一变速液压缸 13、14一单向节流阀 LS1、LS2、LS3、LS4一行程开关,【实例6-3】 TH6350卧式加工中心液压系统（学生研读，老师提问与答议）,6.3 数控机床上典
9、型气压回路的分析,【实例6-7】数控加工中心气动换刀系统,图6-16 气动换刀系统原理图,图6-16系统在换刀过程中实现主轴定位、主轴松刀、拔刀、向主轴锥孔吹气和插刀动作。工作原理如下:当数控系统发出换刀指令时，主轴停止旋转，同时4YA通电，压缩空气经气动三联件1、换向阀4、单向节流阀5进入主轴定位缸A的右腔，缸A的活塞左移，使主轴自动定位。定位后压下无触点开关，使6YA通电.4YA断电、3YA通电，缸A的活塞在弹簧力复位，回复到开始状态，换刀结束。,【实例6-3】 TH6350卧式加工中心液压系统（学生研读， 老师提问与答议）,6.4 数控机床上液压系统的维护和液压故障的维修,6.4.1 液
10、压系统的维护要点,(1) 按设计规定和工作要求，合理调节液压系统的工作压力和工作速度。 (2) 按使用说明书规定的油品牌号选用液压油 。 (3) 机床液压系统油液的工作温度一般应控制在3555范围内。 (4) 保证电磁阀电压不应超过额定电压的515。 (5) 不准使用有缺陷的压力表或在无压力表的情况下工作或调压。 (6) 电气柜、电气盒、操作台和指令控制箱等应有盖子或门，不得敞开使用，以免积污。 (7) 当液压系统某部位产生故障时(例如油压不稳，油压太低、振动等)，要及时分析原因并处理，不要勉强运转，以免造成大事故。 (8) 定期检查润滑管路是否完好，润滑元件是否可靠，润滑油质量是否达到要求。
11、 (9) 经常观察蓄能器工作性能，若发现气压不足或油气混合时，应及时充气和修理。 (10) 经常检查和定期紧固管件接头、法兰盘等，以防松动。 (11) 控制液压系统泄漏, 定期更换密封件及维护。 (12) 定期对主要液压元件进行性能测定或实行定期更换维修制。,(1) 操作者必须熟悉本设备所用的主要液压元件的作用，原理，系统动作顺序。 (2) 操作者要经常监视液压系统工作状况，观察工作压力和速度，检查工件及刀具 (3) 在开动设备前，应检查所有运动机构及电磁阀、油箱油位。 (4) 当油箱内油温未达到25时，油箱内油温高于60C时通知维修人员进行处理。 (5) 停机4h以上的液压设备，在工作前，应
12、先起动液压泵电机5min，才能带压力工作。 (6) 操作者不准损坏电气系统的互锁装置和各操纵挡块的位置，不准用手推动电控阀（7）未经主管部门同意，操作者不准对各液压元件私自调节或拆换。 (8) 当液压系统出现故障时，操作者不准私自乱动，应立即报告维修部门分析并排除。 (9) 液压设备应保持清洁，防止灰尘、切削用切削液、切屑、棉纱等杂物进入油箱。 控制油液污染，保持油液清洁，是确保液压系统正常工作的重要措施。 (10) 严格执行日常点检制度，操作者要按设备点检卡上规定的部位和项目进行认真点检。把可能产生的故障现象记录在日检维修卡上，并将故障排除在萌芽状态，减少故障的发生。,2. 液压设备的维护、
13、保养规程,6.4.2 维护、保养计划的安排,1点检(记在点检维修卡) (1) 各液压阀、液压缸及管接头处是否有外漏。 (2) 液压泵或液压马达运转时是否有异常噪声等现象。 (3) 液压缸移动时工作是否正常平稳。 (4) 液压系统的各测压点压力是否在规定的范围内，压力是否稳定。 (5) 油液的温度是否在允许的范围内。 (6) 液压系统工作时有无高频振动。 (7) 电气控制或撞块(凸轮)控制的换向阀工作是否灵敏可靠。 (8) 油箱内油量是否在油标刻线范围内。 (9) 行程开关或限位挡块的位置是否有变动，固定螺钉是否牢固可靠。 (10) 液压系统手动或自动工作循环时是否有异常现象。 (11) 定期对
14、油箱内的油液进行取样化验，检查油液质量，定期过滤或更换油液。 (12) 定期检查蓄能器、冷却器和加热器工作性能。 定期检查和紧固重要部位的螺钉、螺母、接头和法兰螺钉 、密封件。 (13) 定期检查、清洗或更换液压、滤芯、油箱和管道。,2维护检修周期表,维护检修周期表如表6-5所示。 表6-5 维护检修周期表,6.4.3 液压系统常见故障的特征 一般液压系统常见故障有：接头连接处泄漏。运动速度不稳定。阀心卡死或运动不灵活，造成执行机构动作失灵。 阻尼小孔被堵，造成系统压力不稳定或压力调不上去。 阀类元件漏装弹簧或密封件，或管道接错而使动作混乱。 设计、选择不当，使系统发热，或动作不协调，位置精度
15、达不到要求。 液压件加工质量差，或安装质量差，造成阀类动作不灵活。长期工作，密封件老化，以及易损元件磨损等，造成系统内外泄漏量增加，系统效率下降。,6.4.4 液压元件常见故障及排除 1液压泵故障(1) 噪声严重及压力波动可能原因及排除方法 (2) 输油不足的可能原因及排除方法(3) 液压泵运转不正常或有咬死现象的可能原因及排除方法 2整体多路阀常见故障的可能原因及排除方法 (1) 工作压力不足(2) 工作油量不足 (3) 复位失灵 (4) 外泄漏 3电磁换向阀常见故障的可能原因和排除方法(1) 滑阀动作不灵活 (2) 电磁线圈烧损 4液压缸故障及排除方法 (1) 外部漏油(2) 活塞杆爬行和
16、蠕动,【实例6-8】 速度控制回路的故障维修,【实例6-9】方向控制回路的故障维修（学生研读，老师指导),故障现象：速度控制回路中速度不稳定。 分析及处理过程： 节流阀前后压差小致使速度不稳定，在图6-17所示系统中系统的故障是液压缸推动负载运动时，运动速度达不到调定值。 发现溢流阀的调节压力只比液压缸工作压力高0.3 MPa，压力差值偏小，即溢流阀的调节压力较低，再加上回路中，油液通过换向阀的压力损失为0.2 MPa。 提高溢流阀的调节压力，使节流阀的前后压差达到合理压力值后，故障消除。,图6-17 进口节流调速回路示意图,6.5 数控机床上气动系统维护和气压故障的维修,6.5.1 气动系统
17、维护的要点 1保证供给洁净的压缩空气 2保证空气中含有适量的润滑油 3保持气动系统的密封性 4保证气动元件中运动零件的灵敏性 5保证气动装置具有合适的工作压力和运动速度 6.5.2气动系统的点检与定检 1管路系统点检 主要内容是对冷凝水和润滑油的管理 2气动元件的定检 主要内容是彻底处理系统的漏气现象。气动元件的定检如表6-6所示。,表6-6 气动元件的点检,【实例6-11】 T H 5 840立式加工中心松刀动作缓慢的故障维修,【实例6-10】T H 5 840立式加工中心刀柄和主轴的故障维修（学生研读解决，老师解答）,图6-18 T H 5 84 0立式加工中心气动控制原理图,故障现象：T H 5 8 4 0立式加工中心换刀时，主轴松刀动作缓慢。 分析及处理过程：根据图61 8所示的气动控制原理图进行分析，主轴松刀动作缓慢的原因有：气动系统压力太低或流量不足；机床主轴拉刀系统有故障，如碟型弹簧破损等；主轴松刀汽缸有故障。根据分析，首先检查气动系统的压力，压力表显示气压为06 MPa，压力正常；将机床操作转为手动，手动控制主轴松刀，发现系统压力下降明显，汽缸的活塞杆缓慢伸出，故判定汽缸内部漏气。拆下汽缸，打开端盖，压出活塞和活塞环，发现密封环破损，汽缸内壁拉毛。更换新的汽缸后，故障排除。,再 见,
