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數控車輪車床液壓系統設計
2017-1-9  來源:青海鹽湖工業股份有限公司  作者:馬世云

      摘要:介紹某數控車輪車床液壓系統設計, 包括關鍵技術的應用, 以及試制中遇到的問題的處理, 分析其結構原理、特點及元件選擇的原則。

      關鍵詞:數控車輪車床液壓系統; 比例減壓閥; 油缸同步

      機床工業是整個制造業的基礎, 而高速、高效環保、智能化、機床功能的復合化是數控機床發展的方向。某數控車輪車床液壓系統主要以節能、高效、環保為根本出發點, 完成對工件的加工, 機床的主要傳動是摩擦傳動, 工件裝卡容易, 盡可能減少切削廢料, 維修車輪時減少切削量, 保證材料的利用率。

      該機床的電氣控制系統是西門子840D, 工件的旋轉和刀具的進給由機械控制, 液壓部分主要控制工件的抬起、工件在切削過程中的浮動, 也就是摩擦傳動。液壓主要完成工件的裝卡, 工件因毛胚不規則問題易導致傳動上的失衡。主要用氣動完成工件的測量。

      該液壓系統主要的難點: 因工件的重力導致液壓系統壓力的改變, 主要應用比例減壓閥控制; 工件托起油缸的同步問題由可調式調速閥實現; 工件加工完成后, 為了解決下降時突然竄動, 下降由可調式節流閥控制。

      1.車輪車床的工作原理車輪車床的工作原理見圖1。


圖1 車輪車床的工作原理

      2.車輪車床的機床結構

      車輪車床的機床結構見圖2、3。


圖2 車輪車床的機床結構圖(一)


圖3 車輪車床的機床結構圖(二)

      3.車輪車床液壓元件的選用

      考慮空載時機床液壓系統支撐油缸速度和摩擦輪持續加載時高壓, 選用雙聯泵, 有低壓大流量和高壓小流量; 考慮到工件重力的變化, 選用比例減壓閥隨時調整持續加載時的壓力; 考慮到切削中間可能出現系統停止工作, 或沒有壓力造成工件掉下的情況, 選用液控單向閥。

      4.車輪車床液壓工作原理

      雙連泵由低壓變量葉片泵和高壓柱塞泵組成, 在系統中的作用是工作的時候用高壓, 快速上升時低壓變量泵補充流量, 即快速時能快速, 有負載時就轉為高壓。單向閥的主要作用是實現雙泵供油的快速運動回路。比例減壓閥的作用是實現負載變化時壓力的隨動。換向閥的主要作用是控制油缸的升起、下降, 工件的持續加載。調速閥的作用是調整油缸的同步性,保證油缸空載時的同步。液控單向閥的作用是保證系統停止運轉時的安全。


圖4 車輪車床液壓系統原理圖

      液壓動作順序: 換向閥8 通電, 4 個抬升油缸上升, 上升到位, 把車輪從導軌推到4 個抬升油缸上方。壓下裝置和外軸箱支撐固定車輪。閥4、5、8 通電, 持續加載。機械摩擦輪帶動車輪轉動, 刀架開始切削。完成切削, 撤掉持續加載, 閥8 通電, 抬升油缸下降, 完成一個循環。

      5.比例閥在車輪車床中的作用和試制時遇到的問題

      比例閥在該液壓系統中的作用是根據車輛輪對的重力調整壓力, 使持續加載始終在一個合理的范圍,不能太大導致壓下裝置被頂壞; 在車輪加工時不能太小, 摩擦力小不能克服切削力時, 切削時會造成打滑。該液壓系統中設置了壓力傳感器, 能直接把系統壓力反映到電氣系統, 在操作按鈕站上安裝了比例減壓閥的輸入電壓控制按鈕, 能隨時調整系統的持續加載壓力。

      在機床調試初遇到的比例閥導致的抬升油缸的問題解析: 油缸抬升到位, 工件裝卡完成, 持續加載時, 抬升油缸不能保持, 壓力傳感器上的壓力為0.. 3MPa, 此壓力不足以抬起4 個抬升油缸。檢查發現不是泄漏問題造成的壓力流失, 然后檢測比例減壓閥輸入電壓, 發現輸入電壓太小, 使比例減壓閥處在大概關閉的位置, 導致系統沒有壓力。

      6.4個抬升油缸的同步

      剛開始設計此液壓系統的時候沒有考慮到4 個抬升油缸的同步問題。因為油缸抬升時沒有負載, 是空載上升, 試制后發現抬升時4 個油缸逐個抬起, 雖然對機床大的功能方面沒有影響, 但是感覺不舒服, 現場安裝人員也針對這個情況給作者提出了意見。對此問題做出了兩個方案: 一個是用分流集流閥控制4 個油缸, 另一個是每個油缸都加一個調速閥。比較兩個方案發現: 用分流集流閥需要改動的地方太多, 集成塊需要重新設計; 而調速閥則沒那么麻煩, 疊加上就可以。對原理圖進行修改, 安裝上實物, 對4 個油缸上的調速閥微調, 感覺效果還可以, 基本上能實現同步上升。

      7.油缸在下降時的突然竄動問題

      在試制時發現, 在持續加載切削完成后, 撤掉持續加載下降的過程中, 負載造成抬升油缸突然竄動。針對此問題, 特在油缸下降回油上增加一個節流閥,增加回油背壓, 使油缸在下降時有個緩沖, 解決了突然竄動。

      8.結束語

      設計的車輪車床液壓系統在試制過程中發現的問題已經進行解決了, 已成功應用于產品, 用戶反映良好。

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