機(jī)床液壓設(shè)計(jì)及改造

張宏圖 任軼 劉志川

【摘 要】 目前，液壓技術(shù)在機(jī)床設(shè)備領(lǐng)域已十分成熟，應(yīng)用也非常廣泛。作為較常用的非標(biāo)設(shè)備，旋壓機(jī)的液壓結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜。以廢舊旋壓機(jī)為例，經(jīng)過(guò)電氣控制系統(tǒng)及機(jī)械液壓系統(tǒng)改造后設(shè)備使用效果較為理想。本文講述的為液壓機(jī)液壓部分的設(shè)計(jì)改造方案。

【關(guān)鍵詞】 機(jī)床 旋壓機(jī) 液壓 設(shè)計(jì) 改造

目前，液壓技術(shù)在機(jī)床設(shè)備領(lǐng)域已十分成熟，應(yīng)用也非常廣泛。作為較常用的非標(biāo)設(shè)備，旋壓機(jī)的液壓結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜。舉例如下：某單位收購(gòu)報(bào)廢100kN雙輪旋壓機(jī)，機(jī)床主體較為完整，但縱向、橫向進(jìn)給系統(tǒng)原為滾珠絲杠結(jié)構(gòu)已全部損毀，液壓站及部分油缸破損已無(wú)法使用，欲改造后使用。經(jīng)過(guò)電氣控制系統(tǒng)及機(jī)械液壓系統(tǒng)改造后設(shè)備使用效果較為理想。現(xiàn)將機(jī)械液壓部分改造方案介紹如下。

1 概述

旋壓機(jī)改造將縱向、橫向滾珠絲杠進(jìn)給機(jī)構(gòu)改為液壓伺服機(jī)構(gòu)。尾頂油缸、尾頂座鎖緊油缸、退料油缸和調(diào)整油缸均采用液壓控制，缺失油缸配制。

液壓站油箱及液壓系統(tǒng)鋼管均采用不銹鋼材料，軟管采用高壓軟管，油路塊進(jìn)行非晶鍍鎳防銹處理。

液壓站動(dòng)力源為2臺(tái)變量柱塞泵，由2臺(tái)功率為18.5KW電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

液壓系統(tǒng)采用油冷機(jī)對(duì)油箱液壓油進(jìn)行冷卻。

油箱容積為800L。液壓系統(tǒng)采用L-HM46抗磨液壓油。液壓系統(tǒng)油泵（變量柱塞泵）額定工作壓力為15MPa。

2 液壓系統(tǒng)工作原理說(shuō)明

2.1 油源部分（見(jiàn)圖1）

兩橫向伺服油缸由序號(hào)001-1主泵1供油。兩個(gè)縱向伺服油缸、尾頂油缸、尾頂座鎖緊油缸、退料油缸和調(diào)整油缸均由序號(hào)001-2主泵2供油。

油泵出口油液經(jīng)過(guò)濾精度為3μm序號(hào)006的過(guò)濾器進(jìn)行過(guò)濾。系統(tǒng)總回油流回油箱前經(jīng)過(guò)濾精度為10μm序號(hào)015的過(guò)濾器進(jìn)行過(guò)濾。這樣既保證了液壓回路中油液的清潔度，又保證了油箱中油液的清潔度。

油冷機(jī)進(jìn)油口經(jīng)過(guò)濾精度為100μm序號(hào)014的過(guò)濾器進(jìn)行過(guò)濾。

序號(hào)001-1主泵1的油壓由泵體上調(diào)壓裝置進(jìn)行調(diào)壓設(shè)定。序號(hào)023換向閥YV01b得電溢流閥003設(shè)定安全保護(hù)壓力，YV01a得電溢流閥003設(shè)定錄芯模壓力。

序號(hào)001-2主泵2的油壓由泵體上調(diào)壓裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)設(shè)定。由序號(hào)004溢流閥調(diào)節(jié)設(shè)定安全保護(hù)壓力。

為減小流入縱向、橫向伺服系統(tǒng)油液的壓力脈動(dòng)，設(shè)置序號(hào)020蓄能器。

縱向、橫向伺服系統(tǒng)油路塊上設(shè)置了序號(hào)108排氣測(cè)壓接頭，并為用戶提供序號(hào)107測(cè)壓裝置。

序號(hào)103-1、103-2電磁換向閥分別為前、后橫向油缸使能閥。

序號(hào)201-1、201-2電磁換向閥分別為前、后縱向油缸使能閥。

序號(hào)013油冷機(jī)對(duì)油箱油溫進(jìn)行檢測(cè)和控制，設(shè)定油溫為40℃。

為防止油泵吸空及維修方便，電氣保證只有序號(hào)018蝶閥打開(kāi)，序號(hào)017行程開(kāi)關(guān)發(fā)訊號(hào)，油泵電機(jī)才能啟動(dòng)。

2.2 縱向、橫向電液伺服閉環(huán)控制

前、后旋輪座的縱向進(jìn)給和前、后旋輪的橫向進(jìn)給均采用電液伺服閉環(huán)控制。縱向油缸和橫向油缸的運(yùn)動(dòng)在其使能閥得電后由計(jì)算機(jī)經(jīng)伺服放大器輸入到電液伺服閥的電流信號(hào)和經(jīng)球柵尺反饋信號(hào)所組成的閉環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行控制。縱向、橫向液壓設(shè)計(jì)見(jiàn)圖2、圖3。

2.3 錄芯模軌跡

為獲取電子模板，在錄芯模軌跡時(shí)，縱向伺服系統(tǒng)閉環(huán)控制縱向（Z軸）進(jìn)給，連接在橫向油缸上的旋輪在油壓作用下緊貼芯模橫向（X軸）運(yùn)動(dòng)?？v向（Z軸）和橫向（X軸）位置傳感器（球柵尺）將采集的縱向（Z軸）和橫向（X軸）軌跡數(shù)據(jù)存入計(jì)算機(jī)。

旋輪緊貼芯模錄制芯模軌跡時(shí)，為達(dá)到既貼模又使貼模力較小，采取了3個(gè)措施：

（1）序號(hào)001-1主泵1壓力由序號(hào)003溢流閥調(diào)為2MPa，再經(jīng)序號(hào)104減壓閥減壓。

（2）橫向油缸采用差動(dòng)連接油路。

（3）縱向（Z軸）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的方向應(yīng)選擇在錄制中旋輪橫向（X軸）外伸運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

2.4 調(diào)整油缸的調(diào)整

考慮到調(diào)整油缸的調(diào)整是在機(jī)床停止旋壓的情況下進(jìn)行調(diào)整并鎖定的特點(diǎn)，用調(diào)整油缸進(jìn)行調(diào)整時(shí)可將序號(hào)001-2主泵2的壓力調(diào)至2～5MPa。其速度由序號(hào)602-1、602-2、602-3、602-4疊加式單向節(jié)流閥調(diào)整。調(diào)整完畢鎖定后再將壓力調(diào)回15MPa，以便進(jìn)行旋壓工作。見(jiàn)圖4。

3 液壓系統(tǒng)的調(diào)試方法

3.1 啟動(dòng)油泵電機(jī)前的準(zhǔn)備

（1）檢查液壓站上油路標(biāo)識(shí)是否與所聯(lián)結(jié)的油缸相符。

（2）打開(kāi)主泵1、主泵2泄油口，向泵殼體內(nèi)注清潔工作液，注滿后將泄油口接好。

（3）電氣保證所有電磁閥的電磁鐵處于失電狀態(tài)。

（4）向蓄能器020-1、020-2充氮?dú)?，充氣壓力?0MPa。

（5）打開(kāi)蝶閥018，行程開(kāi)關(guān)017發(fā)訊號(hào)。

（6）由液位計(jì)012觀察液位高度，應(yīng)為油箱高度的80%。

3.2 啟動(dòng)油泵電機(jī)

（1）電氣保證行程開(kāi)關(guān)017發(fā)訊得電狀態(tài)（即蝶閥018打開(kāi)），方能啟動(dòng)油泵電機(jī)。

（2）應(yīng)在所有電磁閥電磁鐵失電狀態(tài)下啟動(dòng)油泵電機(jī)。

（3）油泵電機(jī)轉(zhuǎn)向應(yīng)正確，從電機(jī)風(fēng)扇方向看應(yīng)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

3.3 卸荷運(yùn)轉(zhuǎn)

電磁換向閥023電磁鐵YV01a和YV01b均失電，溢流閥004電磁鐵YV02得電，啟動(dòng)油泵電機(jī)002-1、002-2，運(yùn)轉(zhuǎn)5分鐘。

3.4 油泵滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)

橫向油缸和縱向油缸輸出力均為200kN且電液伺服控制輸出功率約為最大時(shí)，主泵1、主泵2出口壓力為15MPa，分別由壓力表009-1（主泵1）和009-2（主泵2）顯示。壓力調(diào)定后滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)15分鐘。

3.5 各油缸壓力的調(diào)節(jié)

系統(tǒng)可以在按額定設(shè)計(jì)參數(shù)調(diào)定的壓力下正常工作，即按3.4所調(diào)定的壓力，也可以根據(jù)具體旋壓件所需旋壓力來(lái)調(diào)定系統(tǒng)壓力，以使系統(tǒng)功率損失小，油液發(fā)熱少。

（1）縱向油缸、橫向油缸按設(shè)計(jì)旋壓力調(diào)定系統(tǒng)壓力。橫向油缸和縱向油缸輸出力均為100kN，主泵1、主泵2出口壓力調(diào)為15MPa，溢流閥003、004壓力調(diào)為16.5MPa起安全保護(hù)作用。序號(hào)009-1（主泵1）、009-2（主泵2）壓力表顯示壓力。

當(dāng)實(shí)際旋壓力小于設(shè)計(jì)旋壓力參數(shù)時(shí)，則油缸實(shí)際輸出力自適應(yīng)于負(fù)載力。

（2）縱向油缸、橫向油缸按具體產(chǎn)品工藝實(shí)測(cè)旋壓力。進(jìn)行工藝試驗(yàn)時(shí)，可用序號(hào)107測(cè)壓裝置通過(guò)序號(hào)108排氣測(cè)壓接頭實(shí)測(cè)旋壓力。

縱向油缸輸出力FZ

FZ=8.48·PB-11.31·PA

FZ——縱向油缸輸出力（拉）kN

PA——無(wú)桿腔實(shí)測(cè)壓力 MPa

PB——有桿腔實(shí)測(cè)壓力 MPa

橫向油缸輸出力FX

FX=9.5·PA-7.54·PB

FX——橫向油缸輸出力 kN

PA——無(wú)桿腔實(shí)測(cè)壓力 MPa

PB——有桿腔實(shí)測(cè)壓力 MPa

（3）尾頂油缸壓力調(diào)節(jié)及頂緊發(fā)訊。尾頂油缸設(shè)計(jì)頂緊力80kN，由序號(hào)401減壓閥調(diào)節(jié)壓力為12.5MPa，序號(hào)009-4（尾頂）壓力表顯示壓力。

尾頂力F

F=6.36·P

F——尾頂力 kN

P——尾頂壓力表顯示壓力 MPa

當(dāng)頂緊力達(dá)到序號(hào)402壓力開(kāi)關(guān)設(shè)定值時(shí)，壓力開(kāi)關(guān)402發(fā)訊，方可執(zhí)行下道工序。尾頂及尾頂座鎖緊油缸液壓設(shè)計(jì)見(jiàn)圖5。

（4）退料油缸壓力調(diào)節(jié)。退料油缸設(shè)計(jì)退料力為50kN，由序號(hào)301減壓閥調(diào)節(jié)壓力為8.5MPa，序號(hào)009-3（退料）壓力表顯示壓力。退料油缸液壓設(shè)計(jì)見(jiàn)圖6。

退料力F

F=6.36·P

F——退料力 kN

P——退料壓力表顯示壓力 MPa

3.6 各油缸速度調(diào)節(jié)

在調(diào)試某一油缸動(dòng)作前，應(yīng)先將其它油缸退回到適當(dāng)位置，以免調(diào)試中發(fā)生干涉。

調(diào)試油缸動(dòng)作時(shí)，可將壓力調(diào)低些。在旋壓工件前調(diào)試工藝參數(shù)時(shí)，應(yīng)將壓力調(diào)至旋壓件時(shí)的壓力和速度。

（1）縱向、橫向伺服油缸速度調(diào)節(jié)?？v向油缸、橫向油缸速度由輸入其電液伺服閥的輸入電流進(jìn)行控制。速度根據(jù)工藝要求由計(jì)算機(jī)給出指令控制。

（2）尾頂油缸速度調(diào)節(jié)。尾頂油缸進(jìn)、退由序號(hào)303-2疊加式單向節(jié)流閥調(diào)節(jié)。

（3）調(diào)整油缸速度調(diào)節(jié)。調(diào)整油缸速度分別由序號(hào)602-1、602-2、602-3、602-4單向節(jié)流閥調(diào)節(jié)。

（4）退料油缸速度調(diào)節(jié)。退料油缸進(jìn)、退由序號(hào)303-1疊加式單向節(jié)流閥調(diào)節(jié)。

4 液壓系統(tǒng)維護(hù)注意事項(xiàng)

（1）油箱注入液壓油之前必須清洗干凈。

（2）液壓元件、油箱、油缸、油管、油路塊、管接頭拆裝維修中一定要保持清潔干凈，不得進(jìn)入任何雜物。

（3）使用符合國(guó)家要求的桶裝L-HM46抗磨液壓油。經(jīng)過(guò)濾精度10μm的濾油車向油箱注入液壓油。

（4）濾油器堵塞報(bào)警，應(yīng)停機(jī)更換濾芯。濾芯沒(méi)達(dá)到堵塞報(bào)警程度，可根據(jù)旋壓機(jī)實(shí)際開(kāi)機(jī)工作時(shí)間和液壓油潔凈度實(shí)際情況更換濾芯，更換周期可定為一年。

（5）油冷卻按其《操作使用說(shuō)明書》使用。

（6）空氣濾清器010定期清洗，以保持油箱內(nèi)液面壓力為大氣壓力，避免油泵出現(xiàn)空穴現(xiàn)象。

（7）在安裝電液伺服閥101-1、101-2、101-3、101-4之前，必須將伺服回路及伺服油缸清洗干凈。

（8）工作油液更換周期一般可定為12～18個(gè)月，亦可根據(jù)實(shí)際使用情況更換。

（9）經(jīng)常從液位計(jì)012觀察油箱內(nèi)的液位高度，液位高度保持在液位計(jì)012顯示窗口的上端LH和下端紅線之間，當(dāng)?shù)陀诩t線時(shí)應(yīng)用濾油車向油箱內(nèi)加油。

（10）拆卸維修液壓系統(tǒng)、油路塊及安裝其上的液壓閥之前，應(yīng)松開(kāi)蓄能器截止閥021小輪，使蓄能器020泄壓，方可拆卸維修。維修完畢后應(yīng)將截止閥021小輪擰緊。