機床液壓設計及改造

張宏圖 任軼 劉志川

【摘 要】 目前，液壓技術在機床設備領域已十分成熟，應用也非常廣泛。作為較常用的非標設備，旋壓機的液壓結構相對復雜。以廢舊旋壓機為例，經過電氣控制系統及機械液壓系統改造后設備使用效果較為理想。本文講述的為液壓機液壓部分的設計改造方案。

【關鍵詞】 機床 旋壓機 液壓 設計 改造

目前，液壓技術在機床設備領域已十分成熟，應用也非常廣泛。作為較常用的非標設備，旋壓機的液壓結構相對復雜。舉例如下：某單位收購報廢100kN雙輪旋壓機，機床主體較為完整，但縱向、橫向進給系統原為滾珠絲杠結構已全部損毀，液壓站及部分油缸破損已無法使用，欲改造后使用。經過電氣控制系統及機械液壓系統改造后設備使用效果較為理想?，F將機械液壓部分改造方案介紹如下。

1 概述

旋壓機改造將縱向、橫向滾珠絲杠進給機構改為液壓伺服機構。尾頂油缸、尾頂座鎖緊油缸、退料油缸和調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鋼管均采用不銹鋼材料，軟管采用高壓軟管，油路塊進行非晶鍍鎳防銹處理。

液壓站動力源為2臺變量柱塞泵，由2臺功率為18.5KW電機驅動。

液壓系統采用油冷機對油箱液壓油進行冷卻。

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

2 液壓系統工作原理說明

2.1 油源部分（見圖1）

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

油泵出口油液經過濾精度為3μm序號006的過濾器進行過濾。系統總回油流回油箱前經過濾精度為10μm序號015的過濾器進行過濾。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。

油冷機進油口經過濾精度為100μm序號014的過濾器進行過濾。

序號001-1主泵1的油壓由泵體上調壓裝置進行調壓設定。序號023換向閥YV01b得電溢流閥003設定安全保護壓力，YV01a得電溢流閥003設定錄芯模壓力。

序號001-2主泵2的油壓由泵體上調壓裝置進行調節設定。由序號004溢流閥調節設定安全保護壓力。

為減小流入縱向、橫向伺服系統油液的壓力脈動，設置序號020蓄能器。

縱向、橫向伺服系統油路塊上設置了序號108排氣測壓接頭，并為用戶提供序號107測壓裝置。

序號103-1、103-2電磁換向閥分別為前、后橫向油缸使能閥。

序號201-1、201-2電磁換向閥分別為前、后縱向油缸使能閥。

序號013油冷機對油箱油溫進行檢測和控制，設定油溫為40℃。

為防止油泵吸空及維修方便，電氣保證只有序號018蝶閥打開，序號017行程開關發訊號，油泵電機才能啟動。

2.2 縱向、橫向電液伺服閉環控制

前、后旋輪座的縱向進給和前、后旋輪的橫向進給均采用電液伺服閉環控制?？v向油缸和橫向油缸的運動在其使能閥得電后由計算機經伺服放大器輸入到電液伺服閥的電流信號和經球柵尺反饋信號所組成的閉環系統進行控制?？v向、橫向液壓設計見圖2、圖3。

2.3 錄芯模軌跡

為獲取電子模板，在錄芯模軌跡時，縱向伺服系統閉環控制縱向（Z軸）進給，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）運動?？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）軌跡數據存入計算機。

旋輪緊貼芯模錄制芯模軌跡時，為達到既貼模又使貼模力較小，采取了3個措施：

（1）序號001-1主泵1壓力由序號003溢流閥調為2MPa，再經序號104減壓閥減壓。

（2）橫向油缸采用差動連接油路。

（3）縱向（Z軸）進給運動的方向應選擇在錄制中旋輪橫向（X軸）外伸運動狀態。

2.4 調整油缸的調整

考慮到調整油缸的調整是在機床停止旋壓的情況下進行調整并鎖定的特點，用調整油缸進行調整時可將序號001-2主泵2的壓力調至2～5MPa。其速度由序號602-1、602-2、602-3、602-4疊加式單向節流閥調整。調整完畢鎖定后再將壓力調回15MPa，以便進行旋壓工作。見圖4。

3 液壓系統的調試方法

3.1 啟動油泵電機前的準備

（1）檢查液壓站上油路標識是否與所聯結的油缸相符。

（2）打開主泵1、主泵2泄油口，向泵殼體內注清潔工作液，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。

（4）向蓄能器020-1、020-2充氮氣，充氣壓力為10MPa。

（5）打開蝶閥018，行程開關017發訊號。

（6）由液位計012觀察液位高度，應為油箱高度的80%。

3.2 啟動油泵電機

（1）電氣保證行程開關017發訊得電狀態（即蝶閥018打開），方能啟動油泵電機。

（2）應在所有電磁閥電磁鐵失電狀態下啟動油泵電機。

（3）油泵電機轉向應正確，從電機風扇方向看應順時針旋轉。

3.3 卸荷運轉

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，啟動油泵電機002-1、002-2，運轉5分鐘。

3.4 油泵滿負荷運轉

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，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。壓力調定后滿負荷運轉15分鐘。

3.5 各油缸壓力的調節

系統可以在按額定設計參數調定的壓力下正常工作，即按3.4所調定的壓力，也可以根據具體旋壓件所需旋壓力來調定系統壓力，以使系統功率損失小，油液發熱少。

（1）縱向油缸、橫向油缸按設計旋壓力調定系統壓力。橫向油缸和縱向油缸輸出力均為100kN，主泵1、主泵2出口壓力調為15MPa，溢流閥003、004壓力調為16.5MPa起安全保護作用。序號009-1（主泵1）、009-2（主泵2）壓力表顯示壓力。

當實際旋壓力小于設計旋壓力參數時，則油缸實際輸出力自適應于負載力。

（2）縱向油缸、橫向油缸按具體產品工藝實測旋壓力。進行工藝試驗時，可用序號107測壓裝置通過序號108排氣測壓接頭實測旋壓力。

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——無桿腔實測壓力 MPa

PB——有桿腔實測壓力 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——無桿腔實測壓力 MPa

PB——有桿腔實測壓力 MPa

（3）尾頂油缸壓力調節及頂緊發訊。尾頂油缸設計頂緊力80kN，由序號401減壓閥調節壓力為12.5MPa，序號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

當頂緊力達到序號402壓力開關設定值時，壓力開關402發訊，方可執行下道工序。尾頂及尾頂座鎖緊油缸液壓設計見圖5。

（4）退料油缸壓力調節。退料油缸設計退料力為50kN，由序號301減壓閥調節壓力為8.5MPa，序號009-3（退料）壓力表顯示壓力。退料油缸液壓設計見圖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 各油缸速度調節

在調試某一油缸動作前，應先將其它油缸退回到適當位置，以免調試中發生干涉。

調試油缸動作時，可將壓力調低些。在旋壓工件前調試工藝參數時，應將壓力調至旋壓件時的壓力和速度。

（1）縱向、橫向伺服油缸速度調節?？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行控制。速度根據工藝要求由計算機給出指令控制。

（2）尾頂油缸速度調節。尾頂油缸進、退由序號303-2疊加式單向節流閥調節。

（3）調整油缸速度調節。調整油缸速度分別由序號602-1、602-2、602-3、602-4單向節流閥調節。

（4）退料油缸速度調節。退料油缸進、退由序號303-1疊加式單向節流閥調節。

4 液壓系統維護注意事項

（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，不得進入任何雜物。

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

（4）濾油器堵塞報警，應停機更換濾芯。濾芯沒達到堵塞報警程度，可根據旋壓機實際開機工作時間和液壓油潔凈度實際情況更換濾芯，更換周期可定為一年。

（5）油冷卻按其《操作使用說明書》使用。

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

（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個月，亦可根據實際使用情況更換。

（9）經常從液位計012觀察油箱內的液位高度，液位高度保持在液位計012顯示窗口的上端LH和下端紅線之間，當低于紅線時應用濾油車向油箱內加油。

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