液壓比例閥在銑削夾具中的應用

張小靜 盧雪紅 何冬花

摘要：近年來隨著工業的快速發展，液壓的自動化程度要求日益增多，將微電子與液壓傳動相結合已是必然結果，提高液壓傳動的靈活性、便捷性、精準性是我們的發展目標，實現元件標準化、規格化、系列化，增加液壓系統的自動檢測、自動控制、多級傳動的多功能技術。根據液壓的發展趨勢及特點，將液壓傳動技術應用到夾具設計中，實現工件裝夾，力的檢測自動化，使液壓傳動系統實現閉環控制，提高工業生產質量和效率。

Abstract： With the rapid development of industry in recent years， the requirements for hydraulic automation are increasing. The combination of microelectronics and hydraulic transmission is an inevitable result. Improving the flexibility， convenience and accuracy of hydraulic transmission is the development goal. It is necessary to realize the standardization， normalization and serialization of components， and increase the multi-function technology of automatic detection， automatic control and multi-stage transmission of the hydraulic system. According to the development trend and characteristics of hydraulics， the hydraulic transmission technology is applied to the fixture design to realize the automation of workpiece clamping and force detection， so that the hydraulic transmission system can realize closed-loop control and improve the quality and efficiency of industrial production.

關鍵詞：銑床切削力;液壓夾緊力;比例溢流閥

Key words： milling machine cutting force;hydraulic clamping force;proportional relief valve

中圖分類號：TG307????????????????????????????????????? 文獻標識碼：A????????????????????????????????? 文章編號：1006-4311（2020）28-0229-02

隨著制造業的發展，對工件的精度要求越來越高，對機床裝備要求也提高了，要實現零件加工的高效、高精度，應先實現工件在裝夾、定位、支撐操作方便，實現零件裝夾自動控制，擴大夾具的裝夾范圍，根據不同工件，不同切削參數計算出工件銑削力、夾緊力、保障零件裝夾合理，加工方便，將計算出夾緊力的值進行數模轉換，將電信號輸入功率放大器進行放大輸出相應的電流信號控制比例電磁鐵的運動，實現夾緊力的調節，同時還可以跟蹤工件加工中的切削力的變化，增加工件夾緊力實現閉環自動夾緊工件，保證工件正常裝夾加工。

在銑削的裝夾加工中，作用在工件上的夾緊力是根據零件的材料、形狀、切削力等因素確定的，銑削加工時的銑削力，會隨著切削的變形、摩擦力、切削參數的變化，使其在銑刀刀刃上產生切削力也隨之變化，為了便于計算可用NOVEX切削數據估算軟件，計算銑刀上的三個相互垂直銑削抗力，其分別為進給力、徑向力、主切削力。在工件上產生的銑削力可以沿銑床工作臺進給方向分解，分解成縱向、橫向、垂直三個銑削分力。銑刀的切削抗力與工件的切削力是相等的，即P'=P。

銑刀上的銑削抗力P

銑床工件上的銑削力P

零件在加工過程中受到各種力的作用、切削參數、各種外界不確定因素的影響，使計算出的理論夾緊力不能滿足零件加工裝夾要求，所以在理論夾緊力的基礎上還應乘以總安全系數，才能保證零件加工時的可靠性，實際的夾緊力等于理論夾緊力的大小乘以總安全系數，即

PJO=KP

進行零件的自動夾緊，可用電液比例溢流閥來實現，其電液比例溢流閥能連續、按比例的隨著輸入電信號而調節和控制液流的壓力，液流的壓力是與比例電磁鐵成正比的輸入電流決定的，輸入的電流越大，液流的壓力就越大，其不僅可以控制夾具夾緊力的大小還可以控制施加或取消壓力的速率，易通過電氣控制來實現自動控制的電液比例溢流閥，可以方便的根據輸入、輸出信號進行運算和處理，實現多級壓力調節控制，使其夾緊力的范圍增大，以壓力的放大級數可用直動式或先導式，先導式壓力調節范圍大于直動式的壓力調節范圍，并響應快、精度高、壓力變換連續、可減少壓力變換的沖擊、抗污染能力強、工作可靠、價格低的優點，所以選用先導式電液比例溢流閥來實現零件的自動控制夾緊功能，先導式電液比例溢流閥，可實現多級壓力控制回路，根據不同的輸入電流，溢流閥的壓力也不同，當先導閥液流的壓力大于彈簧的彈力時，先導閥芯打開，油液經先導閥口流出，主閥上腔壓力為零，主閥芯打開，油液從P口進，T口流出。則比例閥電磁鐵推動推桿，在彈簧上形成的推力大小就是液壓回路中的壓力變化的大小，利用比例溢流閥控制工件夾緊力是既簡單又方便并易實現自動化控制。當先導閥液流的壓力小于彈簧的彈力時，先導閥芯關閉，油液經油路流到主閥閥芯上腔，與主閥的彈簧力一體壓緊主閥芯，使P口與T口處于關閉狀態，因主閥芯是錐閥，體積小又輕，行程較小，閥響應快。閥套上的孔有油液分流作用，所以大大減少了噪音，流入主閥芯上腔的節流孔還起到了動態壓力反饋作用，可提高主閥芯的穩定性，所以在工業控制中使用比較廣泛。

為了保障比例溢流閥在工作時的穩定性，首先要保證先導閥要移動靈活、壓力穩定受外界流量波動影響小，所以將先導式溢流閥的閥座設計成前后邊帶錐孔，作為先導閥的阻尼孔，減少通過導閥的錐孔產生前后壓差，靈活移動錐閥芯，實現設定壓力穩定性，通過改進此閥也適用于較大流速的場合。

根據比例溢流閥的特性，將先導比例溢流閥的閥座進行改進，改進完成后的進行流量、壓力、輸入電流的關系實驗，在液壓系統中用并聯式雙溢流，利用普通先導溢流閥設定系統的最高工作壓力，用比例溢流閥控制電壓由最大值逐漸減小，通過量具觀察比例溢流閥溢流開啟點。比例溢流閥開始溢流后繼續調小溢流閥的控制電壓，觀察系統壓力隨控制壓力變化的過程。將測試的電壓值與對應的系統壓力值分別記錄下來，得出的結果比例溢流閥在控制電壓-溢流壓力特性曲線變化不大，但是比未換先導閥閥座溢流運動的運動性更穩定。

在保證夾具夾緊的平穩性基礎上，在對夾具夾緊零件的多樣性進行設計，夾具夾口在設計時為了裝夾多種零件，將其夾口設計成大小不等的V型槽，利于圓形零件的裝夾定位，夾口在裝夾時與裝夾板形成一個臺階，使零件在裝夾時，保證加工零件長度方向和直徑方向的定位精度，使其夾緊力一致，在夾口后邊底板的上表面加工有安裝壓板的螺紋孔也可安裝壓板，當加工零件尺寸較大時可去掉夾口，將零件直接裝夾在底板上，用壓板壓緊零件進行加工。

在夾緊系統中，在液壓缸上安裝一個電液比例溢流閥，它可以根據計算出不同的夾緊力輸入相應的電信號，獲得相應的夾緊力，并在夾具設置中安裝了壓力傳感器，測得的夾緊力經過比較、放大，反饋給電液比例溢流閥，形成閉環控制，同時隨著切削力的增大，液壓夾緊力也隨之增大，從而避免零件裝夾力不夠的情況。當系統正常工作時，換向閥處于中位時系統處于保壓狀態，當換向閥的左位得電時壓緊液壓缸縮回，使上腔油液經過單向閥流回油箱，松開零件。當換向閥的右位得電時壓緊液壓缸伸出，并依據電信號使比例溢流閥按照設定和比較的電流信號移動相應的距離，達到系統要求的液壓力，保證工件裝夾穩定。

參考文獻：

[1]周炳章，陳國富.銑床工藝學[M].北京：機械工業出版社，1987.

[2]王正良.微機電液控制技術[M].大連：大連理工大學出版社，1993.

[3]盧雪紅.液壓與氣壓傳動[M].徐州：中國礦業大學出版社，2018.

[4]賈銘新.液壓傳動與控制[M].哈爾濱：哈爾濱船舶工程學院出版社，1991.

[5]張兆順，崔桂香.流體力學[M].北京：清華大學出版社，2015.

作者簡介：張小靜（1971-），女，甘肅蘭州人，畢業于蘭州大學，研究方向為機械。