现代机床液压站设计的结构选型

1、 现代机床液压站设计的结构选型河北科技大学张利平周兰午齐习娟摘要从液压站的总体结构方案、液压控制装置集成方式及液压动力源装置的结构形式等几方面, 论述了现代机床液压站设计中的结构选型问题。关键词液压站液压控制装置液压动力源结构设计选型1前言2液压系统的设计可分为两大步骤1、:液压系统的原理及性能设计; 液压系统的技术设计(液压装置的结构设计 。后者的目的在于通过选择系统中的元、2液压站的总体结构方案及其选用按照动力源与控制装置是否安装在一起, 可分为整体式液压站和分离式液压站, 这两种典型的总体结构如图所示。(如各类 采用1。而分离式液压站适合大型及较复杂(如大吨位液压机和冶金设备等 采用 。

2、辅件的连结装配方案, 设计和绘制系统的装配图及相关零件图, 为制造、组装和调试液压系统提供依据。液压装置有分散配置和集中配置两大类型。, 大这一缺点外, 、美观大方, 便于装配维护和电液信号的采集, 隔离了振动、发热对主机的影响等诸多突出优点, 在现代机床及其它工业生产设备中被广泛采用。一个液压系统能否可靠有效地运行, 在很大程度上取决于液压站结构选型是否合理及设计质量的优劣, 故设计者必须给予足够重视。液压站的两种典型结构方案循环、坐标变换等进行前置处理。(6 插补计算该模块是集成化数控系统的核心模块, 其任务是根据信息预处理给出的希望轨迹和从反馈接口获取的实际轨迹信息, 实时生成机床各坐标

3、的移动指令。此外, 该模块还负责完成机床运动的加减速控制。(7 伺服控制该模块是集成化数控系统的另一核心模块, 其任务不仅是根据插补运算结果, 通过高速算法对机床X 、Y 、Z 等坐标轴进行高精度位置控制, 而且还需完成速度闭环控制、矢量变换控制等高实时性控制任务。(8 开关量控制该模块对系统中的开关量进行逻辑运算, 按PL C 的原理控制机床的逻辑顺序运动。(9 安全保障该模块与有关传感器相配合, 对机床的加工过程和有关动作进行监视, 防止某些错误动作的发生和故障蔓延, 并对系统发生的故障进行在线诊断。制造技术与机床2000年第10期(10 加工仿真该模块以动画方式对数控加工过程进行实时和超

4、实时动态仿真, 从而可在加工前检验零件程序的正确性和机床运动过程的合理性。5结语本文在对现有数控系统存在的问题进行分析的基础上, 提出了新的集成化PC 数控模式和体系结构, 研究了集成化PC 数控系统的硬件结构和软件组成, 开发了TH 2000系列数控系统产品。新型集成化PC 数控系统的性能价格比已达到当前国际先进水平, 整个系统(包括电动机 的售价可降至现有数控系统的一半左右。这种高性能、高可靠性、低成本的新型数控系统的应用, 前景相当广阔。作者:周凯, 北京海淀区清华大学精仪系制造工程研究所, 邮编:100084, 电话:(010 62781267(编辑董雅萍 (收修改稿日期:2000-0

5、4-07 11 3液压控制装置集成方式的选择液压控制装置是液压系统中各类控制阀及其连接体的统称, 在液压站中多用无管集成。亦即将各类控制阀固定在某种专用或通用的连接体(又称辅助件 上, 辅助件内开的一系列通道(油道 , 控制阀之间的油路联系主要由这些通道而非管道实现。按所采用辅助件的形式不同, 又可分为板式、块式、链式、叠加阀式和插入式等五种集成方式。它们的优点是结构紧凑、安装方便、外形美观、压力损失较小等。但因结构上各不相同, 故又各有特点及其适用的场合。311板式集成在阀板上, 按系统要求, 通过阀板中切削或铸造出的通道实现油路联系, 构成一个回路。对较复杂的系统, 则需将其分解成几个回路

6、, 用几个阀板安装标准板式控制元件, 阀板间通过管道来连接。2、8阀板又有整体式和剖分式两种形式1、。整体式出。此种阀板的可靠性好, , 成, , 削或铸出矩形沟槽, 然后用粘合剂将底板与面板粘合在一起, 并用相当数量的螺钉紧固成为一完整的封闭体。面板上的通道孔分别与各液压元件上相应油口对应, 各元件之间油路联系借助底板上的沟槽来实现。剖分式阀板制造方便, 但可能会因液压冲击造成粘合剂失效, 引起油路串腔, 导致液压系统工作失常。综上所述可知:板式集成对于动作复杂的液压系统, 回路元件数量的增加, 导致所需阀板尺寸和数量增大, 致使有些孔道深到无法钻出, 而铣槽往往出现渗漏串腔现象。此外, 阀

7、板是根据特定的液压系统专门设计制作的, 不易实现标准化和通用化, 不易组织专业生产。当用户需要更改回路或追加元件时, 阀板就要重新设计加工, 设计和加工的差错也会使整块阀板报废。所以, 板式集成适合不太复杂的中低压系统采用。312块式集成块式集成是按典型液压系统的各种基本回路, 做成通用化的六面体辅助件集成块, 通常其四周除一面安装液压执行装置的管接头外, 其余三面安装标准板式阀及少量叠加阀或插装阀, 这些元件之间的油路联系由集成块内部所开通道孔实现; 块的上下两面为块间叠积结合面, 布有上下贯穿通道体的公用压力油孔、回油孔、泄油孔及块间连接螺栓孔, 多个回路块叠积成一摞, 通过四只长螺栓固紧

8、, 块之间的油路联系12通过公用油孔来实现。对于较复杂的系统, 可按系统组成特点, 将其划分为几摞。摞间用管道连接即可。块式集成的显著优点是:可简化设计; 更改系统、增减元件方便, 设计柔性大1; 集成块主要加工部位是六个平面及各个孔, 其尺寸比板式集成的阀板要小得多, 故加工容易, 且便于组织专业化生产, 降低成本; 大大减少了管接头数量, 并且结构紧凑, 占地面积小, 泄漏少, 稳定性好; 通道孔粗而短, 故压力损失小、发热少、效率较高。块式集成既可用于低压系统也可用于高压系统。313链式集成9链式集成1、与块式集成非常相似, 它的辅助件通常有阀块、连接块、隔板和端板。每个阀块仅安装一个标

9、准板式阀或组合叠加阀, 依靠阀块中的孔道及各辅。; 阀块两面是块间或块与其它辅助件间的连接结合面, 两侧面间通常开有5条呈轴对称分布的公用主油道及4个短螺栓孔, 故可在阀块不变的情况下, 以对称轴为中心旋转180°安装来改变油路关系。从而减少阀块及其它辅助件的品种, 提高通用化程度和变更系统的灵活性。阀块底面有通向执行器、液压泵或油箱的三个螺纹孔口, 可根据需要用螺塞进行阻通。连接块的两侧结合面与同规格阀块两侧结合面的连接尺寸完全一致, 也开有五条轴对称油道和四个螺栓孔。连接块上不安装液压阀, 其作用是使5条公用通道两两沟通, 实现油路关系的改变, 并且通过其底面都开有与公用油道相通

10、的两个螺纹孔接至压力继电器、压力表等元件(这两个螺纹孔不用时也可用螺塞堵死 。隔板安装在相邻两个阀块或阀块与连接块之间, 它的两个侧面与阀块的两侧向结合面尺寸相同, 也有与阀块一样位置的四个螺栓孔。其作用是通过阻通相邻辅助件的5条公用通道中的一条或几条(共有20种方案 , 实现油路关系的改变。端板上既不安装液压阀, 也没有内部通道。用螺栓与整个链式集成装置最外侧的阀块连接, 一方面从两端堵死阀块的5条公用通道, 另一方面把整个链式集成装置安装在台架上。链式集成的优点是:组合排列方便灵活, 4种辅助件经适当排列即可实现集成; 设计施工周期短, 工效高; 辅助件少, 工艺简单; 设计程度规范, 易

11、于实现制造技术与机床2000年第10期 其缺点是流通直角转变较多, 流阻损失较大, CAD 等。故一般适于小流量液压系统采用。314叠加阀式集成叠加阀式集成是在块式集成基础上发展起来的, 但不需要另外的连接块, 而是以带有公用油道的叠加阀作连接体, 通过螺栓将直接叠合在一起的所有液压阀固定在最底层的底板块上。底板块侧面的螺纹孔口可接至执行器、液压泵或油箱, 并可根据需要用螺塞进行阻通。因同一规格的叠加阀的油口和螺栓孔的大小、位置及数量均与相匹配的板式换向阀相同, 故只要把同一规格的叠加阀按一定顺序叠积起来, 再将换向阀装于这些叠加阀的上面, 即可构成各种典型液压回路。叠加阀式集成的优点是:标准

12、化、通用化、集成化程度高, 设计、加工及装配周期短, 便于实现CAD ; 结构紧凑、外形美观、体积小、重量轻、占地面积小; 配置灵活、安装维护方便, 便于通过增减叠加阀实现液压系统原理变更; 减少了辅助件及管件, 耗材少, 成本低; 消除了漏油, 减小了振动和噪声, , 全可靠。, , 。315插入式集成2、9插入式集成1、的辅助件为整体式多孔通道块, 所连接的液压阀主要为插装阀(又称逻辑阀 。插装阀本身无阀体, 靠插入零件(阀心、阀套等 与通道块中的孔配合, 并由控制盖板固定在通道块中, 通过通道把各插装阀连通起来, 通道块外表面装上控制插装阀启闭的各种先导阀即组成液压集成装置。通道块既是各

13、插装阀的阀体, 又是油路的连接通道。由于插装阀流通能力大, 动作灵敏, 标准化程度高, 故集成后的液压装置更加紧凑, 特别适合重型机5械、冶金、塑料机械等大流量系统采用4、。其缺点是液压系统变更灵活性差, 通道块的孔系较复杂, 不便于设计与加工。动机卧式安装, 液压泵置于油箱之上。上置式液压动力源装置的优点是占地面积小, 结构紧凑, 适用于小功率液压系统。卧式的电动机与泵轴的同轴度不易保证, 且吸油高度不能过大。412非上置式动力源非上置式液压动力源装置的泵组置于底座或地基上。泵组坐落在与油箱一体的公用底座上时称整体型液压动力源, 若泵组放在油箱侧面称旁置式, 若泵组放在油箱下面称下置式; 泵

14、组单独装在地基上称分离型液压动力源。非上置式液压动力源装置的优点是能有效改善泵的吸油性能, 易维护, 但占地面积大。适用于大功率液压系统。5结束语、调试及多种国外、技术改造工作实践中37体会到, 在液压系统结构设计中, 液压站结构选型的合理与否对采用液压传动的机床或其它设备的技术、经济性能显得非常重要。因此, 机床液压系统的设计者应给予足够重视, 这也正是本文的出发点之一。限于篇幅, 本文未能论及液压站各部分的详细设计步骤等, 读者可参阅有关文献。此外, 随着计算机技术的发展及其与液压技术的有机结合, 我们有理由相信, 包括液压站结构选型在内的液压系统智能化设计工具及软件会相继开发出来, 并广

15、泛应用于工程设计实际, 从而大大提高机床及其它液压设备的设计水平和产品质量。参考文献1张利平1液压站设计1河北科技大学, 199912张利平主编1液压气动系统设计手册1北京:机械工业出版社,199713张利平等1一种新型节能液压系统1中国机械工程, 1992(3 4张利平等1压力卷管机压辊装置的电液压力控制系统1液压气动4液压动力源装置的结构选择液压动力源向系统提供工作介质, 并可作为整体式液压站安放液压控制装置的基座, 是液压站的重要组成部分。液压动力源装置由液压泵组及液压油箱组成, 按2液压泵组的布局, 液压动力源装置有以下两大类1、:411上置式动力源上置式液压动力源装置的泵组置于油箱之上。根据电动机安装方向又有立式(图a 与卧式(图b 之分, 前者的电动机立式安装, 液压泵置于油箱内; 后者的电制造技术与机床2000年第10期与密封, 1993(35张利平等1注塑机电液比例控制系统1国外塑料, 1996(26张利平等1西德气缸体双面铣组合机床液压系统分析1机床与液压, 1998(47Zhang L i p ing . Studies and D evelopm ent to ABTM w ith E lectro 2H