基于并联机构的液压系统的优化改进.pdf

改装与维修 R 删n g a n d M a in le n a n c e 基于并联机构的液压系统的优化改进 贾永锋 中航工业成都飞机工业 集 团 有限责任公司数控7 z - 厂， 四川 成都 6 1 0 0 9 2 摘要 针对某五坐标立式加工 中心数控设备并联机构的液压 系统在实际工作中出现的故障信息进行分析 ， 提 出了数控设备并联机构液压系统存在的问题和隐患， 并从液压系统和液压元件两个方面进行了优 化改进 ， 提升了液压系统和液压元件机械机构的性能 ， 应用后解决 了生产中的实际问题 ， 提 高了数控 设备的完好率 ， 降低 了数控设备的维修成本 ， 避免 了生产加工中出现工件质量隐患。 关键词 并联机构液压回路液压元件 中图分类号 T H1 3 7 文献标识码 B I mp r o v e me n t o f h y d r a u l i c s y s t e m b a s e d o n p a r a l l e l me c h a n i s m J I A Yo n g n g N C P r o c e s s i n g F a c t o r y ， A V I C C h e n g d u A i r c r a f t I n d u s t r i a l G r o u p C o ． ， L t d ． ， C h e n g d u 6 1 0 0 9 2 。C H N Abs t r a c t Ana l y z e d t h e h y d r a u l i c s y s t e m f a u l t i n f o r ma t i o n i n a fiv e a x i s v e i c a l ma c h i n i n g c e n t e r CNC p a r a l l e l me c ha n i s m i n p r a c t i c a l wo r k，p r o po s e d t h e e x i s t e nc e o f p r o b l e ms a n d h i d d e n d a ng e r s o f t he h y d r a u l i c ． s y s t e m o f NC e q u i p me nt p a r a l l e l me c h a n i s m ，a n d o p t i mi z e d f r o m t he t wo a s p e c t s o f t h e h y d r a u l i c s y s t e m a n d hy d r a u l i c c o mp o n e n t s ，e n h a n c e d t he p e r f o r ma n c e o f t h e h y d r a u l i c s y s t e m a n d me c ha n i c a l me c h a n i s m o f h y d r a u l i c c o mp o n e n t s ，s o l v e d p r a c t i c a l p r o b l e ms i n p r o d uc t i o n，i mp r o v e d t h e CNC e qu i p me n t i n t a c t r a t e，r e d uc e d t h e r e p a i r c o s t o f CNC e qu i pme n t ，a v o i d e d t h e q u a l i t y p r o b l e ms o c c u r r e d i n p r o d u c t i o n a n d p r o c e s s i n g o f p a r t s ． Ke y wo r dsPa r a l l e l Me c h a n i s m ；Hy d r a u l i c Ci r c u i t ；Hy d r a u l i c Co mp o n e n t s 由于液压系统具有结构紧凑 、 传动平稳 、 输出功率 大和易于实现无极调速等优点 ， 广泛地应用于各种机 械设备 中。在数控设备 中， 液压系统 已成为其重要 的 组成部分之一 ， 它与数控设备 的主体部分和 电气设备 密切相关 。一般液压 系统部分的价值 占整个机床 的 5 ％ ～ 3 0 ％ ， 虽然液压系统的故障仅 占整个数控设备故 障的 1 4 ％左右 ， 但由于液压传动往往用于转动和直线 运动 ， 是数控设备 的主要部分 ， 即使是小故障也会影响 到整个数控设备的正常工作。所以数控设备液压系统 是否可靠运行 ， 对于数控设备 的正 常使用是非常重要 的。并联机构的液压系统在数控设备 中应用范 围比较 广泛 ， 其系统 的稳定性 对数控设备 的运 行至关 重要。 论文通过分析某数控设备并联机构的液压系统 以及存 在的问题 ， 提 出了液压系统及液压元件 的优化改进方 案和措施 ， 提高了液压系统的性能和可靠性 ， 降低 了数 控设备并联机构液压系统 的故 障率 ， 解决 了生产 中的 实际问题 ， 节约了维修成本 ， 提高了生产率和设备使用 寿命 1 某数 控设备并联机构液压 系统 的分析 图 1 为某五坐标立式加工 中心数控设备 的松刀和 换档的并联机构液压系统。在液压系统中松刀和换档 是两个独立 的并联机构 ， 系统运行 时每次 只执行一个 液压传动 ， 且在数控设备系统信号控制 中松刀和换档 是两个互锁的并联机构。 1 ． 1松刀液压系统工作原理 图 1中液压系统元件处 于常态位置 ， 液压源 1工 作时 ， 线圈 Y V1 得 电， 二位 四通 电磁换 向阀4处 于左 位 ， 液压油 由 P油 口进入 液压 回路 ， 经过二位 四通 电 磁换 向阀 4左位 ， 从 B油 口进入松刀油缸 1 0无杆腔 ， 推动活塞压缩弹簧进行松刀 ， 高压检测 开关 9对松 刀 油压进行检测 ， 在活塞压缩弹簧达到最大量时松 刀油 压应 ≥1 0 MP a ， 否则会出现松刀高压检测报警 。 松刀油缸 1 0的活塞在 弹簧力 的作用下恢复正常 时 ， 线圈 Y V 1失 电， 二位 四通 电磁换 向阀 4在 弹簧力 作用 下处 于右位 ， 回油从T 油 口经 过单 向阀5回到 油 等 咤 j ￡u lo 平 弟 删 R e lillin g a n d M a jn fe n a n c e 改装与维修 S P 1 0 2 MP a S P 2 1 0 MP a 一 8 。 I l A ] l l L J l J B 4 A 0． O 5 MPa 匝圜 F b V 换挡1 。 厂 一 7 A f f F l 3 A l B B 低档 h b 高档 1 ． 5 L ／ ra i n P I T 三 b ～ P T 。 l 【 1 一 液压 源 ；2 一 油箱 ；3 一 二位四通钢球定位式电磁换 向阀；4 一 二位 四通 电磁换 向阀；5 一单 向阀；6 一 节流阀 7 ～叠加底板；8 一低压开关；9 一高压开关；1 O 一松刀油缸；1 l 一换档油缸。 图1 某数控设备并联机构的液压系统 箱 ， 松刀动作执行完成。低压检测开关 8对松刀油缸 回油油压进行检测 ， 回油油压应 ≤0 ． 2 MP a ， 否则会 出 现低压检测报警。 1 ． 2 松 刀液压 系统元件功能分析 1 在数 控设备执行换档 时， 单 向阀作用是 防止 回油进入松刀油缸 ， 引起松 刀油缸误动作 ， 执行松 刀， 出现安全和工件质量隐患。 2 换向阀用 于控制油路的通断或改变液流的方 向， 从而实现液压执行机构的启动 、 停止或运动方 向的 改变 ， 在松刀液压系统 中电磁换 向阀用于改变液流的 方向， 从而改变松刀油缸活塞 的运动方向， 来实现松刀 和油缸活塞复位动作。 3 高低压检测开关作用是在液压 系统工作时对 油路油压进行检测 ， 通过将液压信号转变为电信号 ， 来 实现系统 自动控制和安全保护。 4 单作用单活塞杆液压缸是利用液压力控制液 压缸向一个方 向运 动， 而反 方向运 动则靠 弹簧力来实 现 ， 将液压能转变为机械能从而驱动工作机构运动。 1 ． 3换档液压 系统工作原理 图 1中液压系统元件处于常态位置 ， 液压源 1工 作时 ， 线圈 Y V 3得 电， 二位 四通钢球定位式电磁换 向 阀 3处于右位 ， 液压油由 P油 口进入液压回路 ， 经过二 位四通钢球定位式 电磁换向阀 3右位 ， 从 A油 口进入 换档油缸 1 1无杆腔 ， 使活塞向 B位置运动 ， 回油再经 过二位四通钢球定位式 电磁换 向阀 3右位 ， 经过节流 1等 、 i 0 阀 6节流调速至流量 1 ． 5 L ／ m i n后 回到油箱 ， 通过调 整节流阀 6的开 口量大小改变 流量 ， 从而控制换档油 缸 1 1的运动速度 ， 此时数控设备主轴处于高档状态。 换低挡时， 液压源 1 工作 ， 线圈 Y V 2得电 ， 二位 四 通钢球定位式 电磁换 向阀 3处于左位 ， 液压油 由 P油 口进人液压回路 ， 经过二位 四通钢球定位式电磁换 向 阀 3左位 ， 从 B油 口进入换档油缸 1 1有杆腔 ， 使活塞 向 A位置运动 ， 回油再经过二位 四通钢球定位式 电磁 换 向 阀3 左 位 ， 经 过 节 流 阀6 节 流 调 速 至流 量 1 ． 5 I Mmi n后 回到油箱 ， 通过调整节流 阀 6的开 口量大小 来改变流量 ， 从而控制换档油缸 1 1的运动速度 ， 此时 数控设备主轴处于低档状态 ， 换挡动作执行完成。 1 ． 4换档液压系统元件功能分析 1 电磁换向阀用于控制油路的通断或改变液流 的方向 ， 从而实现液压执行机构的启动 、 停止或运动方 向的改变 ， 在换档液压系统 中电磁换向阀用于改变液 流的方 向， 从而改变换档油缸活塞的运动方 向， 实现高 低 档互 换 。 2 节流阀作用是通过改变节流 口的大小来改变 油路流量 ， 从而改变执行元件的运动速度。 3 双作用单活塞杆液压缸是利用液压力来实现 液压缸正 、 反两个方向的运动， 将液压能转变为机械能 从而驱动工作机构运动。 2 液压系统存在的问题 根据实际液压传动运行过程中出现的故障和报警 1 3 3 改装与维修 R 硎 in g a n d M a in 1e n 0 n c e 信息 ， 分析液压系统传动图， 结合液压元件机 械结构 ， 以及液压元件实际安装状态 ， 判断液压系统存 在以下 几个问题 ， 需要进行优化改进 ， 以提高液压系统的稳定 性 和安 全性 。 2 ． 1 问题一 液压系统工作时单 向阀失效 串油 液压 系 统 在 执 行 换 挡 单向阀在闭锁状态下 的 图3单阀口 结构 泄漏量非 常小甚至为零 ， 但 是经过一段时间的使用 ， 因阀座和阀芯的磨损 、 锈蚀或 划伤 以及弹簧弹力减小就会 引起泄漏 ， 而且 有时泄漏 量非常大， 会导致单 向阀的失效 ， 需要重新研磨 阀体 、 修复密封阀口和更换新的弹簧或调整弹簧弹力 。 2 ． 2问题二 液压缸无缓冲装置和活塞密封泄漏 串油 液压系统工作时 ， 松刀油缸活塞冲击大有噪声 ， 且 松刀和换档油缸存在推力不足。在液压 系统 回路 中， 松刀油缸为单作用单活塞杆液压缸 ， 活塞仅单 向运动 ， 返回行程是利用负荷将 活塞推回 ， 具有节约动力的优 点 。 换档 油缸为双作用单活塞杆液压缸 ， 双 向液压驱 1 一 端盖 ；2 - 活塞 ；3 一 O 形 密封嘲 ；4 一缸体 ；5 一 活塞杆 ；6 一 弹簧。 图4 松 刀油缸 结构 动 ， 双 向推力和速度不等。 分析松刀油缸 机械结构如 图 4所示和 0形 密封 罔的受力变形情况如图 5所示 ， 松刀液压缸活塞运动 到无杆腔末端处机械机构无缓 冲装置 ， 使 活塞与端盖 之问发生碰撞 ， 同时活塞密封圈存在变形磨损 ， 受力挤 压 比较严重 ， 出现了油液泄漏 串油 ， 才导致冲击大 ， 运 动过程中出现噪声。 图5 o形密封圈的受力变形过程 换档油缸活塞动作频繁 且行程 比较大 ， 油缸 采用双 0形密封圈密封形 式如图 6 所示 ， 由于密封圈耐磨性低 ， 且不具有密封失效 自动补偿 功能。运动过程 中活塞和缸 体间的密 封圈磨损严重 ， 出 现泄漏 串油现象 ， 导致 活塞 推力不足。 1 一缸体 ；2 一 活塞 ；3 一。形圈 4 一 活塞杆。 图6 换 档油缸 密封单元 2． 3 问题 三 换档油缸无锁 紧功能和存在定位误差 换挡回路调速节流阀安装位置不合适 ， 电磁 阀回 油 口背压过高 ， 阀芯容易受 到冲击 ， 且换档油缸无锁紧 功能 ， 存在定位误差 。 在换挡 回路 中， 换档液压缸 的速度只有在 回油路 进行调整 ， 若进油路液压油出现大的波动 ， 将导致电磁 阀阀芯和液压缸活塞受到大 的冲击 ， 阀芯动作的灵敏 度和使用寿命降低 ， 出现活塞运动速度不平稳等现象。 换档油缸定位后液压 回路无锁 紧功能 ， 定位误差大且 油路存在噪声 ， 受 到外力后可能导致活塞出现位移 ， 造 成机床换档不到位 ， 齿轮啮合不可靠 ， 主轴旋转时加剧 齿面磨损和齿轮损坏 。 2 ． 4 问题四 压力检测开关安装位置不 当。 压 力调整 无 法测 量 压力检测开关安装位置存在 自由度 ， 容易产生泄 漏 ， 且在更换了新的压力检测开关或重新调整设定压 力 ， 检测开关检测压力值时无法进行测量。 在松刀回路中， 为了保证油压足够压缩松 刀油缸 弹簧 ， 以及松刀油缸活塞正常复位 ， 液压系统需要对松 刀高压和复位低压进行检测 ， 通过将液压信号转变 为 电气信号 ， 来实现 自动控制和安全保护 ， 但液压 系统中 孝 一 ‘0 没有设计在更换了新的高低压检测开关或重新调整设 定压力检测值 的测量快速接 口， 导致调整设定值无法 进行测量 。压力检测开关不仅要求工作可靠 ， 寿命长 ， 而且要求具有一定 的调压范围 、 灵敏度和重复精度 ， 所 以压力检测开关对 于安装位置和 固定方式要求很 高， 避免冲击和流量波动。 3针对 问题 的优化 改进方案和措施 3 ． I 针对 单 向 阀失效 的优 化 改进方 案 和措 施 3 ． 1 ． 1 针对单 向阀失效在液压 回路控制上 的优化改 进方案和措施 为防止单 向阀失 效 ， 导 致液压系统出现泄漏串油现 象 ， 以及在换挡 时误 出现 松 刀高压检测报警故障。优化 改进时， 在液压 回路 中增 加 1 一二 位 二 通电 磁 换 向 阀； 2 一 单向 阀 。 了一个二位二通 电磁换 向阀 图7二 向阀与 如图 7所示 ， 当松 刀油缸 在 弹簧力作用下复位时 ， 二位二通电磁换向阀线 圈得 电， 电磁换 向阀处于左位 ， 液压系统正常回油 。当松刀低 压检测开关检测到油管压力低于 0 ． 2 MP a时 ， 二位二 通 电磁换 向阀线圈失 电， 阀芯在 弹簧力作用下复位处 于右位关闭 ， 即使单 向阀失效串油和泄漏 ， 二位二通电 磁换 向阀也会防止在换挡时液压系统 串油 和泄漏 ， 保 证松刀和换档动作 的正常执行 ， 提高 了液压系统的稳 定性 。 3 ． 1 ． 2 针对单向阀失效在单 向阀机械结构上的优化 改进方案和措施 在松刀液压系统 中， 单 向阀工作时瞬间将 承受大 于 1 0 MP a的撞击力 ， 工件加工时需要频繁 自动换刀 ， 导致单 向阀频繁工作 ， 长时间单 向阀阀 口会出现变形 和毛刺 ， 阀口密封效果降低。 为了提高单 向阀的密封 性 ， 改进 优化时在单 向阀原 阀口的基 础上 ， 再增 加 了一 个外阀 口， 使单 向阀具 有双 阀 口结构如 图 8所示 ， 这样 不仅可以使钢球与阀体接触 密合 ， 而且 当单 向阀在 工作 中受液压 冲击或振动等撞击 ⋯ 砩舯 图8 双 阀 口结构 阀体时 ， 外阀口则承受钢球的冲击力 ， 并引导钢球滑人 工作阀口， 从 而保护工作阀口的完好性 ， 延长阀的使用 寿命 。 为了保证单向阀钢球密封时能够准确快速定位 ， I ’ ‰ ⋯ R efi ttin g a n d M a in fe n a n c e 改装与维修 提高响应速度 ， 在钢球上增加了弹簧动作的导 向槽如 图 9所 示 ， 使钢球工作时不 会偏离单 向阀轴线 ， 阀体密 钢 封面受力均匀 ， 防止 了油液 逆流。 单向阀中的弹簧主要用 来克服阀芯与阀体的摩擦力 和惯性力 ， 使 阀芯在液流反 ‘ 图9 弹簧导向槽结构 向流动时能迅速关闭。为了使单 向阀工作灵敏可靠 ， 所以通常弹簧力较小 ， 以免产生较大的压力降。一般 单向阀的开启压力约为 0 ． 0 3 0 ． 0 5 MP a ， 由于弹簧力 较小， 单 向阀工作一段 时问后 ， 弹簧力会逐渐减小 ， 甚 至会失效 。 为了保证关闭阀芯时弹簧力合适 ， 优化改进时在 单 向阀机械结构上增加了调整弹簧力的调整螺钉以及 锁紧螺母如图 l 0所示 。当弹簧力减小时可以进行调 整 ， 提高了单向阀的密封性和工作灵敏度 ， 同时也解决 了单 向阀在液压系统中由于弹簧力的失效 出现串油 的 问题 进 油 口 P 1 鼎 f ． J ≤ 4 i ～阀体 ；2 一锁 紧螺母 ；3 一 调整螺钉 ；4 一钢球 ；5 一 弹簧。 图1 O 改进后的单向阀结构 3 ． 2针对液压缸无缓冲装置和活塞密封泄漏 串油的 优化改进方案和措施 由于松刀油缸无杆腔末端没有缓 冲装置 ， 导致油 缸活塞运动到末端时存在冲击 ， 且 噪声 比较大。液压 缸的缓冲装置一般都是利用对油液的节流作用来实现 的 ， 当活塞 或缸体 运动到终点 时， 活塞上 的凸肩将 回油通道逐渐遮盖 ， 形成节流间隙， 建立背压 ， 以平衡 惯性力 ， 达到缓 冲目的。 1 一 端盖；2 一缸体 ；3 一缓冲柱塞 ；4 一O形密封圈 ；5 一挡圈 6 一活塞； 一弹簧；8 一活塞杆。 图1 1改进后的松刀油缸结构 改装与维修 R eli n g a n d i fe n a n c e 为了解决油缸动作 时存在 冲击和噪声 ， 优化改进 时在松刀油缸末端增加了可变节流槽式缓冲装置如图 1 1 所示 。在缓冲柱塞上开有 4条轴 向三角节流沟槽 ， 节流面积随着缓冲行程 的增大而逐渐减小 ， 缓 冲压力 变化 比较平稳 ， 缓 冲作用均匀 ， 冲击力小 ， 同时消除了 噪声 。 松刀油缸的活塞和缸体 问的密封圈挤压磨损 比较严 重 ， 出现泄漏 串油 ， 导致活塞 推力 不足。优 化改进 时 ， 将 松刀油缸密封形式由原来单 独的 0形 密封 圈改 进成 0 形密封圈加挡圈的密封单元 图 1 2 o形密 封圈加挡 圈 的 密封 单元 如冈 l 2 。挡圈的厚度为 1 ． 2～1 ． 5 mm， 当 0形密封圈 受到油液压力挤压时， 挡罔不但 防止 了 0形密封圈嵌 入活塞和缸体间隙 内而损坏 ， 同时在挡圈的作用 力下 提高了 0形密封圈的密封效果 ， 延长了使用寿命。 换档油缸 使用频 率高 ， 且活塞行程 比较大 ， 活塞 和 缸体问的密封圈磨 损严重 ， 出现串油 ， 导致 活塞推力不 足 。优化 改进时 ， 将换档 油 缸 由原来 的双 0形 密封 圈 改进成双耐磨环加滑环式密 6 封圈 以及 0形 密封 圈 的组。 一 圈 ； 合 煮 3 封 单 元 0 形 密 封 圈 的 弹 性 力 会 使 密 一 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯～ ～ 封滑环紧贴密封表面 ， 产生密封压力实现密封。双耐 磨环具有导向和高密封性能。该密封结构具有摩擦 系 数小 ， 耐磨性好 ， 并有 自动补偿磨损和能吸收缸 内的硬 质颗粒的特点 ， 而且能够完全密封， 保证了活塞足够的 推力 ， 提高了活塞运动的平稳性。 3 ． 3针对换档油缸无锁紧功能和存 在定位误差 的优 化改进方案和措施 在液压系统 中换档油缸 油路无锁 紧功能 ， 存在定位 误差。优化 改进时 ， 在液压 回路 中去 掉 了 原来 的节流 阀， 改为液控单 向阀与单 向 节流阀组合如图 1 4所示 ， 并 ． ． _ L ． ． ． J 1 一液控单向阀；2 一单向节流阀。 使单 向 节流 阀靠 近换 档 油 图1 4液控单向阀与单向节流阀 缸 。这样 当油缸 定位后 ， 液 组合 控单 向阀能够及时关闭 ， 油缸被双 向锁紧 ， 避免油缸产 生冲击。如果将液控单 向阀靠近换档油缸 ， 由于单 向 节流阀的节 流效果 ， 会在 回油路产生 压力 ， 油缸定位 后 ， 液控单向阀不能及时关闭， 并有时还会反复关 、 开 ， 使油缸产生 冲击 。 3 ． 4 针对压力检测开关安装位置和调 整测量 的优化 改进方案和措施 为了便于高低压检测开 关安装 ， 以及高低压 开关调 整时的测量 ， 优化改进时， 对 油路进行 了集 成如 图 1 5所 示 ， 并增加 了集成块如图 l 6 所示和压力测量快速接头如 图 1 7所示 ， 提高了管路连接 的可靠性 ， 更有利 于高低压 SP1 0． 2 MP a SP 2 1 0 MP a l 一低压检测开关 ；2 ～ 高压检测开荚 3 ～集成块 ；4 m快速接头 。 检测开关的调整和测量 。 图1 s改进后的 集成油路 P5 P 1 、P 4 一主油路接口；P 2 一低压检测开关；P 3 一高压检测开关接E l P 5 一快速接头接 口。 图1 6 集成块结构 3 ． 5优化改进后的并联机构液压系统 3 ． 5 ． 1 优化改进后的松刀液压系统工作原理 优化改进后的数控设备 并联 机构 液压 系统如 图 1 8 所示 ， 图中液压 元件处 于常 态位 置。松 刀时 ， 液压 源 1 工作 ， 线 圈 Y V 1得 电， 二位 四通 电磁 换 向阀 4处 于 左 位 ， 液压油 由 P油 口进入液 压回路 ， 经过二位 四通 电磁 换向阀 4左位 ， 从 B油 口进 入松刀油缸 1 4无杆腔 ， 推动 活塞压缩 弹簧进行松 刀 ， 高 I P 1 P1 一 测量接 口；P 2 一进 油日。 图1 7 快速 接头结 构 压检测开关 1 1 对松刀油压进行检测 ， 在活塞压缩弹簧 达到最大量时松刀油压应 ≥1 0 MP a ， 否则会 出现松刀 高压检测报警。 松刀油缸 1 4的活塞在弹簧力的作用下恢复正 常 时， 线圈 Y V 1失电， 二位 四通 电磁换 向阀 4在弹簧力 作用下处于右位 ， 线圈 Y V 4得 电， 二位二通 电磁换 向 处 于左 位 ， 回油从T It ／ 口经过二位 二通 电磁 换 向 等 ‘ R In g a n d M a in fe n a n C e 改装与维修 SP1 0． 2 MPa SP 2【 1 0 MP a I 6 l l 6 l ， J f 1 2 “ I ． L I l 1 1 4 A B 8 。 。 中 a a 丌 Y V 1 P T Y V4 P O． O5M P a ， V V 换档 9 [ A L 6 3 A B 仁 B 15 。。。一 l 低 档 r r_7] b 高 档 二 图 Y 、 ， 2 P T Y v3 P T L 1 一液压源 ；2 一油箱；3 一二位四通钢球定位式电磁换向阀；4 一二位四通电磁换向阀；5 一二位二通电磁换向阀；6 一液控单向阀；7 --单向节流阀 8 一带 簧单 向阀 ；9 一 叠加 底板 ；1 O 一低 压开 关 ；1 1 一 高压 开关 ；1 2 一集成 块 ；1 3 一 快速接头；1 4 一松刀油缸 ；1 5 一换档 油缸。 图1 8 优化改进后的并联机构液压系统 阀 5和单 向阀 8回到油箱 。当回路 油压 ≤0 ． 2 M P a 时 ， 线圈 Y V 4失电， 二位二通 电磁换 向阀 5在 弹簧力 作用下处于右位 ， 松刀动作执行完成 。 3 ． 5 ． 2 优化改进后的换档液压系统工作原理 换高挡时 ， 液压源 1工作 ， 线圈 Y V 3得电， 二位四 通钢球定位式电磁换 向阀 3处 于右位 ， 液压油 由 P油 口进入液压 回路 ， 经过二位 四通钢球定位 式电磁换 向 阀 3右位 ， 从 A油 口经过液控单向阀 6和单 向节流阀 7中的单向阀进人换档油缸 1 5无杆腔 ， 使活塞向 B位 置运动 ， 回油经过单 向节流 阀 7中的节流阀和液控单 向阀 6 ， 再经过二位 四通钢球定位式 电磁换 向阀 3右 位 回到油箱 ， 此时数控设备主轴处于高档状态 。 换低挡时 ， 液压源 1工作 ， 线 圈 Y V 2得 电， 二位 四 通钢球定位式电磁换 向阀 3处于左位 ， 液压油 由 P油 口进入液压 回路 ， 经过二位四通钢球定位式 电磁换 向 阀 3左位 ， 从 B油 口经过液控单 向阀 6和单 向节流阀 7中的单向阀进人换档油缸 1 5有杆腔 ， 使活塞 向 A位 置运动 ， 回油经过单 向节流阀 7中的节 流阀和液控单 向阀 6 ， 再经过二位 四通 钢球定 位式电磁换 向阀 3左 位回到油箱， 此时数控设备主轴处于低档状态， 换挡动 作执行完成。 4优化 改进后 的实际应用效果 从液压系统回路 和液压元件机械结构两个方面， 对数控设备并联机构的液压系统在实际工作 中出现的 问题进行 了优化改进。 优化改进后 ， 数控设备松刀液压回路工作正常 ， 换 档时误出现松刀高压检测 报警故障消除 ， 松刀油缸 动 作平稳 ， 0形密封圈密封效果得到了提升 ， 单 向阀阀芯 动作灵敏准确 ， 松刀油缸高低压检测调整更加科学化 ， 增加了数控设备预防性维修 的技术手段 ， 从根本上彻 底解决了液压 回路 串油的问题 ， 提高 了液压系统工作 的安全性和稳定性。 优化改进后 ， 数控设备换档液压回路工作正常， 换 档油缸定位精确 ， 动作推力足 ， 定位后 不受外力影响 ， 油液对液压元件冲击小。 5 结语 1 改进后 的单 向阀双 阀 口结构 、 弹簧导 向槽结 构以及弹簧力调整结构 ， 具有更高的密封性 ， 钢球定位 精确 ， 能承受大 的冲击 ， 延长 了单向阀的使用寿命 ， 具 有 良好 的推广价值． 2 油缸密封单元采用 0形密封圈加挡圈结 构 ， 减小了单向受力使密封 圈变形损坏 ， 提高了密封性 ， 防 止 了油液泄漏串油现象 。 3 双耐磨环加滑环式密封圈以及 0形密封圈的 组合式密封单元 ， 增强 了密封元件的耐磨性 ， 能随油压 改装与维修 R 删n g a n d M 咖 fe n a n c e 普通车床数控化改造设计及教学应用 电气改造部分 刘德兵 四川托普信息技术职业学院卖训 中心 ， 四川 成都 6 1 1 7 4 3 摘 要 针对 C A 6 1 4 0普通车床电气控制系统进行数控化改造， 使其在实践教学中发挥重要作用 ， 能作为普 通车床教学使用 ， 又可当数控车床教学使用 ， 还能作为专业课程实习、 实训配套设备， 提高 了设备利 用率 ， 优化了实践教学内容， 为培养高素质人才提供 了创新平台。 关键词 C A 6 1 4 0 数控化改造P L C 实践教学 中图分类号 T G5 1 9 ． 1 文献标识码 A El e c t r i c a l t e r a t i o n i n NC r e f o r m o f c o mmo n l a t h e f o r t e a c h i n g a n d t r a i n i n g LI U De b i ng S i c h u a fi T O P V o c a t i o n a l I n s t i t u t e o f I n f o r ma t i o n T e c h n o l o g y ， C h e n g d u 6 1 1 7 4 3 ， C H N Ab s t r a c t Th i s p a pe r i s t o c a r r y o u t n u me r i c a l r e f o r m t o wa r d s a CA61 40 l a t h e ． I t c a n b e u s e d a s a c o mmo n a nd CNC l a t h e t e a c hi n g，a n d a s a t r a i n i n g e qu i pme n t ．I t p r o v i d e s a p l a t f o r m f o r i mp r o v i n g e q u i p me n t u t i l i z a t i o n，o p t i mi z i n g t h e p r a c t i c e t e a c h i n g，t r a i n i n g h i g h-q ua l i t y e mp l o y e e ． Ke y wor dsCA61 4 0；Nu me r i c a l Re f o r m ；PLC；Pr a c t i c e Te a c hi n g C A 6 1 4 0普通车床是机械加工业 、 制造业和煤碳开 采与加工以及其它行业使用和配备的常用机床 。但 由 于它操作较繁杂 ， 精度及性能达不到需要 ， 难以实现 自 动化控制 ， 不适合现代化生产 的要求 。目前 ， 在高职院 校中普遍使用的都是 C A 6 1 4 0普通车床 ， 由于使用时 间长 ， 已经无法满足技术进步和产品革新要求 ， 而购买 数控机床价格昂贵， 闲置普通机床又会造成浪费。如 果对 旧机 床进行 数控改造 ， 既可节省6 O ％ 以上的成 的变化 自动调节密封接触面大小及 密封压力 ， 并且具 有较好 的弹性 ， 可 自动补偿滑环式密封圈的磨损。 4 液控单 向阀与单 向节流阀组合在液压传 动中 提高了执行元件的定位精度， 传动更加平稳可靠。 5 快速接头的设计使高低压开关检测手段科学 化 ， 测量数据量化 ， 直观化。 6 并联机构的液压 系统在数控设备 中的应 用随 着科学技术的发展会更加广泛。 参考文献 [ 1 ] 黄志坚． 图解 液 压元 件使 用 与维 修 [ M] ． 北 京 中 国电力 出版 社 ， 2 o 0 8． [ 2 ] 邵俊鹏 ， 周德繁 ， 韩桂华 ， 等． 液 压系统 设计禁忌 [ M] ． 北京 机 械丁 业 出版社 ， 2 0 0 8 ． [ 3 ] 臧克江． 液压缸 实用液压技术丛 书 [ M] ． 北京 化 学工业 出版社 ， 2 0 0 9 [ 4 ] 邓英剑， 刘志勇． 液压与气压传动[ M] ． 北京 国防工业 出版社 ， 2 0 0 7． [ 5 ] 简引霞． 液压传动技术 [ M] ． 西安 西安电子科技 大学} 版社 ， 2 0 0 6 ． [ 6 ] 凌智勇． 机床 液 压 系统及 故 障维修 [ 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