胡 波

0 引言

CK6152數(shù)控車(chē)床屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，很多動(dòng)作仍然需要手工完成，如用卡盤(pán)裝夾工件、刀架固定刀具、尾座的伸縮等，這就大大降低了生產(chǎn)效率。如果在不對(duì)機(jī)床進(jìn)行大范圍改動(dòng)且成本費(fèi)用不高的情況下，對(duì)機(jī)床進(jìn)行部分改進(jìn)和改造就顯得非常必要。本文就是基于此目的，介紹了一種CK6152數(shù)控機(jī)床進(jìn)行液壓系統(tǒng)改造的方案，并且實(shí)現(xiàn)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

1 液壓系統(tǒng)方案

本方案是基于實(shí)現(xiàn)CK6152機(jī)床卡盤(pán)夾緊工件、刀架固定刀具、尾座伸縮有手動(dòng)變?yōu)樽詣?dòng)的一種液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)時(shí)，首先分析了卡盤(pán)、刀架、尾座三部分各自通過(guò)液壓實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的方案，最后再綜合設(shè)計(jì)出整個(gè)系統(tǒng)的方案。

1.1 卡盤(pán)系統(tǒng)

該數(shù)控機(jī)床在運(yùn)行過(guò)程中負(fù)載要求低，而且低速運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，因此采用調(diào)速閥的進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路，選用差動(dòng)液壓缸實(shí)現(xiàn)“快慢快”的回路。對(duì)普通CK6152數(shù)控車(chē)床機(jī)床卡盤(pán)卡緊動(dòng)作分析可知，液壓卡盤(pán)作為執(zhí)行元件，其運(yùn)動(dòng)過(guò)程可分解為：向前卡緊，保持不動(dòng)，向后松開(kāi)。其運(yùn)動(dòng)循環(huán)如圖1。

卡盤(pán)分系統(tǒng)由一個(gè)二位四通換向閥3（帶兩個(gè)電磁閥），一個(gè)二位四通電磁換向閥4，兩個(gè)減壓閥8和9及一個(gè)液壓缸組成。高壓加緊1YA得電，3YA失電，換向閥3和4均位于左位，加緊力的大小可通過(guò)減壓閥8調(diào)節(jié)，這時(shí)液壓缸活塞左移使卡盤(pán)加緊，減壓閥8的調(diào)定值高于減壓閥9，卡盤(pán)處于高壓加緊狀態(tài)。

圖1 卡盤(pán)液壓缸運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖

液壓卡盤(pán)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加緊與松開(kāi)運(yùn)動(dòng)，松夾時(shí)，使1YA失電，2YA得電，閥3切換至右位?；钊乙疲ūP(pán)松開(kāi)低壓加緊。這時(shí)3YA得電而使換向閥4切換至右位，壓力油經(jīng)減壓閥9進(jìn)入，通過(guò)調(diào)節(jié)減壓閥9便能實(shí)現(xiàn)低壓加緊狀態(tài)下的夾緊力。

1.2 回轉(zhuǎn)刀架（自動(dòng)卡刀）分系統(tǒng)

根據(jù)對(duì)普通CK6152數(shù)控車(chē)床機(jī)床中心架壓緊動(dòng)作的觀察和分析可知，液壓中心架執(zhí)行元件，即中心架油缸的運(yùn)動(dòng)過(guò)程可分解為：向前壓緊，保持不動(dòng)，向后松開(kāi)，其運(yùn)動(dòng)循環(huán)如圖3。

圖2 卡盤(pán)加緊與松開(kāi)液壓系統(tǒng)原理圖

圖3 中心架液壓缸運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖

自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架盤(pán)分系統(tǒng)有兩個(gè)執(zhí)行元件，刀盤(pán)的松開(kāi)與夾緊由液壓缸執(zhí)行，而液壓馬達(dá)則驅(qū)動(dòng)刀盤(pán)回轉(zhuǎn)。控制刀盤(pán)的放松與夾緊是通過(guò)電磁換向閥6的切換來(lái)實(shí)現(xiàn)的。液壓馬達(dá)即刀盤(pán)正反都通過(guò)三位四通換向閥5的切換控制，兩個(gè)單向調(diào)速11和12與變量液壓馬達(dá)在正反轉(zhuǎn)時(shí)都能夠通過(guò)進(jìn)油路容積節(jié)流調(diào)速閥來(lái)調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)速度，如圖4。

圖4 回轉(zhuǎn)刀架自動(dòng)卡刀液壓系統(tǒng)原理圖

自動(dòng)換刀完整過(guò)程是：刀盤(pán)松開(kāi)——刀盤(pán)通過(guò)左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)就近到達(dá)指定刀位——刀盤(pán)夾緊。因此電磁鐵的動(dòng)作順序是4YA得電（刀盤(pán)松開(kāi)）——8YA（正轉(zhuǎn)）或（反轉(zhuǎn)）得電（刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)）——4YA得電（刀盤(pán)松開(kāi)）——8YA（正轉(zhuǎn)）或7YA（反轉(zhuǎn)）得電（刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)）——4YA失電（刀盤(pán)夾緊）。

1.3 尾座套筒伸縮動(dòng)作

再通過(guò)對(duì)該型號(hào)數(shù)控車(chē)床機(jī)床尾座頂緊動(dòng)作的分析可知，液壓尾座執(zhí)行元件，即尾座油缸的運(yùn)動(dòng)過(guò)程可分解為：向前頂緊，保持不動(dòng)，向后松開(kāi)，其循環(huán)圖如圖5。

圖5 座液壓缸運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖

尾座套筒通過(guò)液壓缸來(lái)實(shí)現(xiàn)頂出與縮回?？刂苹芈酚蓽p壓閥10，三位四通換向閥7和單向調(diào)速閥13組成。減壓閥10將系統(tǒng)壓力降為尾座架套筒頂緊所需要的壓力。但單相調(diào)速閥13用于在尾座套筒伸出時(shí)實(shí)現(xiàn)回油節(jié)流閥調(diào)速控制伸出速度5YA得電，尾座套筒縮回如圖6。

綜合上述三部分液壓系統(tǒng)原理圖，歸納這個(gè)系統(tǒng)液壓原理圖如圖7所示。

1.4 最終方案的制定和說(shuō)明

（1）確定液壓泵類(lèi)型及調(diào)速方式

分析其他同類(lèi)機(jī)床型號(hào)的結(jié)構(gòu)，選用開(kāi)式液壓回路，組成回路的液壓元件分別為單向定量液壓泵供油、調(diào)速閥進(jìn)油節(jié)流調(diào)速等，溢流閥作定壓閥?；赜吐飞显O(shè)置背壓閥，初定背壓值為0.8 MPa。

圖6 尾座套筒伸縮液壓系統(tǒng)原理圖

表1 液壓系統(tǒng)電磁動(dòng)作

圖7 系統(tǒng)液壓原理圖

（2）選用執(zhí)行原件

因液壓系統(tǒng)有檔位變換需求，且液壓缸有正向和反向運(yùn)動(dòng)，因此采用單活塞桿的二位液壓缸變擋。

（3）換向回路的選擇

本系統(tǒng)選用電磁換向閥的換向回路，兩個(gè)油缸都選用三位四通換向閥。

（4）組成液壓系統(tǒng)繪原理圖

根據(jù)上述所選定的液壓方案和元件進(jìn)行組合，即組成如圖7所示的液壓系統(tǒng)原理圖。液壓系統(tǒng)圖的運(yùn)行得有電磁鐵的控制才能夠運(yùn)行，如表1為整個(gè)液壓系統(tǒng)電磁鐵的動(dòng)作順序。

2 液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算

因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)時(shí)，某些參數(shù)是初步估計(jì)的，在選定了液壓元件后，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況對(duì)整個(gè)液壓系統(tǒng)的某些技術(shù)進(jìn)行必要的驗(yàn)算，以便對(duì)所選的液壓元件和液壓系統(tǒng)的參數(shù)壓力進(jìn)一步的調(diào)整。

已知系統(tǒng)中進(jìn)、回油管的內(nèi)徑均為12 mm，選用N46#液壓油，考慮到N46#液壓油的最低溫度為15℃，查得其15℃時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度v=150 cst=1.5 cm2/s，密度 ρ=920 kg/m3。

2.1 壓力損失的驗(yàn)算

液壓缸運(yùn)動(dòng)時(shí)壓力損失，最大速度為3 m/min，最大流量為40 L/min則油液在管內(nèi)的流速為：

管道內(nèi)的流動(dòng)雷諾數(shù)為：

可見(jiàn)乳化液在管道內(nèi)流態(tài)為層流，其沿程阻力系數(shù)：

進(jìn)油管道的沿程壓力損失Δp1為：

因?yàn)橐簤焊自谡麄€(gè)行程中工作時(shí)的阻力最大，壓降滿(mǎn)足壓力損失范圍要求，所以原設(shè)計(jì)符合設(shè)計(jì)要求。

局部壓力損失：局部壓力損失主要是由管道和管接頭的壓力和通過(guò)液壓閥的局部壓力損失而導(dǎo)致，前者的壓力損失主要由具體的安裝結(jié)構(gòu)決定，一般取沿程壓力損失的10%；而后者的壓力損失與閥的流量大小有關(guān)，若閥的額定流量和額定壓力qn和Δpn，則當(dāng)通過(guò)閥的流量為q時(shí)的閥的壓力損失Δpv的計(jì)算公式為：

在該液壓系統(tǒng)中通過(guò)每一個(gè)閥的最大流量?jī)H為9.75 L/min，所以通過(guò)該計(jì)算公式得到的壓力損失很小，因此可以忽略不計(jì)。

2.2 系統(tǒng)溫升與發(fā)熱的驗(yàn)算

根據(jù)以上的計(jì)算可知，在快進(jìn)時(shí)輸出功率；

Pp=Ppqp/ηp=9.75×10-3/60×0.75=563.33 W

慢進(jìn)時(shí)：

Pp=Pp1qp1/ηp=3.0×106×4.87×10-3/

60×0.75=325 W；

而快進(jìn)時(shí)的有效功率：

P1=1.93×106×9.75×10-3/60 W=313.63 W；

慢進(jìn)時(shí)有效功率為48.25 W；快進(jìn)時(shí)的功率損失249.7 W；現(xiàn)在以較大的值來(lái)校核熱平衡，求出發(fā)熱功率。

設(shè)油箱的三個(gè)邊長(zhǎng)在1∶1∶1～1∶2∶3范圍內(nèi)。

則計(jì)算出的散熱面積為：

A=0.065 V23=0.065 7023m2=1.104 m2

在通風(fēng)情況良好的情況下，取h=1 510 kW/（m2·℃），所以油液的升溫為：

室溫為20℃，熱平衡溫度為36.71℃＜65℃，沒(méi)有超出范圍。

3 電氣控制回路圖

根據(jù)液壓系統(tǒng)圖設(shè)計(jì)出CK6152數(shù)控機(jī)床的電氣控制圖，如圖8。

圖8 電氣控制圖

KM1、 KM2、 KM3、 KM4、 KM5、 KM6、KM7、KM8為電氣控制回路圖的繼電器，1YA、2YA、3YA、4YA、5YA、6YA、7YA、8YA為電氣控制回路圖的電磁鐵，SB1為急停按鈕，SB2、SB3、SB4、SB5、SB6、SB7、SB8、SB9為按鈕開(kāi)關(guān)。

按下SB2時(shí)電磁鐵1YA得電，KM1線(xiàn)圈得電并且自鎖，按下SB3時(shí)電磁鐵2YA得電，KM2線(xiàn)圈得電并且自鎖，按下SB4時(shí)電磁鐵3YA得電，KM3線(xiàn)圈得電并且自鎖，按下SB5時(shí)電磁鐵4YA得電，KM4線(xiàn)圈得電并且自鎖，按下SB6時(shí)電磁鐵5YA得電，KM5線(xiàn)圈得電并且自鎖，按下SB7時(shí)電磁鐵6YA得電，KM6線(xiàn)圈得電并且自鎖，按下SB8時(shí)電磁鐵7YA得電，KM7線(xiàn)圈得電并且自鎖，按下SB9時(shí)電磁鐵8YA得電，KM8線(xiàn)圈得電并且自鎖。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)CK6152數(shù)控機(jī)床液壓系統(tǒng)的改造，完成了機(jī)床動(dòng)作的全自動(dòng)的推進(jìn)，提高了CK6152數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化程度。本次改造目的是用液壓系統(tǒng)來(lái)完成CK6152車(chē)床的刀架卡緊動(dòng)作，使刀架的運(yùn)動(dòng)滿(mǎn)足旋轉(zhuǎn)精度、剛度、抗震性等主要性能，以提高整機(jī)性能。通過(guò)本次的數(shù)控機(jī)床液壓系統(tǒng)的改造過(guò)程能夠很好的體現(xiàn)液壓系統(tǒng)運(yùn)用在車(chē)床中的性能優(yōu)點(diǎn)，為以后的數(shù)控車(chē)床系統(tǒng)的改造提供了典型的案例。

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