应用于数控机床的液压站的设计与研究

摘要：液压传动广泛应用在工程机械、船舶、汽车、航空航天、塑料加工机械及机床等多个领域，相比于机械传动和电气传动，液压传动有着独特的优点，例如自润滑优点，可延长元件的使用寿命，调速范围大，与同功率机械传动相比有着体积小、重量轻、结构紧凑的优点，并且易实现自动化。总得来说，液压传动有着良好的发展前景并广泛用于各类数控机床的加工。而应用于数控机床上的液压站一般为中低压液压传动，液压站所承担的执行元件动作所需压力和流量的变化都比较小，主要负载是提供加工零件的夹持力、顶紧力、辅助支撑力以及数控机床切削刀具的液压刀架换位、锁紧等。

关键词 ： 液压站   压力和流量   液压刀架

中图分类号：TG659    文献标识码：A

0前言

数控机床是先进制造技术的基础装备，其技术水平是衡量一个国家工业现代化发展水平和综合经济实力的一个重要标志。数控机床是一种自动化程度高，结构复杂的加工设备，处于生产中重要的位置，主要用于加工各种精密、复杂的机械零件。如果频繁出现故障，势必影响生产效率，且增加维修费用。这就要求数控机床能长时间无故障的运行，数控机床的可靠性是机床质量的核心和关键，其水平必将影响其在国民经济发展中的作用和在国内外市场竞争中的声誉，直接影响企业的经济效益。因此提高我国数控机床的可靠性已经成为当务之急。液压站设计的合理性及液压站的可靠性直接影响数控机床的可靠性及自动化水平。

1数控机床液压站的研发背景

数控机床主要用于完成零件的全自动加工。零件可在一次装夹后完成零件的曲面、沟槽、镗孔、钻孔、扩孔、攻螺纹、铰螺纹、车螺纹等多种复杂工序的加工[]【1】，并要求加工效率高、可靠性强等特点。数控机床经过几十年的发展，已经实现了自动化，大大提高了生产率。然而近些年随着液压技术的不断突破，液压技术应用于数控机床的优势也逐步为人们所认识。因此，将一套完整的液压站应用于数控机床上以实现进一步的自动化是大势所趋。

2数控机床液压站工作方案解析

液压站在数控机床上的主要执行元件是夹紧油缸、液压尾架、液压中心架和液压刀架。需要对液压站的液压泵，各个执行回路的控制阀，匹配功率的电机等进行计算、选择并设计出应用于数控机床液压站的液压原理图、装配图及零件图。下面详细描述数控机床中液压站的主要控制功能：

1）零件的夹紧、松开（夹紧油缸）

数控机床因其零件在高速旋转中进行切削加工，故对零件的可靠夹紧有其特殊的要求，并要保证在特殊情况下如：机床切削过程中出现故障、突然停电等情况下，零件被可靠夹持。因此对其零件夹紧液压装置在安全可靠性方面需有多重保护装置。零件的夹持通常通过液压旋转油缸提供。轴向推拉力经拉杆连接到动力卡盘上，并经斜楔机构等将轴向力放大成夹紧工件的径向夹紧力。

2）零件的轴向顶紧（液压尾架）。

数控机床加工轴类零件当其长径比超过3倍时，根据零件的加工要求，一般需用活动顶尖顶紧零件，以加强零件的刚性，防止在切削过程中发生振动。数控机床为体现其高效、自动化，尾架套筒的伸缩与普通车床有所不同。普通车床套筒伸缩由手动完成，数控机床尾架套筒的伸缩一般通过液压油缸推动套筒来实现[]【2】。

3）零件的径向辅助支承（液压中心架）

数控机床加工细长轴时，为保证切削的顺利进行，一般需在零件中间加装中心架。数控机床的中心架大多采用液压自定心中心架来进行零件的辅助支撑。

4）液压刀架的换位和锁紧（液压刀架）

数控刀架是数控机床的核心部件之一，直接影响数控机床的性能。随着我国数控机床行业的不断发展，对配套刀架的要求越来越高，而国内目前生产的刀架多为中低档电动刀架，虽然价格便宜、结构简单动作可靠，但存在难以克服的缺点，如冲击噪声大、换刀时间长、单向旋转、换刀频率低等问题，液压刀架跟电动刀架相比有其独特的优点：液压马达驱动可实现快速双向就近选刀；极佳的可靠性、极佳的液压锁紧力，适宜重切削；高精度齿盘确保定位精度；液压刀架因其高速、高精度、高可靠性得到一些用户的青睐。

根据以上对数控机床各执行元件的功能及控制要求分析，优化设计出应用于数控机床液压站的液压系统原理图，详见图1。

3数控机床液压站的其他要求

数控机床对整个液压站的要求是液压站的外观整齐美观，易于调整压力和流量并方便维修，在部分液压站的管路中需设置压力表，测压接点；液压站油路管道需排列整齐，至各个运动部件的液压软管为防止损伤应尽可能用管道防护导套保护起来。液压站在正常工作中，为保证液压油的工作特性，要求液压站油温不得超过60℃，从开机至泵站热平衡温升不得超过30℃，泵站噪声不得超过72dB（A） []【2】 。

4结语

液压系统在工业领域已经得到非常普遍的应用， 数控机床的液压系统也经过了一代又一代的更新， 最初的液压系统在完成多个运动时只能轮流作业， 而如今多轴联动的机床早已普遍应用。经过不断更新和改进，机床的液压系统已经相当完善，但仍然存在一些不足影响数控机床的性能[]【3】。我们将通过优化液压站的设计结合先进的液压技术应用于数控机床，让数控机床具有更加良好的市场前景。

参考文献

【1】成大先．机械设计手册[M ]．化学工业出版社，2002.

【2】张志英.数控车床液压系统设计 [J]．机械制造与自动化，2010（1）：33-35，60.

【3】张锦.数控机床的液压系统设计与研究[J]．中国设备工程，2017（5）：105-106.

作者简介：施琴慧（1971-），女，江苏南通人，本科学士，高级工程师，研究方向： 机电一体化技术。