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第6章数控机床的液压与气压装置6.1液压与气压传动简介6.2液压与气压传动的主要元件应用简介6.3数控机床上液压系统的构成及其回路6.4液压与气压传动系统在数控机床上的应用6.5数控机床润滑系统6.6数控机床上液压与气压系统的维护6.1液压与气压传动简介6.1.1液压与气压传动的工作原理1.液压传动的工作原理如图6-1所示的液压传动的工作原理图.图中杠杆1、活塞2、液压缸3和单向阀4、5组成手动液压泵，液压缸6和平活塞7组成升降液压缸。需要千斤顶工作时，向提起杠杆1，则活塞2被提起，液压缸3下腔中压力减小，单向阀5关闭，单向阀4导通，没箱里的油液被吸入到液压缸3中，这是吸油过程；随后，压下杠杆1，活塞2下移，液压缸3下腔中压力增大，迫使单向阀4关闭，单向阀5导通，高压油液经油管11流入液压缸6的下腔中，推动活塞7向上移动，这是压油过程。如此反复操作便可将重物8提升到需要的高度。在此过程中，控制阀9处于截止状态。打开控制阀9，则液压缸6下腔中的油液在重物作用下排回油箱。下一页返回6.1液压与气压传动简介2.气压传动的工作原理如果将图6-1所示系统中的油液换成空气，去掉油箱及与之相连的油管，将液压缸改为汽缸。那么该系统便可视为一个气压传动系统。生活中常用的打气筒，就与活塞2的工作原理完全相同。6.1.2液压与气压传动系统的构成1.动力装置2.执行装置3.控制与调节装置4.辅助装置5.传动介质返回上一页下一页6.1液压与气压传动简介6.1.3液压与气压传动的特点1.液压传动的优点液压及气压传动均属于流体传动，机构输出力大，机械结构更紧凑，传递运动平稳，反应速度快，冲击小，能高速启动、制动和换向，易于实现过载保护。而且其控制元件的标准化、系列化和通用化程度较高。2.气压传动的优点气动装置的气源容易获得，机床可以不必再单独配置动力源，装置结构简单，工作速度快和动作频率高，适合于完成频繁启动的辅助工作。过载时比较安全，不易发生过载损坏机件等事故。但其缺点是需要配置液压泵和油箱，传动介质易泄漏，不适于遥控，系统安装困难，故障不易诊断等。表6-1列出了液压与气压传动和其他传动的性能比较，由此可看出其传动的具体性能。返回上一页6.2液压与气压传动的主要元件应用简介6.2.1动力元件1.液压泵概述（1）液压泵的工作原理如图6-2所泵为最简单柱塞液压泵的工作原理图。柱塞2安装在缸体3内，靠间隙密封，柱塞、缸体和单向阀4、5形成密封的工作容积。柱塞在弹簧的作用下和信心轮1保持接触，当信心轮旋转时，柱塞在信心和弹簧的作用下在缸体中移动，使密封腔a的容积发生变化。柱塞右移时，密封腔a的容积增大，产生局部真空，油箱6中的油液在大气压力作用下顶开单朝向中阀5封闭出油口，防止系统压力油液回流。柱塞左移时，密封腔a减小，已吸入的油液受到挤压，产生一定的压力，便顶开单向阀5中的钢球压入系统，实现排油。此时，单向阀4中的钢球在弹簧和油压的作用下，封闭吸油口，避免油液流回油箱。若信心轮不停地转动，泵就不停地吸油和排油。下一页返回6.2液压与气压传动的主要元件应用简介（2）齿轮泵的工作原理如图6-3所示为齿轮泵的工作原理图。从图中可以看出，齿轮泵是由一对大小一样齿数相同的相互啮合的齿轮与泵体组成的。（3）如图6-4所示为单作用式叶片泵的工作原理图。这种泵主要由定子1、转子6和叶片5等组成。2.空气压缩机空气压缩机是气压传动系统的动力源，也是系统的心脏部分，是把电机输出的机械能转换成传动介质压力能的能量转换装置。气压传动系统中最常用的空气压缩机为往复活塞式压缩机，工作原理如图6-5所示。空气压缩机按输出压力大小可分为：低压空压机、中压空压机、高压空压机和超高压空压机；按输出流量可分为：微型、小型、中型、大型空气压缩机。如图6-6所示为空气压缩机的几种常见类型，如表6-2所示为空气压缩机类型与性能比较。返回上一页下一页6.2液压与气压传动的主要元件应用简介6.2.2液压电机和气压电机液压电机和气压电机是将工作介质的压力能转换为机械能，输出转速和转矩的装置。液压电机的种类很多，常用的有齿轮式、叶片式等，其结构如图6-7所示。气压传动中使用最广泛的是叶片式和活塞式气压电机。如表6-3所示为几种气压电机的类型及性能比较。6.2.3动力缸动力缸与液压电机或气压电机的功能相同，也是作为执行元件将工作介质的压力能转换成机械能，驱动工作部件。不同之处在于动力缸输出的运动形式多为直线运动。如图6-8所示为典型的单杆活塞缸结构。返回上一页下一页6.2液压与气压传动的主要元件应用简介6.2.4控制元件控制阀按其所控制的参数不同分为方向阀、压力阀和流量阀，而每一种阀因在阀中结构、连接方式等方面有所不同又有不同的分类。控制阀的种类如表6-4所示。1.压力控制阀压力控制阀用于控制液压、气压传动系统中工作介质的压力，使系统能够安全可靠稳定地运行。常用的压力控制阀有溢流阀、养成阀、顺序阀等。如图6-10所示为溢流阀的结构原理和图形符号。2.流量控制阀流量控制阀是通过改变阀口的通流面积来改变流量从而调节执行元件速度的控制阀。如图6-11所示为简单节流阀的结构图。下一页返回上一页6.2液压与气压传动的主要元件应用简介3.方向控制阀方向控制阀是控制液压、气压传动系统中必不可少的控制元件，它通过控制阀口的通、断来控制液体流动的方向。（1）单向阀如图6-12所示为普通单向阀的结构原理图和图形符号。（2）换向阀换向阀是借助于阀心和阀体之间的相对移动来控制没路的通、断关系，改变油液的流动方向，从而控制执行元件的运动方向。如图6-13所示。返回上一页下一页6.2液压与气压传动的主要元件应用简介6.2.5辅助元件液压辅助元件包括蓄能器、过滤器、油箱、管道及管接头、密封件等。这些元件，从其在液压系统中的作用看，仅起辅助作用，但从保证完成液压系统的任务看，它们是非常重要的。它们对系统的性能、效率、温升、噪声和寿命影响极大，必须给予足够的重视。除油箱常需自行设计外，其余的辅助元件已标准化和系列化，皆为标准件，但应注意合理选用。返回上一页6.3数控机床上液压系统的构成及其回路6.3.1压力控制回路1.调压回路（1）单级调压回路如图6-14（a）所示，它是最基本的调压回路。（2）远程调压回路在先导式溢流阀的遥控口接一远程调压阀，即可实现远距离调压，如图6-14（b）所示。2.减压回路减压回路的功能是在单泵供油的液压系统中，使某一条支路获得比主油路工作压力还要低的稳定压力。常见的减压回路如图6-15所示。返回下一页6.3数控机床上液压系统的构成及其回路3.增压回路（1）单作用增压回路如图6-16（a）所示，此回路租用单作用增压缸来增压。（2）双作用增压回路如图6-16（b）所示回路采用双作用增压缸来增压。4.卸荷回路（1）用换向阀的卸荷回路如图6-17（a）所示为采用三位4能换向阀的卸荷回路，两电磁铁断电后，执行元件停止运动，液压泵输出油液经中位直接返回油箱。如图6-17（b）所示为采用二位2通电磁换向阀直接卸荷的回路，电磁铁通电时，液压示输出油液经此换向阀直接排回油箱。下一页返回上一页6.3数控机床上液压系统的构成及其回路（2）用先导式溢流阀的卸荷回路如图6-17（c）所示，在先导式溢流阀1的遥控口接一小规格的二位2通电磁阀2。（3）用外控顺序阀的卸荷回路如图6-17（d）所示是在双联泵供油系统中，用外控顺序阀4使其中一台泵卸荷的回路。（4）压力补偿变量泵的卸荷回路如图6-17（e）所泵为压力补偿变量泵的卸荷回路。（5）保压卸荷回路如图6-17（f）所示为用压力继电器控制电磁溢流阀使液压示卸荷，用蓄能器保压的回路。下一页返回上一页6.3数控机床上液压系统的构成及其回路5.平衡回路对于执行元件与垂直运动部件相连的结构，当垂直运动部件下行时，都会出现超负载。如图6-18所示，单向顺序阀1串接在液压缸下行的回油路上，其调定压力略大于运动部件自重在液压缸下腔中形成的压力。6.3.2速度控制回路1.调速回路调速回路是指调节执行元件的运动速度。改变执行元件运动速度的方法，可从其速度表达式中寻求。即：液压缸的速度：V=q/A液压马达的转速：nm=q/Vm下一页返回上一页6.3数控机床上液压系统的构成及其回路(1)进口节流调速回路将节流阀装在液压缸的进口油路上，即串联在定量泵和液压缸之间，与进口油路并联一溢流支路，如图6-19所示。调节节流阀阀口的大小不一，改变了并联支路的油量分配，也就改变了进入液斥缸的流量，实现活塞运动速度v的调节。（2）出口节流调速回路将节流阀装在液压缸的出口油路上，与进口油路并联一溢流支路，如图6-20所示。与进口节流调节调速回路的调速原理相似，调节节流阀阀口的大小不一，改变了并联支路的油量分配，也就改变了液压缸排出的流量，实现活塞运动速度v的调节。下一页返回上一页6.3数控机床上液压系统的构成及其回路2.速度变换回路（1）增速回路。增速回路是指在不增加液压泵流量的前提下，提高执行元件速度的回路。①自重充液增速回路。如图6-21（a）所示为自重充液增速回路，常用于质量大的立式运动部件的大型液压系统。②差动连接增速回路。如图6-21（b）所示为差动连接增速回路。（2）减速回路减速回路是使执行元件由快速转换为慢速的回路。常用的方法是靠节流阀或调速阀来减速，用行程阀或电气行程开关控制换向阀的通、断将快速转换为慢速。如图6-22所示。下一页返回上一页6.3数控机床上液压系统的构成及其回路6.3.3方向控制回路1.换向回路采用二位4通、二位5通、三位4通或三位5通换向阀都可以使执行元件换向。二位阀可以使执行元件向正、反两个方向运动，但不能在任意位置停止。三位阀有中位，可以使执行元件在其行程中的任意位置停止。如果执行元件是单作用液压缸或差动缸，则可用二位3通换向阀来换向，如图6-23所示。在闭式系统中可用双向变量泵控制油流的方向来实现液压马达或液压缸的换向。若执行元件是双作用单活塞杆液压缸，回路中应考虑流量平衡问题，如图6-24所示。下一页返回上一页6.3数控机床上液压系统的构成及其回路2.锁紧回路为了使液压缸活塞能在任意位置上停止运动，并防止其在外力作用下发生窜动，需采用锁紧回路。锁紧的原理就是将执行元件的进回油路封闭；利用三位4通换向阀的中位机能可以使活塞在行程范围内的任意位置上停止运动，但由于换向阀的泄漏，锁紧效果差。要获得很好的锁紧效果，应采用液控单向阀。如图6-25所示为双向锁紧回路，在液压缸两侧油路上串接液控单向阀。换向阀处中位时，液控单向阀关闭液压缸两侧油路，活塞被双向锁紧，左、右都不能窜动。返回上一页6.4液压与气压传动系统在数控机床上的应用6.4.1平面磨床工作台液压系统如图6-26所示为简化后的颊磨床工作台液压系统图。当电机带动液压泵3转动时，油箱1中的油液经过过滤器2被吸入系统。来自液压泵3的压力油经节流阀6，进入手动三位4通换向阀7的P-A通道，再进入二位4通电磁换向阀8流入液压缸9的左腔，推动活塞连同工作台12向右运动，液压缸右腔的油液被活塞回油箱1中。6.4.2TND360数控车床液压系统如图6-27所示为数控车床TND360机床的液压系统原理。该机床液压系统同液压站和5条液压支路组成。5条液压支路是同卡盘夹紧支路、尾架套筒移动支路、主轴变速支路和预留两条支路所组成的。下一页返回6.4液压与气压传动系统在数控机床上的应用（1）液压工作站液压工作站的工作原理是同液压电机1通过联轴器2驱动外反馈限压式变量泵3产生压力油，压力油经过单向阀4和滤油器8后输出。（2）卡盘夹紧支路卡盘要通过卡爪的抓紧和放松动作来实现对工件的夹紧与放松。工作中要能判别其卡爪是否夹紧工件，如果没有夹紧工件时，则数控加工程序不能执行，并在执行时发出报警信号。（3）尾架套筒支路尾架套筒的前端用于安装流