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数控车轮车床液压系统设计

2017-1-9 来源：青海盐湖工业股份有限公司作者：马世云

摘要：介绍某数控车轮车床液压系统设计，包括关键技术的应用，以及试制中遇到的问题的处理，分析其结构原理、特点及元件选择的原则。

关键词：数控车轮车床液压系统；比例减压阀；油缸同步

机床工业是整个制造业的基础，而高速、高效环保、智能化、机床功能的复合化是数控机床发展的方向。某数控车轮车床液压系统主要以节能、高效、环保为根本出发点，完成对工件的加工，机床的主要传动是摩擦传动，工件装卡容易，尽可能减少切削废料，维修车轮时减少切削量，保证材料的利用率。

该机床的电气控制系统是西门子８４０Ｄ，工件的旋转和刀具的进给由机械控制，液压部分主要控制工件的抬起、工件在切削过程中的浮动，也就是摩擦传动。液压主要完成工件的装卡，工件因毛胚不规则问题易导致传动上的失衡。主要用气动完成工件的测量。

该液压系统主要的难点：因工件的重力导致液压系统压力的改变，主要应用比例减压阀控制；工件托起油缸的同步问题由可调式调速阀实现；工件加工完成后，为了解决下降时突然窜动，下降由可调式节流阀控制。

１.车轮车床的工作原理车轮车床的工作原理见图１。

图１　车轮车床的工作原理

２.车轮车床的机床结构

车轮车床的机床结构见图２、３。

图２　车轮车床的机床结构图（一）

图３　车轮车床的机床结构图（二）

３.车轮车床液压元件的选用

考虑空载时机床液压系统支撑油缸速度和摩擦轮持续加载时高压，选用双联泵，有低压大流量和高压小流量；考虑到工件重力的变化，选用比例减压阀随时调整持续加载时的压力；考虑到切削中间可能出现系统停止工作，或没有压力造成工件掉下的情况，选用液控单向阀。

４.车轮车床液压工作原理

双连泵由低压变量叶片泵和高压柱塞泵组成，在系统中的作用是工作的时候用高压，快速上升时低压变量泵补充流量，即快速时能快速，有负载时就转为高压。单向阀的主要作用是实现双泵供油的快速运动回路。比例减压阀的作用是实现负载变化时压力的随动。换向阀的主要作用是控制油缸的升起、下降，工件的持续加载。调速阀的作用是调整油缸的同步性，保证油缸空载时的同步。液控单向阀的作用是保证系统停止运转时的安全。

图４　车轮车床液压系统原理图

液压动作顺序：换向阀８通电，４个抬升油缸上升，上升到位，把车轮从导轨推到４个抬升油缸上方。压下装置和外轴箱支撑固定车轮。阀４、５、８通电，持续加载。机械摩擦轮带动车轮转动，刀架开始切削。完成切削，撤掉持续加载，阀８通电，抬升油缸下降，完成一个循环。

５.比例阀在车轮车床中的作用和试制时遇到的问题

比例阀在该液压系统中的作用是根据车辆轮对的重力调整压力，使持续加载始终在一个合理的范围，不能太大导致压下装置被顶坏；在车轮加工时不能太小，摩擦力小不能克服切削力时，切削时会造成打滑。该液压系统中设置了压力传感器，能直接把系统压力反映到电气系统，在操作按钮站上安装了比例减压阀的输入电压控制按钮，能随时调整系统的持续加载压力。

在机床调试初遇到的比例阀导致的抬升油缸的问题解析：油缸抬升到位，工件装卡完成，持续加载时，抬升油缸不能保持，压力传感器上的压力为０.. ３ＭＰａ，此压力不足以抬起４个抬升油缸。检查发现不是泄漏问题造成的压力流失，然后检测比例减压阀输入电压，发现输入电压太小，使比例减压阀处在大概关闭的位置，导致系统没有压力。

６.４个抬升油缸的同步

刚开始设计此液压系统的时候没有考虑到４个抬升油缸的同步问题。因为油缸抬升时没有负载，是空载上升，试制后发现抬升时４个油缸逐个抬起，虽然对机床大的功能方面没有影响，但是感觉不舒服，现场安装人员也针对这个情况给作者提出了意见。对此问题做出了两个方案：一个是用分流集流阀控制４个油缸，另一个是每个油缸都加一个调速阀。比较两个方案发现：用分流集流阀需要改动的地方太多，集成块需要重新设计；而调速阀则没那么麻烦，叠加上就可以。对原理图进行修改，安装上实物，对４个油缸上的调速阀微调，感觉效果还可以，基本上能实现同步上升。

７.油缸在下降时的突然窜动问题

在试制时发现，在持续加载切削完成后，撤掉持续加载下降的过程中，负载造成抬升油缸突然窜动。针对此问题，特在油缸下降回油上增加一个节流阀，增加回油背压，使油缸在下降时有个缓冲，解决了突然窜动。

８.结束语

设计的车轮车床液压系统在试制过程中发现的问题已经进行解决了，已成功应用于产品，用户反映良好。

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