数控机床工作过程分析.docx

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数控机床工作过程分析

数控机床工作过程分析、主要元件介绍

以及主要液压系统原理

1、液压传动系统的组成

液压传动的基本原理是在密闭的容器内，利用有压力的油液作为工作介质来实现能量转换和传递动力的。

其中的液体称为工作介质，一般为矿物油，它的作用和机械传动中的皮带、链条和齿轮等传动元件相类似。

 液压系统主要由：

动力元件（油泵）、执行元件（油缸或液压马达）、控制元件（各种阀）、辅助元件和工作介质等五部分组成。

1）.动力元件（油泵）它的作用是把液体利用原动机的机械能转换成液压力能；是液压传动中的动力部分。

2）.执行元件（油缸、液压马达）它是将液体的液压能转换成机械能。

其中，油缸做直线运动，马达做旋转运动。

3）.控制元件包括压力阀、流量阀和方向阀等。

它们的作用是根据需要无级调节液动机的速度，并对液压系统中工作液体的压力、流量和流向进行调节控制。

4）.辅助元件除上述三部分以外的其它元件，包括压力表、滤油器、蓄能装置、冷却器、管件及油箱等，它们同样十分重要。

5）.工作介质工作介质是指各类液压传动中的液压油或乳化液，它经过油泵和液动机实现能量转换。

2、液压基本回路

所谓液压基本回路就是由有关的液压元件组成用来完成某种特定功能的典型回路。

一些液压设备的液压系统虽然很复杂，但它通常都由一些基本回路组成，所以掌握一些基本回路的组成、原理和特点将有助于认识分析一个完成的液压系统。

3、压力控制回路

压力控制回路是利用压力控制阀来控制系统整体或某一部分的压力，以满足液压执行元件对力或转矩要求的回路，这类回路包括调压、减压、增压、保压、卸荷和平衡等多种回路。

如1．单级调压回路如图所示，在液压泵出口处设置并联溢流阀2即可组成单级调压回路，从而控制了液压系统的工作压力。

3.2.

2速度控制回路

快速运动回路又称增速回路,其功用在于使液压执行元件在空载时获得所需的高速,以提高系统的工作效率或充分利用功率。

实现快速运动的方法不同有多种方案,下面介绍一种常用的快速运动回路。

差动回路：

图5－12所示。

其特点为当液压缸前进时，活塞从液压缸右侧排出的油再从左侧进入液压缸，增加进油处的一些油量，即和泵同时供应液压缸进口处的液压油，可使液压缸快速前进，但使液压缸推力变小。

在液压系统中,如果由一个油源给多个液压缸输送压力油,这些液压缸会因压力和流量的彼此影响而在动作上相互牵制,必须使用一些特殊的回路才能实现预定的动作要求。

同步回路在液压装置中常需使两个以上的液压缸作用步运动，理论上依靠流量控制即可达到，但若要作到精密的同步，则可采用比例式阀门或伺服阀配合电子感测元件、计算机来达成。

3.2.3动力滑台液压系统

3.2.3.1液压动力滑台

液压动力滑台是组合机床上用以实现进给运动的一种通用部件，其运动是靠液压缸驱动的。

滑台与其他一些通用部件可组成各种不同机床，并能按多种进给方式实现半自动工作循环。

液压动力滑台虽有不同的规格，但其液压系统的组成与工作原理却基本相同,如图所示：

1-过滤器2-变量泵3，7，13-单向阀4-电液换向阀5-背压阀6-液控顺序阀8，9-调速阀10-电磁换向阀11-行程阀12-压力继电器

图3动力滑台液压系统原理图

3.2.3.2动力滑台液压系统的工作原理

1）.快进

按下启动按钮，电磁铁1YA通电，电磁换向阀B左位接入系统，液动换向阀A在控制压力油作用下也将左位接入系统工作，其油路为：

控制油路——进油路：

过滤器1泵2阀B（左）I1阀A左端

出油路：

阀A右端L2阀B（左）油箱。

于是液动换向阀A的阀芯右移，使其左位接入系统（换向时间由L2调节）。

主油路——进油路：

过滤器1泵2单向阀3阀A（左）行程阀11缸左端

出油路：

缸右腔阀A（左）单向阀7行程阀11缸左端

此时由于负载较少，液压系统的工作压力较少，所以液控顺序阀7关闭，液压缸左右腔形成差动连接，泵在低压下输出最大流量，滑台快进。

2）.第一次工作进给

当滑台块进终了时，滑台上的挡块压下行程阀11，切断了快进油路。

电液换向阀4的工作状态不变，控制油路因此没有变化。

而主油路中，压力油只能通过调速阀8和电磁换向阀10（右位）进入液压缸左端。

由于油液流经调速阀而使液压系统压力升高，液控顺序阀开启，单向阀7关闭，液压缸右侧的油液经液控顺序阀6和背压阀5流回油箱。

同时，泵2的流量也自动减少。

滑台实现有调速阀8调速的第一次工作进给。

主油路——进油路：

过滤器1泵2阀3阀A（左）阀8阀10（右）缸左侧

回油路：

缸右腔阀A（左）阀6背压阀5油箱。

3）.第二次工作进给

第二次工作进给的控制油路和第一次工作进给是时的相同，其主油路的回油路也与第一次工作进给时的相同，不同之处是主油路的进油路。

当第一次工作进给终了，挡块压下形程开关，使电磁铁3YA通电，阀10左位接入系统使其油路关闭，压力有需要通过调速阀8，9进入液压缸左腔。

由于调速阀9的通流截面积比调速阀8的通流截面积小，所以进给速度进一步降低，因而滑台实现由阀9调速的第二次工作进给。

其猪油陆的进油路与第一次进给的不同也不仅仅是由阀9代替阀10.

4）.死挡铁停留

当滑台第二次工作进给完毕，碰上死挡铁后停止前进，停留在死挡铁处。

这时液压缸左腔油液的压力升高，当达到压力继电器12的开启压力时，压力继电器动作，发出信号给时间继电器，由时间继电器控制停留时间。

系统内的油液基本停止流动。

设置死挡铁可提高滑台工作进给终点的位置精度。

5）.快退

滑台停留时间结束时，时间继电器发出信号发出信号，使电磁铁2YA通电，1YA，3YA断电。

这时地磁换向阀B的右位接通，控制油液使液动换向阀A接入系统工作。

滑台返回时负载小，系统压力低，泵2的流量自动开到最大，所以动力滑台快速退回。

控制油路——进油路：

过滤器1泵2阀B（右）I2阀A右端

回油路：

阀A左端L1阀B（油）油箱。

液动换向阀A有控制油路使其换为右位（换向时间由L1调节）

主油路——进油路：

过滤器1泵2阀B（右）I2阀A右端

回油路：

缸左腔阀13阀A（右）油箱。

液压系统常见故障及处理方法

1.1液压系统故障诊断的一般原则

　　正确分析故障是排除故障的前提，系统故障大部分并非突然发生，发生前总有预兆，当预兆发展到一定程度即产生故障。

引起故障的原因是多种多样的，并无固定规律可寻。

统计表明，液压系统发生的故障约90%是由于使用管理不善所致为了快速、准确、方便地诊断故障，必须充分认识液压故障的特征和规律，这是故障诊断的基础。

以下原则在故障诊断中值得遵循：

（1）首先判明液压系统的工作条件和外围环境是否正常需首先搞清是设备机械部分或电器控制部分故障，还是液压系统本身的故障，同时查清液压系统的各种条件是否符合正常运行的要求。

（2）区域判断根据故障现象和特征确定与该故障有关的区域，逐步缩小发生故障的范围，检测此区域内的元件情况，分析发生原因，最终找出故障的具体所在。

　　（3）掌握故障种类进行综合分析　根据故障最终的现象，逐步深入找出多种直接的或间接的可能原因，为避免盲目性，必须根据系统基本原理，进行综合分析、逻辑判断，减少怀疑对象逐步逼近,最终找出故障部位。

　　（4）故障诊断是建立在运行记录及某些系统参数基础之上的。

建立系统运行记录，这是预防、发现和处理故障的科学依据；建立设备运行故障分析表，它是使用经验的高度概括总结，有助于对故障现象迅速做出判断；具备一定检测手段，可对故障做出准确的定量分析。

　　（5）验证可能故障原因时，一般从最可能的故障原因或最易检验的地方开始，这样可减少装拆工作量，提高诊断速度。

（6）目前查找液压系统故障的传统方法是逻辑分析逐步逼近断。

此法的基本思路是综合分析、条件判断。

即维修人员通过观察、听、触摸和简单的测试以及对液压系统的理解，凭经验来判断故障发生的原因。

当液压系统出现故障时，故障根源有许多种可能。

采用逻辑代数方法，将可能故障原因列表，然后根据先易后难原则逐一进行逻辑判断，逐项逼近，最终找出故障原因和引起故障的具体条件。

1.2一些常见故障的检测

故障源

故障产生的原因

解决措施

机械元件

1.泵与电机的联轴节不在一条中心线上

2．联轴节松或出现问题

3．防震装置出现问题

1．重新找中心

2．应紧固或更换联轴节

3．检查紧固或更换新件

吸油管路阻力过大

1．出油口过滤器堵塞或自数过大

2.吸油管路堵塞或有泄漏发生

3.油位太低

1.检查清理或更换合适新件

2．检查处理

3.检查加油

液压泵

1．泵的防震装置出现问题

2．泵的最大设定压力太大

3．转轴密封或吸油口密封出现问题

4．泵的控制系统紊乱

1．检查紧固或更换新件　　　　　2．重新设定最大压力　　　　　　3．检查更换新密封　　　　　　　4．重新调整控制系统

供、回油管路

1．供、回油管路松或安装位置不好　　　　2．回油管咯堵寒或没有油

1．检查紧固管路或重新走管　　2．检查处理或清理

供油管路中的阀

1.阀因脏物堵塞　　　　　　　　　　　　2.阀的节流或喷嘴太小

1．检查清理　　　　　　　　　2．检查并更换合适元件

流量、比例控制

1．流量控制阀震动影响到其他控制元件　　2．流量过大引起的噪音　　　　　　　　　3．控制系统紊乱　　　　　　　　　　　　4．电磁阀因电磁力小或电压引起堵塞或控制　　系统故障　　　　　　　　　　　　　　　5．阀体因磨损或脏物堵塞出现问题　　　　6．系统压力失控

1．检查处理　　　　　　　　　2．适当调节流量或比例控制板　　3．重新调节控制系统　　　　　4．检查电磁阀线包及其线路　　5．检查清理或更换新件　　　　6．重新调整压差控制板

液压油

1．因油位低或油温低液压油粘度大造成吸油　　困难　　　　　　　　　　　　　　　　2．液压油脏损坏内部元件　　　　　　　　3．液压油起泡

1．检查并处理液压油　　　　　2．更换新油品　　　　　　　　3．检查原因或更换新油品

1.2.1压力不足（输出力和力矩不足）

　　压力不足（输出力和力矩不足）故障产生原因及解决措施见表2。

故障源

故障产生的原因

解决措施

机械元件

1．电机联轴节磨损　　　　　　　　　　　2．液压泵或电机转向不对　　　　　　　　3．防震装置出现问题　　　　　　　　　　4．电机或液压泵传动轴上的键被剪切

1.检查或更换联轴节　　　　　　　2.检查处理　　　　　　　　　　　3.检查紧固或更换新减震　　　　　4.检查处理

吸油管路液压泵

1.过滤器堵塞或目数过大　　　　　　　　　2.由于磨损，泵的内部出现泄漏　　　　　　3.液压泵控制元件出现故障或控制压力设定值过低

1．检查清理或更换合适新件　　　2．检查处理或更换合适新件　　　　3.检查处理或重新设定压力传感器设定值

供、回油管路

1．供、回油管路出现泄漏　　　　　　　　2．管路内部阻力过大或吸油口过滤器堵

1.检查处理　　　　　　　　　　　2.检查清理或更换新件

供油管路中的阀

1．阀的工作压力设定太低　　　　　　　　2．因阀体或密封件磨损产生的内部泄漏　　3．阀体的弹簧损坏　　　　　　　　　　　4．阀的型号不对或内部节流（喷嘴）太小

1．重新调整设定压力　　　　　　　2.检查修复或更换新备件　　　　　3.检查更换新备件　　　　　　　　4.更换合适部件

流量、比例控制阀

1.内部流量阻尼太大产生压降太大　　　　　2．流量调节阀的调节不合理或故障　　　　　3.比例控制阀工作状态不对（如零点漂移或压力设定为零时柱塞不在中间位置）　　　　　　4.阀体因磨损而产生的内部泄漏或内部单向阀出现问题　　　　　　　　　　　　　　　　5.控制阀阀芯卡住造成故障

1.检查处理　　　　　　　　　　　2.重新调节流量或更换新件　　　　3.通过调整比例控制板重新调整零点或强制性复位，或检查压力传感器信号4.检查电磁阀阀芯或单向阀或修复更换　　　　　　　　　　　　　　　　5.检查处理或更换新件

液压油

1．粘度刘氏而产生的内部泄漏比较严重　　2．粘度太高而产生的流量受阻较大　　　　3．液压油起泡

1．检查油品、油温或更换新油品　2．检查油温油品　　　　　　　　3．检查原因或更换油品

其他问题

1．压力控制系统控制程序出现问题　　　　2．执行元件出现故障

1．通过PC更改、更新控制程序　　　2．检查处理

1.2.2油缸或马达紧急动作（压力和流量波动较大）

　　油缸或马达紧急动作（压力不口流量波动较大）故障产生原因及解决措施见表3。

故障源

故障产生的原因

解决措施

机械元件　　　　吸油管路阻力过大

1．泵与电机的联轴节不在一条中心线上　　2．吸油管路太小或拐弯较多　　　　　　　3．出油口过滤器堵塞或目数太大　　　　　4．吸油管路堵塞或有泄漏

1．重新对中心　　　　　　　　　　2．适当调整吸油管路　　　　　　　3．检查或更换过滤器　　　　　　　4．检查处理

液压泵

1．变量输出泵的流量调节器出现问题　　　2．泵的系统压力调节装置的背压阀出现问题

1．调整或更换新备件　　　　　　　2．检查调整压力或更换新备件

供、回油管路

1．供、回油管路缓；中不好或内部阻力太大2．回油管路过滤器堵塞

1．检查调整或清理　　　　　　　　2．检查清理或更换新件

供油管路中的阀

1．管路中阀的远程控制出现问题　　　　　2．管路中的单向阀出现问题

1．检查控制线路　　　　　　　　　2．检查处理或更换新件

流量、方向控制阀

1．流量控制阀震动影响到其他控制元件　　2．流量过大引起的噪音　　　　　　　　　3．控制系统紊乱　　　　　　　　　　　　4．电磁阀因电磁力小或电压低引起堵塞或控制系统故障　　　　　　　　　　　　　　　5．阀体因磨损或脏物堵塞出现问题，系统压力失控

1．检查处理　　　　　　　　　　　2．调节流量或更换新件　　　　　　3．通过调整比例控制板重新调整零点或强制性复位，或检查压力传感器信号　4．检查电磁阀阀芯或单向阀或修复更换5．检查处理或更换新件

液压油

1．液压油污染　　　　　　　　　　　　2．液压油起泡

1．更换新油品　　　　　　　　　　2．检查原因

其他问题

1．在输出端没有足够大的反作用力（如降压喷嘴、减压阀）

1．考虑更换

1.2.3工作时液压油温度过高

　　液压油温度过高故障产生原因及解决措施见表4。

故障源

故障产生的原因

解决措施

液压泵

1．液压泵因磨损而导致工作效率降低　　2．变量泵的调节器出现故障　　　　　　　3．液压泵流量或速度调节的太大

1．更换新备件　　　　　　　　　2．检查调整或更换新备件　　　　3．重新调整流量

供、回油管路

1．供、回油管路截面积小导致较大的摩擦力　2．管路中的过滤器堵塞

1．考虑更换新管路　　　　　　　　2．检查清理

供油管路中的阀

1．连续工作时间过长　　　　　　　　　　　2．压力设定过高

1．适当停机降温　　　　　　　　2．重新设定压力

流量、方向控制阀

1．流量设定值过低（经泵回流量太多）或流量　　控制阀出现问题　　　　　　　　　　　　　　2．比例控制阀因泄漏损失较大　　　　　　　3．信号为零时比例控制阀阀芯没有处于中间　　状态

1．重新调整流量设定值或更换新件2．检查、处理比例阀内外部泄漏点及内部单向阀磨损情况　　　　　　　3．通过调整比例控制阀的比例控制板重新调整零点或强制性复位，检查压力传感器信号

液压油

1．温度太低而产生的内部泄漏比较严重　　2．温度太高而产生的流量受阻较大　　　　3．液压油起泡

1．检查油品、油温或更换新油品　2．检查油温油品　　　　　　　　3．检查原因或更换油品

其他问题

1．系统冷却能力不足或冷却效率低　　　　　2．液压泵一直处于负荷运转状态，液压泵压　　力定值低于系统压力阀设定值或系统压力传感器（压力控制开关）设定值过高　　　　　　　　　3．液压油量不足　　　　　　　　　　　　　4．冷却水温差控制开口比例的流量阀出现问题5．冷却系统温差设定值过高　　　　　　　　6．没有低温冷却水或冷却电机（泵）故障　　　7．低温冷却水温度过高　　　　　　　　　　8．环境温度过高或空气相对湿度过大　　　　9．列管式换热器内部结垢

1．检查冷却循环泵和低温）令却水工作状况，或热交换器内部结垢清理　　2．检查压力控制阀电磁铁是否能够失电后阀设自动复位　　　　　　　　　3．适量添加液压油　　　　　　　4.检查阀的工作状态　　　　　　　5．调整温差设定值　　　　　　　　6．检查处理或更换新备件　　　　　7．检查低温：

令却水循环系统　　　8．采取管路保温措施　　　　　　　9．检查清理

1.2.4液压油起泡

　　液压油起泡故障产生原因及解决措施见表5。

故障源

故障产生的原因

解决措施

吸油口

1．吸油管路泄漏　　　　　　　　　　　2．油位过低

1．检查处理　　　　　　　　　　

2．适量加油

液压泵及回油管路

1．液压泵转轴密封或吸油端密封坏　　　2．回油管路没有浸没入油中

1．检查更换密封件或进行处理　　　2．采取措施使回油管路浸没入油中

1.2.5液压油缸动作不正常

　　液压油缸动作不正常故障产生原因及解决措施见表6。

故障源

故障产生的原因

解决措施

供油管路

1．管路软管弹性太大　　　　　　　　　2．电磁铁失效　　　　　　　　　　　　3．比例控制阀发生泄漏　　　　　　　　4．阀体内部脏

1．重新走管　　　　　　　　　　　2．更换部件　　　　　　　　　　　3．检查处理或更换部件　　　　　　4．检查清理

其他问题

1．由于密封失效或控制故障造成远程控制单向阀没有立即关闭　　　　　　　　　　　2．限位开关位置不对

1．检查清理密封或远程控制线路　2．检查相关限位开关位置

1.2.6工作时液压管路撞击或震动剧烈

　　工作时液压管路撞击或震动剧烈故障产生原因及解决措施见表7。

故障源

故障产生的原因

解决措施

供、回油管路

1．供油管路容积过大　　　　　　　　

2．回油管路控制太快　　　　　　　　　3．回油管路节流或喷嘴失效

1．适当缩短供油管路　　　　　　2．适当调节流量控制阀　　　　　　3．检查调整

1.2.7液压泵启动频繁

　　液压泵启动频繁故障原因及解决措施见表8。

故障源

故障产生的原因

解决措施

液压泵

1．液压泵因磨损（吸油盘）出现泄漏　2．液压系统的工作压力范围设定太小

1．检查修复或更换新备件　　　　2．重新调整压力开关的设定范围

供油管路中的阀

1．蓄压器安全阀泄漏或电磁铁故障造成回流2．供油管路单向阀不起作用

1．检查更换密封件或电磁铁　　　2．检查处理或更换新件

比例控制阀

1．比例控制阀工作状态不对（零点漂移或不得电时阀芯不在中间位置）　　　　　　　2．压力传感器信号不正确　　　　　　　3．比例阀内部单向阀磨损而产生内部泄漏

1．调整比例控制板重新调整零点，或检查处理比例阀　　　　　　　　　2．检查或更换压力传感器　　　　　3．检查处理或更换单向阀

液压油

1．工作时间长液压油温度高，粘度降低　2．液压油污染或乳化变质

1．适当停车降温　　　　　　　　2．