數控機床液壓系統原理圖的識讀方法分析

摘要：本文提出了“瀏覽—分解—倒推—整合”的數控機床液壓系統圖識讀方法。該方法根據執行元件數目將系統分解為若干子系統，用油液倒推法將每個子系統劃分成若干個分支回路，在分支回路原理分析的基礎上整合出子系統原理，進而整合出系統原理。有效解決了識圖中分支油路多的困難，并以實例說明該方法的實用性和有效性。

關鍵詞：液壓系統圖；分解；倒推；整合；識讀方法

中圖分類號：G712 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）17-0091-03

一、引言

現代數控機床的全自動化控制需借助液壓傳動輔助機床實現整機的自動運行，如自動換刀、制動、工作臺自動交換等。但液壓傳動在密閉管道內進行，難以觀察和測量，故障診斷比較困難。目前較普遍的方法是根據液壓系統原理圖進行故障診斷，所以本文著重分析數控機床液壓系統原理圖的識讀方法。

二、“瀏覽—分解—倒推—整合”數控機床液壓系統原理圖讀圖法

1.“瀏覽—分解—倒推—整合”讀圖法基本原理。液壓系統一般是一個主動力源同時為多個執行元件供油。按一般讀系統圖的方法，從動力源開始，到執行元件結束。將遇到多個分支油路，若逆向考慮：油液從執行元件開始流動，到液壓泵結束，則能避免這個難題。因此，“瀏覽—分割—倒推—整合”讀圖法基本原理為：①瀏覽：快速瀏覽系統圖，了解系統動作循環、執行元件的功能、執行元件數目等，大概把握系統圖的復雜程度。②分解：以執行元件為中心，將系統進行分解，分解為若干個分支油路。③倒推：假定起點是執行元件，終點是液壓泵，所有液壓元件處于連通狀態，分析油液流經的液壓元件。然后按油液實際流向，詳細分析該回路。④整合：根據數控機床液壓系統的動作要求，以信號為紐帶，整合所有分支油路，歸納出整個液壓系統的工作原理和特點。

2.“瀏覽—分解—倒推—整合”讀圖法基本步驟。①了解：了解數控機床及其液壓系統的功能以及對液壓系統的要求。②瀏覽：了解液壓系統的動作循環、執行元件數目與功能、液壓泵數目等。③系統分解：按執行元件數目將系統分解為若干個子系統。④子系統分析：分析每個子系統的運動和原理。根據倒推原理，將每個子系統劃分成各分支回路，并對各分支回路的工作原理進行分析。首先分析各分支回路由哪些基本回路組成。第二分析基本回路中液壓元件的功能和相互連接關系。第三根據運動循環，分析每步動作的進、回油路線。最后根據進、回油路線，分析每個分支回路的原理，并分析各子系統之間的聯系。⑤整合：包括子系統整合和系統整合。子系統整合主要依據關鍵液壓元件，如換向閥、壓力閥等的不同狀態；系統整合主要依據各子系統間順序、同步、互鎖等要求。信號是紐帶，并做出信號控制元件的動作順序圖或狀態圖。⑥歸納：全面分析液壓系統的工作原理后，歸納出設備液壓系統的特點。

三、實例分析

以MJ-50型數控車床液壓系統原理圖為例，應用“瀏覽—分解—倒推—整合”讀圖法進行讀圖，液壓系統原理圖如圖1所示。

第一步了解MJ-50型數控車及其液壓系統。MJ-50型數控車床主要用來加工軸類零件的內外圓柱面、圓錐面、螺紋表面、成形回轉體表面等。液壓系統實現零件加工所需的輔助運動：主軸卡盤的夾緊與松開、卡盤夾緊力高低壓轉換、刀架夾緊與松開、刀架轉位、尾座套筒的伸出與縮回。液壓系統所需力及流量變化較小，主要負載是提供加工零件的夾緊力、預緊力以及刀盤的鎖緊力和一些油缸換位動作的平衡。一般采用中低壓系統即可。

第二步瀏覽液壓系統原理圖。可知，非循環動作，有四個執行元件，分別實現上述輔助功能，一個液壓泵供油，圖中已指明執行元件的運動方向。

第三步系統分解。圖1中有四個執行元件，故將該系統分解為：主軸卡盤、刀架的夾緊與松開、刀架轉位和尾座套筒4個子系統。

第四步子系統分析。根據油液倒推原理，理出分支回路。以卡盤子系統為例，經倒推可知此子系統有兩個分支回路，由換向、鎖緊和減壓三種基本回路組成。是主換向閥，實現主軸卡盤的夾緊與松開：1YA通電，卡盤實現正卡夾緊，2YA通電，卡盤實現反卡夾緊；電磁換向閥4實現卡盤高、低壓夾緊力切換：圖示狀態時，減壓閥8接入系統，高壓夾緊，電磁鐵3YA通電，4右位工作，減壓閥9接入系統，低壓夾緊；液壓泵1提供能源，單向閥2保證液壓泵出口的油不倒流。各元件的連接關系見圖1。經分析，這兩個分支回路的進、回油路線為。進油路線：高壓回路：1→2→8→4→3→卡盤液壓缸；低壓回路：1→2→9→4→3→卡盤液壓缸。回油路線都為：卡盤液壓缸→3→油箱。正卡夾緊與松開工作原理：當1YA通電時，閥3左位工作，泵出口壓力油經閥8、閥4、閥3到液壓缸右腔，液壓缸左腔的油液經閥3直接回油箱，活塞左移，卡盤正卡高壓夾緊。當2YA通電時，活塞右移，卡盤松開。

第五步系統整合。根據設備對各子系統動作的要求，以信號為紐帶，將各子系統整合成一個整體。系統工作原理如下：按下油泵啟動按鈕時，卡盤和刀架都必須處于夾緊狀態，如圖1所示。數控系統發出換刀指令后，首先刀架松開：4YA通電閥6右位工作，液壓油進入刀架液壓缸下腔，上腔油液經閥6右位回油箱，該液壓缸活塞上移，刀架松開；然后，刀架轉位：若8YA通電，閥5左位接入系統，油液經閥5左位進入液壓馬達，液壓馬達帶動刀架正轉，若7YA通電，則刀架反轉，轉速分別由單向調速閥11和12控制；最后刀架復位夾緊：刀架轉位到指定位置后7YA或8YA斷電，液壓馬達停轉，同時4YA斷電，刀架夾緊，換刀過程結束。加工長軸類零件時需使用尾座，當6YA通電時，閥7左位工作，泵出口油液經減壓閥10、換向閥7左位進入尾座套筒液壓缸左腔，液壓缸右腔油液經單向調速閥13、閥7左位回油箱，缸筒帶動尾座套筒伸出，壓力計16顯示伸出時的預緊力大小。當5YA通電時，缸筒帶動尾座套筒縮回。

第六步歸納液壓系統的特點：①采用單向變量液壓泵向系統供油，能量損失小。②用換向閥控制卡盤，實現高、低壓夾緊的轉換，并且分別調節高、低壓夾緊壓力的大小，因此可根據工件情況調節夾緊力，操作方便簡單。③用液壓馬達實現刀架轉位，可實現無級調速，并能控制刀架正、反轉。④用換向閥控制尾座套筒的伸出或縮回，并能調節尾座套筒伸出工作時的預緊力大小，能適應不同工件的需要。⑤壓力計14、15、16可分別顯示系統相應處壓力，便于故障診斷和調試。

四、結論

“瀏覽—分解—倒推—整合”是分析復雜液壓系統原理圖最基本的方法，實質是通過分解將復雜的系統簡化為簡單的液壓回路，通過對簡單回路的分析整合出復雜系統的原理。化繁為簡、化整為零、各個擊破、歸納整合是這種方法的突出特征。但這種方法要靈活運用，上述的六個基本步驟也要靈活進行。

參考文獻：

[1]王美姣.一種新的液壓傳動系統圖識讀方法[J].液壓與氣動，2009.

[2]肖龍.液壓與氣壓傳動技術[M].北京：高等教育出版社，2011.

[3]曹智軍.數控機床與維修[M].北京：機械工業出版社，2011.

[4]王鳳平.金屬切削機床與數控機床[M].北京：清華大學出版社，2009.

作者簡介：楚雪平（1973-），女，河南洛陽人，碩士研究生，講師，主要從事數控技術，機械制造及自動化（液壓與氣動、PLC控制、數控機床）方面的教學和研究工作。