立式加工中心液压系统改造
作者单位 大连机车车辆有限公司
作者姓名 张文竹、程 帆
成文时间 二O二一年二月
立式加工中心液压系统改造
摘要
WF-3/12K立式加工中心是一台前西德数控仿型铣机床，机床的工作台加紧、装卸刀具等需要液压系统，满足机床液压压力使用的同时选用直观、标准件的液压站，遂对机床液压站及相关液压管路进行整体改造，保证机床的正常使用。
关键词：工作台加紧 主轴松夹刀具 液压站改造
1 前言
WF-3/12K立式加工中心适用于数控金属切削加工工艺要求，具有粗精加工的工艺机能。主要用于加工大中型零件，特别适宜加工较多工序的复杂零件加工工作。工作台为2800mm×1200mm，最大负重4000Kg，加工行程为X：1800mm、Y：1200mm、Z：880mm、C：360°、W：300mm的重负荷切削机床。机床由床身、电气控制柜、工作台等三大部分组成，工作台是整个机床的基础部件，加工时为确保机床的正常工作及加工精度，必须给予C向、W向足够的夹紧力，另外主轴松、夹刀具也由该液压系统提供压力，由于该设备原有液压站为非标件，且市面上已无相关零部件，因此做出改造。
2 液压系统改造
2.1液压系统
液压系统的作用是通过改变压强增大作用力。一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和液压油。液压系统可分为两类：液压传动系统和液压控制系统。液压传动系统以传递动力和运动为主要功能，液压控制系统则要使液压系统输出满足特定的性能要求。
2.1.1动力元件
动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，指液压系统中的油泵，向整个液压系统提供动力，分为齿轮泵、叶片泵、柱塞泵和螺杆泵。
2.1.2执行元件
执行元件的作用是将液体的压力能转换为机械能，驱动负载做直线往复运动或回转运动。
2.1.3控制元件
控制元件(即各种液压阀)在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。根据控制功能的不同，液压阀可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀包括溢流阀(安全阀)、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。
2.1.4辅助元件
辅助元件包括油箱、滤油器、冷却器、加热器、蓄能器、油管及管接头、密封圈、快换接头、高压球阀、胶管总成、测压接头、压力表、油位计、油温计等。
2.1.5液压油
液压油是液压系统中传递能量的工作介质，有各种矿物油、乳化液和合成型液压油等几大类。
2.1.6系统结构
液压系统由信号控制和液压动力两部分组成，信号控制部分用于驱动液压动力部分中的控制阀动作。液压动力部分采用回路图方式表示，以表明不同功能元件之间的相互关系。液压源含有液压泵、电动机和液压辅助元件；液压控制部分含有各种控制阀，用于控制工作油液的流量、压力和方向；执行部分含有液压缸或液压马达，其可按实际要求来选择。
机床自带的液压站电机功率0.75KW，额定压力350pa，电机额定转速1420rpm，油箱容积6L，由专业厂家订做。
液压泵站老旧失效，出现机床工作台无法加紧或主轴刀具无法正常拆卸，液压泵和电机与油箱分离，采用非标准件，市面上无备件，故无法进行维修。
2.2液压站更换
综合上述情况，对液压站进行更换、改造已是必要。液压站是一般是由液压泵、驱动电动机、油箱、方向阀、节流阀、溢流阀等构成的液压源装置或包括控制阀在内的液压装置。按驱动装置要求的流向、压力和流量供油，将液压站与驱动装置用油管相连，即可实现各种规定动作。液压站由电机带动油泵旋转，泵从油箱中吸油后打油，将机械能转化为液压油的压力能，液压油通过阀体组合被液压阀实现了方向、压力、流量调节后经外接管路传输到油缸或马达中，从而控制液动机方向的变换、力量的大小及速度的快慢，推动各种液压机械做功。液压站是独立的液压装置，它按驱动装置要求供油，并控制油流的方向、压力和流量。
各部件功用如下：
泵装置——上装有电机和油泵，它是液压站的动力源，将机械能转化为液压油的动力能。
集成块——是由液压阀及通道体组合而成。它对液压油实行方向、压力、流量调节。
阀组合——是板式阀装在立板上，板后管连接，与集成块功能相同。
油箱——是钢板焊的半封闭容器，上还装有滤油网、空气滤清器等，它用来储油、油的冷却及过滤。
电器盒——分两种形式：一种设置外接引线的端子板；一种是配置了全套控制电器。
元器件
⑴电动机、齿轮泵——为液压系统提供驱动力。
⑵电磁换向阀——控制液压油流方向，改变油缸的运动方向。
⑶电磁溢流阀——防止整个液压系统超压，相当于安全阀，保护油泵和油路系统的安全及保持液压系统的压力恒定。
⑷调速阀——对油路进行节流调速，可改变执行元件液压缸的工作速度。
⑸压力表——用于显示液压站的工作压力，以利于操作人员控制油压。
⑹空气过滤器——安装在油箱上，有三重作用，一是防止空气中的污染物质进入油箱；二是起换气作用，避免油泵出现吸空现象；三是兼做液压油补充口。
⑺油位计——安装在油箱侧面，显示液压油的液位。
⑻联接管路——输送液压驱动力，大部分用钢管，也有用耐压胶管。
2.2.1泵站的选型
我们选择传统的液压泵站使用上置立式，液压泵采用定量柱塞泵，这种形式市面上可以随处买到，价格低廉，使用可靠，使用压力高，结构紧凑，效率高，流量调节方便，同时可观察油箱内液压油情况以及液压站工作压力情况。
2.2.2其它改造
根据现场使用情况增加风冷，以保障液压油的温度始终保持在适应工作温度区间。配上蓄能器，它在适当的时机将液压系统中的能量转变为压缩能存储起来，当液压系统需要时，又能将压缩能转变为液压能而释放出来，重新补供给系统，当系统瞬间压力增大时，它可以吸收这部分的能量，以保障整个液压系统压力正常，减少冲击。在蓄能器采用气体式，蓄能器中加入氮气，通过压缩气体完成能量转化，如此在加工时可利用蓄能器和控制阀保持一定压力，避免电机始终工作，既能保证机床正常使用又可以节约能耗。同时适当布置压力控制阀来保护系统的所有元件，将液压系统中的压力油管、电源线更换为与之相适应的，将电源控制和检测压力开关集成在液压站
阀组合采用1套单向阀和1套溢流阀配合控制整个液压站；3套单向阀和电磁换向阀控制，主轴刀具夹紧、W和C轴的夹紧。
3改进后的效果
改进液压系统后，液压压力、油量等参数变得更为直观可见，对于后期维护保养以及维修，更加方便、快捷，也使得作业现场整洁、美观。在保证机床正常使用的前提下，经济上节约了大量成本，大大缩短了维修周期和维修成本。
4 结论
通过这次机床技术改进我认为，对于机床本身未产生重大的结构变动，同时满足机床的正常液压压力，通过仔细分析、反复推敲，采取科学有效的方法，优化现有润滑方案。自己充分的认识到，机床润滑的优化和改进会对生产起到很大的积极影响，在实际运用过程中可以看到对车间和公司的经济效益。通过此次技术的改进，不仅保证机床的正常润滑，降低油耗和维修成本，取得了显著的效果。
5 参考文献
[1] 常同立．液压控制系统．北京：清华大学出版社，2014
[2] 张利平. 液压站[M]. 化学工业出版社, 2008
[3] 张利平, 周兰午, 齐习娟. 现代机床液压站设计的结构选型[J]. 制造技术与机床, 2000