液压与气动第八章.doc

授课日期：
课程名称
课 时
专业、层次
机械设计基础
4
五年制大专
课 型
单 一 型
教学方式
讲 授
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授课题目（章、节）

第八章 典型液压系统实例
教学目的及要求：、1、各元件符号识别 2、基本回路的分析 3、复杂回路的分析 4、简单系统的设计及其应用 

教学重点和难点：重点：基本回路的分析 难点：基本回路的分析
教学内容与时间安排：
一、组合机床动力滑台液压系统分析 
1、概述 
组合机床是一种由通用部件和部分专用部件组合而成的高效、工序集中的专用机床，具有加工能力强、自动化程度高、经济性好等优点。动力滑台是组合机床上实现进给运动的一种通用部件，配上动力头和主轴箱可以完成钻、扩、铰、镗、铣、攻丝等工序，能加工孔和端面。广泛应用于大批量生产的流水线。卧式组合机床的
结构原理图如图80所示。 

1-床身 2-动力滑台 3-动力头 4-主轴箱 5-刀具 6-工件  
7-夹具 8-工作台 9-底座 
图80 组合机床2、YT4543型组合机床工作过程和原理简介 
该滑台由液压缸驱动，系统用限压式变量叶片泵供油，三位五 通电液换向阀换向，用液压缸差动连接实现快进，用调速阀调节实现工进，由二个调速阀串联、电磁铁控制实现一工进和二工进转换，用死挡铁保证进给的位置精度。可见，系统能够实现快进→一工进→二工进→死挡铁停留→快退→原位停止。表6为该滑台的动作循环表（表中“+”表示电磁铁得电）。 
表6  YT4543滑台动作循环表 
 1-限压式变量叶片泵 2-背压阀 3-外控顺序阀 4-液动阀（主阀） 5-电磁先导阀6、7-调速阀 8-电磁阀 9-行程阀 10、11、12、13、14-单向阀 15、16-节流阀17-压力继电器 18-压力表开关 p1、p2、p3-压力表接点 
图81 YT4543型动力滑台液压系统图(1) 快进 控制油路  
进油路：泵1→先导阀5（左位）→单向阀13→主阀4（左边）； 回油路：主阀4（右边）→节流阀16→先导阀5（左位）→油箱。 
主油路  
进油路：泵1→单向阀11→主阀4（左位）→行程阀9常位→液压缸左腔； 
回油路：液压缸右腔→主阀4（左位）→单向阀12→行程阀9常位→液压缸左腔。 
(2) 一工进 
进油路：泵1→单向阀11→换向阀4(左位)→调速阀6→电磁阀8(右位)→液压缸左腔； 
回油路：液压缸右腔→换向阀4(左位)→顺序阀3→背压阀2→油箱。 
(3) 二工进 
进油路：泵1→单向阀11→换向阀4(左位)→调速阀6→调速阀7→液压缸左腔； 
回油路：液压缸右腔→换向阀4(左位)→顺序阀3→背压阀2→油箱。 
(4) 进给终点停留 (5) 快退 控制油路 
进油路：泵1→先导阀5（右位）→单向阀14→主阀4（右边）； 回油路：主阀4（左边）→节流阀15→先导阀5（右位）→油箱。 
主油路 
进油路：泵1→单向阀11→换向阀4(右位)→液压缸右腔； 回油路：液压缸左腔→单向阀10→换向阀4(右位)→油箱。 (6) 原位停止 
卸荷油路：泵1→单向阀11→换向阀4(中位)→油箱。二、汽车起重机液压系统分析 
1、概述 
汽车起重机上采用液压起重技术，具有承载能力大，可在有冲击、振动和环境较差的条件下工作。由于系统执行元件需要完成的动作较为简单，位置精度要求较低，所以系统以手动操纵为主。 
起重机工作时，汽车的轮胎不受力，依靠四条液压支腿将整个汽车抬起来，并将起重机的各个部分展开，进行起重作业。当需要转移起重作业现场时，只需要将起重机的各个部分收回到汽车上。 
2、起重机组成介绍 

图82 汽车起重机工作机构图 
图82所示为汽车起重机的结构原理图。它主要由如下五个部分构成： 
(1) 支腿装置 起重作业时使汽车轮胎离开地面，架起整车，不使载荷压在轮胎上，并可调节整车的水平度。 
(2) 吊臂回转机构 使吊臂实现360°任意回转，并在任何位置能够锁定停止。 
(3) 吊臂伸缩机构 使吊臂在一定尺寸范围内可调，并能够定位，用以改变吊臂的工作长度。一般为3节或4节套筒伸缩结构。 
(4) 吊臂变幅机构 使吊臂在一定角度范围内任意可调，用以改变吊臂的倾角。 
(5) 吊钩起降机构 使重物在起吊范围内任意升降，并在任意位置负重停止，起吊和下降速度在一定范围内无级可调。 
3、Q2-8型起重机工作原理介绍 
汽车起重机液压系统工作原理图如图83所示  
图83 汽车起重机液压系统原理图 
起重机液压系统工作情况如表7所示 
表7 起重机液压系统工作情况表 
 当起重机不工作时，液压系统处于卸荷状态。系统工作的具体情况如下：
(1）支腿缸收放回路 前支腿   
进油路：取力箱→液压泵→多路换向阀1中的阀A（左位或右位）→两个前支腿缸进油腔（阀A左位进油，前支腿放下；阀A右位进油，前支腿收回）； 
回油路：两个前支腿缸回油腔→多路换向阀1中的阀A（左位或右位）→阀B（中位）→中心回转接头9→多路换向阀2中阀C、D、E、F的中位→中心回转接头9→油箱。 
后支腿   
进油路：取力箱→液压泵→多路换向阀1中的阀A（中位）→阀B（左位或右位）→两个后支腿缸进油腔（阀B左位进油，后支腿放下；阀B右位进油，后支腿收回）； 
回油路：两个后支腿缸回油腔→多路换向阀1中的阀B（左位或右位）→阀A（中位）→中心回转接头9→多路换向阀2中阀C、D、E、F的中位→中心回转接头9→油箱。 
(2）吊臂回转回路 
进油路：取力箱→液压泵→多路换向阀1中的阀A、阀B中位→中心回转接头9→多路换向阀2中的阀C（左位或右位）→回转液压马达进油腔； 
回油路：回转液压马达回油腔→多路换向阀2中的阀C（左位或右位）→多路换向阀2中的阀D、E、F的中位→中心回转接头9→油箱 
(3）伸缩回路 
进油路：取力箱→液压泵→多路换向阀1中的阀A、阀B中位→中心回转接头9→多路换向阀2中的阀C中位→换向阀D（左位或右位）→伸缩缸进油腔； 
回油路：伸缩缸回油腔→多路换向阀2中的阀D（左位或右位）→多路换向阀2中的阀E、F的中位→中心回转接头9→油箱。 
(4) 变幅回路 
进油路：取力箱→液压泵→多路换向阀1中的阀A、阀B中位→中心回转接头9→阀C中位→阀D中位→阀E（左位或右位）→变幅缸进油腔； 
回油路：变幅缸回油腔→阀E（左位或右位）→阀F中位→中心回转接头9→油箱。 (5) 起降回路 
进油路：取力箱→液压泵→多路换向阀1中的阀A、阀B中位→中心回转接头9→阀C中位→阀D中位→阀E中位→阀F（左位或右位）→卷扬机液压马达进油腔； 
回油路：卷扬机液压马达回油腔→阀F（左位或右位）→中心回转接头9→油箱。 
三、数控加工中心液压系统分析 
1、概述 
数控机床和数控加工中心都采用计算机数控技术(简称CNC)，在数控加工中心机床上配备有刀库和换刀机械手，可在一次装夹中完成对工件的钻、扩、铰、镗、铣、锪、螺纹加工、复杂曲面加工和测量等多道加工工序，是集机、电、液、气、计算机、自动控制等技术于一体的高效柔性自动化机床。 
数控加工中心一般由主轴组件、刀库、换刀机械手、X、Y、Z三个进给坐标轴、床身、CNC系统、伺服驱动、液压系统、电气系统等部件组成。 

1-床身 2-工作台 3-台虎钳 4-工件 5-换刀机械手 6-刀库 7-立柱 8-拉刀装置 9-主轴箱 10-刀具 
图84 立式加工中心结构原理图2、数控加工中心工作原理介绍 
 图85 卧式镗铣加工中心液压系统原理图 
(1) 液压油源 
该液压系统采用变量叶片泵和蓄能器联合供油方式，液压泵为限压式变量叶片泵，最高工作压力为7MPa。溢流阀4作安全阀用，其调整压力为8MPa，只有系统过载时才起作用。手动换向阀5用于系统卸荷，过滤器6用于对系统回油进行过滤。 
(2) 液压平衡装置 
由溢流减压阀7、溢流阀8、手动换向阀9、液压缸10组成平衡装置，蓄能器11用于吸收液压冲击。液压缸10为支撑加工中心立柱丝杠的液压缸。当液压缸上行时，压力油和蓄能器向液压缸下腔供油，当液压缸在滚珠丝杠带动而下行时，缸下腔的油又被挤回蓄能器或经过溢流减压阀7回油箱，因而起到平衡作用。手动换向阀9用于使液压缸卸载。 
(3) 主轴变速回路 
主轴通过交流变频电动机实现无级调速。为了得到最佳的转矩性能，将主轴的无级调速分成高速和低速两个区域，并通过一对双联齿轮变速来实现。主轴的这种换档变速由液压缸40完成。 
(4) 换刀回路及动作 
加工中心在加工零件过程中，当前道工序完成后就需换刀，此时机床主轴退至换刀点，且处在准停状态，所需置换的刀具已处在刀库预定换刀位置。换刀动作由机械手完成，其换刀过程为：机械手抓刀→刀具松开和定位→拔刀→换刀→插刀→刀具夹紧和松开→机械手复位。 
① 机械手抓刀 
当系统收到换刀信号时，电磁阀17切换至左位，压力油进入齿条缸38下腔，推动活塞上移，使机械手同时抓住主轴锥孔中的刀具和刀库上预选的刀具。双单向节流阀18控制抓刀和回位的速度，双液控制单向阀19保证系统失压时机械手位置不变。     
② 刀具松开和定位 
当抓刀动作完成后，发出信号使电磁阀20切换至左位，电磁阀21处于右位，从而使增压器22的高压油进人液压缸39左腔，活塞杆将主轴锥孔中的刀具松开；同时，液压缸24的活塞杆上移，松开刀库中预选的刀具；此时，液压缸36的活塞杆在弹簧力作用下将机械手上两个定位销伸出，卡住机械手上的刀具。松开主轴锥孔中刀具的压力可由减压阀23调节。 
③ 机械手拔刀 
当主轴、刀库上的刀具松开后，无触点开关发出信号，电磁阀25处于右位，由缸26带动机械手伸出，使刀具从主轴锥孔和刀库链节中拔出。缸26带有缓冲装置，以防止行程终点发生撞击和噪声。 
④ 机械手换刀 
机械手伸出后发出信号，使电磁阀27换向至左位。齿条缸37的活塞向上移动，使机械手旋转180°，转位速度由双单向节流阀调节，并可根据刀具的质量，由电磁阀28确定两种换刀速度。⑤ 机械手插刀 
机械手旋转180°后发出信号，使电磁阀25换向，缸26使机械手缩回，刀具分别插入主轴锥孔和刀库链节中。 
⑥ 刀具夹紧和松销 
机械手插刀后，电磁阀20、21换向。缸39使主轴中的刀具夹紧；缸24使刀库链节中的刀具夹紧；缸36使机械手上定位销缩回，以便机械手复位。 
⑦ 机械手复位 
刀具夹紧后发出信号，电磁阀17换向，液压缸38使机械手旋转90°回到起始位置。 
到此，整个换刀动作结束，主轴起动进入零件加工状态。 (5) 数控旋转工作台回路 
① 数控工作台夹紧 
数控旋转工作台可使工件在加工过程中连续旋转，当进入固定位置加工时，电磁阀29切换至左位，使工作台夹紧，并由压力继电器30发出信号。 
② 托盘交换 
交换工件时，电磁阀31处于右位，缸41使定位销缩回，同时缸42松开托盘，由交换工作台交换工件，交换结束后电磁阀31换向，定位销伸出，托盘夹紧，即可进入加工状态。

思考题与作业：P184 1、 2、 3、 4、 5、 6

教学反馈：