大型精密数控龙门导轨磨床工作台液压系统的研究

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超重载 、宽调速、低能耗”工作台液压驱动系统是大型精密数控龙门导轨磨床关键技术 ，满足工作 台高速运行 大流量和低速运行的节能控制要求。研究解决工作台驱动液压系统发热严重 、能耗大 、速度刚度低等制约大型数控龙 门导轨磨床关键技术 问题 ，实现工作 台无极调速2.5-30m/min的线速度 ，确保工作台运行过程的平稳性、可靠性 ，应从液压 系统方案设计合理性 、油泵选型研究解决 。

1 国内外大型龙门导轨磨床液压调速系统现状1.1 国外大型龙 门导轨磨床液压调速系统主要采用容积调速系统德国科堡是国外生产龙门导轨磨床著名专业厂家，其液压系统采用是闭式容积调速系统(见图 1)，使用专用大流量双向变量叶片泵进行无级调速驱动工作台运动。由于油泵造价高昂、复杂 ，维护维修不方便 ，使用普通 电机 ，系统功耗 占液压系统额定功率 的 40%以上 ，能耗较高。

图 1图 3图 21.2 国内外大型龙门磨床液压 调速 系统主要 采用 节流调速 系统国内机床企业多采用节流方式调速的液压系统 (见图2)。工作 台速度调节由 比例流量 阀控制 ，因此系统发热高 、功耗较大 ，同样不符合低能耗要求。

威海华东数控股份有 限公 司生产 的龙 门导轨磨床液压驱动系统(见图 3)，通过改变控制油泵流量输出达到工作 台调速 ，此项技术 获得 了专利 ，优点是造价低 、调整方便且能实现远程 自动控制 ，由于采用普通 电机带动油泵 ，功耗相对也 比较大 ，仅适合普通导轨磨床 ，用在大 型精密数控机床不符合节能环保标准。

1.3 国内其他企业的相关技术研究近期 ，国内有研究变频调速 电动机调速技术 ，原理是通过调节液压油泵转速 ，性能类似于 比例泵节能系统 ，达到动力机构输 出流量与执行 机构流量相匹配 ，使 流量损失降低 。从 目前 国内外研究结果和文献看 ，变频液压调速系统仍存在诸 如动态 响应慢 、低速特性差 、调速精度不易保证及 固有的导轨阻力 、管路气室等问题 ，也制约其在大型精密龙门导轨磨床上的应用。

2 大型精密数控龙门导轨磨床液压调速 系统研发2.1大 型精密数控龙门导轨磨床液压 调速 系统的技术要求根据大型精密数控龙门导轨磨床设计要求，当工作台导轨的摩擦系数为 0.07时 ，工作 台柱塞缸工作压力要达到 2.8MPa，在 300mm的缓冲区内，起动加速时工作压力要达到 4.4MPa。在 2.5m/min特定下 ，工作 台输入功率 (即液压系统的输 出功率 )约为 5.3kw。如果 以常规工作压力3MPa计算时 ，工作台要达到最高速度的加速距离最少有2.08m。当工作台导轨的摩擦系数为 0.04时 ，工作台柱塞缸工作压力要达到 i.6MPa，在 300mm的缓冲区内，起动加速时工作压力要达到 3.2MPa。在 2.5m/min特定下，工作台输入 功率约为 3.8kw。如果以常规工作压力 3MPa计算时，工作台加速距离只有 0.35m左右。所以，在保证加工精度情况下 ，降低摩擦系数是减少液压系统有用功损耗主要因素，也是节能的重要手段之-，在机床结构设计上26 现代制造技术与装备 2013第2期总第213期应采用卸荷式静压导轨 。

2.2试验研究方案综合对比分析表 1是此次试验研究大型精密数控龙门导轨磨床的各种油泵组合实验综合数据对比结果表 1响应 控制 液压油 系统 生产 系统构成 耗电量 成本 性价比速度 精度 温升 噪音 效率定量泵 高 较快 -较高 --高 -高 较高 I 低 l 低变量泵 -较高 I 慢 -较低 较高 较高 -较低 较低 -较低变频定量泵 较低 较慢 1 低 较低 较低 低 -较高 -较高伺服定量泵 低 快 l 高 I 低 低 高 --高 I 高最终设计 方案是采用交流伺服 电动机控制的 内啮合齿轮泵方式(见 图 4)。作为交流伺服电动机的性能指标要好于变频电机 ，特别是在电机转速 的稳定 和应变调整时间上更显优势。

图 42.3设计方案应用的试验测试结果方案设计是 由 3个交流伺服电机分别带动 3个 内啮合齿轮油泵，主油泵电机总功率为78kw，来满足工作台拖动油缸所需的功率。经过压力调整，通过流量检测信号和工作 台编码器反馈信号来调整 电机转速 ，实现工作 台运行闭环控制。而且当工作台运行到需要换向停止状态时，通过电机降速来缓解工作台动能，达到换向平稳，降低工作台因高速带来动能冲击。在低速时，只工作-个油泵，来达到节能 的效果 。

表 2是单个交流伺服 电机与 内啮合齿 轮泵在机床上实验数据3 结束语容积 式调速方式是通过改变油泵输出排量来 调节工作台运动速度 ，无节流和溢流压力损失 ，减少 了液压系统的损耗，降低液压系统的发热量，进而实现液压系统节能表 2工作台 电机 电机 速度波动 实际 理论速度 转速 电流 范围 功率 流量 波动L/min功率 差值 波动率 效率RPM A KW KW2 208 2 2～2.04 132 42 O.7 0.04 0.02 0.532.5 260 24 2.5～2.53 1.58 52 087 0.O3 0.O12 O.5510 1008 10I2 9.99～10.2 6.7l 203 4.24 0.1l 0.01l O 63l1 1107 l1.8 11.O8～11.1l 7.77 223 4.65 O.03 0.003 O.615 1508 l8.7 14.9715.O6 123l 304 6.97 0 09 0.Oo6 O.5716 1609 20 15.96-16 03 13.16 325 8.12 O.O7 0.004 0.62的 目的≮能环保是大型精密数控龙 门导轨磨 床液压调速系统国家重大科技专项 的考核要求 ，也是未来液压调速系统技术发展趋势，随着技术水平的不断提高，液压节能会有广 阔的发展前景。