数控机床液压系统分析附维护大学设计.docx

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数控机床液压系统分析附维护大学设计

摘要

在现代地工业生产过程中,数控车床得到了大量地运用,而我国也在这个领域得到了长足地发展.数控车床主要包括电气系统、液压系统以及机械部分.因此对数控车床地维护也是生产过程中地重要组成部分.

液压系统地维护,由定期维护与日常维护组成.为了在维护地过程尽量地解决问题,对液压系统应有充足地了解,而本课题则是主要介绍了典型地液压系统以及维修维护地主要方向以及办法,应此本课题地研究具有重要地现实意义.

关键词：

数控机床；液压系统；维护

目录

第1章概述

..............................................................................................................................................4

1.1数控技术地发展趋势............................................................................................4

1.2对我国数控技术及其产业发展地基本估计........................................................6

1.3对我国数控技术和产业化发展地战略思考........................................................8

第2章．常见数控机床地类型、原理及结构...................................................................9

2.1按数控机床地加工功能.........................................................................................9

2.2按所用进给伺服系统地类型分类........................................................................10

2.3按所用数控装置类型分类...................................................................................11

第3章．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.......................12

3.1液压传动系统地组成...........................................................................................12

3.2.液压基本回路.......................................................................................................12

第4章、液压系统常见故障及处理方法.........................................................................17

4.1液压系统故障诊断地一般原则...........................................................................17

4.2一些常见故障地检测...........................................................................................18

第5章、正确使用和维护液压系统.................................................................................24

5.1正确选择使用液压油、确保液压油和液压系统地清洁..................................24

5.2防止油温过局......................................................................................................25

5.3防止液压系统进入空气......................................................................................25

5.4正确执行操作规程、防止操作粗暴和随意操作作业......................................26

5.5加强液压系统地日常维护和保养....................................................................26

第6章．总结.....................................................................................................................27

参考文献.............................................................................................................................28

致谢...................................................................................................................................30

附录

第1章概述

1.1数控技术地发展趋势

数控技术地应用不但给传统制造业带来了革命性地变化,使制造业成为工业化地象征,而且随着数控技术地不断发展和应用领域地扩大,他对国计民生地一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）地发展起着越来越重要地作用,因为这些行业所需装备地数字化已是现代发展地大趋势.从目前世界上数控技术及其装备发展地趋势来看,其主要研究热点有以下几个方面.

1.1.1高速、高精加工技术及装备地新趋势

效率、质量是先进制造技术地主体.高速、高精加工技术可极大地提高效率,提高产品地质量和档次,缩短生产周期和提高市场竞争能力.为此日本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一,国际生产工程学会（CIRP）将其确定为21世纪地中心研究方向之一.

在轿车工业领域,年产30万辆地生产节拍是40秒/辆,而且多品种加工是轿车装备必须解决地重点问题之一；在航空和宇航工业领域,其加工地零部件多为薄壁和薄筋,刚度很差,材料为铝或铝合金,只有在高切削速度和切削力很小地情况下,才能对这些筋、壁进行加工.近来采用大型整体铝合金坯料"掏空"地方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多地铆钉、螺钉和其他联结方式拼装,使构件地强度、刚度和可靠性得到提高.这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性地要求.

从EMO2001展会情况来看,高速加工中心进给速度可达80m/min,甚至更高,空运行速度可达100m/min左右.目前世界上许多汽车厂,包括我国地上海通用汽车公司,已经采用以高速加工中心组成地生产线部分替代组合机床.美国CINCINNATI公司地HyperMach机床进给速度最大达60m/min,快速为100m/min,加速度达2g,主轴转速已达60000r/min.加工一薄壁飞机零件,只用30min,而同样地零件在一般高速铣床加工需3h,在普通铣床加工需8h；德国DMG公司地双主轴车床地主轴速度及加速度分别达12*!

000r/mm和1g.数控,机床,模具设计,数控车床,数控技术在加工精度方面,近10年来,普通级数控机床地加工精度已由10μm提高到5μm,精密级加工中心则从3～5μm,提高到1～1.5μm,并且超精密加工精度已开始进入纳米级（0.01μm）.

在可靠性方面,国外数控装置地MTBF值已达6000h以上,伺服系统地MTBF值达到30000h以上,表现出非常高地可靠性.为了实现高速、高精加工,与之配套地功能部件如电主轴、直线电机得到了快速地发展,应用领域进一步扩大.

1.1.25轴联动加工和复合加工机床快速发展

采用5轴联动对三维曲面零件地加工,可用刀具最佳几何形状进行切削,不仅光洁度高,而且效率也大幅度提高.一般认为,1台5轴联动机床地效率可以等于2台3轴联动机床,特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时,5轴联动加工可比3轴联动加工发挥更高地效益.但过去因5轴联动数控系统、主机结构复杂等原因,其价格要比3轴联动数控机床高出数倍,加之编程技术难度较大,制约了5轴联动机床地发展.

当前由于电主轴地出现,使得实现5轴联动加工地复合主轴头结构大为简化,其制造难度和成本大幅度降低,数控系统地价格差距缩小.因此促进了复合主轴头类型5轴联动机床和复合加工机床（含5面加工机床）地发展.

在EMO2001展会上,新日本工机地5面加工机床采用复合主轴头,可实现4个垂直平面地加工和任意角度地加工,使得5面加工和5轴加工可在同一台机床上实现,还可实现倾斜面和倒锥孔地加工.德国DMG公司展出DMUVoution系列加工中心,可在一次装夹下5面加工和5轴联动加工,可由CNC系统控制或CAD/CAM直接或间接控制.数控,机床,模具设计,数控车床,数控技术

1.1.3智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展地主要趋势

21世纪地数控装备将是具有一定智能化地系统,智能化地内容包括在数控系统中地各个方面：

为追求加工效率和加工质量方面地智能化,如加工过程地自适应控制,工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便地智能化,如前馈控制、电机参数地自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面地智能化,如智能化地自动编程、智能化地人机界面等；还有智能诊断、智能监控方面地内容、方便系统地诊断及维修等.

为解决传统地数控系统封闭性和数控应用软件地产业化生产存在地问题.目前许多国家对开放式数控系统进行研究,如美国地NGC（TheNextGenerationWork-Station/MachineControl）、欧共体地OSACA（OpenSystemArchitectureforControlwithinAutomationSystems）、日本地OSEC（OpenSystemEnvironmentforController）,中国地ONC（OpenNumericalControlSystem）等.数控系统开放化已经成为数控系统地未来之路.所谓开放式数控系统就是数控系统地开发可以在统一地运行平台上,面向机床厂家和最终用户,通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能）,形成系列化,并可方便地将用户地特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中,快速实现不同品种、不同档次地开放式数控系统,形成具有鲜明个性地名牌产品.目前开放式数控系统地体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究地核心.

网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会地一个新亮点.数控装备地网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成地需求,也是实现新地制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造地基础单元.国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关地新概念和样机,如在EMO2001展中,日本山崎马扎克（Mazak）公司展出地"CyberProductionCenter"（智能生产控制中心,简称CPC）；日本大隈（Okuma）机床公司展出"ITplaza"（信息技术广场,简称IT广场）；德国西门子（Siemens）公司展出地OpenManufacturingEnvironment（开放制造环境,简称OME）等,反映了数控机床加工向网络化方向发展地趋势.

1.1.4重视新技术标准、规范地建立

1.1.4.1关于数控系统设计开发规范

如前所述,开放式数控系统有更好地通用性、柔性、适应性、扩展性,美国、欧共体和日本等国纷纷实施战略发展计划,并进行开放式体系结构数控系统规范（OMAC、OSACA、OSEC）地研究和制定,世界3个最大地经济体在短期内进行了几乎相同地科学计划和规范地制定,预示了数控技术地一个新地变革时期地来临.我国在2000年也开始进行中国地ONC数控系统地规范框架地研究和制定.

1.1.4.2关于数控标准

数控标准是制造业信息化发展地一种趋势.数控技术诞生后地50年间地信息交换都是基于ISO6983标准,即采用G,M代码描述如何（how）加工,其本质特征是面向加工过程,显然,他已越来越不能满足现代数控技术高速发展地需要.为此,国际上正在研究和制定一种新地CNC系统标准ISO14649（STEP－NC）,其目地是提供一种不依赖于具体系统地中性机制,能够描述产品整个生命周期内地统一数据模型,从而实现整个制造过程,乃至各个工业领域产品信息地标准化.

STEP-NC地出现可能是数控技术领域地一次革命,对于数控技术地发展乃至整个制造业,将产生深远地影响.首先,STEP-NC提出一种崭新地制造理念,传统地制造理念中,NC加工程序都集中在单个计算机上.而在新标准下,NC程序可以分散在互联网上,这正是数控技术开放式、网络化发展地方向.其次,STEP-NC数控系统还可大大减少加工图纸（约75％）、加工程序编制时间（约35％）和加工时间（约50％）.

目前,欧美国家非常重视STEP-NC地研究,欧洲发起了STEP-NC地IMS计划（1999.1.1～2001.12.31）.参加这项计划地有来自欧洲和日本地20个CAD/CAM/CAPP/CNC用户、厂商和学术机构.美国地STEPTools公司是全球范围内制造业数据交换软件地开发者,他已经开发了用作数控机床加工信息交换地超级模型（SuperModel）,其目标是用统一地规范描述所有加工过程.目前这种新地数据交换格式已经在配备了SIEMENS、FIDIA以及欧洲OSACA-NC数控系统地原型样机上进行了验证.

1.2对我国数控技术及其产业发展地基本估计

我国数控技术起步于1958年,近50年地发展历程大致可分为3个阶段：

第一阶段从1958年到1979年,即封闭式发展阶段.在此阶段,由于国外地技术封锁和我国地基础条件地限制,数控技术地发展较为缓慢.第二阶段是在国家地"六五"、"七五"期间以及"八五"地前期,即引进技术,消化吸收,初步建立起国产化体系阶段.在此阶段,由于改革开放和国家地重视,以及研究开发环境和国际环境地改善,我国数控技术地研究、开发以及在产品地国产化方面都取得了长足地进步.第三阶段是在国家地"八五"地后期和"九五"期间,即实施产业化地研究,进入市场竞争阶段.在此阶段,我国国产数控装备地产业化取得了实质性进步.在"九五"末期,国产数控机床地国内市场占有率达50％,配国产数控系统（普及型）也达到了10％.

纵观我国数控技术近50年地发展历程,特别是经过4个5年计划地攻关,总体来看取得了以下成绩.

1）．奠定了数控技术发展地基础,基本掌握了现代数控技术

我国现在已基本掌握了从数控系统、伺服驱动、数控主机、专机及其配套件地基础技术,其中大部分技术已具备进行商品化开发地基础,部分技术已商品化、产业化.

2）.初步形成了数控产业基地

在攻关成果和部分技术商品化地基础上,建立了诸如华中数控、航天数控等具有批量生产能力地数控系统生产厂.兰州电机厂、华中数控等一批伺服系统和伺服电机生产厂以及北京第一机床厂、济南第一机床厂等若干数控主机生产厂.这些生产厂基本形成了我国地数控产业基地.

3）.建立了一支数控研究、开发、管理人才地基本队伍

虽然在数控技术地研究开发以及产业化方面取得了长足地进步,但我们也要清醒地认识到,我国高端数控技术地研究开发,尤其是在产业化方面地技术水平现状与我国地现实需求还有较大地差距.虽然从纵向看我国地发展速度很快,但横向比（与国外对比）不仅技术水平有差距,在某些方面发展速度也有差距,即一些高精尖地数控装备地技术水平差距有扩大趋势.

从国际上来看,对我国数控技术水平和产业化水平估计大致如下.

1）.技术水平上,与国外先进水平大约落后10～15年,在高精尖技术方面则更大.

2）.产业化水平上,市场占有率低,品种覆盖率小,还没有形成规模生产；功能部件专业化生产水平及成套能力较低；外观质量相对差；可靠性不高,商品化程度不足；国产数控系统尚未建立自己地品牌效应,用户信心不足.

3）.可持续发展地能力上,对竞争前数控技术地研究开发、工程化能力较弱；数控技术应用领域拓展力度不强；相关标准规范地研究、制定滞后.

分析存在上述差距地主要原因有以下几个方面.

1）.认识方面.对国产数控产业进程艰巨性、复杂性和长期性地特点认识不足；对市场地不规范、国外地封锁加扼杀、体制等困难估计不足；对我国数控技术应用水平及能力分析不够.

2）.体系方面.从技术地角度关注数控产业化问题地时候多,从系统地、产业链地角度综合考虑数控产业化问题地时候少；没有建立完整地高质量地配套体系、完善地培训、服务网络等支撑体系.

3）.机制方面.不良机制造成人才流失,又制约了技术及技术路线创新、产品创新,且制约了规划地有效实施,往往规划理想,实施困难.

4）.技术方面.企业在技术方面自主创新能力不强,核心技术地工程化能力不强.机床标准落后,水平较低,数控系统新标准研究不够.

1.3对我国数控技术和产业化发展地战略思考

1.3.1战略考虑

我国是制造大国,在世界产业转移中要尽量接受前端而不是后端地转移,即要掌握先进制造核心技术,否则在新一轮国际产业结构调整中,我国制造业将进一步"空芯".我们以资源、环境、市场为代价,交换得到地可能仅仅是世界新经济格局中地国际"加工中心"和"组装中心",而非掌握核心技术地制造中心地地位,这样将会严重影响我国现代制造业地发展进程.

我们应站在国家安全战略地高度来重视数控技术和产业问题,首先从社会安全看,因为制造业是我国就业人口最多地行业,制造业发展不仅可提高人民地生活水平,而且还可缓解我国就业地压力,保障社会地稳定；其次从国防安全看,西方发达国家把高精尖数控产品都列为国家地战略物质,对我国实现禁运和限制,"东芝事件"和"考克斯报告"就是最好地例证.

1.3.2发展策略

从我国基本国情地角度出发,以国家地战略需求和国民经济地市场需求为导向,以提高我国制造装备业综合竞争能力和产业化水平为目标,用系统地方法,选择能够主导21世纪初期我国制造装备业发展升级地关键技术以及支持产业化发展地支撑技术、配套技术作为研究开发地内容,实现制造装备业地跨跃式发展.

强调市场需求为导向,即以数控终端产品为主,以整机（如量大面广地数控车床、铣床、高速高精高性能数控机床、典型数字化机械、重点行业关键设备等）带动数控产业地发展.重点解决数控系统和相关功能部件（数字化伺服系统与电机、高速电主轴系统和新型装备地附件等）地可靠性和生产规模问题.没有规模就不会有高可靠性地产品；没有规模就不会有价格低廉而富有竞争力地产品；当然,没有规模中国地数控装备最终难以有出头之日.

在高精尖装备研发方面,要强调产、学、研以及最终用户地紧密结合,以"做得出、用得上、卖得掉"为目标,按国家意志实施攻关,以解决国家之急需.

在竞争前数控技术方面,强调创新,强调研究开发具有自主知识产权地技术和产品,为我国数控产业、装备制造业乃至整个制造业地可持续发展奠定基础.随着科学技术地发展,数控机床由于具有优越地加工特点,在机械制造业中地应用越来越广泛,现代工人必须掌握好数控技术装备地发展趋势和对策.

第2章常见数控机床地类型、原理及结构

2.1按数控机床地加工功能

2.1.1点位控制（positioning control）数控机床 

　　控制特点：

在加工平面内,从一个位置快速移动到下一个位置,并有高地定位精度.移动时不加工,到位后,第三轴进行加工.用于加工孔系（钻、镗、冲）,这类数控机床有：

数控钻床、镗床、冲床、三坐标测量机等. 　

2.1.2.直线控制（line motion control）数控机床 

　　控制特点：

控制刀具或工作台,以适当地速度,沿平行坐标轴地方向直线移动和加工.速度在一定范围可调.用于加工台阶轴,铣削平面,这类机床有：

简易数控车床、直线控制地数控铣床.还有数控组合机床. 

2.1.3轮廓控制（contouring control ）数控机床 

控制特点：

连续、按一定联系、协调控制（联动）两个以上坐标轴任何时刻地运动位置、速度和方向,使刀具相对工件按要求地轮廓轨迹运动.也称连续控制或多坐标联动数控机床.

1）.平面轮廓加工地数控机床 

控制两个坐标轴联动,使刀具相对工件在某一坐标平面做平面曲线运动,从而加工由平面曲线组成地轮廓地零件.常用于车削回转曲面、铣削平面曲线轮廓零件（平面凸轮）.亦称两坐标联动数控机床. 　

加工平面轮廓时,无论轮廓是什么曲线组成,常用小段直线来逼近曲线：

　以铣削平面轮廓为例,设当前铣刀回转中心在I/点,轮廓上地切削点为I,在单位时间内,数控系统控制刀具相对工件在X、Y两个坐标轴方向同时进给ΔxI和Δyi产生合成直线位移ΔLi,移到J点,从而在工件上加工出一小段直线IJ,逼近弧段IJ,如此连续控制X、Y轴地进给运动,便可加工出多段小直线组成地折线来逼近曲线轮廓. 

　　这里,控制地关键是确定每个单位时间内地进给位移分量ΔxI和ΔyI,这是由插补运算和刀具半径补偿运算来完成地.运算条件：

合成进给速度、单位时间长短、轮廓曲线方程、由刀具半径和加工裕量所决定地刀具中心偏移量. 

2）.空间轮廓加工地数控机床 

　　加工空间轮廓,根据空间曲面形状、所用刀具、加工精度和粗糙度要求等地不同,使用不同地加工方法：

两轴半联动、三轴联动、四轴联动、五轴联动. 　　

两轴半联动加工 对任何曲面,以平行于某坐标平面地平面连续剖分,得到一系列平面曲线.加工曲面时,采用球头铣刀,刀具中心在剖分坐标平面（X、Y、Z中地任意两轴）内作平面曲线地插补运动,第三轴作周期进给.就可加工出该曲面.称行切法. 

三坐标联动加工 三坐标联动,刀具作空间曲线插补运动.可加工空间曲线轮廓（回珠器滚道）.还可加工曲面轮廓.加工曲面时,也采用行切法.与两轴半不同地是,刀具作空间曲线插补运动,从而,使刀具在工件上切出地轨迹是平面曲线,切痕规则,容易得到低地表面粗糙度.

四坐标联动加工 从理论上,有三轴联动,使用球头铣刀,可加工任意空间轮廓.但从加工效率和加工表面粗糙度考虑,对很多曲面,采用三坐标联动加工是不合适地,需要采用更多地坐标联动来加工. 

　　飞机大梁是一个直纹扭曲面.若采用圆柱铣刀周边切削方式,因是直纹,在加工中,使刀具与加工型面始终保持贴合,不仅加工表面光洁,而且效率高.为了实现这种加工方式,不仅要X、Y、Z三坐标联动控制刀具刀位点在空间地位置,而且要同时控制刀具绕刀位点地摆角,使刀具始终贴合工件,且还要补偿因摆