缸体立式双轴双进给数控珩磨机液压系统的研制

　　YTR100/ 105 系列柴油机缸体生产线的组合机床的设计制造与安装。在缸体孔的加工中,最后一道工序是珩磨,其加工精度直接影响着柴油机的整体性能。为此,我们着手研制开发了柴油机缸体孔专用数控立式双轴双进给珩磨机。它的自动化程度较高,能实现全自动工件输送,珩磨主轴的旋转采用无极变频调速技术,往复运动采用“行程控制”操纵箱控制,换向位置精度高。采用双进给珩磨头,一次完成孔的粗珩、精珩及光珩。配有气动自动测量仪,能自动控制粗珩、精珩、光珩之间的转换及珩到设定尺寸时自动停止。采用数控系统实现整机的自动化控制,能加工三、四、六缸等缸体,更换品种时,只需通过转换开关来选择不同的加工程序。

2 珩磨机液压系统的组成及工作原理

　　2.1 液压系统的组成

　　液压系统(见图1) 由液压油源、控制油路、及液压缸等组成,采用叠加阀型式。系统由两台叶片泵提供液压油源,一套油源供给左边珩磨头的往复缸及涨砂条缸用的压力油,另一套油源除了供给右边珩磨头的往复缸及涨砂条缸的用油外,还供给系统的上下料、夹紧、抬起、插销等辅助动作用油。左边珩磨头与右边珩磨头的动作完全相同(图中省略) 。根据不同的加工品种,两泵可单独工作,又可同时工作。珩磨头涨缩缸通过连杆与珩磨头连在一起,由往复缸的活塞杆带动,旋转着在孔中做上下往复运动,同时涨缩缸动作,把砂条涨出,以完成珩磨。

 
图1 　液压系统原理图

　　2.2 系统工作原理

　　液压系统工作循环及原理如下(其中电磁铁动作见表1 ,液压原理图见图1) :

　　(1) 液压泵起动　压力油经电磁卸荷溢流阀流回油箱,液压泵卸载。

　　(2) 托架抬起　此工步是让夹具上的托架抬起至一定高度后,随伺服移动工作台移动至接料位,为接料作好准备。电磁铁1DT、9DT 通电,托架抬起。抬起压力由减压阀J2调整。
 

　　(3) 送料及送料返回　工作台移至接料位后,6DT、7DT通电,压力油经换向阀1、电磁节流阀2 至液压缸,快速送料。送至一定距离后,7DT 断电,油液经节流阀进入液压缸,实现缓冲送料。当送料到位后,6DT断电,7DT通电,送料缸自动返回。

　　(4) 托架落下　送料到工作台上后,工作台移至加工位,9DT断电,托架落下。

　　(5) 插销　此工步是将定位销插入工件的定位销孔中,以实现工件的定位。当托架落下后,10DT 通电,压力油经换向阀10 至液压缸无杆腔,实现插销。

　　(6) 夹紧　插销后,压力继电器3SP 动作,使4DT通电,压力油经减压阀J1 、换向阀8 至无杆腔,夹紧工件。夹紧压力由减压阀J1 调整,一般为115～2 MPa 。

　　(7) 主轴慢下　夹紧工件后,压力继电器1SP 动作,2DT、14DT 断电,压力油经节流阀4、换向阀5 的右位、电动单向调速阀6、单向阀7 进入“行程控制”操纵箱。操纵箱由先导阀、换向阀、液动阀等组成。在图示情况下,压力油同时进入先导阀、换向阀和液动阀,通过控制油路使液动阀和换向阀处于各自的位置,主压力油经换向阀的右位、液动阀的左位进入液压缸的无杆腔和有杆腔,形成差动回路,活塞向下移动。有杆腔的回油需经单向顺序阀,其作用是为了防止活塞和运动部件在悬停期间因自重而自行下滑。调整时要使其开启压力稍微大于活塞和运动部件因自重而在液压缸下腔产生的压力。主轴慢下的速度由电动单向调速阀6调整。14DT 通电时,涨砂条缸活塞处于中间位置,砂条在缩回状态,其原理见回中位。单向阀7 的作用是防止停机时,因顺序阀的微小泄漏而引起活塞下降。

　　(8) 低压粗珩　主轴慢下至下端终点时,碰到挡铁,通过杠杆机构使先导阀换向,接通左位。主轴由变频电机带动开始旋转,3DT 通电,压力油经节流阀4、换向阀5 的右位,电动单向调速阀6、单向阀7 至操纵箱中。此时先导阀控制的换向阀也接通左位,压力油经换向阀的左位、液动阀的左位、单向顺序阀至液压缸的有杆腔,活塞快速上移。当上移碰到上端挡铁时,杠杆机构操纵先导阀换向,又开始快速差动向下运动。移动的速度可由节流阀4 调整,其调整范围为3～2514m/ min。主轴往复移动的同时,压力油经减压阀J 5 、换向阀11 、12 、13 的右位至涨砂条缸的无杆腔,有杆腔回油经阀14 、13 的右位、单向阀至油箱,活塞向下移动,由其控制的珩磨头粗砂条涨出,实现低压粗珩。因减压阀的最低稳定压力为015 MPa ,而低压珩磨时仅需要013 MPa 左右,所以在此回路中,采用开启压力约为0135 MPa 的单向阀作为背压阀。调整J5 约为0165～1115 MPa ,这样作用在活塞上的力相互抵消一部分,使最终作用在砂条上的力达到要求的数值。此回路中有一个固定节流孔,它能使珩磨头压力在小范围内波动时迅速稳定。

　　(9) 高压粗珩　低压粗珩到一定尺寸时,气测装置发信号,11DT 通电,压力油经减压阀J4 、换向阀11左位、12 的右位、13 右位至液压缸无杆腔,实现高压粗珩。J4 的调整压力约为0185～1135 MPa 。

　　(10) 低压精珩　高压粗珩到一定尺寸时,气测发信号,13DT 通电,压力油经减压阀J5 、换向阀11 、12 的右位、13 的左位、14 的右位至液压缸的有杆腔,无杆腔回油经换向阀13 的左位、单向阀至油箱。活塞向上移动,精砂条涨出,实现低压精珩。

　　(11) 回中位　低压精珩到一定尺寸时,气测发信号,14DT 通电,压力油经减压阀J5 、换向阀11 、12 、13 的右位至液压缸的无杆腔,此时液压缸最下端油口被阀14 封死,回油经液压缸中间的油口、换向阀14 的左位、阀13 的右位、单向阀至油箱,活塞向下移动。当活塞下移至液压缸体中间位置时,活塞的宽度将中间油口封死,活塞停止在中间位置,精砂条缩回。

　　(12) 光珩　低压精珩后,尺寸基本达到设定值,再经过光珩是为了修整孔的光洁度。回中位后经过一定时间,12DT、13DT 通电,压力油经减压阀J3 、换向阀12 、13 的左位、14 的右位至有杆腔,无杆腔回油经13的左位、单向阀至油箱。活塞向上移动,精砂条涨出,实现光珩。J 3 的调整压力约为0145～0165 MPa 。

　　(13) 主轴慢上　光珩至设定值,气测发信号,3DT断电,14DT、15DT 通电,再次回中位,主轴停转。压力油经节流阀4、换向阀5 的右位、电动单向调速阀6、单向阀7 至操纵箱,因15DT 通电,液动阀总是处于右位,此时不论珩磨头正向下或向上运动,即不管先导阀处于哪个位置,活塞立即向上慢速运动。

　　(14) 放松　磨头上移至水圈位时,如需在下一工位继续加工,则移动工作台至下个工位。如果已加工完毕,则5DT通电,压力油经减压阀J1 、换向阀8 至夹紧缸,完成工件的放松。

　　(15) 拔销　放松以后,10DT 断电,压力油经换向阀10 至插销缸,完成拔销动作。

　　(16) 托架抬起　工作原理同前,拔销后,移动工作台移至下料位,托架抬起。

　　(17) 下料　托架抬起后,8DT 通电,压力油经换向阀3 至下料缸,完成下料。接着进入下一个工作循环。

3 液压系统的主要特点

　　(1) 采用电磁溢流阀的卸载回路,使泵在卸载状态起动,降低了系统发热和功率消耗;

　　(2) 采用差动回路使珩磨头往复运动速度相同,为防止活塞和运动部件在悬停期间因自重而自行下滑,系统采用单向顺序阀的平衡回路;

　　(3) 采用“行程控制”操纵箱控制往复运动,结构紧凑,换向精度和换向平稳性都很高,往复频率达45次/ min。采用双进给珩磨头,一次完成孔的粗珩、精珩及光珩;

　　(4) 系统除气测控制部分外,基本上由电气行程开关作为各换向阀的信号源,所以基本上是一个行程控制多缸顺序动作系统,位置和行程调整方便,电气互锁,动作可靠;

　　(5) 通过减压阀与换向阀的组合,可分别实现珩磨所需的3 种压力。回油路中设置背压阀,扩大了减压阀的最低稳定工作压力范围;

　　(6) 系统采用叠加阀型式,外观整齐,安装方便。多处设置了压力检测点,便于调试以及日后发生故障时分段检测。设置了堵塞报警,当由于堵塞使回油压力升高时,压力继电器5SP 发出信号,开始报警,便于及时更换滤芯。

4 结束语

　　经过现场安装调试,珩磨机已经能加工出合格零件,珩磨出的缸体孔的直径在要求的公差范围内,圆柱度为0101 mm ,表面粗糙度达到Ra 012 ,完全满足加工工艺的要求。整机性能稳定,操作简便,自动化程度高,达到了设计的目的。