探究機(jī)床液壓系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計與現(xiàn)代化改裝解決方案

佟琨

摘 要：機(jī)床液壓系統(tǒng)種類多樣，而不同的種類所具有的功能也存在差異，但通常情況下，機(jī)床液壓系統(tǒng)都具有布置靈活、反應(yīng)速度快、操縱控制方便、自動過載保護(hù)、易于做直線運動和自動控制等優(yōu)點，和效率低、安全性不穩(wěn)定、對環(huán)境依賴性強(qiáng)、價格高、傳動比模糊、維修保護(hù)難度大等缺點，為充分發(fā)揮優(yōu)點而抑制消除缺點，人們嘗試對傳統(tǒng)機(jī)床液壓系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計和現(xiàn)代化改裝。在此背景下，本文針對機(jī)床液壓系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計和現(xiàn)代化改裝解決方案進(jìn)行研究，以期為提升機(jī)床液壓系統(tǒng)的整體性能提供參考。

關(guān)鍵詞：機(jī)床液壓系統(tǒng)；優(yōu)化設(shè)計；現(xiàn)代化改裝

中圖分類號：TH137 文獻(xiàn)識別碼：A

在市場需求的產(chǎn)品不斷更新、升級的過程中，機(jī)床性能也要得到不斷地優(yōu)化，機(jī)床液壓系統(tǒng)作為三大傳動系統(tǒng)的重要構(gòu)成，必然要通過優(yōu)化設(shè)計和現(xiàn)代化改裝，滿足時代發(fā)展的實際需要，而機(jī)床液壓系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計和現(xiàn)代化改裝是一項較系統(tǒng)的工程。

一、機(jī)床液壓系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計和現(xiàn)代化改裝的解決過程分析

進(jìn)行機(jī)床液壓系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計和現(xiàn)代化改裝，主要目的就是在其原有性能的基礎(chǔ)上，增添新的性能或?qū)ζ溥M(jìn)行性能優(yōu)化，使其更好地滿足現(xiàn)代加工生產(chǎn)的實際需要。這決定，在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計和現(xiàn)代化改裝的過程中，要先對技術(shù)的現(xiàn)狀進(jìn)行全面地分析，并結(jié)合分析結(jié)果，制定初步的設(shè)計和改裝方案；然后對設(shè)計方案進(jìn)行論證，并在認(rèn)證通過的基礎(chǔ)上，進(jìn)行具體圖樣的設(shè)計和工藝的編制，結(jié)合方案和設(shè)計中的材料、元件等進(jìn)行新系統(tǒng)的制造和施工；最后結(jié)合新系統(tǒng)施工的驗收和鑒定結(jié)果進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果評價，如果達(dá)到預(yù)期改裝效果則積極地進(jìn)行總結(jié)、推廣和資料歸檔，如果未達(dá)到預(yù)期效果則進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計。

二、機(jī)床液壓系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計和現(xiàn)代化改裝解決方案分析

精化改裝、原形與變形改裝是目前機(jī)床液壓系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計和現(xiàn)代化改裝的常見形式。

（一）精化改裝的解決方案

所謂精化改裝，就是用性能、設(shè)計升級的液壓元件、管路等結(jié)構(gòu)對系統(tǒng)中原有的發(fā)揮同樣功能的結(jié)構(gòu)元件進(jìn)行替換應(yīng)用，以此提升機(jī)床液壓系統(tǒng)整體性能。優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的過程。例如傳統(tǒng)轉(zhuǎn)塔車床回轉(zhuǎn)刀架縱向進(jìn)給液壓缸液壓系統(tǒng)，速度調(diào)節(jié)功能的實現(xiàn)，要依靠3個調(diào)速閥以及1個三位電磁閥的組合結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)應(yīng)用下，液壓元件和管路的設(shè)置較為混亂，不僅增加系統(tǒng)故障監(jiān)測和維護(hù)的難度，而且使生產(chǎn)成本增加。而在精化改裝的過程中，將以上組合結(jié)構(gòu)用單個比例調(diào)速閥替換，通過對其輸入電流進(jìn)行適當(dāng)?shù)卣{(diào)控，就可以達(dá)到原本組合結(jié)構(gòu)所要發(fā)揮的功能。

（二）原形與變形改裝的解決方案

原形改裝即利用現(xiàn)代化設(shè)計生產(chǎn)的性能更理想的液壓元件，對系統(tǒng)中原有的功能相同的液壓系統(tǒng)元件進(jìn)行逐個替換，以此使液壓系統(tǒng)性能表現(xiàn)得到優(yōu)化的改造方案。例如某板式連接的機(jī)床液壓系統(tǒng)，在進(jìn)行原形改造的過程中，可以將原本采用的XY-25B卸荷閥、Y-10B背壓閥、Y-10B溢流閥、XY-25B液控順序閥、I-10B單向閥分別用DZC-1-30/210XYM卸荷閥、DB10A-230/100背壓閥、DB10A-230/10011溢流閥、DZC-1-30/210XYM液控順序閥和AF3-Ea10B單向閥替換。

變形改裝，即在不對液壓系統(tǒng)的元件進(jìn)行改裝的基礎(chǔ)上，對管路結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而達(dá)到優(yōu)化液壓系統(tǒng)性能和結(jié)構(gòu)效果的改裝。現(xiàn)階段用集成塊式管路結(jié)構(gòu)替代傳統(tǒng)的管道式結(jié)構(gòu)是較常見的變形改造方式之一，圖1中（a）為系統(tǒng)變形改造前的結(jié)構(gòu)原理簡圖，而（b）為系統(tǒng)變形改造后的結(jié)構(gòu)原理簡圖，對比分析可以發(fā)現(xiàn)，原型改造后，機(jī)床液壓系統(tǒng)中管道的長度會大幅縮減，這直接促使系統(tǒng)中元件的集合程度提升，運行中的能耗縮減。

通過現(xiàn)代化改裝解決方案的合理應(yīng)用，可以使原有的機(jī)床液壓系統(tǒng)的性能得到大幅度優(yōu)化，滿足現(xiàn)代加工生產(chǎn)的需要，避免廠家因更換機(jī)床液壓系統(tǒng)所帶來的損失，所以現(xiàn)實意義較為突出。

三、機(jī)床液壓系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計和現(xiàn)代化改造解決方案的實際運用分析

（一）案例介紹

某CE7112房型車床為125mm三次半行程自動款式，主要功能是對型面較復(fù)雜的軸類零件進(jìn)行仿形車削，在實際運行的過程中，仿形觸頭和刀具之間保持剛性聯(lián)系的同時，彈簧力觸頭會對仿形觸頭產(chǎn)生一定的作用力，使其與樣板一直保持接觸的狀態(tài)，在機(jī)床的工作臺整體進(jìn)行縱向位移的過程中，樣板曲面會向仿形觸頭產(chǎn)生一定的作用力，推動刀具實現(xiàn)預(yù)期的仿形運動，最終完成獨立的機(jī)床作業(yè)。此機(jī)床在設(shè)計優(yōu)化和現(xiàn)代化改裝解決的過程中，面臨著原型號零件已退出市場的局面。

（二）案例機(jī)床液壓系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計和現(xiàn)代化改裝解決方案

結(jié)合案例機(jī)床液壓系統(tǒng)的工作原理可以發(fā)現(xiàn)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，在發(fā)生故障的情況下，檢修的難度較大；另外，機(jī)床液壓系統(tǒng)切削過程主要通過作用力的產(chǎn)生和傳遞實現(xiàn)，精準(zhǔn)性和連貫性受影響的可能性較大。結(jié)合以上分析，筆者對此機(jī)床液壓系統(tǒng)進(jìn)行如下優(yōu)化設(shè)計和現(xiàn)代化改造。首先，將機(jī)床液壓系統(tǒng)原有的縱向進(jìn)給油路設(shè)計成兩位四通和五通、三位四通的電動換向閥和單個的多次進(jìn)給節(jié)流閥共同構(gòu)成的綜合電液比例控制系統(tǒng)；其次，將機(jī)床液壓系統(tǒng)原有的橫切刀架油路設(shè)計成二位三通、三位四通電動滑閥和單個減壓閥、節(jié)流閥構(gòu)成的綜合電液比例控制系統(tǒng)；再次，將機(jī)床液壓系統(tǒng)原有的尾架控制油路設(shè)計成單個二位四通滑閥、減壓閥和單向閥構(gòu)成的綜合比例控制系統(tǒng)。在以上設(shè)計應(yīng)用的過程中，為進(jìn)一步降低后期檢修的難度，可以將部分液壓系統(tǒng)從機(jī)床內(nèi)部向外部轉(zhuǎn)移，但這在一定程度上會提升機(jī)床液壓系統(tǒng)的體積，在實際設(shè)計優(yōu)化的過程中，可結(jié)合實際需要進(jìn)行選擇。

在進(jìn)行機(jī)床液壓系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計和現(xiàn)代化改裝的過程中，要對相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，例如，案例機(jī)床液壓系統(tǒng)的車刀材料選擇的是硬質(zhì)合金鋼，而其加工產(chǎn)品選擇的材料是45號鋼，改造后系統(tǒng)的液壓缸活塞的行程是80mm，而生產(chǎn)工藝設(shè)計中明確指出，切削用量三要素ap為4mm、f為0.4mm/轉(zhuǎn)、vc為104m/min，單位切削力是1962N/mm2，在已知上述設(shè)定的參數(shù)的基礎(chǔ)上，可以利用切削功率公式、主切削力公式等，對相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行確定，主切削力=FAD，按照以上設(shè)計參數(shù)計算，在設(shè)計中主切削力為3139.2牛頓，而切削功率為5.44kW。在以上相關(guān)工藝參數(shù)設(shè)計優(yōu)化的基礎(chǔ)上，需要結(jié)合優(yōu)化設(shè)計方案，對具體結(jié)構(gòu)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計。

結(jié)論

通過上述分析可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段人們已經(jīng)認(rèn)識到對機(jī)床液壓系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計和現(xiàn)代化改裝，是滿足現(xiàn)代加工生產(chǎn)需要的必然選擇，并在實踐中，有意識地結(jié)合機(jī)床液壓系統(tǒng)的原有性能和工作原理以及現(xiàn)代市場的實際需要，對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計和現(xiàn)代化改裝探索，這是機(jī)床液壓系統(tǒng)適應(yīng)時代發(fā)展的具體體現(xiàn)，由于機(jī)床液壓系統(tǒng)種類較多，相關(guān)研究任務(wù)仍任重道遠(yuǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]陳奎生.液壓與氣壓傳動[M].武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2011.

[2]付永領(lǐng). AMESIM系統(tǒng)建模和仿真[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2013.

[3]余佑官，龔國芳，胡國良. AMESim仿真技術(shù)及其在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].液壓氣動與密封，2015（3）：28-30.