CN114346700B - 一种智能化数控机床滑枕液压平衡系统及数控机床 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种智能化数控机床滑枕液压平衡系统及数控机床，其中，系统包括：将龙门加工中心所携带的各类附件铣头按质量大小区分为：轻型、中等和重型三类，当机床的滑枕按不同需求抓取不同类别的附件铣头时，通过滑枕的智能识别，进而控制该液压平衡系统输出相应的低压、中等和高压的输出，最终使平衡液压缸产生与滑枕所抓取的附件铣头相匹配的支撑力。这样，无论滑枕抓取哪种附件铣头切削加工，对于所驱动的伺服电机而言，始终保持恒定的负载，加工过程中的动态快速响应精度也将保持相应的稳定性，同时延长和稳定丝杠及伺服电机的使用精度和寿命，进一步优化了机床的整体加工精度。

Description

一种智能化数控机床滑枕液压平衡系统及数控机床

技术领域

本发明属于数控机床领域，尤其涉及一种智能化数控机床滑枕液压平衡系统及数控机床。

背景技术

大型龙门加工中心被广泛用于航空航天、国防尖端设备制造、大型模具加工、海洋船舶动力制造以及大型五面体加工等领域。龙门加工中心的滑枕和所带各种附件铣头的自重过大，严重影响着产品的加工精度。为了消除滑枕和附件铣头的自重对机床控制的影响，为了提高机床的整体加工精度、增强加工过程中的动态快速响应精度、延长和稳定丝杠及伺服电机的使用精度和寿命，需要给机床的滑枕提供一种平衡系统。

目前市场上对大型龙门加工中心滑枕的平衡方案，主流设计为液压平衡系统，即利用左右对称分布的液压缸，在滑枕作上升、下降或停止状态下，始终输出等值的液压支撑力来支撑滑枕，以此平衡滑枕和附件铣头的自重。

上述的液压平衡系统虽然很大程度上消除了滑枕和附件铣头的自重对机床控制的影响，也极大地提高了机床的整体加工精度；但是，平衡液压缸内的油压不随外负载的变化而变化，为一定值，即平衡液压缸的理论支撑力是固定不变的。为了扩大机床的使用功能和加工范围，往往设计出各种形状和重量的附件铣头，而这些附件铣头的重量彼此相差较大。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种智能化数控机床滑枕液压平衡系统及数控机床的技术方案，以解决上述技术问题。

本发明第一方面公开了一种智能化数控机床滑枕液压平衡系统，所述系统包括：

液压动力源模块、控制模块和执行模块；

所述液压动力源模块提供一定压力的液压油；

所述控制模块根据不同重量的附件铣头设定高压、中压和低压三个档位，控制所述执行模块的远程控制口压力。

根据本发明第一方面的系统，所述液压动力源模块包括柱塞式变量泵；所述控制模块包括三位四通电磁换向阀和远程控制溢流阀组；所述执行模块包括先导式减压阀和先导式溢流阀；

所述柱塞式变量泵泵出一定压力的液压油；

根据不同重量的附件铣头设定高压、中压和低压三个档位，所述三位四通电磁换向阀控制所述远程控制溢流阀组的工作情况，进而控制所述先导式减压阀和所述先导式溢流阀的远程控制口压力。

根据本发明第一方面的系统，所述远程控制溢流阀组中有并联的三个型号相同的低压溢流阀、中压溢流阀和高压溢流阀；所述三位四通电磁换向阀包括第一线圈和第二线圈；

所述三位四通电磁换向阀通过所述第一线圈和第二线圈的得电情况切换左中右三个位置的液压回路，控制所述远程控制溢流阀组的并联的三个型号相同的溢流阀的工作情况，进而控制所述先导式减压阀和所述先导式溢流阀的远程控制口压力。

根据本发明第一方面的系统，所述三位四通电磁换向阀通过所述第一线圈和第二线圈的得电情况切换左中右三个位置的液压回路，控制所述远程控制溢流阀组的并联的三个型号相同的溢流阀的工作情况，进而控制所述先导式减压阀和所述先导式溢流阀的远程控制口压力的具体方法包括：

当所述三位四通电磁换向阀的所述第一线圈和第二线圈都不得电时，设定为中压档的中压溢流阀流通控制回路，低压档的低压溢流阀和高压档的高压溢流阀不起作用，从而所述中压档的中压溢流阀控制着先导式减压阀和先导式溢流阀的设定压力；当三位四通电磁换向阀的第一线圈得电，第二线圈不得电时，设定为所述低压的低压溢流阀流通控制回路，所述中压档的中压溢流阀和高压档的高压溢流阀不起作用，从而所述低压档的低压溢流阀控制着先导式减压阀和先导式溢流阀的设定压力；当三位四通电磁换向阀的第一线圈不得电，第二线圈得电时，设定为所述高压档的高压溢流阀流通控制回路，所述中压档的中压溢流阀和低压档的低压溢流阀不起作用，从而高压档的高压溢流阀控制着先导式减压阀和先导式溢流阀的设定压力。

根据本发明第一方面的系统，所述滑枕做上升运动时，所述系统的油路控制包括：

所述柱塞式变量泵从油箱吸入液压油，并泵出，通过单向阀和所述油过滤器后进入所述先导式减压阀；同时，机床的NC系统识别了滑枕上所携带的附件铣头的类别后，将控制三位四通电磁换向阀的线圈得电情况，进而控制远程控制溢流阀组的所述低压溢流阀、中压溢流阀和高压溢流阀的动作，从而控制了所述先导式减压阀的输出压力，然后进入所述液控单向阀，最终进入蓄能器和双平衡液压缸内。

根据本发明第一方面的系统，所述滑枕做下降运动时，所述系统的油路控制包括：

所述双平衡液压缸内的压力油被挤压出，并通过所述液控单向阀并进入所述先导式溢流阀；同时，机床的NC系统识别了滑枕上所携带的附件铣头的类别后，将控制所述三位四通电磁换向阀的线圈得电情况，进而控制所述远程控制溢流阀组的所述低压溢流阀、中压溢流阀和高压溢流阀动作，从而控制了所述先导式溢流阀的卸荷压力，最后流入油箱。

根据本发明第一方面的系统，在所述液压动力源模块和控制模块之间所述系统还包括：出油过滤器和压力继电器；所述柱塞式变量泵出口端安装有所述出油滤器，在所述出油过滤器堵塞的情况下，出油过滤器两端会形成压力差，从而会触发压力继电器动作。

根据本发明第一方面的系统，所述控制模块还包括：两位四通电磁换向阀和液控单向阀；所述液控单向阀在泵出油路的主路上，并与所述先导式减压阀连接，所述两位四通电磁换向阀控制所述液控单向阀的液控回路打开或关闭，当系统处于通电状态下，所述两位四通电磁换向阀始终是得电状态，即所述液控单向阀的液控回路始终是有效状态。

本发明第二方面提供了一种数控机床，包括如第一方面任意一项所述的一种智能化数控机床滑枕液压平衡系统。

本发明提出的方案能够，

1、将龙门加工中心所携带的各类附件铣头按质量大小区分为：轻型、中等和重型三类，当机床的滑枕按不同需求抓取不同类别的附件铣头时，通过滑枕的智能识别，进而控制该液压平衡系统输出相应的低压、中等和高压的输出，最终使平衡液压缸产生与滑枕所抓取的附件铣头相匹配的支撑力。这样，无论滑枕抓取哪种附件铣头切削加工，对于所驱动的伺服电机而言，始终保持恒定的负载，加工过程中的动态快速响应精度也将保持相应的稳定性，同时延长和稳定丝杠及伺服电机的使用精度和寿命，进一步优化了机床的整体加工精度。

2、该系统通过电磁换向阀直接控制液控单向阀，当机床在精加工切削时如果突然发生断电，电磁阀立刻反应并控制液控单向阀，确保平衡缸内压力长时间稳定不变，避免因断电致使滑枕发生瞬时微降现象，进而保护了机床、工件以及刀具。

3、该系统采用节能型柱塞式变量泵提供压力源，避免了传统液压平衡系统中因氮气罐内的氮气泄露而使平衡力降低的风险，同时也起到绿色节能的作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本发明实施例的一种智能化数控机床滑枕液压平衡系统的结构图；

图2为根据本发明实施例的滑枕上升时系统油路走向和控制图；

图3为根据本发明实施例的滑枕下降时系统油路走向和控制图。

图中，1-柱塞式变量泵、2-入油过滤器、3-油温冷却装置、4-第一单向阀、5-放气阀、6-油压表、7-第二单向阀、8-出油过滤器、9-压力继电器、10-先导式减压阀、11-液控单向阀、12-先导式溢流阀、13-调速阀、14-远程控制溢流阀组、15-三位四通电磁换向阀、16-压力继电器、17-两位四通电磁换向阀、18-压力继电器、19-截止阀、20-液压缸、21-液压表、22-蓄能器、23-截止阀组。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明第一方面公开了一种智能化数控机床滑枕液压平衡系统，图1为根据本发明实施例的一种智能化数控机床滑枕液压平衡系统的结构图，具体如图1所示，所述系统包括：

液压动力源模块、控制模块和执行模块；

所述液压动力源模块提供一定压力的液压油；

所述控制模块根据不同重量的附件铣头设定高压、中压和低压三个档位，控制所述执行模块的远程控制口压力。

在一些实施例中，所述液压动力源模块包括柱塞式变量泵1；所述控制模块包括三位四通电磁换向阀15和远程控制溢流阀组14；所述执行模块包括先导式减压阀10和先导式溢流阀12；

所述柱塞式变量泵1泵出一定压力的液压油；

根据不同重量的附件铣头设定高压、中压和低压三个档位，所述三位四通电磁换向阀15控制所述远程控制溢流阀组14的工作情况，进而控制所述先导式减压阀10和所述先导式溢流阀12的远程控制口压力；

先导式减压阀10的作用是将从液压站输出的原压降低到执行元件平衡液压缸所需的压力(非定值)，当滑枕(Z轴)作上升运动时提供给液压缸；先导式溢流阀12的作用是当滑枕(Z轴)作下降运动时在保证平衡液压缸内所需压力的同时及时溢流卸荷一部分油压；调速阀13稳定控制回路压力，使控制回路里的油压没有波动，使得14溢流阀动作稳定。

在一些实施例中，所述远程控制溢流阀组14中有并联的三个型号相同的低压溢流阀L、中压溢流阀C和高压溢流阀R；所述三位四通电磁换向阀15包括第一线圈a和第二线圈b；

所述三位四通电磁换向阀15通过所述第一线圈a和第二线圈b的得电情况切换左中右三个位置的液压回路，控制所述远程控制溢流阀组14的并联的三个型号相同的溢流阀的工作情况，进而控制所述先导式减压阀10和所述先导式溢流阀12的远程控制口压力。

在一些实施例中，所述三位四通电磁换向阀15通过所述第一线圈a和第二线圈b的得电情况切换左中右三个位置的液压回路，控制所述远程控制溢流阀组14的并联的三个型号相同的溢流阀的工作情况，进而控制所述先导式减压阀10和所述先导式溢流阀12的远程控制口压力的具体方法包括：

当所述三位四通电磁换向阀15的所述第一线圈a和第二线圈b都不得电时，设定为中压档的中压溢流阀C流通控制回路，低压档的低压溢流阀L和高压档的高压溢流阀R不起作用，从而所述中压档的中压溢流阀控制着先导式减压阀10和先导式溢流阀12的设定压力；当三位四通电磁换向阀15的第一线圈a得电，第二线圈b不得电时，设定为所述低压的低压溢流阀L流通控制回路，所述中压档的中压溢流阀C和高压档的高压溢流阀R不起作用，从而所述低压档的低压溢流阀L控制着先导式减压阀10和先导式溢流阀12的设定压力；当三位四通电磁换向阀15的第一线圈a不得电，第二线圈b得电时，设定为所述高压档的高压溢流阀R流通控制回路，所述中压档的中压溢流阀C和低压档的低压溢流阀L不起作用，从而高压档的高压溢流阀R控制着先导式减压阀10和先导式溢流阀12的设定压力；这样，通过三位四通电磁换向阀15和远程控制溢流阀组14的组合控制，实现重量较轻的附件铣头用低压档低压溢流阀L、重量较重的附件铣头用高压档高压溢流阀R、而重量介于之间的则用中压档中压溢流阀C来控制先导式减压阀10和先导式溢流阀12的设定压力，进而根据不同重量类别的附件铣头输出相应的油压值，最终实现匹配性的平衡支撑力。

在一些实施例中，蓄能器22在系统回路中主要起到蓄能保压、补充能量、吸震缓冲和稳定回路压力的作用；并在回路上连接了两个截止阀23，接在高压回路上的是常开型截止阀，用来维护和维修液压系统时使用；接在回油路上的是常闭型截止阀，用来维修蓄能器时卸荷时使用；双平衡液压缸20的活塞杆连接在机床滑枕上，液压缸缸体固定在滑鞍座上，始终输出相应的支撑力用以平衡机床的滑枕和附件铣头的自重；液压表21的作用是检测双平衡液压缸内的油压；截止阀19为常闭状态，作用是当液压系统维修时，为了确保安全，应先打开此截止阀，时液压缸内的油压卸荷，回路内部无压力。

在一些实施例中，如图2所示，所述滑枕做上升运动时，所述系统的油路控制包括：

所述柱塞式变量泵1从油箱吸入液压油，并泵出，通过单向阀7和所述油过滤器8后进入所述先导式减压阀10；同时，机床的NC系统识别了滑枕上所携带的附件铣头的类别后，将控制三位四通电磁换向阀15的线圈得电情况，进而控制远程控制溢流阀组14的所述低压溢流阀L、中压溢流阀C和高压溢流阀R的动作，从而控制了所述先导式减压阀10的输出压力，然后进入所述液控单向阀11，最终进入蓄能器22和双平衡液压缸20内。

在一些实施例中，如图3所示，所述滑枕做下降运动时，所述系统的油路控制包括：

所述双平衡液压缸20内的压力油被挤压出，并通过所述液控单向阀11并进入所述先导式溢流阀12；同时，机床的NC系统识别了滑枕上所携带的附件铣头的类别后，将控制所述三位四通电磁换向阀15的线圈得电情况，进而控制所述远程控制溢流阀组14的所述低压溢流阀L、中压溢流阀C和高压溢流阀R动作，从而控制了所述先导式溢流阀12的卸荷压力，最后流入油箱。

在一些实施例中，柱塞式变量泵1、入油过滤器2、油温冷却装置3、第一单向阀4、放气阀5、油压表6、第二单向阀7和油箱构成了液压站，即液压动力源，在整个系统中的作用为：提供一定压力的液压油、冷却油箱内的油液温度、回收来自系统返回的液压油等。

当龙门加工中心机床的滑枕(Z轴)作上升运动时，平衡油缸的作用油腔不断扩大，此时柱塞式变量泵1内部斜盘角度也随之增大，直至最大角度，同时不断提供大量具有一定压力的液压油进入平衡油缸的作用腔内，及时补充腔内的油液和保证压力的维持；当机床的滑枕(Z轴)作下降运动时，平衡油缸的作用油腔不断缩小，液压缸作用腔内的压力油要发生卸荷运动，此时柱塞式变量泵内部斜盘角度也随之减小，直至最小角度，此时提供少量液压油供泄露补偿用。柱塞式变量泵1的这种工作方式，有效降低了系统能量的耗散，避免了油箱温度的快速升高，也降低了定量泵所带来的更多无用功，起到节能环保的作用。

柱塞式变量泵1两端安装有进油滤器2和出油滤器8，进油过滤器2和出油过滤器8均装有油污指示器和单向阀，油污指示器方便维护保养者观察滤器是否堵塞，而单向阀保证在滤器堵塞的情况下液压油仍能够克服其弹簧力作用而被柱塞泵泵出，避免因滤器堵塞而没有及时更换滤芯时柱塞泵无油空转而造成损害。

油温冷却装置3的作用是将柱塞式变量泵1自身内泄的液压油迅速降温后，再回流到油箱，从而避免影响整个油箱的温度过高；放气阀5是一个两位两通先导式换向阀，其作用是当柱塞泵内含有残余的空气时，空气会通过节流阀位被排出，排出后由于主油路压力迅速增高，油压克服了放气阀的弹簧力，阀芯移动，使油路断开；第二单向阀7是当柱塞泵停止时，保护前端回路压力稳定，不至于掉压，起到稳定回路压力的作用。

在一些实施例中，在所述液压动力源模块和控制模块之间所述系统还包括：出油过滤器8和压力继电器9；所述柱塞式变量泵1出口端安装有所述出油滤器8，在所述出油过滤器8堵塞的情况下，出油过滤器8两端会形成压力差，从而会触发压力继电器9动作，进而形成一个报警点提醒维护保养人员应及时进行出油过滤器的滤芯更换。

在一些实施例中，所述控制模块还包括：两位四通电磁换向阀17和液控单向阀11；所述液控单向阀11在泵出油路的主路上，并与所述先导式减压阀10连接，所述两位四通电磁换向阀17控制所述液控单向阀11的液控回路打开或关闭，当系统处于通电状态下，所述两位四通电磁换向阀17始终是得电状态，即所述液控单向阀11的液控回路始终是有效状态；液控单向阀11的作用是当机床断电停机时，保证液压缸内的压力不变，即保压。

在一些实施例中，压力继电器16的作用则是判断液控单向阀11的液控回路是否真的处于有效状态，若检测到无效状态时，NC立刻发生报警，禁止机床动作；压力继电器18的作用则是检测平衡液压缸内是否处于异常高压现象，起到系统的监测和保护的目的。

综上，本发明各个方面的技术方案与现有技术相比具有如下优点：

1、将龙门加工中心所携带的各类附件铣头按质量大小区分为：轻型、中等和重型三类，当机床的滑枕按不同需求抓取不同类别的附件铣头时，通过滑枕的智能识别，进而控制该液压平衡系统输出相应的低压、中等和高压的输出，最终使平衡液压缸产生与滑枕所抓取的附件铣头相匹配的支撑力。这样，无论滑枕抓取哪种附件铣头切削加工，对于所驱动的伺服电机而言，始终保持恒定的负载，加工过程中的动态快速响应精度也将保持相应的稳定性，同时延长和稳定丝杠及伺服电机的使用精度和寿命，进一步优化了机床的整体加工精度。

2、该系统通过电磁换向阀直接控制液控单向阀，当机床在精加工切削时如果突然发生断电，电磁阀立刻反应并控制液控单向阀，确保平衡缸内压力长时间稳定不变，避免因断电致使滑枕发生瞬时微降现象，进而保护了机床、工件以及刀具。

3、该系统采用节能型柱塞式变量泵提供压力源，避免了传统液压平衡系统中因氮气罐内的氮气泄露而使平衡力降低的风险，同时也起到绿色节能的作用。

本发明第二方面提供了一种数控机床，包括如第一方面任意一项所述的一种智能化数控机床滑枕液压平衡系统。

请注意，以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种智能化数控机床滑枕液压平衡系统，其特征在于，所述系统包括：

液压动力源模块、控制模块和执行模块；

所述液压动力源模块提供一定压力的液压油；

所述控制模块根据不同重量的附件铣头设定高压、中压和低压三个档位，控制所述执行模块的远程控制口压力；

其中，所述液压动力源模块包括柱塞式变量泵；所述控制模块包括三位四通电磁换向阀和远程控制溢流阀组；所述执行模块包括先导式减压阀和先导式溢流阀；

所述柱塞式变量泵泵出一定压力的液压油；

根据不同重量的附件铣头设定高压、中压和低压三个档位，所述三位四通电磁换向阀控制所述远程控制溢流阀组的工作情况，进而控制所述先导式减压阀和所述先导式溢流阀的远程控制口压力；

其中，所述远程控制溢流阀组中有并联的三个型号相同的低压溢流阀、中压溢流阀和高压溢流阀；所述三位四通电磁换向阀包括第一线圈和第二线圈；

所述三位四通电磁换向阀通过所述第一线圈和第二线圈的得电情况切换左中右三个位置的液压回路，控制所述远程控制溢流阀组的并联的三个型号相同的溢流阀的工作情况，进而控制所述先导式减压阀和所述先导式溢流阀的远程控制口压力，具体方法包括：

当所述三位四通电磁换向阀的所述第一线圈和第二线圈都不得电时，设定为中压档的中压溢流阀流通控制回路，低压档的低压溢流阀和高压档的高压溢流阀不起作用，从而所述中压档的中压溢流阀控制着先导式减压阀和先导式溢流阀的设定压力；当三位四通电磁换向阀的第一线圈得电，第二线圈不得电时，设定为所述低压的低压溢流阀流通控制回路，所述中压档的中压溢流阀和高压档的高压溢流阀不起作用，从而所述低压档的低压溢流阀控制着先导式减压阀和先导式溢流阀的设定压力；当三位四通电磁换向阀的第一线圈不得电，第二线圈得电时，设定为所述高压档的高压溢流阀流通控制回路，所述中压档的中压溢流阀和低压档的低压溢流阀不起作用，从而高压档的高压溢流阀控制着先导式减压阀和先导式溢流阀的设定压力。

2.根据权利要求1所述的一种智能化数控机床滑枕液压平衡系统，其特征在于，在所述液压动力源模块和控制模块之间所述系统还包括：出油过滤器和压力继电器；所述柱塞式变量泵出口端安装有所述出油过滤器，在所述出油过滤器堵塞的情况下，出油过滤器两端会形成压力差，从而会触发压力继电器动作。

3.根据权利要求2所述的一种智能化数控机床滑枕液压平衡系统，其特征在于，所述控制模块还包括：两位四通电磁换向阀和液控单向阀；所述液控单向阀在泵出油路的主路上，并与所述先导式减压阀连接，所述两位四通电磁换向阀控制所述液控单向阀的液控回路打开或关闭，当系统处于通电状态下，所述两位四通电磁换向阀始终是得电状态，即所述液控单向阀的液控回路始终是有效状态。

4.根据权利要求3所述的一种智能化数控机床滑枕液压平衡系统，其特征在于，所述滑枕做上升运动时，所述系统的油路控制包括：

所述柱塞式变量泵从油箱吸入液压油，并泵出，通过单向阀和所述出油过滤器后进入所述先导式减压阀；同时，机床的NC系统识别了滑枕上所携带的附件铣头的类别后，将控制三位四通电磁换向阀的线圈得电情况，进而控制远程控制溢流阀组的所述低压溢流阀、中压溢流阀和高压溢流阀的动作，从而控制了所述先导式减压阀的输出压力，然后进入所述液控单向阀，最终进入蓄能器和双平衡液压缸内。

5.根据权利要求4所述的一种智能化数控机床滑枕液压平衡系统，其特征在于，所述滑枕做下降运动时，所述系统的油路控制包括：

所述双平衡液压缸内的压力油被挤压出，并通过所述液控单向阀并进入所述先导式溢流阀；同时，机床的NC系统识别了滑枕上所携带的附件铣头的类别后，将控制所述三位四通电磁换向阀的线圈得电情况，进而控制所述远程控制溢流阀组的所述低压溢流阀、中压溢流阀和高压溢流阀动作，从而控制了所述先导式溢流阀的卸荷压力，最后流入油箱。

6.一种数控机床，其特征在于，包括如权利要求1至5任意一项所述的一种智能化数控机床滑枕液压平衡系统。