浅谈PLC在数控机床中的应用 浅谈蓄能器在数控机床上的设计应用
时间：2020-03-07 08:46:45 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：AutoCAD目前最常用的CAD软件之一，它有强大的二维图形设计绘图功能，应用广泛。蓄能器是液压系统中一种常用的液压元件。通过AutoCAD设计数控机床上的带有蓄能器的液压系统。该系统可以选用较小的泵和电机，满足正常工作。最终降低了整机设计制造费用，提高产品的竞争力。
关键词：AutoCAD 蓄能器 计算
中图分类号: TH86 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2011)12-0019-02
1、引言
装备制造业是国家综合国力水平的重要基础性产业，其中数控技术及数控机床发展的高低是衡量一个国家制造业现代化程度的核心标志之一。它的大力发展，对于国家经济安全、产业安全和国家综合实力是有效的提高。数控加工中心是其中一种典型的数控装备，是数控加工的执行单元，其机床刚性好，加工精度高。在加工中心上，能够一次装夹后，自动连续地完成铣、钻、镗、扩、铰、锪、攻丝等多种工序的加工。机床加工范围广泛，可以适用于箱体类、板类、盘类等复杂零件的多品种加工，被广泛用于汽车零部件行业、模具行业等行业。数控加工中心主要有机械部分、电气部分和液压部分等组成。我们采用AutoCAd 2010软件来设计液压系统，并且选择合适的蓄能器部件。可以减轻设计工作量，缩短设计周期，可以提高整个数控加工中心的经济性，能够较好的降低机床的设计制造成本。
2、液压系统设计
2.1 AutoCAD软件简介
AutoCAD是美国Autodesk公司在1982年推出的计算机辅助设计软件，用于二维绘图、设计和基本三维设计。2007年初，AutoCAD 2008推出，它功能更加强大，继承了2007版本的所有特性。同时又增加了调整批注比例、标注与引线等功能。
2.2 系统原理图设计
我们进行液压系统原理图的设计时，要根据数控机床对液压系统的工作要求来设计。它需要在不改变数控机床电机和丝杠的前提下，要降低机床电机的瞬间负载，保证加工时切削平稳。进入AutoCAD软件，设计带有蓄能器的液压系统来。液压原理图，它是由液压元件符号组成，反映了系统的工作原理，元件的只能，连接系统的通路。液压元件的种类繁多，有将近200多种。如果用AutoCAD软件一笔笔的画出每个图形符号，画图效率非常的低。考虑到将来工作的需要，这里采用块调入，可以做到设计的高效、统一、规范。
2.2.1 创建液压气动元件图形符号库
我们根据液压气动元件图形符号(GB/T786.1―93)，绘制液压缸泵图形符号图。绘制好液压缸，然后创建名称为“YeYG”的块。选择下拉菜单中“绘图”/“块”/“定义属性”，创建序号为“YeYa”属性。输入输入“Wblock”命令来创建外部块，并用中文名“液压缸”来保存到指定的位置，如图一。同样方法创建“单向阀”、“变量泵”、“回油过滤器”等图形符号文件夹。
2.2.2 液压系统原理图的绘制
根据我们已经创建好的液压气动元件图文件夹，来绘制液压系统原理图。我们可以通过调用块的方式来输入所需要的液压元件，把这些个液压元件连接起来，这里就不叙述了，最终原理图见图1图2。
3、蓄能器介绍
3.1 蓄能器的功用
蓄能器是液压系统中一种储存油液压力能的常用装置，主要功用如下：
(1)作为辅助动力源。系统需要很小流量时，蓄能器将液压泵多余的流量储存起来；当系统短时期需要较大流量时，蓄能器将储存的压力油释放出来与泵一起向系统供油。
(2)保压和补充泄露。有的液压系统需要较长时间保压而液压泵卸载，此时可利用蓄能器释放所储存的压力油，补偿系统的泄露，保持系统的压力。
(3)吸收压力冲击和消除压力脉动。由于液压阀的突然关闭或换向，系统可能产生压力冲击，此时可在压力冲击处安装蓄能器吸收作用，使压力冲击峰值降低。
3.2 气囊式蓄能器工作原理
蓄能器常见的有弹簧式、重力式和气囊式三类，最常用的是充气式。气囊式蓄能器是利用气体的压缩和膨胀存储、释放压力能，在蓄能器中气体和油液被隔离开。气囊式蓄能器的气液完全隔开，其惯性小、动作灵敏，适用于储能和吸收压力冲击，工作压力可以达到32Mpa。气囊式蓄能器是利用氮气的可压缩性来蓄积油液的原理，即采用氮气作为压缩介质而工作。囊式蓄能器的毂体由油液部分和带有气密隔离件的气囊构成。气囊里面的氮气通过充气阀充入，气囊周围的油液与油路回路相通。当压力升高时，油液通过进入囊式蓄能器，气体被压缩；反之，当压力下降时压缩气体膨胀，进而将油液压入回路。
4、蓄能器的选用
4.1 参数的设定
某加工中心的主轴箱部件（Z轴）总重量为1.8吨，Z轴快速升降速度为10m/min，主轴箱最大行程（Z轴）为1m，选用两个大小相同的单作用活塞液压缸用作平衡缸，并联连接，缸筒内径50mm，数量为2个。考虑泄漏和压力损失等因素，压力损失系数=1.05～1.15，设泄漏系数=1.2～1.4。其带有蓄能器的液压系统如图二。可以计算得到液压缸工作压力为4.49MPa，液压缸工作流量为。
4.2 蓄能器的预充压力
根据KOMPASS产品建议，在保压情况下：
且 （3-1）
=0.67 （3-2）
－预充压力；
－最低工作压力；
－最高工作压力；
－在自由流通时的平均工作压力
所以，本系统蓄能器视作用于保压，采用公式(3-1)、（3-2）其工作压力=4.49MPa，则其预充压力=0.67=3.01MPa。
4.3 蓄能器的容量选择
其计算公式如下：
(3-3)
－有效气体容积；
－压力为时气体容积；
－压力为时气体容积。
根据KOMPASS产品建议，加工中心的主轴快速升降过程可视作绝热过程，取n为1.4。工作压力变动范围为=3MPa，=7MPa。则运用公式（3-3）可得如下：
(L)
5、结语
综合考虑到液压系统的容量、压力等实际需要情况，选用COMPASS蓄能器NXQA-10/10-L-A型号。蓄能器采取垂直安装方式，可以使自重较大的加工中心主轴箱在升降启动阶段中，不考虑加大现有主轴电机功率的情况下，能降低驱动电机的瞬间负载，以平衡Z轴主轴箱的重力负荷。这种采用蓄能器的设计方案，通过实际情况的使用，能够满足使用要求。当然这只是一种比较经济性的设计方案，仅供参考。
参考文献
[1]张余,付劲英,周秀.AutoCAD 2008从入门到精通[M].北京:清华大学出版社,2008.
[2]许福玲,陈尧明.液压与气压传动[M].北京:机械工业出版社,2003.
[3]成大先.机械设计手册第四版(第4卷)[M].北京:化学工业出版社,2002.
[4]加工中心使用说明书[Z].苏州纽威机床研设计究院,2010.
[5]KOMPASS康百世朝田产品手册[Z].KOMPASS康百世朝田液压机电（中国）有限公司,2010.
个人简介:
姓名：匡清,性别：男,出生年月：1982年6月，学历：中国科学技术大学机械工程在职研究生,籍贯：汉,职务：数控教师。
研究方向：数控CAD/CAM应用、液压技术。
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