浅谈一种加工中心液压夹具压力保持器

浅谈一种加工中心液压夹具压力保持器

邱晓鹏

（秦川机床工具集团股份公司  宝鸡  721009 ）

摘  要  本文作者结合工作经验，用比较实际的数据分析，通过对加工中心液压夹具系统改造试验，使动力结构和液压油泵仅在液压夹具夹紧和松开时启动短暂工作，加工过程中停止，实现其间歇式工作，阐述了节约能源、降低液压油温和降本增效的优点，以供参考和借鉴。

关键词   液压夹具  液压站  间歇工作  油泵  储能器

1、技术背景

液压夹具是用液压元件代替机械零件，通过液压控制实现对工件的自动定位、支承与夹紧的夹具。具有夹紧力大，夹紧可靠，工作平稳，使用方便等优点，广泛应用于数控机床，加工中心，自动化生产线等场景。通过把选用的液压元件和设计的机械部分装配在一起，就可以得到所需要的夹具。

目前，现有的数控加工中心液压夹具系统的液压元件大多集成在液压站，液压站配置有用来保持液压系统油压力的液压电机，在整个加工过程中电机始终处于连续运转状态，对液压油冷却采用的方式是在油管循环至散热器通过自带风扇进行吹风降温，液压油经降温后再循环至油箱内的温度仍然高达60℃左右，始终在持续高温状态下运行，液压站系统相关备件容易损坏，日常保养时电机罩和散热器风扇也拆卸不便。也有个别数控加工中心液压站带有储能器，用于防止突然断电时电机停转夹具失压，避免工件松动导致的撞机和损坏刀具,断电后系统保压时间很短，通常只有1-2秒。

2、技术方案

针对原有数控加工中心液压夹具系统，液压站油泵电机在整个加工过程中始终处于连续运转状态所导致的系统耗电量高、油温高、环境温度高，原散热系统（采用油管循环散热模块通过风扇散热模式）冷却降温效果差，相关备件易损坏，电机罩和散热器风扇保养拆卸不便等相关问题，可用一种节能型液压夹具压力保持系统。

新节能型液压夹具系统去除原散热器、冷却油管、电源及冷却风扇，使动力结构和液压油泵仅在液压夹具夹紧和松开时启动并进行短暂工作，加工过程中停止运行，实现其间歇式工作，同时实现电磁换向阀与动力结构同步间歇工作，以达到节约能源、降低液压油温和降本增效的效果。

拆除散热器及风扇，改变换向阀控制方式，减少2个日常保养项目降低了劳动强度。该新型装置适用于液压夹具独立供油，且生产加工节拍相对较长的加工中心。

3结构连接方式和工作原理

3.1结构连接方式

液压油箱1出口有动力结构3，动力结构3和液压油泵4连接，将液压油泵4输出端l连接单向阀5进油口k；液压油泵4的输出端通过单向阀5连接换向结构6，具体通过单向阀5的出油口j和换向结构6的进油口P连接，换向结构6的出油口T连接液压站回油口i；换向结构6的出油口A用高压油管连接双向液压锁7的进油口n，换向结构6的进油口B用高压油管连接双向液压锁7的出油口h。

双向液压锁7的出油口o用高压油管连接夹紧油缸11的进油口a，双向液压锁7的进油口g用铜管连接管式四通10的f端；管式四通10的c端用高压油管连接夹紧油缸11的出油口b，将管式四通10的d端连接电子压力开关9的端口实现压力检测功能，将管式四通10的e端用铜管连接储能器8端口,形成封闭保压系统；储能器8连同电子压力开关9与油缸夹紧端油路并联，实现保压和压力检测功能。

电子压力开关9接24V直流电源，常开触点控制油泵和换向阀启动停止；双向液压锁7、储能器8、压力开关9及管式四通10等部件用合适尺寸的高压油管和铜管连接好后，集成固定在液压油箱1上，

连接完成后，将夹紧油缸11固定在机床工作台上，对新系统加压测漏确保各接口无漏油现象，保持系统压力正常，确保原有功能正常运行可靠。

3.2工作原理

装夹零件，液压夹具需夹紧时，控制交流接触器，具体的可以通过手动按下夹紧按钮，通过夹紧按钮控制液压电机的交流接触器吸合，动力结构3启动液压油泵4运转，换向结构夹紧位得电，液压油路由原来的松开油路状态改变为夹紧油路状态，控制夹具执行夹紧动作。

装夹零件，液压夹具夹紧后，压力达设定值，电子压力开关9发送信号，液压电机3停止，液压油泵4停转，双向液压锁7自动闭合，液压系统油路彻底封闭，而后储能器8释放皮囊压力保持夹紧力不变。

此过程中，若有压力泄露，储能器8将释放压力对系统进行补偿，若泄露严重夹紧压力低于设定值，则由电子压力开关9发送信号使液压电机3启动保持系统压力，以实现压力保持功能。

压力开关9实时监测液压系统压力数值并随时传送信号，以确保整个加工过程中液压夹具始终处于安全可靠夹紧状态；取卸零件，液压夹具需松开时，手动按下松开按钮，系统控制液压电机3的交流接触器给电，液压电机自动启动，电磁换向阀松开位得电，液压油路由原来的夹紧油路改变为松开油路状态，控制夹具执行松开动作，可将工件取下。

4、附图说明

图1为液压夹具压力保持器的系统连接示意图；

图中：液压油箱1、过滤网2、动力结构3、液压油泵4、单向阀5、电磁换向阀6、双向液压锁7、储能器8、电子压力开关9、管式四通10、夹紧油缸11。

上述元器件之间使用高压油管（M14*1.5）和铜管（8毫米）进行连接，按照系统图进行连接装配，经测试合格可靠即可运行。换向结构6采用三位四通电磁换向阀，动力结构3采用液压电机；

示意图1

5、计算和实验结果：

以改装的VMC1300乔福立式加工中心设备试运行数据测算，新旧系统液压电机每年电费分别如下：

（1）、改造前：以年运行330天，每天20小时测算，原系统每台每年耗电量：220V×10A×330天×20小时/1000=15970度，电费约15970度×0.6元/度=9583元。

（2）、改造后：年运行330天，而经实测，间歇式运行电机每天工作时间为0.5小时，则其年耗电量为：220V×10A×330天×0.5小时/1000=363度，电费363度×0.6元/度=218元。

电机每年节约电费：9583元-218元=9365元。

改变电磁换向阀控制方式（松开或卡紧），使其与电机同步在停转时断电间歇工作，达到了节约能源效果，节约电费如下：

（1）、改造前：电磁阀按照年运行330天，每天20小时算，年耗电量：0.055kw×330天×20小时=363度，电费约363度×0.6元/度=218元。

（2）、改造后：电磁阀按照年运行330天，每天0.5小时算，年耗电量：0.055kw×330天×0.5小时=10度，电费约10度×0.6元/度=6元。

电磁阀每年节约电费：218元-6元=212元。

3、新系统去掉原有散热器及风扇，减少2个日常保养项目，优化了液压夹具系统的运行方式，也起到了节能降本增效的效果，节省电费如下：

原系统散热器风扇按年运行330天，每天20小时算，年耗电量：0.03kw×330天×20小时=198度，电费约198度×0.6元/度=119元。

新系统每台每年总共节约电费：电机节约9365元、电磁阀节约212元、散热器及风扇直接节约119元，共计节约9696元。

6、结论

新的节能型压力保持液压夹具系统有以下优点：

液压电机采取间歇式运行，每台年可节省电费约9365元；有效的降低换油频次减少油品消耗，提高了液压油泵及密封件的寿命；同时，改变电磁换向阀控制方式（松开或卡紧），使其与电机同步在停转时断电间歇工作，延长了阀体的寿命，达到了节约能源的效果，年可节省电费约331元。

通过上述方案去除散热器、电源及冷却风扇，降低了运行成本，减少2个日常保养项目，降低了劳动强度，年节省电费约119元；通过油泵的间歇运行，液压站内油温降低，环境温度也随之降低；以在VMC1300乔福立式加工中心液压夹具系统液压站改造后实测数据为例，新系统液压站内油温度由原先的65℃左右降至30℃以下。

并且，在本新系统的对比下，旧系统因长期油温高导致液压站备件损坏频繁，以某条生产线9台乔福为例，每年每台更换损坏的油泵电机组费用约700元，新系统液压油温降至29℃，备件故障率降低，几乎全部节省该成本。

参考文献

1、章宏甲，黄谊主编 机床液压传动 北京：机械工业出版社，2000年

2、左健民主编  液压与气压传动  北京：机械工业出版社，2000年

3、李芝主编  液压传动  北京：机械工业出版社，2001年