数控机床真空系统改进设计

我所前几年从国外引进某型号数控精加工精机床数台，被加工零件装卡一直采用硬装卡方式。去年我所开发的某系列产品中的一个关键零件需要在该机床上加工，因该工件为低强度薄壁件，不允许采用硬装卡方式，需采用真空吸附的方式，故我们对该机床进行了改造。设计了真空吸附控制系统，经过一年的试用表明，基本能满足使用要求，但效果不是太好。最近我们对真空系统进行了进一步的改造，使用效果非常好。它由真空泵提供真空源，在真空主管路上并联多台数控机床，实现多路真空吸附。为保证机床吸附口的真空稳定性，原有系统采用每台车床旁装真空瓶的办，其体积较大，即不美观又妨碍工人现场操作。改进后在机房集中配置两个真空瓶，机床旁采用真空减压阀等一系列控制元件来提高真空的稳定性。现有系统结构紧凑，性能安全可靠，操作简单方便。
  

 1.真空源 2.软尼龙管 3.单向阀 4.真空表 5.真空减压阀 6.2位3通阀 7.真空破坏调速阀 8.消声器 9.真空过滤器 10.机床吸盘
 图1 真空控制原理图



     工作原理

     该真空吸附回路原理见图1。真空表4用于监测真空回路的真空值。当真空泵端因故突然停止抽气，真空下降时，带管接头单向阀3可快速切断真空回路，保持吸盘内的真空压力不变，延缓吸吊工件脱落的时间，以便采取安全补救措施。

     根据半精加工及精加工要求不同吸力的情况，可通过真空减压阀5实现对吸盘内真空度的调节，调节范围为O～-O.1MPa 。其调节方法为预先设定被吸工件所需真空度压力值，然后将开关旋置于接通状态，旋钮式2位3通阀6旋到“吸”的位置，开始抽取真空。
  
     因机房真空罐有足够的容积，当吸盘真空度达到减压阀5的设定值时，真空将稳定在该设定值。卸工件时将旋钮式2位3通机控阀6旋到“卸”的位置，则与真空泵段自动断开，关闭进气端q开启排气端，可根据需要调节真空破坏调速阀7控制放气速度，从而控制卸工件的快慢。真空破坏调速阀7的排气口安装有消声器8，可以降低噪音。
  
     在机床吸盘与真空泵之间设置了真空过滤器9对油污、粉层起过滤作用，以防止真空系统中的元件受污染出现故障。 

     流量计算

     已知各支路配管内径D为f7.5mm ，管长L为2m，查图2得出配管容积V为0.0881。查图3得出配管的有效截面积S为25mm2。
  
     从切换阀到吸盘之间配管系统的最大流量达到真空度的63%时的吸着响应时间达到真空度的95%时的吸着响应时间T2=3T1=0.057min。
  
     为了找出系统漏率，利用SMC(中国)有限公司的ZL112真空发生器代替真空泵联接控&系统做吸取试验。系统显示吸盘内真空压力只能达到-0.05MPa ，根据真空发生器的流量特性曲线查得吸入流量为15l/min，也就是单个系统漏率为15l/min。
 
 

 图2 配管容积 
 

 图3 配管有效截面积
     系统由2台15l/s、的真空泵提供，总流量口总为1800F15l/s。考虑六台车床同时工作的情况下每台绷末支路上平均流量Q平=285l/min>277.515l/s，即最终各支路流量可达285l/min，在响应时间内整个系统流量满足需求。可调节截止阀的有效截面积设定其流量值为27.5l/min。当某一支路泄漏而与大气接通时，此支路的漏率即为277.5l/min，考虑其它五台车床同时工作的情况下各支路的漏率为15+277.5/5 = 70.5l/min，每台车床支路上平均流量Q平=Q总/5-口漏＝289.5l/min>277.5 l/min ，即各支路仍可保证截止阀设定的流量值，在响应时间内各系统流量满Ｐ枨蟆Ｒ虼说逼渲心骋恢路出现泄漏时不影响其它各支路的正常工作。
 
 

 图4 流量特性曲线
  
      外购元器件都是选用SMC(中国)有限公司，其产品性能可靠，经过使用证明整个控制系统操作简单，方便。