立式车床横梁液压控制改进
2021-11-22 来源： 首都航天机械有限公司 作者：刘建国，林 东
摘要：数控立车主要用于质量和直径较大的工件加工，横梁是其重要基础部件。液压系统对横梁夹紧、放松，以及加工过程中的动态稳定性起着至关重要的作用。通过对横梁液压系统的控制优化，在满足设备运行要求基础上，降低液压油泵损耗和能源消耗。
关键词：数控立车；液压系统；控制优化；降低损耗
1、故障现象
CK5116 立式车床，使用华中数控系统，操作者进行横梁升降动作后出现报警“横梁夹紧异常—G3014.11”，复位报警不能清除。
2、故障判断
根据报警信息和梯形图在线诊断发现，由于横梁升降动作未完成产生报警。通过梯形图控制逻辑，梳理横梁升降动作基本流程：①滑枕移动到工作台中央；②启动横梁升降；③横梁微升；④横梁微升到位后拔销子；⑤横梁锁紧油缸放松；⑥横梁升/降到指定挡位；⑦插销子；⑧横梁微降；⑨微降到位后横梁锁紧油缸夹紧；⑩动作完成。
从整个流程看，故障出现在最后阶段步骤⑨。根据报警信息查看梯形图，判断是由于锁紧压力 SP6 未到，超出设定时间导通 G3014.11 报警。
检查压力开关，有可能是压力开关损坏或油泵打油压力不够。查看高压泵压力表没有压力，松开横梁加紧油管也没有油。可以断定是总压力没有建立，高压油泵出口油管也没有油。电机油泵正常运转，故障点锁定在高压齿轮泵。
3、故障处理
脱开齿轮泵与电机，检查电机轴与法兰连接处和键块无损伤，排除电机运行而齿轮泵不运行。分解过程中发现该齿轮泵体温度极高，齿轮泵连续工作并没有油冷却，高温造成内部磨损。分析梯形图（图 1），发现该高压油泵在设备一开机就开始启动工作，一直到机床关机才停止。分解齿轮泵后发现内部齿轮磨损严重，更换新齿轮泵安装并试机，机床横梁升降动作正常且无任何报警。
图 1 程序 1
反复查看该数控立车液压系统图，可以看出横梁锁紧油缸夹紧要求机床系统压力为 2.5 MPa。未有横梁升/降指令时，横梁一直处于夹紧状态，有横梁升/降指令后，横梁锁紧油缸才松开（泄压），如图 2 所示。
图 2 横梁锁紧松开控制
4、技术改进
横梁油缸夹紧系统都是一个密闭环节，并且有蓄能器保压，而高压油泵一直处于不间断工作状态，造成电机和油泵的损耗和能源浪费。尝试重新设计横梁锁紧控制逻辑，减少电机油泵损耗和能源消耗。
如图 3 所示，X5.6 为 SP7 压力继电器，X5.6 为 1 时表示设定压力到达，为 0 时表示未达到设定压力。当设定压力未到达时，X5.6 接通 R80.0，高压泵启动工作，运行 2 min 后停止工作（高压泵打压能力为 5 MPa），直到下次 X5.6 压力不够时才会再次启动。
图 3 程序 2
调试过程中发现，执行横梁升降控制过程中，横梁夹紧油缸不能松开并产生横梁松开超时报警。开检查电磁阀 YV3 得电，阀芯动作，可是压力没有下降，横梁夹紧油缸没有松开。从新分析液压图发现，该设备液压控制是高压泵一直处于工作状态，当压力满足后，液控单向阀才被打开（图 2），电磁阀动作，横梁夹紧压力降低。改进后液压泵没有工作，电磁阀线圈得电而阀芯未动作，横梁夹紧压力无变化，因此在控制横梁升降动作时要启动高压泵。当滑枕位于 X 轴中间位置时 （X11.5=1），并在手动模式（F2564.2=1），启动横梁按钮（X6.6=1），启动高压泵。经过反复验证，横梁升降控制和夹紧放松压力正常。为验证改进后效果，在梯形图中编写一段计数程序采集高压泵启动频率，如图 3 所示，高压泵启动，Y2.7 的上升沿为计数触发，计数存放在 B77 中。经过长时间观察，统计高压泵一周平均启动 8 次，大大降低了电机和油泵的损耗，节省了能源。
5、结论
随着工业迅猛发展，液压技术在数控设备中的应用越来越广泛。油缸内的油液具有作用力大、动作反应速度快、精度高，以及便于自动化操作的特点，使得传动技术越来越受到人们青睐，掌握液压控制技术非常重要。本文故障设备为改造设备，在控制设计上往往存在一些漏洞，这就要求设备维修人员在使用过程中不断进行逻辑控制优化，不仅能提高设备效率，也能不断提升工作能力。
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