基于數(shù)控機(jī)床液壓系統(tǒng)中氣泡危害的研究

　　機(jī)床是所有機(jī)械生產(chǎn)的基礎(chǔ)，而數(shù)控技術(shù)是現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)楣黍，它的廣泛應(yīng)用使普通機(jī)床逐漸的被數(shù)控機(jī)床所代替吱韭。眾所周知，衡量機(jī)床質(zhì)量的1個(gè)重要指標(biāo)就是：工序能力指數(shù)(CP值) 鳍刷。設(shè)計(jì)機(jī)床時(shí)在考慮如何保證工序能力指數(shù)(CP值) 占遥，可能更多關(guān)心的是：選用好的主軸系統(tǒng)俯抖，導(dǎo)軌的幾何精度高等。往往忽略了由于液壓系統(tǒng)性能造成的加工工序的能力指數(shù)(CP值)嚴(yán)重下降的問(wèn)題瓦胎。研究表明：液壓系統(tǒng)中氣泡是影響工序能力指數(shù)(CP值)最重要的因數(shù)之一芬萍。為了提高數(shù)控機(jī)床的加工工序能力指數(shù)，必須要去除液壓系統(tǒng)中的氣泡敛意。

　　1　液壓系統(tǒng)中氣泡的來(lái)源及危害液壓系統(tǒng)中氣泡的來(lái)源

　　數(shù)控機(jī)床常用的液壓系統(tǒng)為開(kāi)放式液壓系統(tǒng)她忱，液壓油中含有空氣是不可避免的。液壓油中的空氣稱(chēng)為摻混空氣胶勾，摻混空氣以直徑很小的球狀氣泡懸浮于油中园秫，主要是通過(guò)油箱與泵的吸入管摻混入油內(nèi)。例如：油箱油面太低爹窥、泵吸入管口半露于油面或淹深很淺時(shí)峡稿、泵的進(jìn)油管路漏氣、系統(tǒng)回油管口高于油箱油面膊许、高速?lài)娚涞南到y(tǒng)回油等土叠，都可能使空氣進(jìn)入油中。油被油泵帶入系統(tǒng)的同時(shí)空氣也就進(jìn)入了液壓系統(tǒng)拭秃。由于油液中空氣的含量隨壓力的增加而增加构睬，當(dāng)溶解了一定數(shù)量的空氣處于飽和狀態(tài)的油液流經(jīng)節(jié)流口或泵入口段，當(dāng)絕對(duì)壓力下降到油液的空氣分離壓時(shí)楚陶，油液中過(guò)飽和的空氣就會(huì)被析出钻寿，使本來(lái)溶解于油中的微細(xì)氣泡聚集成較大的氣泡出現(xiàn)在液壓系統(tǒng)中。

　　氣泡對(duì)數(shù)控機(jī)床液壓系統(tǒng)的危害

　　數(shù)控機(jī)床的液壓系統(tǒng)控制著機(jī)床器件表面的精細(xì)動(dòng)作左刽，所以數(shù)控機(jī)床液壓系統(tǒng)的性能直接影響被加工件的質(zhì)量捺信。而液壓油中氣泡是影響液壓系統(tǒng)性能最主要的原因。主要體現(xiàn)在幾個(gè)方面： ①影響油液的連續(xù)性欠痴，使系統(tǒng)工作不良迄靠。如：自動(dòng)控制失靈、工作機(jī)構(gòu)產(chǎn)生間歇運(yùn)動(dòng)使被加工件的廢品率增大喇辽、產(chǎn)品的精度差掌挚、產(chǎn)品的質(zhì)量不穩(wěn)定、損壞模具等菩咨。②氣泡還可能引起機(jī)床的誤動(dòng)作而引發(fā)機(jī)械及人身事故吠式。③油溫升高會(huì)導(dǎo)致工序能力指數(shù)下降，還會(huì)加速油液的氧化抽米、降低油液的潤(rùn)滑性能特占、加速密封元件的老化等。④導(dǎo)致氣蝕的發(fā)生。由于液體質(zhì)點(diǎn)間相互碰撞產(chǎn)生局部高壓形成液壓沖擊是目，使局部壓力升高可達(dá)數(shù)百甚至上千個(gè)大氣壓力谤饭。如果這種局部液壓沖擊作用在零件的金屬表面上，使金屬表面產(chǎn)生腐蝕將對(duì)液壓系統(tǒng)的危害性很大耗亮。⑤氣穴現(xiàn)象會(huì)引起振動(dòng)和噪音诚悍，不但對(duì)影響機(jī)床的性能還會(huì)造成人身傷害。

　　2 傳統(tǒng)氣泡去除方法

　　常用的氣泡去除方法總是在油箱上下工夫筐知，即利用液壓系統(tǒng)中必備的油箱進(jìn)行氣泡的去除毛师，例如在油箱設(shè)計(jì)時(shí)讓其水平截面積大于油液深度、設(shè)置隔板延長(zhǎng)油液在油箱中停留的時(shí)間辱滤、進(jìn)出油口盡量設(shè)置得遠(yuǎn)些以及體積要大等苦钱。從原理上來(lái)看就是靠氣泡自身的浮力自行浮到液面而容入大氣。由于氣泡的直徑很小約0.25～0.5mm沽贸，而油液對(duì)氣泡有摩擦阻力避晾。根據(jù)斯托克斯法可知?dú)馀萆细∷俣扰c氣泡大小成正比，與油液粘度成反比抑昨，如直徑為0.3mm的氣泡在粘度為10<SUP>-4</SUP>m<SUP>2</SUP>/s的油液中每分鐘只上浮30mm啥匀，所以靠自浮去除效果很差。

　　3 氣泡去除器

　　基本結(jié)構(gòu)與原理：氣泡去除器的基本結(jié)構(gòu)與原理赚铅。主要由進(jìn)油腔催首、工作腔、導(dǎo)向葉輪泄鹏、出油腔及排氣管等組成郎任。當(dāng)油液從導(dǎo)向葉輪的切線方向進(jìn)入油腔時(shí)，以一定的動(dòng)能沖向?qū)蜉喨~片备籽，在導(dǎo)向葉輪的作用下舶治，油液作螺旋加速運(yùn)動(dòng)，由于油液密度大于氣泡密度车猬，在離心力的作用下霉猛，氣泡向中心軸線處聚集，中心軸線上的壓力隨著液體螺旋加速度的增加而遞減珠闰，在工作腔最小直徑處的中心壓力最低惜浅，氣泡在中心軸線上的壓差和接近中心液流的連帶作用下向工作腔最小直徑處運(yùn)動(dòng)聚集，在工作腔與排油腔結(jié)合處的右側(cè)附近伏嗜，液流由于沒(méi)有螺旋運(yùn)動(dòng)坛悉，所以此處的壓力高于出油腔入口處的壓力，大量聚積起來(lái)的氣體在壓力的作用下通過(guò)排氣管排出裝置之外承绸。其工作原理琴市。

　　線段說(shuō)明：將油液在去除裝置中流過(guò)的路徑分為4段窑笑。①01段為進(jìn)油腔(內(nèi)裝導(dǎo)向葉輪) 。其中對(duì)應(yīng)的兩線段分別是： 0′1′為軸線方向的壓力值; 0″1″為軸線方向原有氣泡含量挑蚕。②12段為工作腔。其中對(duì)應(yīng)的兩線段分別是: 1′2′為軸線中心處的壓力變化趨勢(shì); 1″2″為軸線中心處的氣泡析出量變化趨勢(shì)瞎角。③23為排氣段(為出油腔右側(cè)很小一部分) 撵晨。其中對(duì)應(yīng)的兩條線段分別是: 2′3′為軸線中心處的壓力變化趨勢(shì); 2″3為排出氣體量變化趨勢(shì)。④34段為出油腔覆靖。其中對(duì)應(yīng)的3′4為氣泡排除后油液流經(jīng)出油腔的壓力變化趨勢(shì)攒筛。

　　該裝置的主要特點(diǎn): ①由于液流在工作腔的旋流半徑比較小，氣泡容易向中心方向移動(dòng)午禽。在工作腔的液體有較大的離心加速度鸳辈，所以在半徑方向上形成了較大的壓力梯度，十分有助于氣泡的排出绿锋。②進(jìn)入到工作腔的液體在導(dǎo)向葉輪的作用下具有較大的角動(dòng)能崩旱，使液體能夠維持較長(zhǎng)距離的加速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這就增加了氣泡隨油液在工作腔內(nèi)的旋轉(zhuǎn)次數(shù)澄港，所以氣泡的去除效率相當(dāng)高椒涯。③該裝置具有較大的壓差范圍，所以有較大的流量適應(yīng)區(qū)域即對(duì)于某一規(guī)格的裝置來(lái)說(shuō)回梧，最大流量不小于最小流量的3倍废岂，通過(guò)控制進(jìn)油壓力，可使該裝置在一定流量范圍內(nèi)的任一流量下去除氣泡狱意。④適用于動(dòng)力傳遞介質(zhì)的任何粘度油液的氣泡去除湖苞。⑤該裝置體積較小，可以忽略其內(nèi)部通流液體的質(zhì)量详囤，所以安裝位置比較靈活财骨，而不影響氣泡去除效果。

　　使用方法和效果:該裝置安裝方便纬纪，組成簡(jiǎn)單蚓再。①如單獨(dú)使用，將該裝置的進(jìn)油腔與系統(tǒng)回油路相接包各，出油腔直接通向油箱摘仅，一次氣泡去除率最高可達(dá)99%。②與泵組合使用问畅，將該裝置的進(jìn)油腔與系統(tǒng)回油路相接谍益，出油腔與泵的進(jìn)油口相接，一次去除效果最高可達(dá)99.9%款萎。2種方式均將該裝置安裝于油箱內(nèi)不用考慮泄漏逐点，不需用專(zhuān)門(mén)動(dòng)力亮翁，節(jié)省能源。

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　為了更好保證數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程的穩(wěn)定性和可靠性辞垦，保證機(jī)床的加工質(zhì)量并臊，防止熱變形，減少維修工作量怎棋。關(guān)鍵的問(wèn)題是要解決好油中氣泡對(duì)油液危害的最大難題帆疚。開(kāi)發(fā)和應(yīng)用液壓油氣泡去除裝置有十分重要的意義。

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