机床Z向平衡配重是否必要（有多张平衡液压图）

kaixuan0808 · 发表于 2012-5-9 15:55:56

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本帖最后由洪哥于 2012-5-20 21:07 编辑

在CCMT2012展会上看到的，国内知名机床制造厂的中小型立式加工中心Z轴基本都取消了主轴箱重力平衡，我询问厂家技术人员，他们说大不了多换几根丝杠嘛！这里想问下对于
1、加不加平衡系统的优缺点是什么？
2、国外的机床在这方面是怎么做的？

oceandee · 发表于 2012-5-9 16:06:01

胡说八道啊
典型的国企作风
平衡还是要有的，不加重锤，也得有平衡缸啊。
再或者是双丝杠不加平衡。
很小型的立加才可以什么都不加呢。

kaixuan0808 · 发表于 2012-5-9 17:57:47

2# oceandee 那下面我有几个几个问题：
1、加平衡的好处到底有哪些？说明清楚！
2、如果使用液压平衡，怎么做能满足36m/min等如此高的快速移动速度！

lanzhenmin · 发表于 2012-5-9 22:41:29

加平衡的好处就是保持滑台的平衡啊，这样就不至于时间长了把整个的滑台都给磨损了啊，还有不加平衡的话你的颠覆力矩怎么解决啊

hj2009 · 发表于 2012-5-9 22:56:57

楼主好专业呀，期待高手呵呵

kaixuan0808 · 发表于 2012-5-10 08:52:56

2# oceandee 看样子大家需要更新自己的知识储备了！今天查到了FFG的立加样本资料，上面有这么简单的几句：
Z轴无配重
1.Z轴马力加大，且增加刹车机构
2.提升Z轴的循圆精度
3.避免配重系统所产生的结构震动。
关于无配重的不足之处没有涉及和分析，大家都讨论一下！
我先说最简单一点哈，因为Z轴马力增大，成本肯定增加。

oceandee · 发表于 2012-5-10 16:16:28

FFG只是说无配重吧，不是说连平衡都没有啊
我理解就是不用重锤的意思
没有平衡是不行的，
楼主看看你说的是不是规格很小的机床，工作台2米以上不加平衡的还没有吧。

kaixuan0808 · 发表于 2012-5-10 16:53:46

本帖最后由 kaixuan0808 于 2012-5-10 17:57 编辑

7# oceandee 是中型的立加啊,1.5m的工作台貌似也不小啊！我也想找到确切点的资料，可是网上貌似没有啊！很郁闷！
我感觉就如友嘉样本所说，刹车马达同时大功率应该可以满足要求，主要是丝杠磨损加大了吧，个人观点！
自己又找到了点资料：
1. 伺服刹车马达配重：螺杆加大、螺距加大、此法速度较快，但温升快且高，耗电量大，螺杆损耗大，维护成本高。
2. 配重块：此法成本低，反应特性差，不能适用于高速切削。需要大空间，高速运动时容易产生主轴单元振动而影响加工精度，刀具容易受磨损，寿命缩短。
3. 油压配重（油压缸+油压控制单元）：速度中等，反应不够敏捷且精度不高，必须处理油压回路的油温上升，需要高精度的油压阀否则不能持压，即漏油情况比较容易发生。
4.气缸（氮气平衡缸）自动平衡配重系统：此法体积小、低耗能、维护成本低。但不知为什么用的不多！

综合看来：伺服刹车马达配重是未来的发展方向，现在也已经开始大规模使用！

oceandee · 发表于 2012-5-10 19:35:13

我伺服刹车马达配重是双丝杠吗？
如果是这样的我倒是接触过

kaixuan0808 · 发表于 2012-5-10 22:05:31

9# oceandee 不是，换种说法就是带抱闸的伺服电机！

oceandee · 发表于 2012-5-11 09:26:55

机床垂直轴的伺服电机几乎都带报闸呀
呵呵

kaixuan0808 · 发表于 2012-5-11 09:53:09

11# oceandee 不解释了，查阅各方面资料已经确认了一个事实：现在欧美、台湾以及国内知名品牌的中小立加基本上取消配重，靠电机和丝杠来保持平衡！分析如以上帖子所述！

hj2009 · 发表于 2012-5-11 18:44:07

取消配重是否是采用呢超越离合器。
记得以前的书上讲的

TKG-09 · 发表于 2012-5-12 10:58:28

讨论比较精彩，我们准备试试氮气平衡。

zhayibo813636 · 发表于 2012-5-19 17:33:52

一般龙门机床Z轴都是有液压平衡的，Z轴平衡的详细液压原理有所不同，不同的厂家在液压原理方面做的各有不同因此产生的效果是截然不同的，再者这个也需要现场有经验人员的调试才可以！我大体说说北一、齐二、武重、德国科堡、日本三菱等大厂采用的结构和实际作用效果！
不好意思我晚上发!

zhayibo813636 · 发表于 2012-5-19 20:08:32

(一）XH2430--80龙门加工中心的z轴平衡装置
济南第二机床厂的XH2430-80龙门加工中心的z轴设计总重量约6 t左右，所以z轴在上下运动时，z轴电动机严重偏载。为了解决这个问题，该公司采用了在z轴两侧都装置单拉杆平衡油缸。通过液压系统的平衡油路比较好地解决了z轴电动机的附加负荷问题。图1为该机床z轴的平衡装置原理图。该液压系统始终处于供油状态。压力油P经单向阀1，由减压阀2调节使系统压力调至14 MPa。当机床给定指令处于z轴滑枕向上运动时，电磁阀8不动作，主油路经液控单向阀3进入平衡油缸5、6上腔，这时系统压力油已经起到对z轴上升的平衡作用。同时压力油进入蓄能器7下腔，压缩气囊保持系统压力和停机时的保压。压力表4显示系统压力。当机床给定指令处于z轴下降时，在z轴滚珠丝杠传动副的作用下，油缸上腔排出的油在单向阀3的作用下无法回油，同时系统中的电磁阀8动作，压力油经过控制油路打开液控单向阀，使系统的压力油经减压阀2调节，从而达到液压系统和z轴重量相对平衡的作用。油路系统设计比较简单，但是存在一定的缺陷，就是z轴在上下运动时，整个油压系统始终处于调整的状态下。减压阀2调节的油压过高会使z轴电动机扭矩和电流增大，使z轴在运行时产生爬行。反之，减压阀2调节的油压过低会使z轴在运行停止时产生过冲的现象。为了防止z轴运动时的爬行和过冲现象，减压阀2调节的油压压力大小应该根据z轴电动机电流大小相应做调整。
[img]file:///C:/Documents%20and%20Settings/Administrator/Application%20Data/Tencent/Users/80793980/QQ/WinTemp/RichOle/(INA}(T6[DWAK4S`J[LH3]G.jpg[/img]
试验数据表明：z轴在运动速度F100％时，上升的电流显示为6．5％，下降的电流显示为7．2％。说明z轴电流下降大于上升，z轴传动副有背压的情况出现。

zhayibo813636 · 发表于 2012-5-19 20:13:10

（二）武汉重型X2125 X80动梁龙门加工中心的z轴平衡装置
武汉重型机床厂X2125×80动梁龙门加工中心的z轴设计总重量约5 t左右，所以z轴在上下运动时，z轴电动机有偏载的现象。为了解决这个问题，该公司采用了在主轴电动机和z轴滑枕中间加装平衡油缸的装置，使平衡油缸的支点相对处于较好的位置状态。
http://file:///C:/Documents%20and%20Settings/Administrator/Application%20Data/Tencent/Users/80793980/QQ/WinTemp/RichOle/DN(A]5K7(VT9YL2VLI]1@GD.jpg

1一平衡油缸；2，3一蓄能器；4-压力表
5、6-压力继电器；7一单向阀；8一电磁阀。
图2 武汉重型z轴平衡液压原理图该液压系统的设计回路采用了与z轴上下给定指令没有直接关系的思路。系统压力油经电磁阀8，打开单向阀7进入平衡油缸1，同时压力油进入两个较大容积的蓄能器2、3下腔，使系统从单向阀7到平衡油缸1的油路中保持一定的油压。压力表4显示系统总压力。在这段回路中有两个压力分别为6．3MPa、7．2 MPa的压力继电器实行压力监控，当系统压力低于压力继电器5设定值时，就接通电磁阀8补充系统压力；当压力上升至压力继电器6设定值时就断
开电磁阀8，此时系统处于保压状态。当z轴给定指令向上时，油压由蓄能器2、3释放能量，压力不足时接通电磁阀8补充系统压力。当z轴给定指令向下时，系统回路在单向阀7的作用下而关闭，压力油压缩蓄能器2、3下腔从而起到平衡z轴的作用。同样，该系统油路设计简单、所用器件不多，但存在着不足。因为两个压力继电器的压差调整在0．9MPa，在结构内部易引起泄漏，z轴部件不断地上下运动，系统就要不断地补充压力，因压力不断的变化而造成系统的不稳定。该系统压力的上下压差调整范围偏小，试验数据表明：z轴在运动速度F100％时，上升的电流显示为14％，下降的电流显示为4．2％。上升的电流与下降电流的不等，说明电动机的运动功率和液压平衡不匹配，影响定位精度和加速丝杠的磨损。

软体动物 · 发表于 2012-5-20 08:57:42

几乎所有的外国的数控，都有 Z轴减重汽缸，

zhayibo813636 · 发表于 2012-5-20 17:18:16

(三）北京一机床 XHA2120 x60龙门加工中心(图3)
该机床的z轴设计总重量约5 t左右，同样z轴在上下运动时，z轴电动机也有偏载的现象。平衡油缸设置在主轴电动机和主轴滑枕的中央。因为制造该型设备的技术是德国科堡，液压系统的基本设计思路大体相同，只是局部有些修改。

[img]file:///C:/Documents%20and%20Settings/Administrator/Application%20Data/Tencent/Users/80793980/QQ/WinTemp/RichOle/A$JN7Q[Z)]F@RS4(88RRVQP.jpg[/img]
1一单向阀；2、10、11一溢流阀；3-压力表；4-蓄能器；5-平衡阀；6一平衡油缸；7、8一压力继电器；9一压力阀；12-电磁阗图3 xHA2120X60龙门加工中心的z轴平衡液压原理图
系统压力经单向阀1后，由溢流阀2控制压力在12 MPa，蓄能器4起保压，系统主油路经平衡阀5到平衡油缸6下腔，3 MPa的压力继电器7和10 MPa的压力继电器8作为信号源，时时监控系统油压的压力范围，低于3 MPa或者高于10 MPa这个压力区间都会有报警提示。如果发生这个提示报警，z轴传动电动机将被封锁而不能运行。控制油路在压力阀9调定6MPa的作用下，控制着主油路上平衡阀5回油路开口的大小，从而起到平衡油缸在z轴上下运动的作用。但是控制平衡阀5开口的大小是由压力阀9远程控制口的压力大小所控制，当机床给定指令处于z轴上
升时，接通电磁阀12中的a，回油路经溢流阀10产生5．5 MPa压力回油，此时主油路的系统压力为5．5MPa。当机床给定指令处于z轴下降时接通电磁阀12中的b，回油路经溢流阀1 1产生4．5 MPa的压力回油，此时主油路的系统压力为4．5 MPa。该液压系统可以使z轴滑枕在上下运动时的油压相对稳定，可以提供给z轴在精确定位时，有一个良好的平衡效应。

zhayibo813636 · 发表于 2012-5-20 17:22:55

(四）德国科堡 17—10FP175NC龙门加工中心的Z轴平衡装置(图4)
德国科堡17—10FP175NC龙门加工中心的液压系统经过长期的运行和使用的考验，证明设计科学、定位精确、系统元器件应用及保护合理。

http://file:///C:/Documents%20and%20Settings/Administrator/Application%20Data/Tencent/Users/80793980/QQ/WinTemp/RichOle/EW)FWI3XFJ64LTT7YVS3$UT.jpg

图4 科堡加工中心的Z轴平衡蔽压原理图
z轴滑枕平衡油缸的主油路压力是由旁路控制油路控制。系统的工作状况与北京一机床的基本相同，就是在阀的压力调整上不同。它们分别调整总压力为10 MPa、下降压力为4 MPa、上升压力为7 MPa。在使用过程中，Z轴运行状态良好。

zhayibo813636 · 发表于 2012-5-20 17:25:29

(五）日本三菱 VR28／34D龙门加工中心的z轴平衡装置(图5)
日本三菱VR28／34D龙门加工中心的z轴滑枕平衡油缸放置在z轴滑枕的右侧，而z轴滑枕的左侧是z轴滚珠丝杠传动副，与其他公司设计的理念有所不同。
[img]file:///C:/Documents%20and%20Settings/Administrator/Application%20Data/Tencent/Users/80793980/QQ/WinTemp/RichOle/@0${8LVA[)N5DEHXZDC]$OE.jpg[/img]

z轴滑枕平衡油缸液压系统所选用的元器件更少，主压力油P经单向阀5、减压阀4、液控单向阀2进入平衡油缸1的下腔。当机床给定指令处于Z轴上升时，主油路打开所有阀直接供油到油缸，压力由减压阀4调整到6 MPa；当机床给定指令处于z轴下降时，油缸回油在z轴滚珠丝杠传动副的作用下，通过液控单向阀2，这时回油的压力会高于6 MPa。在这种情况下打开减压阀4，减压回油和减少进油量达到压力平衡。当机床关机时液控单向阀2关闭作保压功能。这种设计在z轴滑枕下降时压力可能会波动，出现不稳定的现象。

zhayibo813636 · 发表于 2012-5-20 17:27:36

（六）西班牙尼古拉斯定梁龙门加工中心的z轴平衡装置(图6
西班牙尼古拉斯的定梁龙门加工中心的z轴采用滑枕二侧安置两个平衡油缸和一组滚动丝杠进行平衡运动。采用的液压系统也是比较简单的。但是，在实际的应用中，可能因系统压力区间范围广而产生不稳定的现象。在系统中油泵的压力由
压力继电器控制，应用压力设定在2～22 MPa，系统由蓄能器保压，z轴的运动精度同时受两个平衡油缸同步的图6 西班牙尼古拉斯加工中心的z轴平衡装置结构图作用而决定。当系统压力在最高和最低时，z轴电动机因滑枕的自重上下运动的电流会有差别，并且当系统压力在最低时，上下运动的电流会不同，运动的反应速度和精确定位的速度也有差别和迟缓，从而造成有系统振荡现象。最好建议在压力系统中添加二位二通电磁阀，并且与z轴电动机同步来控制油压，同时把压力继电器的设定压力范围调整到适当的范围，不使z轴在上下运动时数值相差太大。z向液压平衡装置是目前较为普遍采用的一种克服因主轴箱结构偏置的措施，较之重锤平衡结构，其惯量小、体积小，但因机械的响应速度远远小于电气响应速度，而造成机械响应滞后于电气。随着技术的发展，一些厂家的伺服系统已带有平衡功能。因此，合理的选用电动机，利用系统的平衡功能，可以使z向伺服达到更好的动态效果，并能达到简化机械结构的目的。

zhayibo813636 · 发表于 2012-5-20 17:33:49

附件是上文提到的Z轴液压平衡的原理图供大家研究参考

zhayibo813636 · 发表于 2012-5-20 21:16:12

多些洪前辈鼓励，理论和实际总是存在区别的，如果洪前辈有此类实际操作经验的话望能分享！
改日我将我们的原理及实际应用发来分享一下！

kaixuan0808 · 发表于 2012-5-20 21:42:44

本帖最后由洪哥于 2012-5-20 22:00 编辑

24# zhayibo813636
我也有，补充一下，呵呵

数控龙门镗铣床Z轴平衡的几种形式.pdf (179.45 KB, 下载次数: 20)

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