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气动技术在数控机床中的应用及发展

气动技术在数控机床中的应用及发展 2011年12月03日 来源： 机床工业向机械工业提供“工作母机”，是机械工业的基础。现代机床工业的主流产品是数控机床，它汇集了多种学科最先进的技术，具有高效率、高精度、高自动化和高柔性的特点，并正向智能化、集成化方向发展，是当代机械制造业的基础和核心。 气动技术，全称气压传动与控制技术，是生产过程自动化和机械化的最有效手段之一，具有高速高效、安全长寿、低成本、易维护、防过载等优点，在工业部门的许多领域中，正得到越来越广泛的应用。 在数控机床中，由于易实现高频率换向、可大范围调速、节省空间体积、简化机床结构等特点，气动技术主要应用于以下装置中： 1、机床部件的移动，主要用于进给运动传动，如主轴、工作台的移动等。 2、数控机床中的辅助装置中，如固定循环、自动换刀、工作台的夹紧松开、自动门的开合、吹气、工件夹紧、工件的自动上、下料、搬送堆放等处，可以缩短加工辅助时间，减轻工人劳动强度，充分发挥数控设备的高效性能。 3、自动吹屑，如工件、交换工作台、工具定位面等处。 4、运动部件的平衡，如主轴箱的重力平衡、机械手、刀库的平衡装置等。 5、检测功能，如工件位置的确认、刀具缺损的确认等。 由于机床的工作现场环境一般较为复杂苛刻，尤其是冷却液飞溅的氛围，如果使用了不适当的气动元件，往往会出现不正常现象，而数控机床通常是集机械、电气、液压、气动等干一体的加工设备，组成机床的各部分之间具有密切的联系，其中任何一部分发生故障均会影响其他部分的正常工作，大型数控机床内有成千上万只元器件，故障的检查、维修难一向是最棘手的问题之一，因此，在机床的气动设计与应用中，一定要选用可靠的、切合实际的厂家与产品。 诺冠公司（NORGREN）为瑞士某公司的加工中心提供的自动换刀的解决方案（见图1），使用了根据机床行业设计的ISO/VDMA的气缸用于选刀与换刀，该气缸独特之处在于其活塞杆材质采用奥氏体不锈钢，耐蚀、耐热、力学性能好，活塞杆密封采用防水防油的特殊密封件，保证了气缸的长期无故障使用；而控制气缸动作的电磁阀则采用了符合ISO标准的精密密封滑柱阀，该阀的滑柱阀套经硬质阳极氧化处理，摩擦小、切换快、且具有IP65的防尘防水等级，可实现长期无故障使用。 诺冠公司（NORGREN）为某加工中心应用实例，采用Norgren的专利产品（见图2、图3），两个Twin-Lintra无杆气缸进行自动门的开合，这种无杆气缸具有双滑台、双行程的特点，安装空间仅需一般气缸四分之一、速度可达2米/秒、往复行程推力平衡、速度均一，实现了最高的灵活性与省空间性。

随着国内机床的急速增长，生产自动化水平的不断提高，气动技术在机床行业的发展趋势将主要表现在以下几个方面： 一、标准化 为了便于紧急维护维修，现在的用户一般会要求产品具有可替换性，甚至连安装件也都要求标准件，因此，符合ISO、VDMA、NFE等标准的产品将持续稳定增长。 二、无油化、更环保 国外设备普遍采用由过滤器、减压阀和不供油润滑的阀、气缸等组成的无给油润滑气动系统，这种系统在元件需要润滑处预先封入润滑脂，无需油雾器，可长时间工作而不需补充润滑脂，可降低油耗、改善环境、成本低、维修方便、性能稳定。 三、紧凑化、模块化、集成化 现在的设备要求在有限的空间内实现更多的功能，因此对于气动元件的尺寸也要求越来越紧凑、集成，促使了大量新产品的研发与制造，例如诺冠公司（NORGREN）的Twin-Lintra无杆气缸（见图3），所需安装空间仅为一般气缸四分之一；又VM系列阀岛（见图4），宽度仅10mm的阀体可提供430L/min的流量，可2～20位集成，多种功能、压力可集成使用，是复杂控制的未来趋势。

四、智能化、网络化 伴随着数控机床的智能化、网络化的发展趋势，应用于机床行业的气动技术的智能化、网络化也就成为必然，以诺冠公司（NORGREN）的SMART系列产品为例：SMART气缸（见图5）是智能型气缸的集大成者，内置电磁阀、速控阀，提供Fieldbus及ASI接口，而且还符合ISO/VDMA标准，具有IP66防护等级、最高速度可达1.5米/秒；SMART三联件（见图6）则使空气处理系统的自我诊断成为可能，大多数气动系统的故障因空气处理系统而起，SMART三联件有效地解决了这一问题，它可以对气动系统进行持续的监控并随时通过Fieldbus及ASI连接显示相关数据，告知何时需要更换滤芯、润滑油，压力状态是否正常、记录使用时间，从而使故障率达到最低、减少维护维修成本，提高正常运行时间和生产能力。 五、高寿命、高可靠性降低故障率的最有效方法是使用可靠性好、寿命长的产品，如上文所提到的精密密封滑柱阀，采用间隙密封，滑柱阀套经硬质阳极氧化处理，使用寿命可达两亿次以上，还有IP65的防尘防水等级，可实现长期无故障使用，就是此类产品的典范。(end)

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