1、数控机床高级（数控机床常见液压、气动系统故障的诊断与维修）模拟试卷 1 及答案与解析一、问答题1 数控机床液压系统有哪些基本组成部分?各部分的主要作用是什么?2 数控机床液压系统有哪些基本控制回路?怎样分析液压系统与常见的控制回路?3 怎样分析液压系统与基本液压回路?4 液压系统的压力控制回路是怎样实现压力控制的?压力控制调整应掌握哪些要点?5 液压系统的速度控制回路是怎样实现速度控制的?速度控制调整应掌握哪些特点?6 怎样是释读、分析数控车床典型液压系统?7 怎样释读、分析数控加工中心典型液压系统?8 数控机床气动系统有哪些基本特点与组成部分?9 怎样分析数控车床的真空卡盘的工作过程?10
2、怎样分析 H400 型卧式加工中心气动系统结构特点与工作实现过程 ?11 机床液压系统液压泵有哪些种类、应用和主要技术参数?12 怎样进行齿轮泵的常见故障维修?13 叶片泵有哪些常见故障及其维修方法?14 怎样分析空气压缩机的结构和工作过程?15 怎样排除空气压缩机的常见故障?16 怎样分析旋片式真空泵的工作过程?17 怎样排除旋片式真空泵的常见故障?18 怎样排除数控机床液压系统压力控制阀的常见故障?19 怎样排除数控机床液压系统流量控制阀的常见故障?20 常用液压系统换向阀有哪些应用特点?21 怎样排除液压系统方向控制阀的常见故障?22 怎样排除气动控制阀的常见故障?23 怎样排除液压缸和
3、液压马达的常见故障?24 怎样进行液压缸主要零件的维修?25 液压系统有哪些辅助元件?26 液压、气动系统的辅助元件、装置易损部位有哪些常用的检修方法?27 怎样进行液压、气动系统管路与管接头的维修装配作业?28 怎样排除液压系统冷却器和油过滤器的常见故障?29 数控机床液压系统有哪些常见故障的基本原因?30 数控机床液压系统有哪些常见故障现象?31 怎样进行数控机床液压系统的点检与故障预防性维护?32 怎样进行数控机床液压系统的安装?33 怎样进行数控机床液压系统的清洗和调试?34 怎样诊断和排除数控机床液压系统压力不足等常见故障?35 怎样诊断和排除数控机床液压系统爬行等常见故障?36 怎
4、样诊断和排除数控机床液压系统油温过高等常见故障?37 数控机床气动系统故障诊断有哪些常用方法?38 怎样诊断和排除数控机床气动系统的常见故障?数控机床高级（数控机床常见液压、气动系统故障的诊断与维修）模拟试卷 1 答案与解析一、问答题1 【正确答案】 与一般的机床液压系统类似，数控机床的液压系统由动力部分、控制调节部分、执行部分、辅助部分与控制介质组成。各组成部分及其工作介质的作用如下：(1)动力部分主要的作用是将机械能转换为油液的压力能(液压能)，能量转换元件主要是液压泵(如齿轮泵、叶片泵、柱塞泵等)。(2)控制调节部分主要作用是用来控制和调节油液的压力、流量和流动方向。控制元件主要是各种压
5、力控制阀(如溢流阀)、流量控制阀(如节流阀)和方向控制阀(如换向阀)。(3)执行部分 主要作用是将油液的压力能转换成机械能，执行元件主要是各种液压缸(如单向或双向液压缸)和液压马达(如单向或双向液压马达)。(4)辅助部分 主要作用是将各组成部分连接在一起构成液压系统，起到贮油、过滤、测量、密封和系统参数显示等作用，保证系统的正常工作。主要辅助元件有管路、接头、油箱、过滤器、蓄能器、密封件和控制仪表(如压力表、流量表)等。(5)工作介质工作介质的主要作用是在系统中进行能量和信号的传递，是液压能的载体。液压系统的工作介质主要是液压油液和高水基液体(如磷酸酯液压液)。【知识模块】 数控机床常见液压、
6、气动系统故障的诊断与维修2 【正确答案】 数控机床的液压系统是由若干个基本液压回路组成的，如数控车床的卡盘夹紧、松开液压控制系统，由压力控制回路、速度控制回路和方向控制回路等组成，以实现卡盘的夹紧、松开(方向控制)，夹紧力大小的调节(压力控制)，以及夹紧、松开速度快慢(速度控制)等动作要求。组成数控机床液压系统的基本控制回路有以下几种：(1)压力控制回路压力控制回路是利用压力控制阀控制液压系统压力的基本回路，可实现调压、限压、减压、卸荷和平衡控制功能。(2)速度控制回路速度控制回路是控制液压系统中执行元件运动速度的回路，常用的有调速、增速和速度换接回路。(3)顺序动作回路在一个液压泵要驱动几个
7、液压缸，而这些液压缸的运动又需要按一定的顺序要求依次动作时，应采用顺序动作回路。(4)方向控制回路和同步回路方向控制回路用于控制液压缸的起动、停止和换向。在数控机床上有两个以上液压缸需要同速同位移动时可采用同步回路。【知识模块】 数控机床常见液压、气动系统故障的诊断与维修3 【正确答案】 数控机床液压系统是由基本回路组成的，而基本回路是由若干个液压元件组成，用以完成某种特定功能的简单回路。熟悉和掌握基本液压回路的组成、原理和性能，才能熟悉数控机床液压系统的组成和工作原理，才能正确分析数控机床液压系统的故障原因，进而排除液压系统的常见故障。分析液压系统与基本回路应掌握以下要点：(1)识别图形符号
8、按现行标准，识别各种常见液压元件及其他有关装置或器件的职能图形符号。(2)识别元器件的属性和作用 各种元器件的属性，即识别元器件属于哪个组成部分的元器件，进而判断元器件在系统或回路中的作用。(3)释读系统的组成回路与回路的控制原理如系统一般有压力控制回路、速度控制回路和方向控制等基本回路组成。又如压力控制回路主要通过压力控制阀实现回路液压的调整控制；速度控制回路主要通过调速阀或节流阀控制油液流量实现执行元件的速度控制等。(4)释读系统的工作过程和油路走向 借助发信元件的动作顺序表分析系统控制元件的工作顺序，进而分析基本回路的控制过程与系统的工作循环过程。【知识模块】 数控机床常见液压、气动系统
9、故障的诊断与维修4 【正确答案】 压力控制回路是利用压力控制阀控制液压系统压力的基本回路，数控机床常用的是调压和减压回路，其控制过程与调整要点可参照以下示例。 (1)减压回路 如图 5-1 所示为减压回路，减压回路的控制过程与调整要点如下： 作用：在液压系统中，当某个执行元件或某条支油路所需工作压力必须低于由溢流阀调定的主油路油压时，可采用减压回路。减压回路在液压系统的定位、夹紧油路中应用非常普遍。 控制过程：如图 51 所示为用于定位、夹紧液压控制的减压回路。液压泵出口压力由溢流阀 1 调定，以满足主油路油压的需要，定位夹紧的支油路油压由减压阀 2 调定，减压阀的调压值必须满足定位夹紧所需的
10、工作油压，调定后的减压阀出口压力基本不变。 调整：为使减压阀正常工作，减压阀的最低调压值应大于 05MPa，调压的最高值至少应比溢流阀调压值低 05MPa。在减压阀出口一般都接一个单向阀 3，目的是当主油路执行元件快进时，单向阀阻止支油路油液反流，这样支油路中定位夹紧系统短时间内不会使处于夹紧的机械松开。 辅助设置：减压回路在单向阀出口处可设置蓄能器，目的是即使在停电状态下也能确保支油路保证足够的油压，避免发生事故。 (2)调压回路如图 52 所示为调压回路，调压回路是液压系统供油环节压力控制的基本回路。单级调压回路：如图 52a 所示为单级调压定量泵供油系统。 液压泵 1 的出口连接一个溢流
11、阀 2，溢流阀的调压值，根据负载需要的最高油压及系统的压力损失来确定，但不能调得太高，否则会增大功率损耗及油液发热。通常溢流阀调压值一般为系统中执行元件最大工作压力的 105110 倍。多级调压回路：如图 52b 所示为二级调压定量泵供油系统，液压泵出口连接两个溢流阀，由一个二位二通电磁换向阀控制，起到远程调压作用。其远程控制的原理是，先导式 Y 型溢流阀 2 的远程控制口 K 接一个远程调压阀 3(即溢流阀)，阀 3 的出口接二位二通电磁阀 4。当阀 4 电磁铁断电时(图示位置，左位接入系统)，泵 1 出口压力由阀 2 调定；当阀 4的电磁铁通电时(即右位接人系统)，泵的出口压力由阀 3 调
12、定。阀 3 调定的压力值应低于阀 2 的调定值，否则阀 3 不起作用，也就得不到两级油压。采用适当控制阀还能实现三级调压甚至多级调压。【知识模块】 数控机床常见液压、气动系统故障的诊断与维修5 【正确答案】 在数控机床液压系统中，根据执行元件液压缸的运动速度和负载性质，通常速度低的用节流调速回路；速度稳定性要求高的用调速阀的调速回路；负载小、变化也较小的用节流调速回路，反之则用变量泵节流调速或变量泵调速回路。根据功率大小，一般功率在 3kw 以下的用定量泵节流调速； 35kW 的用变量泵节流调速或变量泵调速；5kw 以上的则用变量泵调速。液压系统速度控制过程和速度控制的调整可参见以下示例。 (
13、1)调速回路调速回路用于调节液压缸等执行元件的运动速度，以适应液压系统执行元件运动速度的需要。如图 53 所示为回油路节流调速：此调速回路是将节流阀 3 设置在液压缸 5 和油箱之间的回油路上，调节节流阀 3 的节流口大小就能控制进入液压缸的流量，定量泵 1 提供的多余流量经溢流阀 2 流回油箱，这种调速与进油路调速一样，有节流损失和溢流损失，发热大，效率低，但液压缸的回油腔存在背压，运动平稳性较好，适用于负载变化较大，稳定性要求较高的中、小功率的液压系统。 (2)增速回路增速回路的作用是使液压缸在空行程时获得尽可能快的运动速度，以提高机床运动部件的效率。如图 54 所示为单活塞杆液压缸差动连
14、接增速回路。二位三通电磁阀 3 电磁铁断电处于图示位置时，液压泵 1 供油进入液压缸 2 左、右两腔连成差动形式，活塞快速向右运动；电磁阀 3 通电，右位接入系统，液压缸无杆腔进油，有杆腔回油，接成非差动形式。差动连接也可用三位四通换向阀 P 型中位机或其他方法来实现。 (3)速度换接回路 速度换接回路的作用是实现液压缸运动速度的切换，常有快速转换成慢速(工进)、第一慢速转换成第二慢速两大类。如图 55 所示为用行程换向阀的快速一慢速切换回路，图 5-5 所示状态，二位四通电磁换向阀 1 左位接入系统，二位二通行程换向阀 2 下位接入系统，液压缸快速向右运动；当活塞运动到挡块压下行程阀 2 时
15、，阀 2 上位接入系统，行程阀关闭，液压缸回油必须通过节流阀 3，实现定量泵节流调速，活塞由快速转换成慢速。这种切换回路，切换位置准确，速度转换比较平稳，但不能随意更改行程阀的安装位置。图 55 中的行程阀改为电磁换向阀，并通过挡块压下电气行程开关来控制电磁换向阀工作，也可实现上述速度的切换，电磁换向阀的安装位置比较灵活，但切换平稳性和准确性都比用行程阀差。【知识模块】 数控机床常见液压、气动系统故障的诊断与维修6 【正确答案】 如图 5-6 所示为 MJ-50 数控车床的典型液压系统原理图，MJ 一 50数控车床卡盘的夹紧与松开、卡盘夹紧力的高低压转换、回转刀架的松开与夹紧、刀架刀盘的正转反
16、转、尾座套筒的伸出与退回都是由液压系统驱动的，液压系统中各电磁阀电磁铁的动作是由数控系统的 PC 控制实现的。液压系统的工作过程见表5-1，回转刀架转位换刀的控制流程见表 5-2，液压系统的动作顺序和电磁阀电磁铁动作见表 5-3。如图所示，回转刀架的自动转位换刀是由 PC 顺序控制实现的。在机床自动加工过程中，当完成一个工步需要换刀时，加工程序中的 T 代码指令回转刀架转位换刀。这时，由 PC 输出执行信号，首先使电磁铁线圈 SDL-4 得电动作，刀盘松开，同时刀盘的夹紧确认开关 PRS6 断电，并延时 200ms。之后，根据 T 代码指定的刀具号，由液压马达驱动刀盘，就近转位选刀，若 SDL
17、-8 得电则刀架正转，若 SDL-9 得电则刀架反转。刀架转位后是否到达 T 代号指定的刀具位置，由一组刀号确认开关 PRSlPRS4 并与奇偶校验开关 PRS5 来确认。如果指令的刀具到位，开关 PRS7 通电，发出液压马达停转信号，使电磁铁线圈 SDL-8 或 SDL-9 失电，液压马达停转。同时，SDL-4失电，刀盘夹紧，即完成了回转刀架的一次转位换刀动作。这时，开关 PRS6 通电，确认刀盘已夹紧，机床可以进行下一个动作【知识模块】 数控机床常见液压、气动系统故障的诊断与维修7 【正确答案】 加工中心的液压系统一般可实现刀库的刀具位移、机械手的自动换刀；垂向移动主轴箱的配重；回转工作台
18、的分度、回转；刀具的安装和主轴高低速的转换等动作要求。VPl 050 加工中心液压系统的特点与工作过程见表 54。VP1050 加工中心液压系统的特点： 1)采用变量叶片泵 l 提供系统压力油，可整体调节系统的运行速度 2)采用止回阀 2 来减小系统断电时，或其他故障造成的液压泵压力突降对系统的影响 3)压力开关 3(YKl)位于止回阀 2 之后，是检测系统压力的 PLC 信号源，是 CNC 系统开启后 PLC 高级自动报警自检的首要检测对象。如 YK1 无信号，整个数控系统的动作将全部停止 4)系统可实现链式刀库的刀链驱动、垂向移动主轴箱的配重、主轴刀具的安装和高低速转换 5)系统可靠、安全
19、、功率大，适用于龙门结构的立式加工中心【知识模块】 数控机床常见液压、气动系统故障的诊断与维修8 【正确答案】 气压传动是以气体作为工作介质，依靠密封工作系统对气体挤压产生的压力能来进行能量转换、传递、控制和调节的一种传动方式。与液压传动相似，它也有压力和流量两个重要参数。数控机床上的气动系统常用于主轴锥孔吹气、回转工作台和开关防护门。有些加工中心依靠气液转换装置实现机械手的动作和主轴松刀。 (1)数控机床气动系统的特点气压传动与液压传动相比，气压传动有如下特点： 工作介质空气可从大气中直接汲取，用过的气体可直接排人大气，处理方便。 空气粘性很小，在管路中输送时阻力损失远小于液压传动系统。 气
20、压传动工作压力低，一般在 10MPa 以下，对元件的材质和制造精度要求较低。 维护简单，使用安全，无油的气动控制系统特别适用于实现数控机床的辅助功能动作。气压传动的信号传递速度限制在声速(约 340ms)范围内，故其工作频率和响应速度不如电子装置，并且会产生较大的信号失真和延滞。 空气具有压缩性，故其工作速度和工作平稳性方面不如液压传动。 气压传动工作压力低，系统输出力较小，传动效率较低。 (2)气压传动系统的基本组成如图 57 所示，气动系统的组成与液压系统类似。 动力部分。空气压缩机(气泵)1 是动力元件，它将电动机的机械能转变成气体的压力能，为各类气动设备提供动力。用气量较大的一般都专门
21、建立压缩空气站，通过输送管道向各用气点分配压缩空气。使用真空气压传动的气源是用真空泵作为动力元件的。 执行部分。气缸 10 或气马达是执行元件，执行部件将气泵提供的气压能转变为机械能，输出力和速度(转矩和转速)，用以驱动工作部件，如数控机床的防护门、真空卡盘等。 控制部分。减压阀 6、行程阀 8、换向阀 9 等是控制元件，用以控制压缩空气的压力、流量和流动方向，以保证执行元件具有一定的输出力(转矩)和速度(转速 )。 辅助部分。冷却器 2、除油器 3、储气罐 4、空气过滤器 5、油雾器 7 等是辅助元件，用以保证系统可靠、稳定地工作。【知识模块】 数控机床常见液压、气动系统故障的诊断与维修9
22、【正确答案】 数控车床真空卡盘的结构原理及其工作过程分析见表 55。基本结构： 1)吸盘结构：在卡盘本体 1 的前面开有数条圆形的沟槽 2，形成吸盘，槽内形成真空，薄的被加工件一侧与多条真空槽的吸盘接触，另一侧的大气压力将工件压在吸盘上达到夹紧的目的 2)吸盘通过转接件 5 的孔道 4 与小孔 3 相通，然后与卡盘体内气缸腔室 6 相连接 3)腔室 6 通过气缸活塞杆后部的孔 7 通向连接管 8，然后与装在主轴后面的转阀 9 相通 4)软管 10 同真空泵、真空罐等真空获取系统相连接 5)要取下被加工的工件时，向沟槽内通以空气 6)气缸腔室 6 内松开工件时充气，夹紧工件时真空，所以活塞 11
23、 有时缩进有时伸出。此活塞前端的凹窝在卡紧时起到吸着的作用。当工件被安装之前缸内腔室与大气相通，在弹簧 12 的作用下活塞伸出卡盘的外面；当工件被卡紧时缸内造成真空则活塞头缩进 7)一般真空卡盘的吸引力(工件所受的压紧力)与吸盘的真空有效面积和吸盘内的真空度成正比 8)真空卡盘压紧工件的速度由卡盘中真空系统的抽气速率和卡盘的排气量成正比 应用特点： 1)工件与吸盘装夹接触平面越大，所受的压紧力越大 2)工件的重量和形状有一定的限制 3)切削用量有一定的限制 4)工件的吸附基准面有平面度和表面粗糙度要求系统特点： 1)真空获得系统设置储气罐，保证系统的真空度和抽气速率 2)系统使用空滤器保持控制
24、系统和真空获得系统的清洁度 3)不同工件的卡紧力通过真空调节阀调节 4)系统具有工作过程真空监测回路，显示工作状态下的真空压力 5)系统的卡紧、松卡与工作监测回路循环动作由三个电磁阀自动地进行控制 系统控制过程： 1)真空卡盘的夹紧是由图示电磁阀 1 的换向来进行的，即打开包括真空罐 8 在内的回路以造成吸盘内的真空，实现卡紧动作。气路走向：吸盘空滤器阀 1 右位阀 2空滤器真空罐真空泵大气 2)真空卡盘松夹时，在关闭真空回路的同时，通过电磁阀 4 迅速地打开空气源回路，以实现真空下瞬间松卡的动作。气路走向：松夹气源阀 7阀 4 上位空滤器吸盘册大气 3)电磁阀 5 是用以开闭压力继电器 6
25、的回路。在卡紧的情况下此回路打开，当吸盘内真空度达到压力继电器的规定压力时，给出夹紧完了的信号。在松卡的情况下，回路已换成空气源的压力了，为了不损坏检测真空的压力继电器，将此回路关闭 4)根据被加工工件的尺寸、形状，调节真空调节阀 2 可选择最合适的卡紧力数值【知识模块】 数控机床常见液压、气动系统故障的诊断与维修10 【正确答案】 H400 型卧式加工中心属于中小功率、中等精度的数控机床，机床的辅助动作主要由气压驱动装置完成，所采用的气动系统具有典型性。系统由气源装置、主轴松刀、主轴吹气(清屑)、工作台拉紧、鞍座锁紧和刀库移动等控制回路组成，系统中所有的控制阀完全采用板式集装阀连接，安装方式
26、结构紧凑，易于控制、维护与故障点检测。为避免气流放出时所产生的噪声，在各支路的放气口均加装了消声器。H400 型加工中心气动系统各组成部分的特点见表 5-6，各控制回路的工作过程见表 5-7。【知识模块】 数控机床常见液压、气动系统故障的诊断与维修11 【正确答案】 (1)液压泵的类型及应用 见表 58。(2)液压泵的主要技术参数见表 59。【知识模块】 数控机床常见液压、气动系统故障的诊断与维修12 【正确答案】 (1)分析齿轮泵的结构和常见问题 如图 58a 所示为外啮合式齿轮泵工作原理。在密封的泵体内有一对互相啮合的齿轮，以啮合点 P 沿齿宽方向的接触线，将吸油腔 3 和压油腔 1 分开
27、。当电动机带动主动齿轮 2 按图示箭头方向旋转时，从动齿轮 4 也一起旋转。在右侧吸油腔，相互啮合的轮齿不断脱开，密封工作腔逐渐增大，形成局部真空，油箱中的油液在外界大气压力作用下进入吸油腔并填满齿间，随着齿轮的转动被带到压油腔；在左侧压油腔，轮齿逐渐进入啮合，密封工作腔随之变小，齿间的油液受到挤压而输入系统。如此连续不断地循环，形成连续吸油和压油。 如图 58b 所示为 CB 型齿轮泵的结构。齿轮泵为三片式结构形式，即泵体 3、前盖 4 和后盖 1。一对与泵体宽度相等、齿数相同而又互相啮合的齿轮 7 装入泵体中，主动齿轮用平键 2 固定在长轴 5 上，长轴和短轴 8 由滚针轴承 9 分别装在
28、前盖和后盖中，这时齿轮被包围在前盖、后盖和泵体中，与外界隔离而形成了密封工作腔，长轴通过联轴器由电动机驱动旋转。齿轮泵存在径向间隙和轴向间隙，有间隙就会有泄漏。径向泄漏的油，通过前盖和后盖上泄油孔 及短轴中心通孔 b 引回到吸油腔；轴向泄漏的油，通过泵体两侧上的三角形泄漏槽c 引回到吸油腔；在长轴伸出端加设密封圈 6，以防外泄漏。 齿轮泵的常见问题：a齿轮泵的常见不良现象之一称为“ 困油”。困油现象的产生是由于闭死容积发生变化，油液无法压出和补入所引起的。为了消除困油现象，主要的措施是在泵的前、后端盖上设置两个“ 消除困油槽 ”。 b齿轮泵常见的不良现象之二是径向力不平衡。齿轮泵工作时，压油腔
29、的油压高于吸油腔的油压等因素，泵内齿轮所受的径向力是不平衡的。这个不平衡力把齿轮压向一侧，并作用到轴承上，影响轴承的寿命。解决径向力不平衡的主要措施，一是缩小压油口的直径，使高压油作用于齿轮上的面积缩小，因而径向力也相应减小。二是在液压泵的有关零件上开出 4 个接通齿间的压力平衡槽，使作用到齿轮上的径向力大体获得平衡。 (2)齿轮泵的常见故障及其排除方法见表 510。【知识模块】 数控机床常见液压、气动系统故障的诊断与维修13 【正确答案】 叶片泵有双作用叶片泵与单作用叶片泵，YBP 型叶片泵的结构如图 59 所示。 (1)叶片泵的技术规格维修中应注意核对泵的技术规格，YB 型叶片泵的技术规格见表 5-11。(2)叶片泵的常见故障及其排除方法见表 512。【知识模块】 数控机床常见液压、气动系统故障的诊断与维修14 【正确答案】 空气压缩机是将电动机的机械能转换为气体压力能，为气动系统提供动力的元件，数控机床较多的生产场所可专门建立压缩空气站，通过输送管道向各用气点分配压缩空气，如图 510 所示为两极双缸活塞式空气压缩机。空气压缩机的工作原理与基本结构见表 5-13。【知识模块】 数控机床常见液压、气动系统故障的诊断与维修15 【正确答案】 空气压缩机的常见故障及其排除方法可参见表 514。
