数控机床典型气动系统原理与分析

1.气动系统的基本组成

气动系统的组成结构和主要部件与液压系统相类似。与液压系统相比，气动系统一般用于压力较小的场合，且具有无污染、方便维护等特点。

气动元件按功能分，可分成气源设备、气源处理元件、控制元件、执行元件、辅助元件和真空元件等几类。图9-41所示为典型气动系统的组成示意图。

图9-41 气动系统的组成示意图

1—电动机 2—空气压缩机 3—气罐 4—压力控制阀 5—逻辑元件 6—方向控制阀 7—流量控制阀 8—行程阀 9—气缸 10—消声器 11—油雾器 12—水分过滤器

（1）气源设备

将原动机供给的机械能转换成气体的压力能，作为传动与控制的动力源。它包括空气压缩机、后冷却器和气罐等。

（2）气源处理元件

清除压缩空气中的水分、灰尘和油污，以输出干燥、洁净的空气，以供后续元件使用。它包括过滤器、干燥器和自动排水器等。

（3）执行元件

把空气的压力能转化为机械能，以驱动执行机构做往复或旋转运动。它包括气缸、摆动气缸、气马达、气爪和复合气缸等。

（4）控制元件

控制和调节压缩空气的压力、流速和流动方向，以保证气动执行元件按预定的程序正常进行工作。它包括压力阀、流量阀、方向阀和比例阀等。(www.xing528.com)

（5）辅助元件

解决元件内部润滑、排气噪声、元件间的连接以及信号转换、显示、放大、检测等所需要的各种气动元件。它包括油雾器、消声器、压力开关、管接头及连接管、气液转换器、气动显示器、气动传感器、液压缓冲器等。

（6）真空元件

利用压缩空气的流动形成一定真空来吸吊物体。该类元件包括真空发生器、真空吸盘、真空压力开关和真空过滤器等。

从前面所述的知识可知，各种气动元件都可以划分成几大类别，从不同的角度来划分，同一品种可能归入不同的类别。如后冷却器作为空气压缩机的附属设备，则应归入气源设备类；若作为独立元件，按其功能应属于气源处理元件。

2.数控机床典型气动控制系统

某企业研制的H400卧式加工中心为中小型、通用型铣削加工中心，机床配备两个400mm×420mm的工作台，使用时通过自身的交换台可以实现双工作台的自动交换，工作台在鞍座上由气动锁紧机构自动锁紧，并根据加工需求可实现旋转运动。加工中心上的抓刀机构、工作台锁紧机构、交换台举升机构等辅助运动全部采用气动系统实现。

H400加工中心系统气动控制原理如图9-42所示。经过干燥和过滤的压缩空气由气站输送至机床，再经过过滤、调压、雾化后送入主回路。该气动系统共完成以下功能：控制抓刀气缸动作；主轴内锥孔吹气；工作台在鞍座上锁紧；控制刀库移动；控制交换台的上升和下降；实现鞍座正常工作时锁紧；实现鞍座销栓定位；实现主轴箱自重消除。

图9-42 H400加工中心系统气动控制原理图

交换台上升、鞍座定位、刀库移动等动作使用位置传感器判断动作是否完成。可旋转的鞍座由精密设计的薄壁形变气缸实现工作时的锁紧，系统工作压力为判断其是否处于正常工作状态的依据。工作压力由压力继电器实时检测，并将检测信号传送至数控机床的PMC单元；当压力不足时（<0.5MPa），将通过数控系统发出报警信号。

由于气缸运动时，在刀库驱动和工作台锁紧部位的冲击性较大，在气缸的进气口和出气口分别设置了进、出口节流器，且在气缸行程端部增加了阻尼器，增加了系统的稳定性。另外，主轴抓刀气缸采用单电磁阀双位控制，对交换台和工作台锁紧气缸采用双电磁阀双位控制，如果工作中断电，机构可以保持原位，避免事故。