国外机床先进结构的原理及功能分析
《机床与液压》2006. No. 7 ·261·
国外机床先进结构的原理及功能分析
李明
(郑州航空工业管理学院，河南郑州450015)
摘要:详细介绍了国外机床的一些先进机构，包括针阀式缓冲活塞、移动部件锁紧机构、油缸推进燕尾导轨移动式辅
助支承机构和夹紧压板自动旋转机构，分析了其工作原理及特点。
关键词:缓冲活塞;活塞式压板;曼特龙压板;辅助支承
中图分类号:TG502; TG757 文献标识码:A 文章编号:1001一3881 (2006) 7 -261一2
作者在消化、使用西德许勒 ·惠勒公司 (Miller
一Hille GmbH)的组合机床通用部件和与意大利菲亚
特公司联合设计菲亚特拖拉机工艺装备时，发现某些
机构的设计很精巧，因而对其进行了研究，分析了其
设计原理及功能。现将笔者研究和使用之心得介绍如
下，以供同行参考。
1 动力油缸的针阀式缓冲活塞
在液压系统中，由于某种原因引起液体压力在某
一瞬间急剧升高，形成很高的压力峰值，这种现象叫
做液压冲击。当运动部件制动或换向时，液压系统的
换向阀关闭液压缸的进油口通道。由于运动部件的惯
性，活塞将继续运动一段距离后才停止，使液压缸的
出口腔油液受到压缩，即运动部件的全部动能都转变
成液压缸出口腔油液的压力能，从而引起液体压力急
剧增加，形成压力峰值，产生液压冲击。此时系统压
力在极短时间内达到很高值，要比正常压力大几倍甚
至十几倍，并产生噪声和振动，这不但影响传动精度
和加工质量，而且会使某些液压元件的密封装置遭到
破坏，降低设备的使用寿命。因此，在设计机床的液
压系统和机械结构时，必须设法减轻或避免液压冲
击。笔者在机床的动力油缸的设计中，采用了西德公
司所发明研制的动力油缸针阀式缓冲结构，成功地解
决了机床动力油缸所产生的液压冲击和振荡，大大提
高了机床运动的平稳性。针阀式缓冲活塞的结构如图
1所示，在活塞的圆周上，开有一个两端为杯.3中
间为 科 的阶梯通孔，科 孔内装有一个直径为
价. 5 mm的滚针，两端杯.3孔内各装有一个护.5的
钢球，两端杯.3孔的孔底锥面分别与两钢球配研。
科 孔与滚针之间形成一个环形空间，该环形间隙的
面积相当于一个拟 小孔的面积，也就是说相当于形
成为一个直径近2mm的溢流孔。在油压改变的瞬间，
高、低压腔通过该环形间隙连通，使高压腔溢流。
针阀式缓冲活塞工作原理是:正常工作时 (设
活塞向右运动)，油缸左腔压力大，左钢球3和左端
怀.3孔底锥面密切贴合，科 孔被堵，针阀无溢流作
用，右腔油液不能向左腔流动，活塞正常运动。此
时，如果运动突然停止或者换向，油缸右腔的压力会
急剧升高，出现液压冲击。右腔的高压油会通过挡板
6上的油孔，流人活塞的阶梯孔内，推动右钢球3和
滚针4向左移动，并流经科针孔，推动左钢球3向
左移动，油液经左挡板油口流至左油腔，活塞上的阶
梯孔起到了溢流作用，从而减低了右腔高压油的峰
值，减缓或消除液压冲击。右钢球 3从开始向左端运
动并从左端堵住科 的时间，就是溢流时间。从左端堵住科 孔的
西 德 Miller一Hille
公司经长期实践表明，
阶梯孔和滚针的直径不
随机床工作台驱动油缸
直径的大小而变化，而
溢流时间可通过控制滚
针和科 孔的长度差来设
定。制造时必须严格控
制科 孔和中3.5滚针的
直径尺寸和表面粗糙度，
从而保证二者之间环形
1.活塞杆 2.活塞 3.
钢球 4.滚针 5.空心
弹性圆柱销 6.挡板
图1 针阀式缓冲活塞
间隙的面积相当于一个拟 小孔。
2 移动部件锁紧机构
对于机床的移位工作台而言，其可靠定位与锁紧
是保证加工精度的关键因素之一。以下介绍了意大利
和西德的先进的工作台压板锁紧机构— 活塞式和皮
囊式压板锁紧机构，以供读者参考。
2.1 活塞式压板锁紧机构
意大利的活塞式压板锁紧机构可广泛应用于移动
部件的各种导轨型式的夹紧机构中。该结构设计在动
导轨的压板上，原理如图2所示。当压力油从进油嘴
进人活塞腔后，压力油推动橡胶活塞圈2，从而使锁
紧块 1向上移动 (移动行程为 1.5一2mm)，使动、
静导轨锁紧在一起。松开时，卸去高压油，就卸去了
锁紧块上的力，压板正常工作，工作台可往复运动。
活塞式导轨锁紧压板与通常所采用的油缸夹紧或碟形
弹簧夹紧结构相比有很多的优点，该结构直接设计在
压板内，几乎不占有空间，因此结构紧凑简单，在结
构设计上不受限制。设计者可根据移动工作台体的长
短和工作台导轨的宽窄及所需夹紧力的大小，任易决
定锁紧块的数量和圆形压块 1的直径尺寸。其工作安
全可靠，夹紧力分布均匀，制造和装配简单，成本低
廉。
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匕
A
图2 活塞式压板锁紧机构
2.2 皮囊式压板锁紧机构
皮囊式压板锁紧机构又称曼特龙压板，是西德
Haller一Hille公司发明研制的产品，广泛应用于各种
需要移位锁紧的装置中。其结构原理如图3所示。件
1是压板，件2是橡胶皮囊，件3是压块接头组件，
件4是堵头。压板 1是一厚为 2一2. 5mm的薄钢板
件，皮囊为专业厂家生产的橡胶制件，用户可根据需
要任意截取所需长度，然后用件4堵头将两端用粘结
剂粘合。其截面规格的大小，根据工作台的导轨宽度
来选取。可根据压板的长度来确定进油接头的数量
(长压板一般设定为2个进油口，以提高夹紧速度)，
压板 橡胶皮囊
在距皮囊端部50mm处，加工一孔，用粘结剂将压块
接头与皮囊粘接在一起，应避免漏油。液压锁紧压板
的油液压力一般应小于 1. 5MPa。需要锁紧时，输人
高压油，顶起皮囊和压板，移动件锁紧。松开时，卸
去高压油，压板的压力卸去，移动件松开。曼特龙压
板的特点是锁紧压力大，且均匀的分布在整个导轨
上;其缺点是，因需在整个压板上加工一通凹槽，使
压板强度有所降低;此外，皮囊两端处的粘接及皮囊
与接头处的粘接要求较高，在装配时，往往由于该道
工序的失误而造成皮囊的报废，或是在工作过程中产
生漏油现象。
压块接头组件 堵羡
图 3
3 夹具机构
3.1 多点辅助支承机构
皮囊式压板锁紧机构
油缸推进燕尾导轨移动式辅助支承结构广泛应用
辅助支承是夹具设计中经常要用到的支承方式，
这里介绍意大利的一种油缸推进燕尾导轨移动式辅助
支承结构。如图4所示。在整体式活塞杆上加工有倾
斜布置的燕尾形导轨槽，它与底部是燕尾导轨的辅助
支承销联结。导轨槽与燕尾导轨配研，以保证移动时
的运动灵活性。当活塞左右移动时，通过燕尾导轨就
可带动支承销上下移动，以支承或脱开工件。
支承销 ,A A-A
于机床夹具中，特别是针对生产线上需要多点辅助支
承的自动定位和夹紧的夹具，可实现多点定位而不会
因过定位而使零件产生变形。该结构支承可靠，运动
灵活，调整简单。
3.2 夹紧压板 自动旋转机构
旋转式夹紧压板亦
是使用广泛的夹紧方式。
图5是意大利的一种压
板自动旋转结构。活塞 1
设计成整体式，活塞与
压板固联，带动压板下
移并夹紧。活塞端部加
工有一个 H7精度的孔，
将导向柱 3固定在油缸
图4 燕尾导轨移动式辅助支承
机构工作时，活塞杆向左运动并推动支承销上
移，支承工件，销的支承力由压力继电器控制，当压
力达到合适值时，此时销既起到了支承作用而又未破
坏定位元件的定位，压力继电器发出信号，小腔进油
停止，但不卸荷，保持压力，直至零件加工完毕。此
时反向进油，活塞右移，辅助支承缩回。
后端盖上，导向柱表面图5夹紧压板自动旋转机构
加工一螺旋槽，其长度根据压板回转角度的大小而
定。夹紧油缸工作时，油缸上腔进油，活塞下移，与
此同时，由于固定销2只能在螺旋槽内相对滑动，故
与销2固联的活塞 1就在缸体内旋转，从而实现压板
下移、旋转并夹紧工件。该结构的特点是:可广泛应
(下转第252页)
·252· 《机床与液压》2006. No. 7
工中心，数控系统为辛辛那提 *米拉克龙的A850SX
系统，开机出现00258号报警，此类故障以前偶尔出
现过几次，但有时重新开机，机床又能恢复正常，而
且这种现象大多出现在天气比较潮湿的雨季天气。
故障检查与分析:根据机床的故障现象及报警提
示的内容，检查机床接口部件 (MIA)电源供给板，
用直流电压表检查 P13, P14上的电压，发现电压为
5. 4VDC，与电路要求的 (+5士0. 100) VDC有较大
差别，有必要调整电源的正确电压。经调节 +5VDC
输出电压后，重新开机，机床正常启动。但是过了几
天又出现同样的故障现象，怀疑开关电源供给板的元
器件性能老化，造成开关电源稳压性能差，重新检测
(MIA)电源供给板的 +5VDC输出电压，实测为
5. 3VDC。考虑到该机床接口部件 (MIA)电源供给
板，主要提供 +5V、土12V的稳压电源，且电源要
求的功率不大，十12V的稳压电源能达到5A要求即
可满足，决定直接购买市面上含 +5V, 1 12V的计
算机主机专用开关稳压电源板，对接插脚稍作改动更
换，故障彻底排除。
例2 故障现象:一台哈挺CONQUEST T51数控
车床，配F一18T控制系统，CRT出现401报警，而
且X轴伺服单元上出现HCAL过电流报警。
故障检查与分析:CRT上出现 401报警，说明
X, Z等进 给轴 的速度 控 制 REDY准 备好 信 号
(VRDY)变成断开状态，即说明伺服系统没有准备
好，有故障。再根据X轴伺服单元上出现HCAL过
电流报警，极有可能是 X轴伺服单元上的晶体管放
大模块损坏。实测结果’，证明上述判断正确，有一个
(6MBI60FA一060) 6 x 60A, 600V的晶体管放大模
块损坏，更换后开机一切正常。
从上面维修实例可以看到，数控系统出现故障
后，通过灵活应用数控系统常规的处理方法，充分利
用系统的自诊断功能，一般都能够快速准确地排除故
障。
4 故障维修后的技术处理
在现场维修结束后，应认真填写维修记录，列出
有关必备的备件清单和维修更换的元器件，建立用户
档案，这样不仅使每次的故障维修都有据可查，而且
也可以积累维修经验。实践证明，许多不同类型的数
控系统的数控设备出现故障都有一定的共性和自己的
一些特点，举一个简单的例子，本单位有两台济南第
一机床厂生产的同规格型号的 MJ一460数控车床，
其中一台出现 X轴过载报警故障，而且这种故障时
有时无，也就是常说的软故障，对这种软故障的维修
有一定的难度，后经仔细检查和分析，最后查出是由
于X轴电动机带制动器的供电控制的电路板焊点虚
焊，引起制动器有时不能释放，而造成 X轴伺服电
机过载，经焊点补焊，故障即彻底排除。时隔仅半年
另一台MJ一460数控车床又出现同样的故障，有了
前一台MJ一460数控车床故障维修的经验，很快就
解决了故障问题。可见，维修记录和经验的重要。
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收稿 日期:2006-01-17
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(上接第245页)
少，而且在准确率和效率上都有很大提高。
参考文献
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作者简介:杨树莲 (1966-)，女，山西太原人，山
东工商学院信息与电子工程学院副教授，1991年硕士毕
业，现为海军航空工程学院在读博士，研究方向为机电设备
故障诊断技术，发表论文20余篇。电话:0535-6 903541，
E一mail; yy6654@ 163. coma
收稿 日期 :2005-05-16
(上接第262页)
用于自动回转夹紧装置，因回转装置设计在油缸内
部，从而使夹具外部结构简单、紧凑，夹紧刚性好，
夹具台面无杂乱装置，有利于排屑。
参考文献
(1]贾铭新.液压传动与控制 【M] .2版.国防工业出版
社，2001.1.
作者简介:李明 (1955-)，女，河南开封市人，郑
州航空工业管理学院机电工程系高级工程师，副教授。电
话:68252165(0)，E一mail: liqq@ zzia. edu. en.
收稿 日期:2005 -08 -23
国外机床先进结构的原理及功能分析.pdf
