德國(guó)HAWE公司推出的NSMD型液壓夾緊模塊是針對(duì)機(jī)床特別是車(chē)床的液壓旋轉(zhuǎn)夾緊系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的一款特定產(chǎn)品，在設(shè)計(jì)理念上充分考慮了在機(jī)床夾緊系統(tǒng)中的安全性問(wèn)題。

德國(guó)HAWE液壓公司是一家專(zhuān)門(mén)從事液壓元件設(shè)計(jì)和制造的廠家，在產(chǎn)品研發(fā)方面一直沿襲了自己獨(dú)特的設(shè)計(jì)思路，針對(duì)不同應(yīng)用領(lǐng)域研制了很多極具特性的產(chǎn)品。

對(duì)于機(jī)床行業(yè)，特別是數(shù)控車(chē)床，在主軸及工件的夾緊液壓系統(tǒng)中，安全性一直是十分重要的因素，而在以前從液壓的角度來(lái)探討系統(tǒng)的安全性，又是相對(duì)欠缺的。德國(guó)HAWE公司推出的NSMD型液壓夾緊模塊（圖1）是針對(duì)機(jī)床特別是車(chē)床的液壓旋轉(zhuǎn)夾緊系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的一款特定產(chǎn)品，在設(shè)計(jì)理念上充分考慮了在機(jī)床夾緊系統(tǒng)中的安全性問(wèn)題。該產(chǎn)品已經(jīng)在歐洲機(jī)床市場(chǎng)上廣泛應(yīng)用。為了幫助讀者更深入的了解該產(chǎn)品，首先簡(jiǎn)單介紹液壓夾緊系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)理念。

系統(tǒng)工作的先后順序?qū)Π踩挠绊懠芭懦?/strong>

在任何液壓系統(tǒng)中，都普遍存在的安全隱患是：如果液壓系統(tǒng)中的一個(gè)功能元件，由于不同原因：如閥芯卡滯，在未達(dá)到預(yù)設(shè)的工作位置（如換向未到位）或壓力前，下一個(gè)功能元件就開(kāi)始工作，可能會(huì)造成系統(tǒng)的不確定性和危險(xiǎn)性。對(duì)于車(chē)床的液壓夾緊系統(tǒng)也是一樣。

標(biāo)準(zhǔn)的液壓機(jī)床夾緊系統(tǒng)一般由電磁換向閥、減壓閥和壓力繼電器組成。該系統(tǒng)也可以根據(jù)不同要求增加節(jié)流閥或調(diào)速閥對(duì)夾緊速度進(jìn)行控制。簡(jiǎn)單描述液壓夾緊過(guò)程：機(jī)床得到需要夾緊的信號(hào)，電磁換向閥上的電磁鐵得電，換向閥開(kāi)始換向，當(dāng)換向閥的閥芯換向到位后，壓力油從P口進(jìn)入夾緊模塊，經(jīng)過(guò)減壓閥，到達(dá)換向閥的P口。壓力油通過(guò)換向閥進(jìn)入夾緊油缸，工件被夾緊。此時(shí)換向閥的A口壓力升至減至閥彈簧設(shè)定壓力。壓力繼電器發(fā)訊，此信號(hào)反饋回電控系統(tǒng)，以確認(rèn)工件已被夾緊，動(dòng)作完成（圖2）。在這一機(jī)床液壓夾緊動(dòng)作過(guò)程中，液壓的動(dòng)作過(guò)程主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。

其一，電磁換向閥閥芯是否換向到位的確認(rèn)。對(duì)于一個(gè)安全的液壓夾緊系統(tǒng)，如果不能保證換向到位以后，減壓閥再打開(kāi)并開(kāi)始工作，就會(huì)給系列的操作過(guò)程帶來(lái)很多不確定性，而這一不確定性可能帶來(lái)夾緊中壓力或流量的未預(yù)見(jiàn)性波動(dòng)，為整個(gè)系統(tǒng)帶來(lái)未知的安全隱患。

在NSMD型換向閥中創(chuàng)造性地增加了一個(gè)連通油路X。在原理圖中可以看到這條X油路連接了換向閥芯和減壓閥的控制閥芯。也就是說(shuō)，只在換向閥閥芯達(dá)到最終位置前的極短瞬間，即達(dá)到換向終點(diǎn)時(shí)，控制通道X和相應(yīng)負(fù)載油口之間的內(nèi)部連通，即X油路才能很快建立，并保持到換向與減壓閥芯溝通。減壓閥打開(kāi)，并執(zhí)行其減壓作用。所以只有電磁換向閥的閥芯已達(dá)到最終切換位置，夾緊壓力應(yīng)答信號(hào)和壓力監(jiān)控信號(hào)才發(fā)出。

其二，從減壓閥輸出的壓力油只有達(dá)到需要的減壓壓力時(shí)，壓力繼電器才可以發(fā)訊。在壓力繼電器發(fā)訊之前，元件動(dòng)作又有兩個(gè)基本順序點(diǎn)需要注意：第一個(gè)就是減壓閥減壓壓力是否到位，另外是壓力繼電器的發(fā)訊是否是在到達(dá)減壓閥的設(shè)定壓力時(shí)發(fā)訊。這就要在設(shè)計(jì)系統(tǒng)元件中考慮：如何將減壓閥和壓力繼電器的兩個(gè)數(shù)值完全統(tǒng)一。在傳統(tǒng)的液壓元件選型中減壓閥和壓力繼電器是兩個(gè)獨(dú)立元件，也就是說(shuō)在一個(gè)元件的壓力值設(shè)定好以后，另外一個(gè)壓力值的設(shè)定就需要不斷的參照前一個(gè)元件來(lái)設(shè)定壓力，并不斷比對(duì)以確保設(shè)定值的統(tǒng)一性。這不但增加了機(jī)床調(diào)試的人力成本，同時(shí)其安全可靠性也很難保障。

NSMD夾緊模塊是針對(duì)車(chē)床夾緊液壓系統(tǒng)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的液壓元件，其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)在于將減壓閥和壓力繼電器的閥芯設(shè)計(jì)在一起，換言之，減壓閥的閥芯上集成了微型壓力開(kāi)關(guān)。在未達(dá)到減壓閥設(shè)定的壓力值時(shí)，壓力繼電器就觸發(fā)信號(hào)。當(dāng)減壓閥的設(shè)定壓力變更時(shí)，壓力開(kāi)關(guān)又能自動(dòng)跟隨這一變化，無(wú)需人工校對(duì)，既可保持原來(lái)預(yù)定的壓差，同時(shí)也能避免減壓閥變更過(guò)程中存在的安全隱患。

系統(tǒng)中突發(fā)故障的監(jiān)控及防范

在機(jī)床運(yùn)行過(guò)程中，必須充分考慮其可能存在的各種故障或其他不確定因素，因?yàn)檫@些不確定性將給液壓系統(tǒng)及機(jī)床工作帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。而這些風(fēng)險(xiǎn)是可以通過(guò)機(jī)床液壓系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)規(guī)避的。

第一， 對(duì)于非正常壓力和流量的監(jiān)控。

對(duì)于機(jī)床夾緊液壓系統(tǒng)，產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)時(shí)的直接表現(xiàn)就是壓力和流量上的異常。因此在設(shè)計(jì)液壓夾緊模塊時(shí)，就要針對(duì)壓力和流量的異動(dòng)給出相應(yīng)的處理措施。NSMD型夾緊模塊可以監(jiān)控整個(gè)夾緊過(guò)程(起點(diǎn)和終點(diǎn))，以及由于故障（如管路斷裂、泵故障）引起的壓力消失或流量激增等狀況。

參看圖3曲線可明確認(rèn)識(shí)這一發(fā)訊過(guò)程。左曲線表明NSMD夾緊模塊對(duì)于壓力的監(jiān)控。減壓閥設(shè)定壓力為1.1MPa，壓力繼電器動(dòng)作，觸發(fā)信號(hào)，工件夾緊。而壓力在≤1.1MPa和≥0.92MPa時(shí)，系統(tǒng)認(rèn)為夾緊壓力正常，機(jī)床正常工作。當(dāng)夾緊壓力低于0.92MPa時(shí)，壓力繼電器觸發(fā)，觸發(fā)后可以根據(jù)機(jī)床設(shè)計(jì)者的要求，停機(jī)或發(fā)出報(bào)警信號(hào)。參看右曲線，夾緊時(shí)切換流量達(dá)到2L/min時(shí)，系統(tǒng)認(rèn)為是正常范圍開(kāi)始夾緊工作。切換流量超過(guò)4L/min，系統(tǒng)認(rèn)為有意外故障導(dǎo)致流量增大，將會(huì)觸發(fā)信號(hào)，同樣可以發(fā)出故障報(bào)警。將夾緊模塊設(shè)置在整個(gè)夾緊壓力范圍內(nèi)，這樣壓力開(kāi)關(guān)就總能發(fā)出清晰的應(yīng)答或監(jiān)控信號(hào)。這一功能可利用與夾緊壓力相關(guān)的壓力繼電器裝置的轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)。另外，該模塊還可附加監(jiān)控低于壓力調(diào)整范圍的夾緊壓力和流量，確保夾頭到達(dá)終點(diǎn)位置并達(dá)到夾緊壓力時(shí)，壓力開(kāi)關(guān)就會(huì)觸發(fā)信號(hào) (夾緊壓力應(yīng)答)。

第二，在機(jī)床工作過(guò)程中突發(fā)斷電產(chǎn)生的故障保護(hù)。在設(shè)計(jì)NSMD型夾緊模塊時(shí)也對(duì)這樣的可能性進(jìn)行了充分考慮。

首先利用一直接安裝的輔助模塊，對(duì) NSMD型夾緊模塊進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)和電比例調(diào)節(jié)。這樣，就能實(shí)現(xiàn)A和B油口壓力在各自壓力范圍內(nèi)的電比例控制。因此，可以從設(shè)備控制盤(pán)上對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操縱，也可以利用外部控制裝置，如SPS、CNC或者PC，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操縱。

當(dāng)輸入動(dòng)力失效，一個(gè)附加的安全功能仍然可以保持原先的壓力設(shè)定。電比例輔助模塊由一個(gè)先導(dǎo)減壓閥、一個(gè)截止閥和一個(gè)活塞組成，此活塞可對(duì)夾緊模塊的2通減壓閥的彈簧施加作用力。先導(dǎo)減壓閥產(chǎn)生的比例控制壓力，低于壓力流道中的壓力。此控制壓力作用到活塞上，從而壓縮彈簧，而彈簧又加載于2通減壓閥的控制閥芯。

在比例壓力調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)之前，先導(dǎo)減壓閥的附加元件應(yīng)打開(kāi)截止閥，使介質(zhì)液體自由從減壓閥流入控制活塞。一旦動(dòng)力失效（如電子裝置失效或電纜斷裂），先導(dǎo)減壓閥的活塞就跳回原始位置，使截止閥關(guān)閉，進(jìn)而控制活塞上的壓力被鎖定。如果上述情況發(fā)生，夾緊壓力也只降低4%。

綜上所述，德國(guó)HAWE液壓公司開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的NSMD型夾緊模塊在設(shè)計(jì)中充分考慮了機(jī)床使用過(guò)程中的各種安全隱患。為機(jī)床的夾緊系統(tǒng)提供了一個(gè)安全可靠的解決方案。在實(shí)際使用過(guò)程中得到了機(jī)床設(shè)計(jì)者的一致認(rèn)可。