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德國HAWE公司推出的NSMD型液壓夾緊模塊是針對機床特別是車床的液壓旋轉夾緊系統開發的一款特定產品，在設計理念上充分考慮了在機床夾緊系統中的安全性問題。

德國HAWE液壓公司是一家專門從事液壓元件設計和制造的廠家，在產品研發方面一直沿襲了自己獨特的設計思路，針對不同應用領域研制了很多極具特性的產品。

對于機床行業，特別是數控車床，在主軸及工件的夾緊液壓系統中，安全性一直是十分重要的因素，而在以前從液壓的角度來探討系統的安全性，又是相對欠缺的。德國HAWE公司推出的NSMD型液壓夾緊模塊（圖1）是針對機床特別是車床的液壓旋轉夾緊系統開發的一款特定產品，在設計理念上充分考慮了在機床夾緊系統中的安全性問題。該產品已經在歐洲機床市場上廣泛應用。為了幫助讀者更深入的了解該產品，首先簡單介紹液壓夾緊系統的安全設計理念。

系統工作的先后順序對安全的影響及排除

在任何液壓系統中，都普遍存在的安全隱患是：如果液壓系統中的一個功能元件，由于不同原因：如閥芯卡滯，在未達到預設的工作位置（如換向未到位）或壓力前，下一個功能元件就開始工作，可能會造成系統的不確定性和危險性。對于車床的液壓夾緊系統也是一樣。

標準的液壓機床夾緊系統一般由電磁換向閥、減壓閥和壓力繼電器組成。該系統也可以根據不同要求增加節流閥或調速閥對夾緊速度進行控制。簡單描述液壓夾緊過程：機床得到需要夾緊的信號，電磁換向閥上的電磁鐵得電，換向閥開始換向，當換向閥的閥芯換向到位后，壓力油從P口進入夾緊模塊，經過減壓閥，到達換向閥的P口。壓力油通過換向閥進入夾緊油缸，工件被夾緊。此時換向閥的A口壓力升至減至閥彈簧設定壓力。壓力繼電器發訊，此信號反饋回電控系統，以確認工件已被夾緊，動作完成（圖2）。在這一機床液壓夾緊動作過程中，液壓的動作過程主要表現在以下兩個方面。

其一，電磁換向閥閥芯是否換向到位的確認。對于一個安全的液壓夾緊系統，如果不能保證換向到位以后，減壓閥再打開并開始工作，就會給系列的操作過程帶來很多不確定性，而這一不確定性可能帶來夾緊中壓力或流量的未預見性波動，為整個系統帶來未知的安全隱患。

在NSMD型換向閥中創造性地增加了一個連通油路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，只在換向閥閥芯達到最終位置前的極短瞬間，即達到換向終點時，控制通道X和相應負載油口之間的內部連通，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，并執行其減壓作用。所以只有電磁換向閥的閥芯已達到最終切換位置，夾緊壓力應答信號和壓力監控信號才發出。

其二，從減壓閥輸出的壓力油只有達到需要的減壓壓力時，壓力繼電器才可以發訊。在壓力繼電器發訊之前，元件動作又有兩個基本順序點需要注意：第一個就是減壓閥減壓壓力是否到位，另外是壓力繼電器的發訊是否是在到達減壓閥的設定壓力時發訊。這就要在設計系統元件中考慮：如何將減壓閥和壓力繼電器的兩個數值完全統一。在傳統的液壓元件選型中減壓閥和壓力繼電器是兩個獨立元件，也就是說在一個元件的壓力值設定好以后，另外一個壓力值的設定就需要不斷的參照前一個元件來設定壓力，并不斷比對以確保設定值的統一性。這不但增加了機床調試的人力成本，同時其安全可靠性也很難保障。

NSMD夾緊模塊是針對車床夾緊液壓系統專門設計的液壓元件，其獨特優勢在于將減壓閥和壓力繼電器的閥芯設計在一起，換言之，減壓閥的閥芯上集成了微型壓力開關。在未達到減壓閥設定的壓力值時，壓力繼電器就觸發信號。當減壓閥的設定壓力變更時，壓力開關又能自動跟隨這一變化，無需人工校對，既可保持原來預定的壓差，同時也能避免減壓閥變更過程中存在的安全隱患。

系統中突發故障的監控及防范

在機床運行過程中，必須充分考慮其可能存在的各種故障或其他不確定因素，因為這些不確定性將給液壓系統及機床工作帶來風險。而這些風險是可以通過機床液壓系統的優化設計來規避的。

第一， 對于非正常壓力和流量的監控。

對于機床夾緊液壓系統，產生風險時的直接表現就是壓力和流量上的異常。因此在設計液壓夾緊模塊時，就要針對壓力和流量的異動給出相應的處理措施。NSMD型夾緊模塊可以監控整個夾緊過程(起點和終點)，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曲線可明確認識這一發訊過程。左曲線表明NSMD夾緊模塊對于壓力的監控。減壓閥設定壓力為1.1MPa，壓力繼電器動作，觸發信號，工件夾緊。而壓力在≤1.1MPa和≥0.92MPa時，系統認為夾緊壓力正常，機床正常工作。當夾緊壓力低于0.92MPa時，壓力繼電器觸發，觸發后可以根據機床設計者的要求，停機或發出報警信號。參看右曲線，夾緊時切換流量達到2L/min時，系統認為是正常范圍開始夾緊工作。切換流量超過4L/min，系統認為有意外故障導致流量增大，將會觸發信號，同樣可以發出故障報警。將夾緊模塊設置在整個夾緊壓力范圍內，這樣壓力開關就總能發出清晰的應答或監控信號。這一功能可利用與夾緊壓力相關的壓力繼電器裝置的轉換來實現。另外，該模塊還可附加監控低于壓力調整范圍的夾緊壓力和流量，確保夾頭到達終點位置并達到夾緊壓力時，壓力開關就會觸發信號 (夾緊壓力應答)。

第二，在機床工作過程中突發斷電產生的故障保護。在設計NSMD型夾緊模塊時也對這樣的可能性進行了充分考慮。

首先利用一直接安裝的輔助模塊，對 NSMD型夾緊模塊進行手動調節和電比例調節。這樣，就能實現A和B油口壓力在各自壓力范圍內的電比例控制。因此，可以從設備控制盤上對系統進行操縱，也可以利用外部控制裝置，如SPS、CNC或者PC，對系統進行操縱。

當輸入動力失效，一個附加的安全功能仍然可以保持原先的壓力設定。電比例輔助模塊由一個先導減壓閥、一個截止閥和一個活塞組成，此活塞可對夾緊模塊的2通減壓閥的彈簧施加作用力。先導減壓閥產生的比例控制壓力，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。

在比例壓力調節實現之前，先導減壓閥的附加元件應打開截止閥，使介質液體自由從減壓閥流入控制活塞。一旦動力失效（如電子裝置失效或電纜斷裂），先導減壓閥的活塞就跳回原始位置，使截止閥關閉，進而控制活塞上的壓力被鎖定。如果上述情況發生，夾緊壓力也只降低4%。

綜上所述，德國HAWE液壓公司開發設計的NSMD型夾緊模塊在設計中充分考慮了機床使用過程中的各種安全隱患。為機床的夾緊系統提供了一個安全可靠的解決方案。在實際使用過程中得到了機床設計者的一致認可。