转塔车床液压系统设计.docx
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转塔车床液压系统设计
课程设计
CB3450-1型转塔车床液压
系统的设计
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CB3450-1型转塔车床液压系统设计计算
1.CB3450-1型转塔车床液压系统的任务和性能要求CB3450-1型转塔车床为程序控制半自动组合式车床.他适合于加工各种盘类,套类零件.他工艺范围广,能进行外圆,内孔,外端面,内端面,锥面,倒角,切槽,切断,钻孔,扩孔,铰孔及成形表面等粗,半精和精加工.它的加工精度为2级,车削光洁度▽6.要求机床运动平稳,能无级调速,自动化程度,效率高,系统发热少.机床的主要参数如表14-8所示,他能完成表14-9中的所有工作循环.
为了高效率自动地完成上述任务,机床采用机,电,液联合控制.主轴运动采用双速电机和液压离合器,能变换四种转速.工件的加紧,主轴制动,前后刀架及转塔均采取液压传动.
表14-8机床主要参数
项目
主要技术参数
加工最大棒料直径
40mm
直达加工直径
200mm
前刀架
（水平）
横向最大行程
纵向最大行程
快速进退速度
横向
工进速度纵向
100mm
60mm
4m/min
8~180mm/min
12~180mm/min
后刀架
（倾斜30°）
横向最大行程
让刀最大行程
快速进退速度
切断面速度
100mm
8mm
4m/min
8~200mm/min
转塔刀架
纵向最大行程
刀架微抬
快速进退
工进速度
350mm
0.25mm
3~3.5m/’min
8~500mm/min
主运动
主轴转速范围
主电动机功率
40~1100r/min（12级）
5~6.5Kwn=400r/min
n=800r/min
表14-9机床的工作循环
切
外
圆
工进
让
刀快退
纵工进纵快进
横横
快快
退纵快退进
钻扩饺孔
工进快进
快退
镗
孔
快退
让
刀工进快进
纵快退
横横
快快
退纵工进纵快进退
切断面
纵横快退
横工进
横快进
纵快进
切内端面
横纵快进
工横
进横快
合成快退快进
退
加工成形表面
纵向快退
退进
刀刀
仿形进给
切槽
横
横工进快
横快进进
横
横快
工退纵快退
进
纵快进
切内沟造
纵快进
横横
工横纵快退快
进快快
退退
图14-2前刀架液压原理图
2．液压系统原理图的拟定CB3450—1型转塔车床液压系统原理图与第十三章§1CB3463型转塔车床大致相同，只是前刀架的回路有所区别。
CB3450—1型转塔车床前刀架液压原理图如图14—2所示。
纵进液压缸的控制回路与CB3463型的回路完全相同，仅仅改变了横进液压缸的回路控制。
横进液压缸由三位四通电磁阀D2控制进退手动转阀D1可以改变刀架的横向正切和反切。
正切外端面或外表面沟槽时，转阀D1在B位置上，电磁阀D4处于断电状态。
快进时液压无活塞杆腔进油，此时为快速进给，当压下行程阀D5时，改为工作进给，回油经单向调速阀Q2进和工作进给的速度换接，通过单向调速阀Q2调节工进速度。
3．工作情况分析
（1）前后刀架及转塔刀架最大切削力的计算表14—10列出了前后刀架及转塔刀架的切削要素和有关参数，并且计算出它们的最大切削力F。
前后刀架的最大切削力为切向切削力FZ，根据转塔车床多刀加工和刀具形状复杂的特点，他们的轴向切削力FX和经向切
削力FY分别取PX=0.5PZ=2940N
PY=0.5PZ=2940N
表14—10切削要素
刀架
刀具
V（m/min）
S（mm/min）
t（mm）
P（N）
工件材料
前（后）
T5
70
0.4
8
FZ=5880
钢件
σb=7.35MPa
转塔
Φ45麻花钻
W18Cr4V
0.2
Fqr=9800
钢件
σb=7.35MPa
（2）前刀架在矩形—V形导轨上滑动，纵向液压缸力的计算结果如表14—11所示。
图14—3是根据计算结果绘制的负载—速度—行程图。
表14—11前刀架纵缸力的计算
名称
项目
计算公式
已知数据
结果（N）
导轨摩擦力
启动时
Fmq=3/5Gf+2/5Gf/sinα/2
f=0.15;G=980N;α=90º
171.4
快速时
Fmk=3/5Gf+2/5Gf/sinα/2
f=0.07
80
工进时
Fmh=∑F.f
f=0.1;∑F=8330N
833
惯性力
启动与停止惯性力
Fgq=Fgz=G./g.∆V/∆t
启动0~4m/min
制动4~0m/min
∆t=0.15S
44.7
背压力
快进时
Fbk=Pbk.π/4（D2-d2）
液压缸直径D=70mm
活塞杆直径d=25mm
快速时背压pbk=0.5MPa
工进时背压pbk=0.4MPa
1677.9
快退时
F'bk=Pbk.π/4D2
1923.3
工进时
Fbh=Pbh.π/4（D2-d2）
1342.4
密封力
Fmi=0.1∑F
液压缸外负载∑F=Fx+Fm
=2940+833
377.3
液压缸牵引力
加速时
Fj=Fgq+Fmq+Fmi+Fbk
2271.3
快进时
Fk=Fmk+Fmi+Fbk
2135.2
工进时
Fh=Fx+Fmh+Fmi+Fbh
5492.7
反向启动
Fq'=Fgq+Fmq+Fmi+F'bk
2516.7
反向快退
Fk''=Fmk+Fmi+F'bk
2830.6
制动时
Fq=Fq'
2516.7
（3）前刀架横向液压缸力的计算前刀架横向液压缸除了刀架重量比纵向液压缸重量轻，而且采用燕尾形导轨外，其他参数如导轨摩擦系数，起动，制动时间，背压等均与纵向液压缸相同。
它的力的计算结果如表14—12所示。
图14—4是根据计算结果绘制的负载—速度—行程图。
图14—3纵向液压缸负载，速度—行程循环图图14—4横向液压缸负载速度—行程
循环图
表14—12前刀架横缸力的计算
名称
项目
计算公式
已知数据
结果（N）
导轨摩擦力
启动时
Fmg=Gf
G=294N;f=0.15
44.1
快速时
Fmk=Gf
f=0.07
20.6
工进时
作用在导轨上除有FZ，FX，FY，F外，尚有FZ，FX，FY引起的附加扭矩，这些力在导轨上产生的支反力，将其合成可得：
Fmh=∑F.f
∑F=13230N;f=0.1
1323
惯性力
启动与停止
Fgq=Fgz=G./g.∆V/∆t
∆V=4m/min
∆t=0.15s
13.5
背压力
快进时
Fbk=Pbk.π/4D2
液压缸直径D=70mm
活塞杆直径d=30mm
快速时背压Pbk=0.5MPa
工进时背压Pbk=0.4MPa
1923.3
快退时
F'bk=Pbk.π/4（D2-d2）
1570
工进时
Fbh=Pbh.π/4D2-
1538.6
密封力
Fmi=0.1∑F
∑F=Fx+Fm=2940+1323
426.3
液压缸牵引力
加速时
Fj=Fgq+Fmq+Fmi+Fbk
2407.2
快进时
Fk=Fmk+Fmi+Fbk
2370.2
工进时
Fh=Fx+Fmh+Fmi+Fbh
6227.9
反向启动
F'q=Fgq+Fmq+Fmi+F'bk
2053.9
反向快退
F'k=Fmk+Fmi+F'bk
2016.9
制动时
Fq=F'q
2053.9
（4）后刀架力的计算与前刀架相同（此处从略）
（5）转塔刀架力的计算转塔刀架包括进给液压缸，转位液压缸，抬起液压缸。
转塔进给液压缸力的计算如表14—13所示。
图14—5是根据计算结果绘制的负载—速度—行程图。
表14—13转塔刀架力的计算
名称
项目
计算公式
已知数据
结果（N）
导轨摩擦力
启动时
Fmq=Gf
G=2646N;f=0.15;α=90º
462.7
快速时
Fmk=Gf
f=0.07
215.9
工进时
作用在导轨上除有FZ，FX，FY，G外，尚有FZ，FX，FY引起的附加扭矩，这些力在导轨上产生的支反力，将其合成可得：
Fmh=∑F.f
f=0.1;∑F=8330N
833
惯性力
启动与停止
Fgq=Fgz=G./g.∆V/∆t
快速进退速度2.5~3m/min
∆t=0.25s
54
背压力
快进时
Fbk=Pbk.π/4D2
液压缸直径D=100mm
活塞杆直径d=35mm
快速时背压Pbk=0.3MPa
工进时背压Pbk=0.4MPa
2355
快退时
F'bk=Pbk.π/4（D2-d2）
2066.5
工进时
Fbh=Pbk.π/4D2-
3140
密封力
Fmi=0.1∑F
∑F=Fqr+Fm=9800+833
1063.3
液压缸牵引力
加速时
Fj=Fgq+Fmq+Fmi+Fbk
式中Fqr为切削力
3935
快进时
Fk=Fmk+Fmi+Fbk
3634.2
工进时
Fh=Fqr+Fmh+Fmi+Fbh
14051.3
反向启动
F'q=Fgq+Fmq+Fmi+F'bk
3646.5
反向快退
F'k=Fmk+Fmi+F'bk
3345.7
制动时
Fq=F'q
3646.5
图14—5转塔刀架负载速度—行程循环图
转塔刀架的辅助运动力和速度的情况如图14—14所示。
为了保证镗孔和精车外圆退刀时刀尖不划伤已加工的表面，用三根压簧使刀台产生0.25mm为抬量，弹簧所产生的微抬量力为8134N，为保证加工过程不使刀台转动，估计需压紧力为24500N，因此刀台需总压下力为32634N。
转塔抬起部分重量为980N，抬起量为3.0mm，估计抬起量力为4214N。
（6）工件夹紧液压缸，离合器液压缸和制动液压缸力的计算比较简单（此处从略）。
4．液压缸的计算从以上工作情况分析中我们已经计算出各液压缸的最大出力如果液压泵预选工作压力为196×102Mpa，并且取D≈2d（D为液压缸直径，d为活塞杠直径），就可以分别计算液压缸的尺寸，然后圆为整数，按标准系类尺寸取值，可以得到表14—15
所列得数值。
前刀架纵向液压缸工进时由活塞肝腔排油，此时回油流量最小，为了保证工作运动稳定，必须校验调速阀的最小稳定流量。
如表14—8所示，纵向进给的最底工作速度为12mm/min，那么，它的最小流量Qmin为
Qmin=1.2×π/4（D2-d2）=1.2×33.6=40.3cm2/min
如果取最小稳定流量为40cm2/min的调速阀即可满足系统要求。
根据已定的液压缸尺寸D，d，工作出力P和给定的运动速度V，计算出所需要的夜压力P和流量Q，然后根据表14—16中的计算结果，绘出压力，流量—行程图（图14—6）。
5．液压泵参数的确定根据表14—16中计算结果和图14—6压力流量行程图可以看出：
Qmax=20.7L/min，Pmax=1.74MPa，如果取系统的压力损失∑∆P为0.098Mpa则
Pb≥Pmax+∑∆P=1.74+0.098=1.84MPa
圆整后取2MPa
如果考虑泄露和溢流系数K植取1.25，那么，液压泵的流量可取
Qb≥K。
Qmax=1.25×20.7=25.9L/min
由于叶片泵比齿轮泵工作平稳，根据计算结果，可以选择公称压力为0.4MPa，
流量为40L/min的叶片泵YB—40，工作时调整压力为2Mpa。
因为此系统消耗功率不太大，故没有绘制功率循环图，在计算液压泵电机的工率时，按最大压力和流量计算，即
表14—14转塔刀架辅助液压缸力的选定
状态
项目
压下
抬起
转位
力（N）
32634
4214
4214
速度（m/min）
0.3
0.15
2.0
时间（s）
0.4
0.8
2.0
表14—15液压缸尺寸
刀架
液压缸
牵引力（KN）
D（mm）
d（mm）
π/4D2（cm2）
π/4（D2-d2）（cm2）
前
横向
6.3
70
30
38.5
31.4
纵向
5.5
70
25
38.5
33.6
后
横向
6.3
70
30
38.5
31.4
让刀
55
25
23.7
转
塔
进给
14.1
100
35
78.5
68.9
刀台抬起
32.6（压下）/4.2（抬起）
180
55（夹杆）/160（抬杆）
254.3
230.6（压）/53.4（抬）
刀台转位
4.2（转位）/0.3（复位）
55
25
23.7
23.7/19
工作卡紧
160
75
201
主轴制动
30
15
7.1
表14—16P,Q值
刀架
液压缸
项目
F（N）
A（cm2）
P（MPa）
V（cm/min）
Q（L/min）
前
刀
架
横向
加速
2407.2
31.4
0.77
快进
2135.2
31.4
0.68
400
12.5
工进
5492.7
31.4
1.74
18
0.57
反向启动
2053.9
38.5
0.53
反向快退
2016.9
38.5
0.52
400
15.4
制动
2053.9
38.5
0.53
纵向
加速
2271.3
38.5
0.6
快进
2135.2
38.5
0.55
400
15.4
工进
5492.7
38.5
1.42
18
0.69
反向启动
2516.7
33.6
0.75
反向快退
2830.6
33.6
0.84
400
13.4
制动
2516.7
33.6
0.75
刀架
液压缸
项目
P（N）
A（cm2）
p（Mpa）
V（cm/min）
Q（L/min）
转
塔
刀
架
进给
加速
3935
78.5
0.5
快进
3634.2
78.5
0.46
250
20
工进
14051.3
78.5
1.73
50
4
反向启动
3646.5
68.9
0.53
反向快退
3345.7
68.9
0.48
300
20.7
制动
3646.5
68.9
0.53
刀台
压紧
32634
230.6
1.43
30
6.9
抬起
4214
53.4
0.79
15
0.8
转位
转位
4214
23.7
1.78
200
4.7
复位
294
19
0.15
200
3.8
图14-6压力,流量---行程图
取η=0.75则
取N为1.02Kw，转速960r/min
6．液压阀参数的选择液压阀可按计算结果选择流量和压力，由于机床结构等原因所致，绝大部分选用20.7L/min的液压阀，这样液压缸快速进退时会稍许增加一些压力损失。
所有液压阀均采用板式联接。
7．辅助元件的选择和计算
（1）油管尺寸的计算假设取油管内允许流速为V=3m/s，则前刀架管路通径为
取管径为Φ10×Φ21.5的内油胶管。
转塔刀架进给液压缸管径按下式计算
取管径为Φ15×Φ18的标准管。
其它油管计算方法与此相同。
（2）油箱容量的选择由于采用定量泵，效率较底，能量损失较大，容易温升，所以取
Q=6Qb=6×25.9=155.4L/min
式中：
Q——油箱容量
Qb————液压泵的流量
8．绘制正式液压系统图通过计算选定各液压元件后，绘制正式液压系统原理图（图14—7），并在图上标明各液压元件的型号规格，列出液压元件明细表。
为了说明动作，为电器系统的设计提供方便，还应列出动作循环表。
参考文献:
液压与液力传动人民交通出版社颜荣庆主编
液压与气压传动机械工业出版社张群生主编
液压传动系统机械工业出版社官忠范主编
液压传动中央广播电视大学薛祖德主编
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