设计一台钻镗两用组合机床的液压系统Word文件下载.docx

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1.2机床的设计参数

系统设计参数如表1所示，动力滑台采用平面导轨，其静、动摩擦系数分别为fs=0.2、fd=0.1。

l1=220mm，l2=180mm，l3=400mm其主要设计参数如表1-1

表1-1设计参数

参数

数值

切削阻力（N）

18000

滑台自重（N）

25000

快进、快退速度（m/min）

4.5

工进速度（mm/min）

20—120

最大行程（mm）

400

工进行程（mm）

180

启动换向时间（s）

0.05

液压缸机械效率

0.9

2执行元件的选择

2.1分析系统工况

2.1.1工作负载

钻镗两用组合机床的液压系统中，钻镗的轴向切削力为Ft。

根据题意，最大切削力为18000N，则有

2.1.2惯性负载

惯性负载

2.1.3阻力负载

静摩擦阻力

动摩擦阻力

由此可得出液压缸的在各工作阶段的负载如表2-1

表2-1

工况

负载组成

负载值F

推力

启动

5000N

5556N

加速

6250N

6944N

快进

2500N

2778N

工进

20500N

22778N

快退

注：

1、此处未考虑滑台上的颠覆力矩的影响。

2、液压缸的机械效率取

2.2负载循环图和速度循环图的绘制

根据表2-1中计算结果，绘制组合机床动力滑台液压系统的负载循环图如图2-1所示。

图2-1

图2-1表明，当组合机床动力滑台处于工作进给状态时，负载力最大为22778N，其他工况下负载力相对较小。

所设计组合机床动力滑台液压系统的速度循环图可根据已知的设计参数进行绘制，已知快进和快退速度V1=V2=4.5m/min、快进行程L1=400-180=220mm、工进行程L2=180mm、快退行程L3=400mm，工进速度V2=100mm/min。

根据上述已知数据绘制组合机床动力滑台液压系统的速度循环图如图2-2所示。

2-2组合机床液压系统速度循环图

2.3主要参数的确定

2.3.1初选液压缸工作压力

所设计的动力滑台在工进时负载最大，其值为22778N，其它工况时的负载都相对较低，参考表2-2和表2-3按照负载大小或按照液压系统应用场合来选择工作压力的方法，初选液压缸的工作压力p1=3MPa。

表2-2按负载选择工作压力

负载/KN

<

5

5~10

10~20

20~30

30~50

>

50

工作压力/MPa

0.8~1

1.5~2

2.5~3

3~4

4~5

≥5

表2-3各种机械常用的系统工作压力

机械类型

机床

农业机械

小型工程机械

建筑机械

液压凿岩机

液压机

大中型挖掘机

重型机械

起重运输机械

磨床

组合机床

龙门刨床

拉床

0.8~2

3~5

2~8

8~10

10~18

20~32

2.3.2确定液压缸主要尺寸

由于工作进给速度与快速运动速度差别较大，且快进、快退速度要求相等，从降低总流量需求考虑，应确定采用单杆双作用液压缸的差动连接方式。

通常利用差动液压缸活塞杆较粗、可以在活塞杆中设置通油孔的有利条件，最好采用活塞杆固定，而液压缸缸体随滑台运动的常用典型安装形式。

这种情况下，应把液压缸设计成无杆腔工作面积A1是有杆腔工作面积A2两倍的形式，即活塞杆直径d与缸筒直径D呈d=0.707D的关系。

工进过程中，当孔被钻通时，由于负载突然消失，液压缸有可能会发生前冲的现象，因此液压缸的回油腔应设置一定的背压（通过设置背压阀的方式），执行元件的背压力如表2-4，从表中选取此背压值为p2=0.8MPa。

表2-4执行元件背压力

系统类型

背压力/MPa

简单系统或轻载节流调速系统

0.2~0.5

回油路带调速阀的系统

0.4~0.6

回油路设置有背压阀的系统

0.5~1.5

用补油泵的闭式回路

0.8~1.5

回油路较复杂的工程机械

1.2~3

回油路较短且直接回油

可忽略不计

快进时液压缸虽然作差动连接（即有杆腔与无杆腔均与液压泵的来油连接），但连接管路中不可避免地存在着压降△P，且有杆腔的压力必须大于无杆腔，估算时取△P≈0.5MPa。

快退时回油腔中也是有背压的，这时选取被压值=0.6MPa。

工进时液压缸的推力计算公式为

，

式中：

F——负载力

m——液压缸机械效率

A1——液压缸无杆腔的有效作用面积

A2——液压缸有杆腔的有效作用面积

p1——液压缸无杆腔压力

p2——液压有无杆腔压力

因此，根据已知参数，液压缸无杆腔的有效作用面积可计算为

液压缸缸筒直径为

由于有前述差动液压缸缸筒和活塞杆直径之间的关系，d=0.707D，因此活塞杆直径为d=0.707×

106=74.95mm，根据GB/T2348—1993对液压缸缸筒内径尺寸和液压缸活塞杆外径尺寸的规定，查表2-5和表2-6圆整后取液压缸缸筒直径为D=110mm，活塞杆直径为d=80mm。

表5按工作压力选取d/D

≤5.0

5.0~7.0

≥7.0

d/D

0.5~0.55

0.62~0.70

0.7

表6按速比要求确定d/D

2/1

1.15

1.25

1.33

1.46

1.61

2

0.3

0.4

0.5

0.55

0.62

0.71

1—无杆腔进油时活塞运动速度；

2—有杆腔进油时活塞运动速度。

此时液压缸两腔的实际有效面积分别为：

2.3.3计算最大流量需求

工作台在快进过程中，液压缸采用差动连接，此时系统所需要的流量为

q快进=（A1-A2）×

v1=22.59L/min

工作台在快退过程中所需要的流量为

q快退=A2×

v2=20.16L/min

工作台在工进过程中所需要的流量为

q工进=A1×

v1’=0.19~1.14L/min

其中最大流量为快进流量为22.59L/min。

根据上述液压缸直径及流量计算结果，进一步计算液压缸在各个工作阶段中的压力、流量和功率值，如表3所示。

表2-5各工况下的主要参数值

推力F’/N

回油腔压力P2/MPa

进油腔压力P1/MPa

输入流量q/L.min-1

输入功率P/Kw

计算公式

5556

1.55

——

P1=

q=（A1-A2）v1

P=p1q

p2=p1+Δp

6944

2.05

1.83

恒速

2778

1.00

22.59

0.377

22778

0.8

2.78

0.19~1.14

0.088~

0.528

P1=（F’+p2A2）/A1

q=A1v2

起动

1.24

P1=（F’+p2A1）/A2

q=A2v3

0.6

2.88

1.89

20.16

0.635

把表2-5中计算结果绘制成工况图，如图2-3所示。

图2-3组合机床液压缸工况图

3拟定液压系统原理图

根据组合机床液压系统的设计任务和工况分析，所设计机床对调速范围、低速稳定性有一定要求，因此速度控制是该机床要解决的主要问题。

速度的换接、稳定性和调节是该机床液压系统设计的核心。

此外，与所有液压系统的设计要求一样，该组合机床液压系统应尽可能结构简单，成本低，节约能源，工作可靠。

3.1速度控制回路的选择

工况图2-3表明，所设计组合机床液压系统在整个工作循环过程中所需要的功率较小，系统的效率和发热问题并不突出，因此考虑采用节流调速回路即可。

虽然节流调速回路效率低，但适合于小功率场合，而且结构简单、成本低。

该机床的进给运动要求有较好的低速稳定性和速度-负载特性，因此有三种速度控制方案可以选择，即进口节流调速、出口节流调速、限压式变量泵加调速阀的容积节流调速。

钻镗加工属于连续切削加工，加工过程中切削力变化不大，因此钻削过程中负载变化不大，采用节流阀的节流调速回路即可。

但由于在钻头钻入铸件表面及孔被钻通时的瞬间，存在负载突变的可能，因此考虑在工作进给过程中采用具有压差补偿的进口调速阀的调速方式，且在回油路上设置背压阀。

由于选定了节流调速方案，所以油路采用开式循环回路，以提高散热效率，防止油液温升过高。

3.2换向和速度换接回路的选择

所设计多轴钻床液压系统对换向平稳性的要求不高，流量不大，压力不高，所以选用价格较低的电磁换向阀控制换向回路即可。

为便于实现差动连接，选用三位五通电磁换向阀。

为了调整方便和便于增设液压夹紧支路，应考虑选用Y型中位机能。

由前述计算可知，当工作台从快进转为工进时，进入液压缸的流量由22.59L/min降为0.19~1.14L/min，可选二位二通行程换向阀来进行速度换接，以减少速度换接过程中的液压冲击，如图3-1所示。

由于工作压力较低，控制阀均用普通滑阀式结构即可。

由工进转为快退时，在回路上并联了一个单向阀以实现速度换接。

为了控制轴向加工尺寸，提高换向位置精度，采用死挡块加压力继电器的行程终点转换控制。

a.换向回路

b.速度换接回路

图3-1换向和速度切换回路的选择

3.3油源的