数控龙门镗铣床静压导轨液压站设计.docx

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数控龙门镗铣床静压导轨液压站设计

目录

目录1

1前言3

1.1选题背景及意义3

1.2液压技术的国内外研究现状3

1.3液压技术的特点4

2液压系统泵站总体设计4

2.1数控龙门镗铣床静压导轨工作示意图及分析5

2.2制定基本方案5

2.2.1制定压力控制方案5

2.2.2制定顺序动作方案6

2.2.3选择液压动力源6

2.3泵站系统技术参数及要求6

2.4绘制泵站系统原理图7

3液压元件的选型8

3.1泵和电机的选型及计算8

3.1.1各油泵和电机的选择9

3.1.2油冷机油泵和电机的选择11

3.2液压阀的选择11

3.2.1单向阀的选择11

3.2.2电磁换向阀的选择12

3.2.3溢流阀的选择12

3.2.4减压阀的选择13

3.3辅助元件的选型14

3.3.1高压滤油器的选择14

3.3.2空气滤清器的选择14

3.3.3液位计的选择14

3.3.4液位控制器的选择15

3.3.5温度计的选择15

3.4管路设计15

3.4.1油管内径的确定15

3.4.2金属油管的选取16

4专用件的设计16

4.1油箱的设计16

4.1.1油箱的用途和分类17

4.1.2油箱的构造及设计要点17

4.1.3油箱的容量和计算18

4.2液压阀块的设计18

4.3其它零件的设计20

5液压系统性能验算20

5.1液压系统压力损失20

5.1.1管路的沿程损失21

5.1.2阀类元件的局部损失22

5.1.3总的压力损失22

5.2冷却器的选择计算23

5.2.1液压系统发热功率的计算23

5.2.2液压系统散热功率的计算23

6液压油的选择24

7泵站系统的使用与维修25

8故障的排除26

9结论27

参考文献28

1前言

1.1选题背景及意义

数控龙门镗铣床是一种常见的工业产品，它可广泛的应用于机车车辆、汽车、航天航空、纺织机械、印刷机械、机床工具、电机、模具等行业中对各种重、大、中型精密零件的数控加工。

工件一次装夹后可进行镗、铣、钻、绞、攻丝等多种工序加工，配置合适的附件铣头后，可进行五面加工以及对各种复杂型面进行三座标数控加工。

按数控龙门镗铣床系列型谱中的规定,XK2125的工作台参数为:

工作台工作面宽度为2500mm;工作台工作面长度为8000mm;工作台行程为8500mm（因XK2125数控龙门镗铣床是工作台移动式,故其床身长度可达17000~17500mm）;工作台进给速度为3~10000mm/min;工作台单位长度上载重量为10t/m。

由此可见,该机床床身、工作台尺寸大、自身重量重、且要求承载能力大。

因此在机床导轨副的设计上既要考虑刚度及承载能力、制造难易、导向准确、调整方便、寿命长等基本要求,更重要的是还要考虑该机床是数控机床,它对工作时的定位精度以及相关动态特性都有着很高的要求。

所以采用何种结构类型的导轨才能满足上述的要求,是首先需要解决的问题。

从当今生产数控龙门镗铣床的国内外著名厂家（如美国INGERSOLL集团旗下的德国WALDRICH-SIEGEN和WALDRICH-COBURG公司、法国的FOREST-LINE公司、日本的TOSHIBA公司等）都普遍采用静压导轨这一事实可以看出,静压导轨因其摩擦系数极小,所需驱动功率也就小;磨损少、寿命长、精度能长期保持;速度变化对油膜刚度的影响小、工作精度高且工作稳定;承载能力大、刚性好;抗振性能好;低速时运动均匀、不会产生爬行等显著优点,完全能满足现代数控机床对导轨的要求,是充当重型机床床身工作台导轨副的最佳结构类型。

[1]

目前国内外大型数控龙门镗铣床基本都依靠液压系统来实现静压导轨的工作；工件的提升、夹紧等。

而对于数控龙门镗铣床静压导轨液压系统，最重要的是泵站的设计。

本文就一数控龙门镗铣床静压导轨的液压系统完成了泵站的设计。

本液压系统泵站的设计充分考虑了系统要求，配置了加热器、风冷机、温度开关、液位开关、空气滤清器、高压过滤器，液温液位计等部件，选用了三相异步电动机、叶片泵、电磁换向阀、叠加式单向阀、叠加式溢流阀、叠加式减压阀、压力继电器等液压元件，使该液压系统运行平稳、能耗小、安全可靠性高。

液压系统泵站的设计必将对数控龙门镗铣床的研制、应用起到促进作用。

1.2液压技术的国内外研究现状

本文主要从液压叶片泵和液压阀集成两方面阐述国外的技术现状，叶片泵具有噪音低、寿命长、压力脉动小、自吸性能较好而优越于齿轮泵和柱塞泵。

很多著名企业如力士乐、Parker、ATOS、油研等都积极从事各种叶片泵的开发和推广应用，叶片泵已成为液压系统的关键元件，它的发展可以使液压系统向高压发展，提高工作效率，提高功率密度和高可靠性。

液压阀的发展方向是集成化和机电一体化。

在集成化方面：

各大公司都展出了各种叠加阀、插装阀、螺纹插装阀、阀块和系统，其特点是：

小型化，减少安装空间；简化管路，减少液体流动阻力、泄漏、振动、噪声等接管引起的问题；便于用户检查和维修；工作更可靠。

在机电一体化方面：

各公司展出了品种齐全的具有先进水平的电液比例阀、电液伺服阀和比例伺服油缸等。

我国液压工业已可为工程机械、农业机械、机床、塑机、冶金、矿山、石油化工、铁路、船舶、轻工机械等提供比较齐全的产品，目前，液压元件产品约有1000个品种，近10000个规格。

1.3液压技术的特点

液压系统将压力油的压力能转化为机械能，其传动有如下有点：

优点：

（1）液压传动可以实现无级变速，调速范围比较大

（2）液压传动装置的体积相对而言较小，而且惯性小，能够传递较大的力或转矩。

（3）液压传动工作比较平稳，反应快，冲击小，能够快速启动，停止，和换向。

（4）液压的控制，调节简单，易于实现机电一体化。

（5）液压传动装置易于实现过载保护，能自行润滑，寿命长。

（6）液压传动易于系列化，标准化，通用化。

（7）液压传动中，由于工作磨擦产生热量可别被流动的液压油带走

缺点：

（1）工作介质为液体，易泄漏，液体是可压缩的，所以，传动比不太精确。

（2）液压传动中，有机械损耗，压力损失，效率较低，不利于远距离传动。

（3）压力油对温度和负载的变化敏感，不利于在高、低温下使用等。

[2]

2液压系统泵站总体设计

数控龙门镗铣床液压系统泵站是一个可以为机床静压导轨液压系统提供压力油的油源装置，该系统可以保证数控龙门镗铣床静压导轨完成一系列动作过程。

液压系统泵站是液压系统的心脏，一个性能优良、设计合理的泵站对设备的性能、寿命、使用成本、检修强度会带来至关重要的影响。

液压站的设计中，核心部分是泵、油箱、液压阀组等元件的设计计算和选型，三者的关系是相互影响的，同时液压系统也受到外在因素诸如工作环境、温度、工作节奏的影响，这些影响对系统产生的作用是非常大的，对这些因素的考虑不全面或不完善往往直接影响液压系统的工作性能。

2.1数控龙门镗铣床静压导轨工作示意图及分析

图2.1　机床静压导轨液压站工作原理简图

1、滤油器2、叶片泵（电机驱动）3、溢流阀4、滤油器（高压滤油器）

5、节流器（叠加式减压阀）6、工作台7、床身8、油箱

如图2.1所示，静压导轨液压站工作时,油泵2启动后,油经滤油器1吸入,用溢流阀3调节供油压力ps。

再经滤油器4、通过节流器5（本设计中采用叠加式减压阀）降压至pr（油腔压力）进入导轨的油腔,并通过导轨间隙向外流出,回到油箱8。

油腔压力pr形成浮力将工作台6浮起,与床身7形成一定的导轨间隙h0。

当载荷W增大时,工作台6下沉,与床身7之间的导轨间隙减小,液阻增加,流量减小,从而油经过节流器时的压力损失减小,油腔压力pr增大,直至与载荷W平衡时为止。

[3]

2.2制定基本方案

2.2.1制定压力控制方案

液压执行元件工作时，要求系统保持一定的工作压力或在一定压力范围内工作，也有的需要多级或无级连续地调节压力，一般在节流调速系统中，通常由定量泵供油，用溢流阀调节所需压力，并保持恒定。

在容积调速系统中，用变量泵供油，用安全阀起安全保护作用。

在有些液压系统中，有时需要流量不大的高压油，这时可考虑用增压回路得到高压，而不用单设高压泵。

液压执行元件在工作循环中，某段时间不需要供油，而又不便停泵的情况下，需考虑选择卸荷回路。

在系统的某个局部，工作压力需低于主油源压力时，要考虑采用减压回路来获得所需的工作压力。

本设计采用叶片泵及溢流阀来实现液压回路压力的控制。

2.2.2制定顺序动作方案

主机各执行机构的顺序动作，根据不同的动作要求，有的按固定程序运行，有的则是随机的或人为的。

数控龙门镗铣床静压导轨液压站的操纵机构多为手动，一般用电磁换向阀控制。

数控龙门镗铣床静压导轨液压站还有时间控制。

液压泵无载启动，经过一段时间，当泵正常运转后，延时继电器发出电信号使电磁换向阀断电，建立起正常的工作压力。

当某一执行元件完成预定动作时，回路中的压力达到一定的数值，通过压力继电器发出电信号或打开顺序阀使压力油通过，来启动下一个动作。

2.2.3选择液压动力源

本静压导轨液压系统的工作介质完全由液压源来提供，液压源的核心是液压泵。

泵源系统用三个叶片泵供油，叶片泵的供油量要大于系统的需油量，多余的油经溢流阀流回油箱，溢流阀同时起到控制并稳定油源压力的作用。

为节省能源提高效率，液压泵的供油量要尽量与系统所需流量相匹配。

油液的净化装置是液压源十分重要的一个环节。

泵的入口装有粗过滤器，进入系统的油液根据被保护元件的要求，通过相应的精高压过滤器再次过滤。

为防止系统中杂质流回油箱，可在回油路上设置磁性的回油过滤器。

根据液压设备所处环境及对温升的要求，系统考虑了加热、冷却等措施。

2.3泵站系统技术参数及要求

（1）油泵1的工作流量：

12L/min，工作压力：

6MPa

（2）油泵4的工作流量：

4L/min，工作压力：

8MPa

（3）油泵20的工作流量：

9.5L/min，工作压力：

12MPa

（4）油泵的转速：

1440r/min

（5）油冷机10电压：

三相380V50HZ制冷功率2.5KW

（6）油箱有效容积：

1000L

（7）油箱应设置合理，大小合适，同时为了液压系统稳定可靠工作，应考虑滤油装置、加热冷却装置、空气滤清器、液位开关、温度开关等辅助装置。

2.4绘制泵站系统原理图

数控龙门镗铣床静压导轨液压泵站由主油路，辅助冷却油路和油箱及辅件元件组成。

主油路由叶片泵提供高压油，并在出口处设置了单向阀，起保护作用，防止工作负载的突然增加对叶片泵造成冲击。

在单向阀之后连接了高压滤油器，对油液起到过滤作用，从而保证了油液清洁和后序阀的正常工作与寿命。

在各个油路上还设置了溢流阀，起安全保护作用，设置了截止阀，用于系统的机械防护。

辅助冷却回路由低压叶片泵供油，由油冷机对油液起冷却作用。

数控龙门镗铣床静压导轨液压系统泵站原理图如图2.4.1所示：

图2.4.1XK2430×120数控龙门镗铣床静压导轨液压站原理图

1、油泵2电机3、单向阀4、油泵5、电机6、高压滤油器

7、压力继电器8、测压接头9、溢流阀10、油冷机11、高压滤油器

12、油泵13、电机14、电接点温度表15、液位控制器16、液位计

13、17、空气滤清器18、截止阀19、软管20、油泵21、电机

14、22、叠加式溢流阀23、叠加式溢流阀24、叠加式溢流阀

15、25、电磁换向阀26、叠加式减压阀2