完整word版卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台液压系统课程设计Word文档下载推荐.docx

1、确定其它元件及辅件 .146.3主要零件强度校核 .16七液压系统性能验算 .177.1验算系统压力损失并确定压力阀的调整值 .7.2油液温升验算 .181一 明确液压系统的设计要求要求设计一台卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台的液压系统。要求实现的动作顺序为：启动加速快进减速工进快退停止。液压系统的主要参数与性能要求如下：轴向切削力总和 Fg=12700N，移动部件总重量 G 20000N；行程长度 400mm（其中工进行程 100mm）快进、快退的速度为 7m/min，工进速度（ 201000）mm/min，其中 20mm/min 为粗加工， 1000mm/min 为精加工；启动换向时间 t

2、0.15s；该动力滑台采用水平放置的平导轨；静摩擦系数fs0.2；动摩擦系数 f d0.1。液压系统的执行元件使用液压缸。二 负载与运动分析负载分析中，暂不考虑回油腔的背压力， 液压缸的密封装置产生的摩擦阻力在机械效率中加以考虑。 因工作部件是卧式放置， 重力的水平分力为零， 这样需要考虑的力有：夹紧力，导轨摩擦力，惯性力。在对液压系统进行工况分析时， 本设计实例只考虑组合机床动力滑台所受到的工作负载、惯性负载和机械摩擦阻力负载，其他负载可忽略。（1）工作负载 FW工作负载是在工作过程中由于机器特定的工作情况而产生的负载， 对于金属切削机床液压系统来说，沿液压缸轴线方向的切削力即为工作负载，即

3、Ft 12700 N（2）阻力负载 Ff阻力负载主要是工作台的机械摩擦阻力， 分为静摩擦阻力和动摩擦阻力两部分。导轨的正压力等于动力部件的重力，设导轨的静摩擦力为Ff ，则静摩擦阻力Ffs0.2200004000N动摩擦阻力Ffd0.12000（ 3）惯性负载最大惯性负载取决于移动部件的质量和最大加速度，其中最大加速度可通过工作台最大移动速度和加速时间进行计算。已知启动换向时间为0.05s ，工作台最大移动速度，即快进、快退速度为4.5m/min ，因此惯性负载可表示为vN 1585.68NFm m9.81 60 0.15t如果忽略切削力引起的颠覆力矩对导轨摩擦力的影响， 并设液压缸的机械效率

4、 w =0.9 ，根据上述负载力计算结果，可得出液压缸在各个工况下所受到的负载力和液压缸所需推力情况，如表1 所示。表 1 液压缸总运动阶段负载表（单位：N）工况负载组成负载值 F/N推力 F/ w /N启动F4444.44加速Fm3585.683984.08快进2222.22工进Ft1470016333.33反向启动快退制动414.32460.363三 负载图和速度图的绘制根据负载计算结果和已知的个阶段的速度， 可绘制出工作循环图如图 1（a）所示，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v1v3 7m/min、快进行程 L1=400-100

5、=300mm、工进行程 L2=100mm、快退行程 L3=400mm，工进速度 v250mm/min。快进、工进和快退的时间可由下式分析求出。t1L1300 10 32.57s60t2L210010 3120sv20.05l1l 3300400 ssv310006根据上述已知数据绘制组合机床动力滑台液压系统绘制负载图（F-t ）如图1（b）, 速度循环图如图 1（c）所示。图 1 速度负载循环图a）工作循环图 b ）负载速度图 c） 负载速度图四 确定液压系统主要参数4.1 确定液压缸工作压力由表 2 和表 3 可知，组合机床液压系统在最大负载约为17000 N时宜取 3MP。表 2 按负载选

6、择工作压力负载/ KN50工作压力 /MPa 0.811.522.533445 5表 3各种机械常用的系统工作压力机 床农业机械液压机机械类型小型工程机械大中型挖掘机磨床组合龙门拉床建筑机械重型机械机床刨床液压凿岩机起重运输机械0.823528810101820324.2 计算液压缸主要结构参数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

7、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 = 0.707 D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 ） ，选取此背压值为 p2 =0.8MPa。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p2 =0.6MPa。工进时液压缸的推力计算公式为F / m A1 p1 A2 p2 A1

8、 p1 （ A1 / 2） p2 ，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2 液压有无杆腔压力p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A1m16333 .33 1060.006282m 2p20.8p1液压缸缸筒直径为D4 A189.46mm mm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=0.70789.46=63.32mm，根据 GB/T23481993 对液压缸缸筒内径尺寸和液压缸活塞杆外径尺寸的规定，圆整后取液压缸缸筒直径为 D=110mm

9、，活塞杆直径为 d=80mm。此时液压缸两腔的实际有效面积分别为：A1 D 2 4 63.585 10 4 m2A2 D 2 d 2 4 32.43 10 4 m2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 23.07 L min工作台在快退过程中所需要的流量为q快退 A2 v 3 22 .7 L min工作台在工进过程中所需要的流量为q 工进 =A1 v1 =0.318 L/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 4 所示。表 4 各工况下的主要参数值推力回油腔进油腔输入流量输入功压力计

10、算公式F /N-1率 /KwP2/ MPaP1/ MPaq/L.minP55561.54p1F A2A1 A2快69492.311.81q进快速27781.490.9922.730.375p1qp2 A2277883.290.950.052A1v2起动21800.490.62.84P1p2 A1q A2 v3退1.8220.020.607p1 q414.31.3注： FF /m 。4.3 绘制液压缸工况图并据表 4 可绘制出液压缸的工况图，如图 2 所示。图 2 组合机床液压缸工况图五 液压系统方案设计5.1 选用执行元件因系统运动循环要求正向快进和工进，反向快退，且快进，快退速度相等，因此选

11、用单活塞杆液压缸，快进时差动连接，无杆腔面积 A 1 等于有杆腔面积 A 2的两倍。5.2 速度控制回路的选择工况图表明，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

12、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。从工况图中可以清楚地看到， 在这个液压系统的工作循环内， 液压要求油源交替地提供低压大流量和高压小流量的油液。 而快进快退所需的时间 t1 和工进所需的时间 t2 分别为t1 l1 v1l 3 v360 400 7 1000 s 6sl 2 v21000 s 120st 2 =20 因此从提高系统效率、 节省能量角度来看， 如果选用单个定量亦即是 t1泵作为整个系

13、统的油源， 液压系统会长时间处于大流量溢流状态， 从而造成能量的大量损失，这样的设计显然是不合理的。如果采用一个大流量定量泵和一个小流量定量泵双泵串联的供油方式， 由双联泵组成的油源在工进和快进过程中所输出的流量是不同的， 此时液压系统在整个工作循环过程中所需要消耗的功率估大， 除采用双联泵作为油源外， 也可选用限压式变量泵作油源。 但限压式变量泵结构复杂、 成本高，且流量突变时液压冲击较大，工作平稳性差， 最后确定选用双联液压泵供油方案， 有利于降低能耗和生产成本，如图 3 所示。图 3 双泵供油油源5.3 选择快速运动和换向回路根据本设计的运动方式和要求，采用差动连接与双泵供油两种快速运动

14、回路来实现快速运动。即快进时，由大小泵同时供油，液压缸实现差动连接。本设计采用二位二通电磁阀的速度换接回路，控制由快进转为工进。与采用行程阀相比， 电磁阀可直接安装在液压站上， 由工作台的行程开关控制， 管路较简单，行程大小也容易调整，另外采用液控顺序阀与单向阀来切断差动油路。因此速度换接回路为行程与压力联合控制形式。5.4 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

15、为工进时，进入液压缸的流量由 23.07L/min 降 0.318 L/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 4 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 4 换向和速度切换回路的选择参考同类组合机床，选用双作用叶片泵双泵供油，调速阀进油节流阀调速的开式回路，溢流阀做定压阀。 为了换速以及液压缸快退时运动的平稳性， 回油路上设置背压阀，初定背压值 P

16、b=0.8MPa。5.5 组成液压系统原理图选定调速方案和液压基本回路后， 再增添一些必要的元件和配置一些辅助性油路，如控制油路、润滑油路、测压油路等，并对回路进行归并和整理，就可将液压回路合成为液压系统，即组成如图 5 所示的液压系统图。为便于观察调整压力， 在液压泵的进口处， 背压阀和液压腔进口处设置测压点，并设置多点压力表开关，这样只需一个压力表即能观察各压力。要实现系统的动作， 即要求实现的动作顺序为：启动加速快进减速工进快退停止。 则可得出液压系统中各电磁铁的动作顺序如表 5 所示。表中“ +”号表示电磁铁通电或行程阀压下； “”号表示电磁铁断电或行程阀复位。表 5 电磁铁的动作顺序

17、表图 5 液压系统图5.5 系统图的原理1快进快进如图所示，按下启动按钮，电磁铁 1YA 通电，由泵输出地压力油经 2三位五通换向阀的左侧，这时的主油路为：进油路：泵 向阀 10三位五通换向阀 2（1YA得电）行程阀 3液压缸左腔。回油路：液压缸右腔三位五通换向阀 2（1YA得电）单向阀 6行程阀3液压缸左腔。由此形成液压缸两腔连通， 实现差动快进， 由于快进负载压力小， 系统压力低，变量泵输出最大流量。2减速当滑台快到预定位置时，此时要减速。挡块压下行程阀 3，切断了该通路，电磁阀继续通电，这时，压力油只能经过调速阀 4，电磁换向阀 16 进入液压缸的左腔。由于减速时系统压力升高， 变量泵的

18、输出油量便自动减小， 且与调速阀 4 开口向适应，此时液控顺序 7 打开，单向阀 6 关闭，切断了液压缸的差动连接油路，液压缸右腔的回油经背压阀 8 流回油箱，这样经过调速阀就实现了液压油的速度下降，从而实现减速，其主油路为：泵 向阀 10三位五通换向阀 2（1YA得电）调速阀 4电磁换向阀 16液压缸左腔。液压缸右腔三位五通换向阀 2背压阀 8液控顺序阀 7油箱。3工进减速终了时， 挡块还是压下， 行程开关使 3YA通电，二位二通换向阀将通路切断，这时油必须经调速阀 4 和 15 才能进入液压缸左腔，回油路和减速回油完全相同，此时变量泵输出地流量自动与工进调速阀 15 的开口相适应，故进给量

19、大小由调速阀 15 调节，其主油路为：泵 向阀 10三位五通换向阀 2（1YA得电）调速阀 4调速阀 15液压缸左腔。4死挡铁停留当滑台完成工进进给碰到死铁时，滑台即停留在死挡铁处，此时液压缸左腔的压力升高，使压力继电器 14 发出信号给时间继电器，滑台停留时间由时间继电器调定。5快退滑台停留时间结束后，时间继电器发出信号，使电磁铁 1YA、3YA断电， 2YA通电，这时三位五通换向阀 2 接通右位，因滑台返回时的负载小，系统压力下降，变量泵输出流量又自动恢复到最大，滑快速退回，其主油路为：泵 向阀 10三位五通换向阀 2（2YA得电）液压缸右腔。液压缸左腔单向阀 5三位五通换向阀 2（右位）油箱。6原位停止当滑台退回到原位时，