组合机床动力滑台液压系统设计.docx

1序言作为一种高效率的专用机床，组合机床在大批、大址机械加工生产中应用广泛。本次课程设计将以组合机床动力滑台液压系统设计为例，介绍该组合机床液压系统的设计方法和设计步骤，其中包括组合机床动力滑台液压系统的工况分析、主要参数确定、液压系统原理图的拟定、液压元件的选择以及系统性能的克等。组合机床是以通用部件为根底，配以按工件特定外形和加工工艺设计的专用部件和夹具而组成的半自动或自动专用机床。组合机床股枭用多轴、多刀、多工序、多而或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。组合机床兼有低本钱和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。组合机床通常采用多轴、多刀、多面、多工位小时加工的方式,能完成钻、扩、较、钺孔、攻丝、车、铳、磨削及其他精加工工序，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。液用系统由于具有结构简雎、动作灵活、操作方便、调速范围大、可无级连读调节等优点，在组合机床中得到了广泛应用。液压系统在组合机床上主要是用丁实现工作台的直线运动和回转运动，如图I所示，如果动力滑台要实现二次进给，那么动力滑台要完成的动作循环通常包括：原位停止T快进->1工进T1.1.工进死揩铁停留T快退原位停止。工进原位停止快退快进死挡铁停留图1组合机床动力滑台工作循环2设计的技术要求和设计参数工作循环：快进T工进f快退->伸止：系统设计参数如表I所示，动力滑台采用平面导轨，其静、动摩擦系数分别为=02,d=O.U表1设计参数多数数(ft切削阻力(N)20000清台自重(N)100Oo快进、快退速度(nVmin)4工进速度(mmmin)30-120嫌大行程(mm)250工进行.程(mm)50启动换向时间(三)0.2液虚缸机枪效率().953工况分析3.1确定执行元件金属切削机床的工作特点要求液压系统完成的主要是直线运动，因此液压系统的执行元件确定为液压缸。3.2分析系统工况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。(I)工作负载FW工作负数是在工作过程中由于机港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F=20000,2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。启动换向时间为0.1s,工作台最大移动速度，即快进、快退速度为5mmin,因此惯性负载可表示为1.v100004“F=m=×=34()N1.mM9.860x0.23摩擦负载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局部。静摩擦阻力Fr,=fi×N=/7,=0.2X100OON=200(W动摩擦阻力F=i×N=Ev=O.1x10OO(W=I(XX)N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栽力和液压缸所需推力情况，如表2所示.衣2液压缸在各工作阶段的负我(单位；N)工况负檄A成负载假广液压缸推力F,=Fn起动F=Fft200ON2105N加速F=七+月1340N1411N快进F=Ffii100ON1O53N工进F=FE21(XX)N22105N反向起动F=Fb2000N2105N加速F=FFt1340N1411N快退I(XX)N1053N注：此处未考虑滑台上的颠覆力拉的影响，3.3 负载循环图和速度循环图的绘制根据表2中计算结果,绘制纨介机床动力滑台液压系统的负载循环图如图2所示。图2组合机床动力滑介液压系统负载循环图图2说明，当组合机床动力滑台处于工作进给状态时，负载力鼓大为I9IIIN,其他工况下负载力相对较小1)所设计组合机床动力滑台液版系统的速度循环图可根据的设计参数进行绘制,快进和快退速度P1=p1=nmin、快进行程1=20Omm、工进行程/,=50/”?、快退行程=250mn工进速度q=100mm/min根据上述数据绘制组合机床动力滑台液压系统的速度循环图如图3所示。图3加合机床液压系统速度循环图3.4 确定系统主要参数3.4.1 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22I05N,其它工况时的负我都相对较低.参考第2章表3和表4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p=3.0MPa.3.4. 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异较大，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、可以在活塞杆中设理通油孔的有利条件，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A是有杆腔工作面枳A2两倍的形式，即活塞杆直径d与缸筒直径D呈J=O.7O7D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，因此液灰缸的回油腔应设置定的背压(通过设置背压阀的方式),选取此背压值为P'=0.8MPao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)，但连接管路中不可防止地存在若压降/),且有杆腔的压力必须大于无杆腔，估算时取“0.5MPa.快退时间油腔中也是有背压的，这时选取被压值p,=().6MPa.工进时液压缸的推力计鸵公式为FmP&P2=APi-(A/2),2，式中：P一负载力m液压缸机械效率4液压缸无杆腔的有效作用面枳而液压缸有杆腔的有效作用面枳“液压缸无杆腔压力PI液压有无杆腔压力因此，根据参数，液压缸无杆腔的有效作用面枳可计算为A=用卜外瑞液压缸缸筒直径为_D=iQA)/乃=104.06mm由于仃前述差动液压缸缸筒和活塞杆直径之间的关系，J=0.707D,因此活塞杆直径为d=0.707x04.06=73.56mm,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。=I1.Omm,活塞杆直径为rf=80mm,此时液压缸两腔的实际有效面积分别为：A=”加4=9.51.O3m2A=M-<2)4=4.48x1(5m-3.4.3计算大流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星为4恨土=(AI-A2)×v=2O.O81.min工作台在快退过程中所需要的流量为<1p4!=42×=1.7.92nin工作台在工进过程中所需要的流量为q1.=A1.XVJ=O.95Umin其中最大流量为快进流量为25.21.min,根据上述液压缸直径及潦量计算结果，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3各工况下的主要参数值工况推力F-N回油油压力JSIPa迸油油压力PZPa输入流St出1.nfiRI输入功率RKW计算公式快进启动2015O0.86P皆q=<Ai-A?)vip=pjp2=p1.4p加速14111230.73恒速10531.160.6620.080.22Tij22IO50.82.70.050.04P=<F邛科?NA1.q=Av*P=P>q快退起动2I0500.47P1.=(FZpiAiNAiq三*)P=P冏加速I4II<).61.59恒速10530.61.5017.920.44«把表3中计兑结果绘制成工况图，如图4所示。图4液压系统工况图3.5 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用、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荷单，本钱低，节约能源，工作可靠。3.5.1 速度控制回路的选择工况图4说明，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甥并不突出，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，但适合丁小功率场合，而且结构简单、本钱低,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、H1.口节流调速、限压式变量泵加调速阀的容枳节流调速。钻镣加工属于连续切削加工，加工过程中切削力变化不大，因此钻削过程中负我变化不大，采用节流阀的节流调速回路即可。但由于在钻头钻入铸件外表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乐差补偿的进口调速阀的调速方式，J1.在回油路上设置背压同。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,防止油液温开过高。3.5.2 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阳.为r调整方便和便于增设液压夹紧支路，应考虑选用丫型中位机能.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25.1Un1.in降为0.95Umin,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5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f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.换向网路b.速度换接叵1路图5换向和速度切换回路的选择3.5.3 压力控制回路的选择由于采用双泉供油回路，故采用液控顺序阀实现低压大流量泵和荷，用溢流阀调整高'压小流量泵的供油压力.为了便于观察和调整压力，在液压泵的出口处、背压阀和液压缸无杆腔进口处设测压点。将上述所选定的液压回路进行整理归并，并根据需要作必要的修改和调整，最后画出液压系统原理图如图7所示。为r解决滑台快进时向油路接通油箱，无法实现液压缸差动连接的问题，必须在回油路上申接个液控顺序阀1()，以阻止油液在快进阶段返回油箱。同时阀9起背压阀的作用。为了防止机床停止工作时回路中的油液流回油箱，导致空气进入系统，影响滑台运动的平稳性，图中添置了一个单向阀II。考虑到这台机床用右钻孔(通孔与不通孔)加工，对位置定位精度要求较高，图中增设了个压力继电器6。当滑台碰上死挡块后，系统压力升高，压力继电器发出快退信号,操纵电液换向阀换向。在进油路上设有压力表开关和压力表，钻孔行程终点定位精度不高，采用行行程开关控制即可.图7液压系统保理图3.6 液压元件的选择本设计所使用液压元件均为标准液压元件，因此只需确定各液压元件的主要参数和规格，然后根据现有的液压元件产品进行选择即可。3.6.1 确定液压泵和电机规格CD计算液压泵的最大工作压力由于本设计采用双泵供油方式,根据液压系统的工况图