组合机床液压系统设计

编号：交通10-5-1液压传动课程设计设计题目：组合机床液压系统设计设计任务：设计一台组合机床动力滑台液压系统序号指标名称参数1.1 工作循环工件定位---夹紧---滑台快进---工进---快退---原位停止---夹具松开---拔定位销1.2 轴向切削力N 20000 1.3 运动部件惯性力N 400 1.4 静摩擦阻力N 1500 1.5 动摩擦阻力N 850 1.6 快进快退速度m/s 0.1 1.7 工进速度m/s 0.001 1.8 快进行程m 0.1 1.9 工进行程m 0.04设计人：专业班级交通运输学号姓名指导教师：设计时间：白城师范学院 机械工程学院1.1设计的主要技术参数轴向切削力：w F =20000N;快进、快退速度： s m v v /1.031==工进速度：s m v /001.02=;工进行程：400l mm =;运动部件惯性力：N F m 400=； 静摩擦力：N F fs 1500=；动摩擦力：N F fd 850=1.2设计任务设计一台组合机床动力滑台液压系统。

1）机床要求的工作循环是：要求实现工件快进、工进、快退等过程，最后自动停止；动力滑台采用平导轨。

。

2）机床自动化要求：要求系统采用电液结合，实现自动循环，速度换接无冲击，且速度要稳定，能承受一定量的反向负荷。

1.3设计工作量①按机床要求设计液压系统，绘出液压系统图。

②确定滑台液压缸的结构参数。

③计算系统各参数，列出电磁铁动作顺序表。

④选择液压元件型号，列出元件明细表。

⑤验算液压系统性能。

二、负载分析组合机床是由通用部件和部分专用部件组成的高效、专用、自动化程度较主的机床。

它能完成钻、扩、铰、镗、铣、攻螺纹等加工工序。

动力滑台是组合机床的通用部件，它上面安装着各种旋转刀具，常用液压或机械装置驱动滑台按一定的动作循环完成进给运动。

组合机床要求动力滑台空载时速度快、推力小；工进时速度慢、推力大，速度稳定；速度换接平稳；功率利用合理、效率高、发热少。

根据课程设计任务书，要求设计一台组合机床动力滑台液压系统。

机床要求的工作和循环是：要求实现工作快进、工进、快退过程，最后自动停止；动力滑台采用平导轨。

机床自动化要求：要求系统采用电液结合，实现自动循环，速度换接无冲击，且速度要稳定，能承受一定量的反向负载。

液压系统的工作条件和环境条件，经济性与成本等方面的要求。

负载特性分析和运动参数分析两部分。

通过计算确定液压执行元件的负载大小和方向，并分析执行元件在工作过程中可能产和的冲击、振动及过载等情况。

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。

因是平导轨，重力的水平力为零，需要考虑的力有：切削力，导轨摩擦力和惯性力。

2.1负载计算1.工作负载导轨的正压力等于有动力部件的重力 运动部件总重力 G =4000N 切削力 w F =20000N 2.摩擦负载静摩擦力 N F fs 1500= 动摩擦力 N F fd 850= 3.惯性负载惯性力 N F m 400= 4.各工况负载若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0.95m η=，则液压缸在各工作阶段的总机械负载可以算出，如下：启动 9.157895.0/1500/===ηm fs F F加速 N mm fdF F F 7.131595.0/)400850(/)(=+=+=η 快进 N m fd F F 7.89495.0/850/===η工进 N m fd wF F F 3.2194795.0./)85020000(/)(=+=+=η快退 N m fd F F 7.89495.0/850/===η表2.1 液压缸各运动阶段负载表运动阶段 计算公式 总机械负载F （N ）启动 /fs m F η1578.9 加速 ()/fd m m F F F η=+ 1315.7 快进 /fd m F F η= 894.7 工进()/w fd m F F F η=+21947.3快退/fd m F F η=894.75.快进、工进和快退时间和速度并绘制负载——时间图和速度——时间图 研究主机依据工艺要求应对何种运动规律完成一个工作循环，即研究运动形式（是平移、回转或摆动）、运动的速度大小和变化范围、运动行程长短，运动变化规律（循环过程与周期）等。

2.2负载速度图根据负载计算结果和已知的各阶段的速度，可绘制出负载（F —1）和速度图（v —1）,见图1（a ）、（b ）。

横坐标以上为液压缸前进时的曲线，以下为液压缸活塞N Fa400=缸退回时的曲线。

图1 a 液压缸各阶段负载图图1 b 液压缸各阶段速度图三、液压系统方案设计液压系统方案设计是根据主机的工作情况、主机对液压系统的技术要求、液压系统的工作条件和环境条件以及成本，经济性、供货情况等诸多因素，进行全面、综合的设计，从而拟定出一个各方面比较合理的、可实现的液压系统的方案来。

其内容包括：油路循环方式的分析与选择，油源形式的分析与选择，液压回路的分析、选择与合成，液压系统原理图的拟定、设计与分析。

3.1选择基本回路（1）液压泵种类的确定 参考同类组合机床，选用双作用叶片泵双泵供油、调速阀进油节流调速的开式回路，溢流阀作定压阀。

为防止钻通时滑台突然失去负载向前冲，回油路上设置背压阀（定压式），初定背阀值1b F MPa .因系统动作循环要求正向快进和工作，方向快退，且快进、快退速度相等，因此选用单杆活塞液压缸，快进时差动连接，无杆腔面积1A 等于有杆腔面积2A 的两倍。

工作台要完成单向进给运动，先采用固定的单活塞杆液压缸。

其动作如上图所示。

（2）快速、换向和速度换接回路确定根据该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。

该系统对换向要求平稳较高，选用电液换向阀的换向回路。

为便于实现差动，选用三位五通阀。

为提高换向的位置精度，采用死挡铁和压力继电器的行程终点往返控制。

（3）调速回路与油路循环方式的确定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。

a.快进按下启动按钮，电磁铁1Y得电，电磁换向阀7处于左位，在控制油咱的驱动下，液动换向阀6切换至左位。

主油路的进油路：小泵1→单向阀2→顺序阀5（预控压力阀）→液动阀6左位→行程阀11→液压缸右腔。

由于快进时动力滑台负载小，泵的出口压力较低，液控顺序阀9关闭。

所以液压缸左腔回油→液动阀6左位→单向阀8→行程11→液压缸右腔。

液压缸实现差动连接，且此时两泵同时供量流量最大，滑台右向快进。

b.工进快进到预定位置，滑台上的行程挡块压下行程阀11，切断了原来进入液压缸右腔的油路。

此时，从电磁换向阀6左位来的油液→调速阀12→液压缸右腔。

由于调速阀的接入使系统的压力升高，达到或超过卸载阀3的调定压力，大流量泵通过卸载阀3卸载，单向阀2自动关闭，只有小流量泵向系统供油，滑台慢速向右工进。

c.快退当滑台碰到死挡铁后停止运动。

这时，泵的压力升高，流量减小，直至输出流量仅能补偿系统内部泄漏为止。

此时，液压缸右腔压力随之升高，压力继电器动作并发出快退信号，1Y失电，2Y得电，电磁先导阀7、液动换向阀6处于右位。

主油路的进油路：泵1→顺序阀5→液动阀6右位→液压缸左腔。

回油路：液压缸右腔→行程阀11→流动阀6右位→油箱。

由于此时空载，泵的供油压力低，输出流量大，滑台快速退回。

d.原位停止当滑台快退到远位时，挡块压下行程阀开关，使电磁铁1Y，2Y失电，液动阀6、电磁先导阀7处于中位，滑台停止运动，泵1通过液动阀6处于中位卸载。

为了使卸载状态下控制油路保持一定预控压力，泵1和液动阀6之间装有参院控压力阀5。

3.2组合机床动力滑台液压系统原理图组成液压系统原理图、电磁铁动作顺序表表3.1为该滑台的电磁铁动作顺序表1Y 2Y 压力继电器15 行程阀11快进 + - 通 工进 + - 断 快退 - + + 断→通 原位停止 - - 通四、液压系统的参数的计算液压系统的主要参数设计是指确定液压执行元件的工作压力和最大流量。

液压执行元件的工况图是选择系统中其它液压元件和液压基本回路的依据，也是拟定液压系统方案的依据。

液压执行元件的类型，根据主机所要实现的运动形式（移动、转动或摆动）和性质（速度和负载的大小）而定。

4.1液压缸参数计算1.初选液压缸的工作压力按课本中表8-1即表2，初定液压缸的工作压力为513010P Pa =⨯ 表4.1液压缸参考背压系统类型背压52/(110)p Pa ⨯回油路上有节流阀的调速系统 2～5 回油路上有调速阀的调速系统 5～8 回油路上装有背压阀 5～15 带补油泵的闭式回路 8～15 2.计算液压缸的主要尺寸该设计要求动力滑台的快进、快退速度相等，故采用活塞杆固定的单杆式液压缸。

快进时采用差动边接，并取无杆腔有效面积A1等于有杆腔有效面积A2的两倍，即A A 21=。

为了防止在钻孔钻通时滑台突然前冲，在回油路中安装有背压阀，按课本中表8-2，初选背压0.8b P MPa =。

负载分析得最大负载为工进阶段的负载F=21947N ，按此计算A1，则cm m m P P A b F 22325511844.8821302194721101010=⨯=⨯⨯-⨯=-=- 液压缸直径 cm D A 34.1084441=⨯==ππ由A 212A =可知活塞杆直径d=0.707D=0.707×10.34=7.3cm按GB/ T2348-1993将所计算的D 与d 值分别圆整到相近的标准直径，以便采用标准的密封装置。

圆整后得：D=11cm d=8cm按标准直径算出 cm DA 2219.944==πcm d D A 22227.44)(4=-=π按最低工进速度验算液压缸尺寸查机械设计手册，调速阀最小流定量min /05.0min L q =，因工进速度V=0.001m/s 为最小速度，则有式min min 1/v q A =的：cm vqA cm cm s m cm 233minmin133.8min/6min /1005.0/001.0min /1005.0=⨯=⨯=≥故满足最低速度的要求。

3.计算液压缸在工作循环中各工作阶段的工作压力了、流量和功率。

根据液压缸的负载图和速度图以及液压缸的有效面积，可以算出液压缸工作过程各阶段的压力、流量和功率，在计算工进时背压按b P =0.8Mpa 代入公式，快退市背压按b P =0.5Mpa 代入计算公式，如下：Pa A A PA F P j 54452121102.610)7.447.94(107.441057.894⨯=⨯-⨯⨯⨯+=-∆+= 快进 min /2.50min /)7.449.94(1)(21L L A A v q =-⨯=-=kw w q p p j 519.07.51860102.50102.635==⨯⨯⨯==- Pa A A P F p b j 5445221109.26109.94107.441083.21947⨯=⨯⨯⨯⨯+=+=-- 工进 min /569.0min /6.0109.942min 1min L L v A q =⨯⨯==- min /49.9min /10109.942max 1max L L v A q =⨯⨯==- KW W q p p j 425.0425601049.9109.2635max==⨯⨯⨯==-MPa A A p F p b j 9.54107.44107.441053.21947445221=⨯⨯⨯⨯+=+=-- 快退 min /447.0min /107.44122L L vA q =⨯⨯==-KW W q p p j 05.09.496010447.0109.5435==⨯⨯==-计算结果列于表3中表4.2 液压缸所需的实际流量、压力和功率 工作循环 负载 F(N) 进油压力 j P (bar) 回油压力 b P （bar ）所需流量 q （L/min ） 输入功率 P （KW ）差动 快进 894.7 6.2 8 50.20.519工进 21947.3 26.9 50.447 0.5快退894.7 54.950.4470.05注：1、差动连接时，液压缸的回路口到进油口之间的压力损失△P=0.5Mpa, 而b P = j P +△P 。