设计一台卧式钻、镗组合机床液压系统1、液压系统用途(包括工作环境与工作条件)及主要参数:１)工作循环:“快进—工进—死挡铁停留—快退—原位停止”、组合机床动力滑台工作循环2)工作参数轴向切削力12０00N,移动部件总重10０00N,工作循环为:“快进——工进-—死挡铁停留-—决退——原位停止”、行程长度为0.４m,工进行程为0.1,快进与快退速度为０。
1ｍ／s,工过速度范围为0。
000３～0.00５,采用平导轨,启动时间为0、２s。
要求动力部件可以手动调整,快进转工进平稳、可靠。
２.执行元件类型:液压油缸设计内容1。
拟订液压系统原理图;2.选择系统所选用得液压元件及辅件;3。
验算液压系统性能;4。
编写计算说明书。
目录序言: (5)1 设计得技术要求与设计参数ﻩ 62 工况分析 (6)2、1确定执行元件ﻩ 62.2分析系统工况 (6)2。
3负载循环图与速度循环图得绘制ﻩ82、4确定系统主要参数２。
4、1初选液压缸工作压力ﻩ9２、４。
２确定液压缸主要尺寸ﻩ９2。
4.3计算最大流量需求 (11)2、５拟定液压系统原理图2.５。
1速度控制回路得选择 (12)2.５。
2换向与速度换接回路得选择 (12)2.５.3油源得选择与能耗控制ﻩ132.5、4压力控制回路得选择................................... 1４2。
6液压元件得选择2。
6。
1确定液压泵与电机规格................................. 1６2.6、2阀类元件与辅助元件得选择 (17)２、6。
3油管得选择ﻩ192。
6。
4油箱得设计ﻩ202。
7液压系统性能得验算２.7。
１回路压力损失验算 (22)2.7。
2油液温升验算ﻩ2 2序言ﻩ作为一种高效率得专用机床,组合机床在大批、大量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得设计方法与设计步骤,其中包括组合机床动力滑台液压系统得工况分析、主要参数确定、液压系统原理图得拟定、液压元件得选择以及系统性能验算等。
组合机床就是以通用部件为基础,配以按工件特定外形与加工工艺设计得专用部件与夹具而组成得半自动或自动专用机床。
组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工得方式,生产效率比通用机床高几倍至几十倍、组合机床兼有低成本与高效率得优点,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、多工位同时加工得方式,能完成钻、扩、铰、镗孔、攻丝、车、铣、磨削及其她精加工工序,生产效率比通用机床高几倍至几十倍。
液压系统由于具有结构简单、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就是用于实现工作台得直线运动与回转运动,如图1所示,如果动力滑台要实现二次进给,则动力滑台要完成得动作循环通常包括:原位停止快进Ｉ工进II工进死挡铁停留快退原位停止。
1.设计得技术要求与设计参数工作循环:快进→工进→快退→停止;系统设计参数如表１、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、f d = 0、1。
2.工况分析2.1. 确定执行元件金属切削机床得工作特点要求液压系统完成得主要就是直线运动,因此液压系统得执行元件确定为液压缸。
2.2. 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得工作负载、惯性负载与机械摩擦阻力负载,其她负载可忽略。
(１)工作负载FW工作负载就是在工作过程中由于机器特定得工作情况而产生得负载,对于金属切削机床液压系统来说,沿液压缸轴线方向得切削力即为工作负载,即＝12000Ｎ(2)惯性负载最大惯性负载取决于移动部件得质量与最大加速度,其中最大加速度可通过工作台最大移动速度与加速时间进行计算、已知加、减速时间为0、2s,工作台最大移动速度,即快进、快退速度为5ｍ/min,因此惯性负载可表示为(2－1)(３)阻力负载阻力负载主要就是工作台得机械摩擦阻力,分为静摩擦阻力与动摩擦阻力两部分。
静摩擦阻力(2-2)动摩擦阻力(2－3)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得负载力与液压缸所需推力情况,如表2。
1所示、加速＝+ 1３５7、14Ｎ1５０７.9N快进＝1000Ｎ１１11。
1 Ｎ工进=+ １3００0 N １４４4４、4N 反向起动= 2000N 2２22、2Ｎ加速=+ １3５7。
14N 1507、9N快退＝1000 N 1１1１。
１N注:此处未考虑滑台上得颠覆力矩得影响。
2.3. 负载循环图与速度循环图得绘制根据表2。
1中计算结果,绘制组合机床动力滑台液压系统得负载循环图如图2-1所示。
图2-1 组合机床动力滑台液压系统负载循环图图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14444、4N,其她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得速度循环图可根据已知得设计参数进行绘制,已知快进与快退速度、快进行程,工进行程、快退行程,工进速度＝50mm/ｍin。
根据上述已知数据绘制组合机床动力滑台液压系统得速度循环图如图２—２所示。
图2-2 组合机床液压系统速度循环图2.4. 确定系统主要参数2.4.1.初选液压缸工作压力所设计得动力滑台在工进时负载最大,其值为１４444、4Ｎ,其它工况时得负载都相对较低,按照负载大小或按照液压系统应用场合来选择工作压力得方法,初选液压缸得工作压力=4MPa、2.4.2.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得差动连接方式。
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得有利条件,最好采用活塞杆固定,而液压缸缸体随滑台运动得常用典型安装形式。
这种情况下,应把液压缸设计成无杆腔工作面积就是有杆腔工作面积两倍得形式,即活塞杆直径d与缸筒直径D呈d= 0。
７07D得关系。
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得现象,因此液压缸得回油腔应设置一定得背压(通过设置背压阀得方式),选取此背压值为=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得来油连接),但连接管路中不可避免地存在着压降,且有杆腔得压力必须大于无杆腔,估算时取0。
5ＭPa、快退时回油腔中也就是有背压得,这时选取背压值=0.6MＰa、工进时液压缸得推力计算公式为(2-4)式中:F ——负载力ｍ—-液压缸机械效率Ａ1—-液压缸无杆腔得有效作用面积Ａ2—-液压缸有杆腔得有效作用面积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,液压缸无杆腔得有效作用面积可计算为(２—５)液压缸缸筒直径为(２—6)由于有前述差动液压缸缸筒与活塞杆直径之间得关系,d =0、707D,因此活塞杆直径为d=0。
７０７×７1.36=50、４5mｍ,根据GB/T234８—19９3对液压缸缸筒内径尺寸与液压缸活塞杆外径尺寸得规定,圆整后取液压缸缸筒直径为D=8０mm,活塞杆直径为d＝5０ｍm。
此时液压缸两腔得实际有效面积分别为:(2—7)(2—8)2.4.3.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,此时系统所需要得流量为＝(Ａ１—A２)×ｖ1＝8、27 L/ｍinq快进(2－9)工作台在快退过程中所需要得流量为q快退=Ａ2×v2=12、8５L/mｉｎ(２-１０)工作台在工进过程中所需要得流量为q工进=A1×v１’=0。
25 Ｌ/mｉn(2－１1)其中最大流量为快退流量为12.85Ｌ/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得压力、流量与功率值,如表2.2所示、表2。
２各工况下得主要参数值注:1。
差动连接时,液压缸得回油口之间得压力损失,而。
2.快退时,液压缸有杆腔进油,压力为,无杆腔回油,压力为。
2.5. 拟定液压系统原理图根据组合机床液压系统得设计任务与工况分析,所设计机床对调速范围、低速稳定性有一定要求,因此速度控制就是该机床要解决得主要问题、速度得换接、稳定性与调节就是该机床液压系统设计得核心、此外,与所有液压系统得设计要求一样,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、2.5.1.速度控制回路得选择工况表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得功率较小,系统得效率与发热问题并不突出,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。
该机床得进给运动要求有较好得低速稳定性与速度-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得容积节流调速、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,采用节流阀得节流调速回路即可、但由于在钻头钻入铸件表面及孔被钻通时得瞬间,存在负载突变得可能,因此考虑在工作进给过程中采用具有压差补偿得进口调速阀得调速方式,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。
2.5.2.换向与速度换接回路得选择所设计多轴钻床液压系统对换向平稳性得要求不高,流量不大,压力不高,所以选用价格较低得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。
由前述计算可知,当工作台从快进转为工进时,进入液压缸得流量由8。
25L／mｉn降为0。
２5 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得液压冲击。
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得行程终点转换控制。
a。
换向回路b、速度换接回路图２—3 换向与速度切换回路得选择2.5.3.油源得选择与能耗控制表 2.２表明,本设计多轴钻床液压系统得供油工况主要为快进、快退时得低压大流量供油与工进时得高压小流量供油两种工况,若采用单个定量泵供油,显然系统得功率损失大、效率低、在液压系统得流量、方向与压力等关键参数确定后,还要考虑能耗控制,用尽量少得能量来完成系统得动作要求,以达到节能与降低生产成本得目得。
在图2－２工况图得一个工作循环内,液压缸在快进与快退行程中要求油源以低压大流量供油,工进行程中油源以高压小流量供油。
其中最大流量与最小流量之比,而快进与快退所需得时间与工进所需得时间分别为:(２-1２)(2—1３) 上述数据表明,在一个工作循环中,液压油源在大部分时间都处于高压小流量供油状态,只有小部分时间工作在低压大流量供油状态。
