题目六：组合机床液压系统设计试设计一卧式单面多轴钻孔组合机床的液压系统，要求液压系统完成的工作循环是：快进工进快退停止,系统参数如下表,动力滑台采用平面导轨，其静、动摩擦系数分别为0.15、0.08往复运动的加减速时间要求不大于0.2s。
完成系统设计计算，拟定系统图，确定各液压元件的型号及尺寸。设计液压缸
参数 1 2 3 4 5 6 7 8
主轴参数孔
一
直径
(mm)
13.8 11.8 15.8 13.7 13.8 11.6 13.6 9.8
个数12 14 10 12 12 14 10 16
孔
二
直径
(mm)
8.5 9.5 6.5 6.5 7.5 8.5 9.5 6.5
个数 4 6 8 24 6 6 8 8
孔
三
直径
(mm)
7.5 8.5 9.5 9.8 8.5 9.5 6.5 11.65
个数 2 3 2 4 6 2 6 2
快进、快退速度
(m/min)
7 6 8 7 6 7 8 7
工进速度
(mm/min)
30----55 45----60 40----60 30----65 30----65 40----75 45----75 40----65 最大行程(mm) 300 650 400 360 380 320 350 420
工进行程(mm) 100 120 150 130 120 100 120 160
材料硬度(HB) 240 260 250 230 260 240 260 240
工作部件重量(N) 9800 9600 12000 10000 12000 9000 9800 8800
F2
参数
主轴参数快
进
快
退
速
度
(m/
min
)
工
进
速
度
速
度
(mm/mi
n)
最
大
行
程
(mm
)
工
进
行
程
(mm)
材
料
硬
度
(HB)
工
作
部
件
重
量
(N) 孔一孔二孔三
直径
(mm)
个
数
直径
(mm）
个
数
直
径
个
数
11.8 14 9.5 6 8.5 3 8 45～75 350 120 260 9800
1 设计方案拟定
1.1 方案分析
对设计液压系统进行分析，已知设计的是一卧式单面多轴钻孔组合机床的液压系统，要求液压系统完成的工作循环是：快进→工进→快退→停止。在设计过程中要注意液压设计的注意事项：在滑台的速度变化较大，当滑台由工进转为快退时，以减少液压冲击，须使用背压阀等。
方案一：
选用两个柱塞缸组合来实现工作循环所要求的快进、工进运动，在快进和快退时要求速度相等，通过差动连接来实现。系统在工作过程环境恶劣，时有冲击可通过在回油路上加背压阀来减少其对加工工件精度的影响。为了减少空间，油箱采用闭式油箱。由于其工况过程分段情况很大，节约能源，节约成本可采用变量泵来实现不同工况对油量的不同需要。闭式油箱，不易于散热，要附加散热器，增加了成本。
方案二：
选用单杆活塞缸来实现工作循环所要求的快进、工进运动，借鉴经典的实现快进、快退的连接方式，差动连接来实现，而对于有大冲击，工作阻力不定对加工过程的影响，采用使用在回油路上接背压阀和在进油路上用调速阀和行程阀的组合来实现。对于工况分段情况很大，借鉴同类机床多数采用双泵供油来节约能源。为减少热变形对加工精度的影响，减少热源，选用远离机床床身的开式油箱。
方案三:
选用单杆活塞缸来实现工作环循环所要求的快进、工进运动，对运动方向的改变可以二位二通电磁换向阀来、单向阀和调速阀来实现。液压泵选用变量泵，这种方案就是在快进的时候油液流经阀的速度快，流量大，局部损失大，油液发热高，使液压液的粘性降低，影响系统的稳定性。
1.2 方案确定
综合比较方案一、方案二和方案三，从经济成本、以往同类成功机床的例子和可操作性考虑后，选用方案二。方案二的具体设计过程如下。
2 负载分析计算
2.1 压系统的要求
由于设计一卧式单面多轴钻孔组合机床的液压系统，要求液压系统完成的工作循环是：快进→工进→快退→停止，系统参数如下表，动力滑台采用平面导轨，其静，动摩擦系数分别为0.15，0.08往复运动的加减速时间要求不大于0.2s 。
2.2 分析系统工况，确定主要参数
2.2.1 确定执行元件
由于机床要求液压系统完成的是直线运动，最大行程为：380mm,其属于短行程，故选用执行元件为：液压缸。(其具体的参数在后面经计算后再确定)
2.2.2 分析系统工况
工作负载 高速钢钻头钻铸铁孔时的轴向切削力t F （单位为N ）与钻头直径D （单位为mm ）、每转进给量s （单位为mm/r ）和铸铁硬度HBW 之间的经算式为：
0.80.625.5
()F D s H B W t
= （1-1） 钻孔时的主轴转速n 和每转进给量按资料[2]第十一章液压系统的设计和计算第三节液压系统设计计算举例中的值（源参考《组合机床设计手册》）选取： 对φ11.8的孔，1n =425r/min ，1s =0.128mm/r 对φ9.5的孔， 2n =515r/min, 2s =0.105mm/r 对φ8.5的孔， 3n =550r/min, 3s =0.096mm/r 代入式1-1求得：
0.80.60.80.60.80.6(1425.511.80.128260625.59.50.105260325.58.50.096260)F t
=⨯⨯⨯⨯+⨯⨯⨯⨯+⨯⨯⨯⨯ = 2287267352805++
=32412N
惯性负载 m=
G g = 96009.8
kg=979.6kg m v F m
t
∆=∆=979.6⨯6
600.2⨯=489.8N
阻力负载 静摩擦阻力fs F =0.15⨯9600N=1440N 动摩擦阻力fd F =0.081⨯9600N=768N
