液压课程设计-卧式钻、镗组合机床液压系统

1 设计一台卧式钻、镗组合机床液压系统 1■液压系统用途（包括工作环境和工作条件）及主要参数：

1）工作循环：“快进一工进一死挡铁停留一快退一原位停止”

快进

死挡铁 停留 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 进一一工进一一

死挡铁停留一一决退一一原位停止”。行程长度为0.4m,工进行 程为0.1,快进和快退速度为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. 选择系统所选用的液压元件及辅件；

3. 验算液压系统性能；

4. 编写计算说明书。

快退 2

序言： ............................................................ 5 1设计的技术要求和设计参数 ........................................ 6 2工况分析 ......................................................... 6 2.1确定执行元件 ................................................... 6 2.2分析系统工况 ................................................... 6 2.3负载循环图和速度循环图的绘制 .................................. 8 2.4确定系统主要参数 241初选液压缸工作压力 ............................................. 9 2.4.2确定液压缸主要尺寸 .......................................... 9 243计算最大流量需求 .............................................. 11 2.5拟定液压系统原理图 2.5.1速度控制回路的选择 ......................................... 12 2.5.2换向和速度换接回路的选择 ................................... 12 2.5.3油源的选择和能耗控制 ........................................ 13 2.5.4压力控制回路的选择 .......................................... 14 2.6液压元件的选择 2.6.1确定液压泵和电机规格 ....................................... 16 2.6.2阀类元件和辅助元件的选择 ................................... 17 2.6.3油管的选择 .................................................. 19 3

2.6.4油箱的设计 .................................................. 20 2.7液压系统性能的验算 2.7.1回路压力损失验算 ............................................ 22 2.7.2油液温升验算 ............................................... 224 序言 作为一种高效率的专用机床，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验

组合机床是以通用部件为基础，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。 组合机床一般采用多轴、多刀、 多工序、多面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。 组合机床兼有低成本和高效率的优点， 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、多工位同时加工的 方式，能完成钻、扩、铰、镗孔、攻丝、车、铣、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是用于实现工作台的直线运动和回转运动， 如图1所示，如果动力滑台要实现二次进给，则动力滑台要完成的动作循环通常 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。5

1. 设计的技术要求和设计参数 工作循环：快进、工进、快退M亭止； 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、fd = 0.1。

表1 .1设计参数 参数 数值 切削阻力（N） 12000 滑台自重（N） 10000

快进、快退速度（m∕min） 4.2

快进行程（mm） 200 工进速度（mm∕min） 50 工进行程（mm） 30 力□、减速时间（S） 0.2 液压缸机械效率 0.9

2. 工况分析 2.1. 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。

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 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 6

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 FW=12000N (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。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

L AVGAV 10000 X 4.2 ÷ 60 FrmTr6 U 9.8 0.2

(3)阻力负载

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部 分。

静摩擦阻力 FfS= fsFN =0.2 10000 =2000N

动摩擦阻力 Ffcj=fdFN=0∙1 10000 =1000N (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的负载力和液 压缸所需推力情况，如表2.1所示。

表2 .1液压缸在各工作阶段的负载(单位： N) 工况 负载组成 负载值F 总机械负载

F '

=FP

m

起动 F

= FfS 2000N 2222.2N

加速 F = Ffd + Fm

1357.14N 1507.9N

快进 F

=Ffd 1000N 1111.1 N

工进 F = Ffd + Ft 13000 N 14444.4N

反向起动 F

= FfS 2000N 2222.2 N

加速 F = Ffd + Fm 1357.14 N 1507.9N

快退 F

=Ffd 1000 N 1111.1N

注：此处未考虑滑台上的颠覆力矩的影响

= 357.14N (2-1)

(2-2) 7

23 负载循环图和速度循环图的绘制 根据表2.1中计算结果，绘制组合机床动力滑台液压系统的负载循环图如图 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,其他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v1 =V2 =4.2m∕min、快进行程I1 = 200mm ,工进行 程I? =30mm、快退行程I3 =23Omm ,工进速度V2 =50mm∕min。根据上述已知数 据绘制组合机床动力滑台液压系统的速度循

环图如图 2-2所示。 8

图2-2组合机床液压系统速度循环图 24确定系统主要参数

2.4.1.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 14444.4N，其它工况时的负 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的方法， 初选液压缸的工作压力 R =4MPaO

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 压缸设计成无杆腔工作面积 A是有杆腔工作面积 A两倍的形式，即活塞杆直径 d与缸筒直径D呈d = 0.707D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

WJn ■ min-1