液压夹具设计计算说明书.doc

一、设计任务书设计一台钻镗两用组合机床的液压系统。要求液压系统完成“快进工进死挡块停留快退原位停止和工件的定位与夹紧，拔销与放松”。机床的快进与快退速度为4m/min，工进要求能在20100mm/min范围内无级调速，最大行程为400mm（其中工作行程为200mm），最大切削力为12000n，运动部件自重2000n，导轨为平导轨。工件所需夹紧力不超过5000n，最小不得低于3300n，其夹紧缸的行程为40mm，由松开到夹紧的时间，启动换向时间取。2、 液压系统参数的确定及液压缸工况图的绘制（1） 工况分析和负载图的编制1、 运动分析2、 液压的负载分析（1） 工作负载钻镗两用组合机床液压系统的工作负载为切削力，由进给液压缸承受，最大工作负载为，夹紧工作负载最大值为，由夹紧液压缸承受。（2） 摩擦阻力因为运动部件是卧式放置，重力的水平分力为零，导轨的正压力等于运动部件的重力；选择静摩擦系数为，动摩擦系数为，其摩擦阻力为：静摩擦阻力动摩擦阻力（3） 惯性阻力进给液压缸的惯性阻力为：（4） 重力进给系统各部件采用卧式安装，根据以上分析，忽略切削力产生的倾覆力矩对导轨摩擦力的影响，并设进给液压缸的机械效率为，夹紧液压缸机械效率为（传递静压力），则液压缸在机床动作循环的各个阶段的负载情况如下表所示：表一：液压缸各个阶段负载工况计算公式液压缸负载f（n）液压缸推力f/(n)夹紧50005000启动400444.4加速268.03297.8快进200222.2工进1220013555.6快退200222.23、 负载图和速度图（1） 夹紧液压缸工作时，液压缸的推力可以看做恒定值（3300n5000n范围之内的某一个数值），而在松开时液压缸的推力主要用来平衡系统的摩擦阻力，其负载很小，另外整个工作过程中液压缸的运动速度没有严格的要求，运动工况较简单，因此不必绘制其工况图。（2） 根据进给液压缸的工况负载绘制的负载图如下所示：根据进给液压缸的工况负载绘制的速度图如下所示：（2） 初步确定液压缸的参数1、 液压缸的工作压力进给液压缸的最大载荷为13555.6n，参考表二和表三，选取液压缸的工作压力为p1=3mpa。表二：不同负载条件下的工作压力负载 f/ n50000液压缸工作压力 / mpa0.811.522.53344557表三：常用液压设备工作压力设备类型机床农业机械小型工程机械液压机挖掘机重型机械启重机械磨床车、铣、刨床组合机床 拉床龙门刨床工作压力 / mpa082243510101520322、 计算液压缸的尺寸由于机床要求进给部件快进与快退的速度相等，快进、工进阶段采用差动连接，这里选用单杆式的液压缸，无杆腔和有杆腔实际有效面积a1、a2满足a1=2a2，则有d=0.707d。在液压缸的回油路上安装背压阀进行背压，防止工件在加工过程中突然前冲，根据表四选取背压力为p2=0.8mpa。表四：液压系统中背压力的经验数据系统类型背压/mpa中、低压系统（08mpa）简单系统和一般轻载的节流调速系统0.2 0.5回油路带调速阀的节流调速系统0.5 0.8回油路带背压阀0.5 1.5采用带补油泵的闭式回路0.81.5中、高压系统（816mpa）同上比中、低压系统高（50100）%高压系统（1632mpa）如锻压机械系统初算时背压可忽略不计根据机床在工进阶段的最大负载可求得液压缸无杆腔面积a1和有杆腔面积a2满足：p1a1-p2a2=fmax ，其中fmax=13555.6n又因为a1=2a2所以 则液压缸的内径d为：根据无杆腔面积和有杆腔面积的关系式a1=2a2，可得到液压缸活塞杆的直径d为：根据表五将液压缸的内径和活塞杆的直径分别圆整到相近的标准值为：d=8cm，d=5.5cm表五：液压缸的主要参数根据圆整后的液压缸直径和活塞杆直径，可得液压缸无杆腔和有杆腔的实际有效工作面积分别为：查样本知调速阀（q-10bq-100b）的最小稳定流量为 ：，且液压缸的工进速度v=0.02m/min为最小速度，则 验算液压缸的有效作用面积，即a1=50.27cm225cm2 a2=26.49cm225cm2由此可见，这类调速阀无论是放在进油路还是放在回油路上，液压缸的有效作用面积a1、a2均满足工作部件最低稳定速度的要求。3、 计算液压缸工作循环各阶段的压力、流量和功率根据液压缸的负载图和速度图及液压缸的有效工作面积，可以计算出液压缸在工作循环各个阶段的压力、流量和功率。当液压缸做差动连接快进时，由于管路中有压力损失，液压缸有杆腔中的压力必须大于无杆腔，此处选管路压力损失p=0.5mpa。表六：液压缸各阶段工作压力工况负载f（n）计算公式进油腔压力p1（mpa）回油腔压力p2(mpa)快进差动启动444.40.7439加速297.80.68221.1822恒速222.20.65031.1503工进13555.63.1180.8(背压压力)快退启动444.40.1678加速297.81.06130.5恒速222.21.03270.5 表七：液压缸各阶段的输入流量工况工作速度v(m/min)计算公式输入流量q(l/min)快进49.512工进0.020.10.10.5027快退410.60表八：液压缸各阶段输入功率工况输入压力p1（mpa）输入流量q（l/min）计算公式输入功率n（kw）快进0.65039.5120.103工进3.1180.10.50270.00520.02612快退1.032710.600.1824根据以上各表的值可以绘制出液压缸的工况图，如下图所示：二、液压系统图的拟定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围、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、调节、和稳定性是该机床液压系统设计的核心。同时，本液压系统要求能够完成定位、夹紧以及拔销、放松的工步，对液压系统各个元器件动作的顺序性和协调性要求较高。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简单，成本低，节约能源，工作可靠。2.1速度控制回路的选择从液压缸的工况图中p-l曲线得知，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，滑台的运动速度较低，因此考虑采用节流调速的形式。从液压缸的p-l和q-l曲线得知，液压系统的工作主要是由低压大流量和高压小流量两个阶段组成，从提高系统效率，节约能源出发，采用单个定量泵的油源显然不合适，大好的速度刚性和较大的调速范围（100左右）。回油路上加背压阀可防止空气渗入系统，并能使滑台承受负向的负载。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、出口节流调速、限压式变量泵加调速阀的容积节流调速。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，采用限