单面多轴钻孔组合机床动力滑台液压系统论文

单面多轴钻孔组合机床动力滑台液压系统一、设计要求及工况分析1设计要求要求设计的动力滑台实现的工作循环是：快进 工进 快退 停止。主要性能参数与性能要求如下：切削阻力FL=30000N；运动部件所受重力G=10000N；快进、快退速度 1= 3=0.07m/s，工进速度 2=0.8310-3m/s；快进行程 L1=150mm，工进行程L2=30mm；往复运动的加速时间t=0.2s；动力滑台采用平导轨，静摩擦系数s=0.2，动摩擦系数d=0.1。液压系统执行元件选为液压缸。2负载与运动分析(1) 工作负载 工作负载即为切削阻力FL=3000N。(2) 摩擦负载 摩擦负载即为导轨的摩擦阻力：静摩擦阻力 动摩擦阻力 (3) 惯性负载 (4) 运动时间 快进 工进 快退 设液压缸的机械效率cm=0.9，得出液压缸在各工作阶段的负载和推力，如表1所列。表1液压缸各阶段的负载和推力工况 负载组成 液压缸负载F/N 液压缸推力F0=F/cm/NN2000100002.0sfs = GF N 1000 100001.0dfd = GF N357.1N2.007.08.910000i = tgGF s21s07.0101503111 = Lts1.36s1083.0 1030 33222 =Lts6.2s07.0 10)30150(33213 =+=+=LLt启 动加 速快 进工 进反向启动加 速快 退fsFF =ifd FFF +=fdFF =Lfd FFF +=fsFF =ifd FFF +=fdFF =20001357.110003100020001357.110002222.21507.91111.134444.42222.21507.91111.1根据液压缸在上述各阶段内的负载和运动时间，即可绘制出负载循环图F-t 和速度循环图 -t，如图1所示。二、确定液压系统主要参数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，在其它工况负载都不太高，参考表2和表3，初选液压缸的工作压力p1=4MPa。2计算液压缸主要尺 动力滑台快进和快退速度 ， 的液压缸可选用单 动液压缸 A1=2A2 ，快进时液压缸 动 。工进时为 止孔钻 时负载 现 ，液压缸的 压，参考表4选 压为p2=0.6MPa。表2 按负载选择工作压力负载/ KN 50工作压力/MPa 0.81 1.52 2.53 34 45 5表3 各种机械常用的系统工作压力机械 机 床 机械工程机械currency1机械液压“机液压机大fi机重机械fl重运 机械床 组合机床 床 床工作压力/MPa 0.82 35 28 810 1018 2032图1 F-t与-t图表4 执行元件背压力系统 压力/MPa单系统载”速系统 0.20.5速 的系统 0.40.6设 压 的系统 0.51.5用 的 0.81.5复的工程机械 1.23 可 不计表5 按工作压力选取d/D工作压力/MPa 5.0 5.07.0 7.0d/D 0.50.55 0.620.70 0.7表6 按速比要求确定d/D 2/ 1 1.15 1.25 1.33 1.46 1.61 2d/D 0.3 0.4 0.5 0.55 0.62 0.71： 1 进 时 运动速度； 2 进 时 运动速度。 cm2211 FApAp =得 参考表5表6，得d 0.71D =77mm， 数 得 D=110mm， d=80mm。求得液压缸 的实 效面 为242221 m1095m411.04= pipi DA24222222 m107.44m)8.011.0(4)(4= pipi dDA根据计算出的液压缸的尺 ，可 算出液压缸在工作循环各阶段的压力、” 和 率，如表7所列，绘制的液压缸工况图如图2所示。表7液压缸在各阶段的压力、流量和功率值工况 推力F0/N压力p2/MPa进 压力p1/MPa” q10-3/m3/s率P/KW计算 快进启动2222.2 0.44 21201 AAPAFp+=242621cm1 m1093m10)26.04(9.031000)2(= ppFAmm109m109.0m10934441 =pipiAD121 )( AAq = qpP 1=加速1507.9 p1+p 0.74 速1111.1 p1+p 0.66 0.35 0.23工进 34444.4 0.6 3.91 0.7910-2 0.03112201 AApFp +=21Aq =qpP 1=快退启动2222.2 0.50 21201 AApFp +=32Aq =qpP 1=加速1507.9 0.5 1.40 速1111.1 0.5 1.31 0.45 0.59：1. p为液压缸 动 时， 进 间的压力 ， p=0.5MPa。2 快退时，液压缸 进 ，压力为p1， ，压力为p2。三、拟定液压系统原理图1选 (1) 选 速 图2可， 台机床液压系统 率，滑台运动速度，工作负载为阻力负载工作 ， 可选用进 ”速 。为 止孔钻 时负载 fl运动部件 ，在 上加 压 。 系统选用”速 ，系统 为 循环系统。(2) 选 工况图可 出，在工作循环内，液压缸要求 快进、快退行程的压大” 和工进行程的高压” 的液。最大” 与最” qmax/qmin=0.35/(0.7910-2) 44 ； 其 的 时 间 (t1+t3)/t2=(2.1+2.6)/36.1=0.13。 表 在 工作循环的大部分时间都 高压” 工作。高系统效率、省能 角度来，选用单定 显 是不合理的，为可选用限压 双联叶片作为 。考虑 者” 时液压 击大，工作平稳性 ，者可双同时向液压缸 实现快速运动，最 确定选用双联叶片 案，如图2a所示。(3) 选 快速运动和换向 系统已选定液压缸 动 和双 种快速运动实现快速运动。考虑 工进转快退时 ” 大， 选用换向时间可的电液换向 换向 ，减液压 击。 要实现液压缸 动 ，所选用三位五 电液换向 ，如图2b所示。(4) 选 速度换 系统滑台快进转为工进时，速度 大 1/ 2=0.07/(0.8310-3) 84 ，为减少速度换 时的液压 击，选用行程 控制的换 ，如图2c图2 液压缸工况图所示。(5) 选 压和卸荷 在双 的 确定 ，压和卸荷问题都已 解决。即滑台工进时，高压” 的出 压力 的溢” 定， 需另设压 。在滑台工进和停止时，压大” 过液控顺序 卸荷，高压” 在滑台停止时虽未卸荷，但 率 ， 可不需再设卸荷 。2组成液压系统将上面选出的液压 组合在 fl，并经修改和完善，就可得完 的液压系统工作原理图，如图3所示。在图3，为了解决滑台工进时进、 串 使系统压力 法currency1立的问题，增设了单向 6。为了避免机床停止工作时 的 液” 箱，导致空气进 系统，影响滑台运动的平稳性，图添了单向 13。考虑 台机床用 钻孔 孔与不孔 加工，对位定位精度要求高，图增设了压力继电器14。当滑台碰上死挡块 ，系统压力升高，它 出快退信号，操纵电液换向 换向。四、计算和选择液压件1确定液压的规格和电动机 率(1) 计算液压的最大工作压力” 在快进和工进时都向液压缸 ，表7可，液压缸在工进时工作压力最大，最大工作压力为p1=3.96MPa，如在速 进 ”速 ，选 进 上的总压力 p=0.6MPa，考虑压力继电器的可靠动作要求压 pe=0.5MPa，” 的最高工作压力 算为大” 只在快进和快退时向液压缸 ，表7可见，快退时液压缸的工作压力为p1=1.43MPa，快进时大。考虑快退时进 不 过速 ， 其进 压力 者，现 进 上的总压力 p=0.3MPa，大” 的最高工作压力 算为( ) MPa01.5MPa5.06.096.3e11p =+=+ pppp( ) MPa70.1MPa3.043.112p =+=+ ppp图3 理 的液压系统原理图图2 选 的 (2) 计算液压的” 表7可， 向液压缸 的最大” 为0.4510-3 m3/s ，若 泄漏系数K=1.1， 的总” 为考虑溢” 的最稳定” 为3L/min，工进时的” 为0.7910-5 m3/s =0.47L/min，” 的” 最少 为3.47L/min。(3) 确定液压的规格和电动机 率根据上压力和” 数 查阅产品样，并考虑液压存在容 ，最 确定选 PV2R12-6/33双联叶片。其” 和大” 的排 分别为6mL/r和33mL/r，当液压的转速np=940r/min时，其理论” 分别为5.6 L/min和31L/min，若 液压容 效率v=0.9，液压的实 出” 为( )( ) L/min33L/min9.271.5L/min1000/9.0940331000/9.094062p1pp=+=+=+= qqq 液压缸在快退时 率最大，若 液压总效率p=0.8， 时液压的驱动电动机 率为根据数 查阅产品样，选用规格 近的Y100L6电动机，其额定 率为1.5KW，额定转速为940r/min。2确定其它元件辅件(1) 确定 元件辅件根据系统的最高工作压力和 过各 元件辅件的实 ” ，查阅产品样，选出的 元件和辅件规格如表8所列。其，溢” 9按” 的额定” 选 ，速 4选用Q6B，其最稳定” 为0.03 L/min， 系统工进时的” 0.47L/min。表8液压元件规格及型号序号 元件名称 过的最大” q/L/min规格号 额定” qn/L/min额定压力Pn/MPa额定压降Pn/MPa1 双联叶片 PV2R12-6/33 5.1/27.9* 16 2 三位五 电液换向 70 35DY100BY100 6.3 0.33 行程 62.3 22C100BH 100 6.3 0.34 速 1 Q6B 6 6.3 5 单向 70 I100B 100 6.3 0.26 单向 29.3 I100B 100 6.3 0.27 液控顺序 28.1 XY63B 63 6.3 0.38 压 CmmD 时， ， mC 08.0d0.1 = 。导向 度mmDLL 622110201402201 =+=+= ，缸 度 mmDL 275011025)3020(0 = 。5.2主要零件强度校核5.2.1缸筒壁厚=4为 案是压系统， 2eDP D1.0： 缸 m eP 实 压力 1e )5.125.1( PP = 其 1p 是液压缸的额定工作压力缸 内 缸 的许用 力。 nb / = ， b 为 度 为 currency1系数， “。对 fi 选fl“号 ，对 压系统mmDPe 3.3101002 11.01045.12 66= = 要求。5.2.2缸底厚度1=11m18.03.0015.01 = +=LmD 11.0=对 平缸 ， 度 1 种算法fi缸 孔时：mmPDde 069.23100226.045.14.103433.0433.0 21 =其 mmD dDd 226.04.103 804.103202 =fi缸 孔时，用 液压缸快进和快退；mmPD e 97.1010100 1045.14.103433.0433.0 6621 =其 mmDD 4.1033.3211022 = 5.2.3杆径d pi F4d 是 受的负载 flflflflfifl 是 的许用 力， aMPmmFd 0188.01010014.3 2785044 6 = pi5.2.4缸盖和缸筒联接螺栓的底径d1mmzKFd 0107.010100614.3 278505.12.52.5 61 = = pi ”系数， 般 fi“fi“； 缸 受的最大负载 ； 数； 的许用 力， ns / = ， s 为 的 ， currency1系数fifi“ 5.2.5液压缸稳定性计算液压缸 受的负载过 cF时将 稳定性。稳定性可用下 ： NnFFcC 79.67337.203 = 稳定性 currency1系数 ， 2=cn fl， 缸 定 动， 412 = ， ， mddddAJrc 02.0408.0416464 224= pipiNrlafAFcC6282221013.2)02.028.0(5000411008.049.4)(1=+=+=piNnFNFcC 661071.031013.227850 = 度 ； 面的最 转 ； 1 性系数， 1 “；2 液压缸 系数， 2 41； 的 性 ，可 MPa51006.2 ； 面惯性 ，对 实 642dJ pi= ；对 空 ( )6444 dDJ = pi ， 为 的 ， 为 的内( )m ；f 度决定的 ， f 28 /106.5 mN ； 面 ( )2m ； 系数， 50001 ；稳定性要求。5.2.6液压缸缓冲压力液压缸设 压力 时要计算 压力 cp ，当 cp 过缸 、缸 度计算的 maxp 时， cp maxp 。在 时， 的机械能力为 eE ， 运动的机械能为 pE 。 在机械能运行。ccc lApE =ccfcc lFmvlApE +=211p 21： 。力 所 过程的摩擦； 运行的速度 运动部件的总 行程 度 效面 NFsmvmlAcc-；kg；m；mf2c过 算，液压缸度和稳定性要求。六、验算液压系统性能1 算系统压力 系统管 未确定，所只能 算系统压力 。 算时， 确定管道内液pEE =cccpc lAEp =的”动， 计算各种工况下总的压力 。现 进、 管道 为l=2m， 液的运动粘度 =110-4m2/s， 液的度 =0.9174103kg/m3。(1) ”动在快进、工进和快退三种工况下，进、 管所 过的” 快退时 ” q2=70L/min为最大，时， 液”动的 数743101102060 107044 433e =pipidqdR为最大。 为最大的 数 数 2000 ， 可推出：各工况下的进、 的 液的”动currency1为”。(2) 计算系统压力 将”动 程阻力系数qdR 47575epi =和 液在管道内”速24dqpi =同时 程压力 计算 22l dlp = ，并将已数据 ，得qqqd lp 8434341 105478.0)1020(14.322101109174.07542754 =pi 可见， 程压力 的大与” 成 ， 是”动所决定的。在管道结 未确定的 况下，管道的部压力 p 按下 作经 计算l 1.0 pp =各工况下的 元件的部压力 可根据下 计算2nnv =qqpp其的pn产品样查出，qn和q数 表8和表9列出。滑台在快进、工进和快退工况下的压力 计算如下：1快进滑台快进时，液压缸 过电液换向 动 。在进 上， 液 过单向 10、电液换向 2， 与液压缸 的 合 过行程 3进 。在进 上，压力 分别为MPa05688.0MPa1060103.62105478.0105478.0 6388li = qpMPa005688.0MPa05688.01.01.0 lii = ppMPa1647.0MPa1003.623.0100333.01009.272.0222vi =+= p( ) MPa2273.0MPa1647.0005688.005688.0viilii =+=+= pppp在 上，压力 分别为MPa02675.0MPa1060103.29105478.0105478.0 6388lo = qpMPa002675.0MPa02675.01.01.0 loo = ppMPa1594.0MPa1003.623.01003.292.01003.293.0222vo =+= p( ) MPa1888.0MPa1594.0002675.002675.0vooloo =+=+= pppp将 上的压力 算进 上，得出 动快速运动时的总的压力 MPa316.0MPa957.441888.02273.0 = += p2工进滑台工进时，在进 上， 液 过电液换向 2、速 4进 液压缸 ，在速 4 的压力 为0.5MPa。在 上， 液 过电液换向 2、 压 8和大” 的卸荷 液 fl经液控顺序 7 箱，在 压 8 的压力 为0.6MPa。若 管的 程压力 和部压力 ，在进 上总的压力 为MPa5.0MPa5.01005.03.02vii = += pp 计 。在 上总的压力 为MPa66.0MPa63 9.2724.03.06.010024.03.022voo = += pp 即为液压缸的 压力p2=0.66MPa，可见 与初算时参考表4选 的 压 符。按表7的 重新计算液压缸的工作压力为MPa99.3MPa101095 107.441066.034942 644612201 =+=+=AApFp 高 表7数 。考虑压力继电器的可靠动作要求压 pe=0.5MPa，” 的工作压力为MPa99.45.05.099.3ei11p =+=+= pppp 与 算 符，是 溢” 10的 压力的主要参考数据。3快退滑台快退时，在进 上， 液 过单向 10、电液换向 2进 液压缸 。在 上， 液 过单向 5、电液换向 2和单向 13 箱。在进 上总的压力 为MPa048.0MPa100333.01009.272.022vii =+= pp 计 ， 液压的驱动电动机的 率是 的。在 上总的压力 为MPa343.0MPa100702.0100703.0100702.0222voo =+= pp 与表7的数 符， 不 重算。大” 的工作压力为