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m1432a 万能 磨床 液压 系统 设计

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毕业设计（论文）任务书学生姓名姜长志系部机电工程学院专业、班级机械设计制造及其自动化 0812指导教师姓名张荣沂职称教授从事专业机械工程是否外聘是否题目名称M1432A 万能外圆磨床液压系统设计一、设计（论文）目的、意义1、设计目的：磨床是金属切削行业的一个重要分支，随着工业的发展，对机械零件的加工精度及表面粗糙度的要求日益提高，磨削加工显得更加重要。尤其在汽车、电力、船舶、冶金、军工、航空航天等行业。为了进一步改进 M1432A 万能外圆磨床液压系统的工作性能，对 M1432A 万能外圆磨床的总体布局及磨床液压系统系统进行设计，使其更加安全，平稳，有效地工作。2、设计意义：由于电子技术、计算机技术与机床技术相结合，强烈要求分析设计内容完善化、目标最优化、使机床加工高速化、并且具有高可靠性和良好的经济效益。因此，研究高质量、高效率、安全可靠的 M1432A 万能外圆磨床液压系统具有重要的现实意义，完成 M1432A 万能外圆磨床液压系统设计。优化设备结构，节约设备成本，提高我们的设备设计能力和设计水平。二、设计（论文）内容、技术要求（研究方法）1.设计内容：完成 M1432A 万能外圆磨床总体尺寸布局设计，M1432A 万能外圆磨床液压系统设计。2.技术要求：设计过程中所需的技术参数有：工作台负载：2.8kN工作台行程速度：0.10.5m/min工作台停留时间：05s油泵电动机功率：0.45kW 吸油管：2024 的油管 压油管；1215 的油管 1. 设计计算的正确性； 2. 主要构件的结构具有经济性、合理性；3. 设计的工艺性，装配的可行性，主要装配精度的合理性，主要参数的可检查性；三、设计（论文）完成后应提交的成果（一）计算说明部分设计说明书字数在 1.5 万字以上（说明书一式一份）。（二）图纸部分1、M1432A 万能外圆磨床总体尺寸布局图 0 号一张；2、M1432A 万能外圆磨床液压系统设计图 1 号一张；3、M1432A 万能外圆磨床工作台液压系统的操纵箱图 0 号一张；4、M1432A 万能外圆磨床工作台液压缸图 1 号一张；5、零件图 3-8 张。四、设计（论文）进度安排2 月 27 日3 月 11 日 查阅资料；3 月 12 日3 月 18 日 消化资料；3 月 19 日4 月 1 日 撰写开题报告；4 月 2 日4 月 20 日 方案设计、写说明书草稿；4 月 21 日5 月 5 日 画草图、写说明书草稿；5 月 6 日5 月 27 日 画 CAD 图、整理说明书；5 月 28 日6 月 10 日 打印说明书；6 月 11 日6 月 15 日 准备答辩。五、主要参考资料1. 机械设计手册（第 2 卷） 2002 年版 化学工业出版社 成大先主编2实用机床设计手册 辽宁科学技术出版社 李洪 主编3 机械最优设计技术2002 年 4 月，孟兆明著，化学工业出版社4机械精度设计与检测基础 哈尔滨工业大学出版社 刘品 徐晓希5. 电力拖动基础 机械工业出版社 彭鸿才 主编6. 金属切削机床概论 机械工业出版社 贾亚州 主编7. Stetigventile, Regelungssysteme. REXROTH. Elektronik-Komponenten RD00155-1, 1998六、备注指导教师签字：年 月 日教研室主任签字： 年 月 日I摘 要在全面了解磨床的结构、工作原理和液压系统的基础上，介绍了磨床整体尺寸的布置和液压系统的设计。M1432A 万能外圆磨床主要是磨圆或圆锥(包括楼梯)外表面和内孔。成品的精度可达 12 级，表面光洁度可达 T8 至 T10。机床液压系统的要求越来越复杂。采用液压系统实现工作台的自动往复运动，磨削轮架的快速前进和后退，尾架顶部的扩展和必要的联锁动作。该系统的结构采用了开启和停止阀、导阀、换向阀、节流阀和抖动气缸的组合。本实用新型结构紧凑、管道短、操作方便，便于制造、组装和维修。控制箱是一种具有高整流精度和换向稳定性的差动制动换向电路。此外，采用活塞杆固定双杆液压缸，并进一步设计和改进液压系统的回路。关键词：磨床；液压缸；万能型外圆磨床；液压系统；操纵箱IIABSTRACTOn the basis of a comprehensive understanding of the structure, working principle and hydraulic system of the grinder, the layout of the overall size of the grinder and the design of the hydraulic system are presented in this paper. M1432A universal cylindrical grinding machine is mainly to grinding cylindrical or conical (including staircase) outer surface and inner hole. The precision of the finished product can reach 12 levels, and the surface finish can reach T8 to T10. There is a higher and more complicated requirement for the hydraulic system of machine tools. Hydraulic system is used to realize the automatic reciprocating movement of the worktable, the rapid advance and retreat of the grinding wheel rack, the expansion of the tailstock top and the necessary interlocking action.The structure of the system adopts a combination of opening and stopping valves, pilot valves, reversing valves, throttle valves and jitter cylinders. The utility model has the advantages of compact structure, short pipeline and convenient operation, and is convenient for manufacturing, assembly and repair. The control box is a travel brake reversing circuit with high commutation accuracy and commutation stability. Moreover, the piston rod fixed double rod hydraulic cylinder is adopted, and the circuit of the hydraulic system is further designed and improved.Key words:Grinder；Hydraulic Cylinder；Multi-purpose Cylindrical Grinder； Hydraulic System；Control Box目 录摘要.IAbstract.II第 1 章 绪论.11.1 选题的背景目的及其意义.11.1.1 背景.11.1.2 目的及其意义.21.2 国内外磨床研究状况和相关领域中已有的研究成果.21.3 对选题的研究设想、研究方法.31.4 预期结果和意义.5第 2 章 机床总体方案的确定.62.1 总体设计.62.1.1 主要技术指标设计.62.1.2 总体方案设计.62.1.3 总体方案综合评价和选择.62.1.4 总体方案的设计修改和优化.62.2 详细设计.72.3 机床整体综合评价.72.4 本章小结.7第 3 章 总体尺寸布局设计.83.1 纵向尺寸关系图的确定与绘制.83.1.1 确定纵向尺寸的基准线.83.1.2 确定砂轮对称中心线位置.83.1.3 确定工作台对称中心线位置.93.1.4 确定上、下工作台长度.93.1.5 确定油压筒用活塞杆的固定形式和长度.93.1.6 确定后床身上面的垫导板导轨尺寸位置.103.1.7 确定横进给丝杆中心位置.103.1.8 确定手摇台面机构的手轮中心位置.113.1.9 确定齿条长度及齿轮位置.113.2 横向尺寸关系图的确定与绘制.113.2.1 确定横向尺寸的基准线.113.2.2 确定上下工作台厚度和宽度.113.2.3 确定头尾架顶尖中心位置.133.2.4 确定头尾架顶尖中心至床身面的高度.133.2.5 确定横进给机构手轮中心的高度.133.2.6 确定油压套中心位置.133.2.7 确定工作台回转中心位置.133.2.8 确定后床身有关的几个尺寸.133.2.9 确定最大最小极限位置.143.2.10 确定砂轮架横向行程长度.143.2.11 确定滑鞍长度.153.2.12 确定垫板长度.153.3 本章小结.16第 4 章 M1432A 万能外圆磨床液压系统.17第 5 章 工作台液压操纵箱及液压缸的设计.285.1 工作台液压系统的功能.285.2 工作台液压系统的工作原理.285.3 操纵箱的系统的特点.285.4 液压缸的典型结构.295.5 液压缸的组成.295.6 本章小结.32结论.33参考文献.34致谢.351第 1 章 绪 论1.1 选题的背景、目的及其意义磨床是利用磨具对工件表面进行磨削加工的机床。大多数的磨床是使用高速旋转的砂轮进行磨削加工，少数的是使用油石、砂带等其他磨具和游离磨料进行加工，如珩磨机、超精加工机床、砂带磨床、研磨机和抛光机等。1.1.1 背景1.正在精磨轧辊的大型磨床磨床能加工硬度较高的材料，如淬硬钢、硬质合金等；也能加工脆性材料，如玻璃、花岗石。磨床能作高精度和表面粗糙度很小的磨削，也能进行高效率的磨削，如强力磨削等。十八世纪 30 年代，为了适应钟表、自行车、缝纫机和枪械等零件淬硬后的加工，英国、德国和美国分别研制出使用天然磨料砂轮的磨床。这些磨床是在当时现成的机床如车床、刨床等上面加装磨头改制而成的，它们结构简单，刚度低，磨削时易产生振动，要求操作工人要有很高的技艺才能磨出精密的工件。1876 年在巴黎博览会展出的美国布朗-夏普公司制造的万能外圆磨床，是首次具有现代磨床基本特征的机械。它的工件头架和尾座安装在往复移动的工作台上，箱形床身提高了机床刚度，并带有内圆磨削附件。1883 年，这家公司制成磨头装在立柱上、工作台作往复移动的平面磨床。1900 年前后，人造磨料的发展和液压传动的应用，对磨床的发展有很大的推动作用。随着近代工业特别是汽车工业的发展，各种不同类型的磨床相继问世。例如20 世纪初，先后研制出加工气缸体的行星内圆磨床、曲轴磨床、凸轮轴磨床和带电磁吸盘的活塞环磨床等。自动测量装置于 1908 年开始应用到磨床上。到了 1920 年前后，无心磨床、双端面磨床、轧辊磨床、导轨磨床，珩磨机和超精加工机床等相继制成使用；50 年代又出现了可作镜面磨削的高精度外圆磨床；60 年代末又出现了砂轮线速度达 6080米/秒的高速磨床和大切深、缓进给磨削平面磨床；70 年代，采用微处理机的数字控制和适应控制等技术在磨床上得到了广泛的应用1。2.能做镜面磨削的精密磨床2随着高精度、高硬度机械零件数量的增加，以及精密铸造和精密锻造工艺的发展，磨床的性能、品种和产量都在不断的提高和增长。磨床是各类金属切削机床中品种最多的一类，主要类型有外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、无心磨床、工具磨床等。外圆磨床是使用的最广泛的，能加工各种圆柱形和圆锥形外表面及轴肩端面的磨床。万能外圆磨床还带有内圆磨削附件，可磨削内孔和锥度较大的内、外锥面。不过外圆磨床的自动化程度较低，只适用于中小批单件生产和修配工作。内圆磨床的砂轮主轴转速很高，可磨削圆柱、圆锥形内孔表面。普通内圆磨床仅适于单件、小批生产。自动和半自动内圆磨床除工作循环自动进行外，还可在加工中自动测量，大多用于大批量的生产中。平面磨床的工件一般是夹紧在工作台上，或靠电磁吸力固定在电磁工作台上，然后用砂轮的周边或端面磨削工件平面的磨床；无心磨床通常指无心外圆磨床，即工件不用顶尖或卡盘定心和支承，而以工件被磨削外圆面作定位面，工件位于砂轮和导轮之间，由托板支承，这种磨床的生产效率较高，易于实现自动化，多用在大批量生产中。3.大型曲轴磨床工具磨床是专门用于工具制造和刀具刃磨的磨床，有万能工具磨床、钻头刃磨床、拉刀刃磨床、工具曲线磨床等，多用于工具制造厂和机械制造厂的工具车间。砂带磨床是以快速运动的砂带作为磨具，工件由输送带支承，效率比其他磨床高数倍，功率消耗仅为其他磨床的几分之一，主要用于加工大尺寸板材、耐热难加工材料和大量生产的平面零件等。专门化磨床是专门磨削某一类零件，如曲轴、凸轮轴、花键轴、导轨、叶片、轴承滚道及齿轮和螺纹等的磨床。除以上几类外，还有珩磨机、研磨机、坐标磨床和钢坯磨床等多种类型。1.1.2 目的及意义磨床是金属切削行业的一个重要分支，随着工业的发展，对机械零件的加工精度及表面粗糙度的要求日益提高，磨削加工显得更加重要。尤其在汽车、电力、船舶、冶金、军工、航空航天等行业，国产数控磨床正在发挥着越来越大的作用。1.2 国内外磨床研究状况和相关领域中已有的研究成果随着生产的发展，社会需求也在发生变化。在机械制造业中，多品种、小批量生产的需求日益增加，因此出现了与之相适应的 FMS 等先进制造系统。机床是FMS 的核心装备。前期的 FMS，可以说是“以机床为主的系统”设计，即根据现有机3床的特点来构成 FMS，但是传统的机床（包括数控机床）设计时并未考虑到它在FMS 中的应用，因此在功能上制约了 FMS 的发展。FMS 的发展对机床提出了新的要求，要求机床设计向“以系统为主的机床设计”方向发展，即在机床设计时就要考虑到它如何更好地适应 FMS 等先进制造系统的要求，例如要求具有时、空柔性，与物流的可亲性等等，这就机床设计的方法学提出了新的要求。国产数控磨床正在发挥着越来越大的作用。 “十一五”期间，经过调整和整合期后的磨床行业，将会迎来新一轮的发展期。 2003 年和 2004 年两年的磨床市场交易量(内销、进口、出口量的总和)为 64756台，其中内销量占 63.63%、进口量为 23.44%、出口量为 12.92%；市场交易额为108.06 亿元，其中内销额占 34.34%、进口额占 63.80%、出口额占 1.86%。从而可知，进口量占磨床市场交易量的 23.44%，而进口额占磨床市场交易额的 63.6%，可见进口磨床的技术档次或附加值远远高出内销磨床。目前汽车制造厂曲轴线上的磨床主要依赖进口，而国产磨床基本供汽车零配件厂使用5。1.3 对选题的研究设想、研究方法机床的设计方法是根据其设计类型而定。通用机床采用系列化设计方法。1.工艺范围机床是用来完成工件表面加工的，应该具备完成一定工艺范围（包括加工方法、工件类型、加工表面形状、尺寸等）的加工功能，因此，也可以把工艺范围称之为机床的加工功能。对于专用机床，工艺范围较窄，相应的功能也较少。而普通机床，工艺范围较宽，功能较强，特别是多品种，小批量生产需求的增加，要求扩大机床的功能。机床功能的增加，将使机床的结构复杂程度增加，制造难度、制造周期及制造成本增加。对于生产率，就机床本身而言，功能增加，可能会使生产率下降，但就机械制造系统（或工件的制造全过程）而言，机床功能的增加，将会减少工件的装卸次数，减少安装、搬运等辅助时间，会使总的生产率提高。机床的功能主要根据被加工对象的批量来选择。大批量生产用的专用机床的功能设置较少，只要满足特定的工艺范围要求就行了，以获得提高生产率、缩短机床制造周期及降低机床成本等效果。单件小批量生产用的通用机床则应扩大机床的功能。2.柔性随着多品种小批量生产的发展，对机床的柔性要求越来越高。机床的柔性，是指其适应加工对象变化的能力，包括空间上的柔性和时间上的柔性。所谓空间柔性也就是功能柔性，指的是在同一时期内，机床能够适应多品种小批量的加工，即机4床的运动功能和刀具数目多，工艺范围广，一台机床具备有几台机床的功能，因此在空间上布置一台高柔性机床，其作用等于布置了几台机床。所谓时间上的柔性也就是结构柔性，指的是在不同时期，机床各部分重新组合，构成新的机床功能，即通过机床重构，改变其功能，以适应产品更新变化快的要求。又如，有的单件或小批量 FMS 作业线上，经过识别装置对下一个待加工的工件进行识别，根据其加工要求，在作业线上就可自动进行机床功能重构，有些重构几秒钟内即可完成，这就要求机床的功能部件具有快速分离与组合的功能。3.与物流系统的可亲性可亲性就是指机床与物流系统之间进行物料（工件、刀具、切屑等）交接的方便程度。对于单机工作形式的普通机床，是由人进行物料交接的，要求机床的使用、操作、清理、维护方便。对于自动化柔性制造系统，机床与物流系统（如输送线）是自动进行物料交接的，要求机床结构形式开放性好，物料交接方便。4.刚度机床的刚度将影响机床的加工精度和生产率，因此机床应有足够的刚度。刚度包括静态刚度、动态刚度、热态刚度。5.精度为保证能加工出一定精度的工件，作为工作母机的机床必须具有更高的精度要求。机床精度分为机床本身的精度，即空载条件下的精度（包括几何精度、运动精度、传动精度、定位精度等）和工作精度（加工精度） 。6.噪声噪声损坏人的听觉器官和生理功能，是一种环境污染。设计和制造过程中要设法降低噪声。7.生产率和自动化机床的生产率用单位时间内机床所能加工的工件数量来表示。机床的切削效率越高，辅助时间越短，则它的生产率越高。对用户而言，使用高效率的机床，可以降低工件的加工成本，机床的自动化程度越高，则它的生产率越高，加工精度的稳定性越好，越容易适应自动化制造系统的要求。8.成本成本概念贯穿在产品的整个生命周期内，包括设计、制造、包装、运输、使用维护和报废处理等的费用，是衡量产品市场竞争力的重要指标，应在尽可能保证机床性能要求的前提下，提高其性能价格比。9.生产周期5为了快速响应市场需求变化，生产周期（包括设计和制造）是衡量产品市场竞争力的重要指标，应尽可能缩短机床的生产周期。这就要求机床设计应尽可能采用现代设计方法，如 CAD、模块化设计等。10.可靠性应保证机床在规定的使用条件下、在规定的时间内，完成规定的加工功能时，无故障运行的概率要高。11.造型与色彩机床的外观造型与色彩，要求简洁明快、美观大方、宜人性好。应根据机床功能、结构、工艺及操作控制等特点，按照人机工程学的要求进行设计6。1.4 预期结果和意义M1432A 液压系统最终实现，1.能实现工作台的自动往复运动，并能在 0.054m/min 之间无级调速，工作台换向平稳，起动制动迅速，换向精度高。2.在装卸工件和测量工件时，为缩短辅助时间，砂轮架具有快速进退动作，为避免惯性冲击，控制砂轮架快速进退的液压缸设置有缓冲装置。3.为方便装卸工件，尾架顶尖的伸缩采用液压传动。4.工作台可作微量抖动：切入磨削或加工工件略大于砂轮宽度时，为了提高生产率和改善表面粗糙度，工作台可作短距离(13mm)、频繁往复运动(100150 次/min)。5.传动系统具有必要的联锁动作：(1)工作台的液动与手动联锁，以免液动时带动手轮旋转引起工伤事故。(2)砂轮架快速前进时，可保证尾架顶尖不后退，以免加工时工件脱落。(3)磨内孔时，为使砂轮不后退，传动系统中设置有与砂轮架快速后退联锁的机构，以免撞坏工件或砂轮。(4)砂轮架快进时，头架带动工件转动，冷却泵启动；砂轮架快速后退时，头架与冷却泵电机停转。从而使 M1432A 型万能外圆磨床更加稳定的工作。6第 2 章 机床总体方案的确定2.1 总体设计2.1.1 主要技术指标设计主要技术指标设计是后续设计的前提和依据。设计任务的来源不同，如工厂的规划产品，或根据机床系列型谱进行设计的产品，或用户订货等，具体的要求不同，但所要进行的内容大致相同。主要技术指标包括：1.用途 即机床的工艺范围，包括加工对象的材料、质量、形状及尺寸等。2.生产率 包括加工对象的种类、批量、及所要求的生产率。3.性能指标 加工对象所要求的精度（用户订货设计）或机床的精度、刚度、热变形、噪声等性能指标。4.主要参数 即确定机床的加工空间和主参数。5.驱动方式 机床的驱动方式有电动机驱动和液压驱动方式。电机驱动方式中又有普通电机驱动、步进电机驱动和伺服电机驱动。驱动方式的确定不仅与机床的成本有关，还将直接影响运动方式的确定。6.成本及生产周期 无论是订货还是工厂规划产品，都应确定成本及生产周期方面的指标。2.1.2 总体方案设计总体方案设计包括：1.M1432A 万能外圆磨床总体尺寸关系，包括纵向尺寸关系(正视图)，横向尺寸关系图(侧视图)，和顶视图。2.M1432A 万能外圆磨床液压系统，包括工作台液压系统，砂轮架液压系统,尾架液压系统。3.操纵箱设计，将开停阀、先导阀、换向阀、节流阀、抖动缸等组合一体的操纵箱。2.1.3 总体方案综合评价和选择在总体方案设计阶段，对其各种方案进行综合评价，从中选择较好的方案。2.1.4 总体方案的设计修改和优化对所选择的方案进行进一步的修改或优化，确定最终方案。上述设计内容，在设计过程中要交叉进行。72.2 详细设计1.技术设计 包括确定结构原理方案、装配图设计、分析计算或优化。2.施工设计 包括零件图设计、商品化设计、编制技术文档等。2.3 机床整体综合评价上述步骤可反复进行，直到达到技术结果满意为止。在设计过程中，设计和评价反复进行，可以提高一次设计成功率。2.4 本章小结 本章介绍了机床以及液压系统的总体设计方案，进行了主要技术指标的设计、总体方案综合评价、机床整体综合评价。根据任务书中的要求，做出自己的设计方案和理念。8第 3 章 总体尺寸布局设计3.1 纵向尺寸关系图的确定与绘制 3.1.1 确定纵向尺寸的基准线画出床身对称中心线（OO） ，它是纵向尺寸的基准线（图 3.1） 。ol2下台丝丝丝丝丝丝丝丝丝丝丝丝丝丝丝丝丝丝丝丝丝丝丝丝丝丝丝丝baL支架l6L油压筒L活塞L右盖L床L齿条L头L顶尖L尾l4oBB1B2B3l6l3l7l8l6l中心l5l1图 3.1 纵向尺寸图3.1.2 确定砂轮对称中心线位置1l由于头架的纵向尺寸一般大于尾架的纵向尺寸，所以砂轮对称中心线位置偏于床身对称中心线的右侧，其偏离值根据头、尾架纵向尺寸的大小而定。为避免头架伸出床身太多，考虑头架处磨内孔时要安放夹具，尾架处磨长工件时要砂轮修整器，故只 取mm 定mm1430315115lLL尾头1105l 式中：头架纵向尺寸；L头9 尾架纵向尺寸。L尾 由图 3.1 知 1()2aoboLLL尾顶尖头得 mm21()4792laoLLLL尾头顶尖头式中：头、尾架最大顶尖距L顶尖 而 mm0.0751000751075LLL顶尖式中：最大磨削长度=1000mm。LL3.1.3 确定工作台对称中心线位置通常工作台对称中心线放在床身对称中心线同一位置（图 3.1） 。3.1.4 确定上、下工作台长度 上工作台长度应考虑除了能容纳头、尾架最大顶尖距和头、尾架长度外，其二端需有畅流的水槽和压板的弧形边。按经验推荐，后者一般为前者 1/10 左右。 上工作台长度 0.1()LLLLLLL尾尾上台顶尖头顶尖头 mm1820 1822002 故取 mm2000L上台 同样在确定下工作台长度（L下台）时，需考虑上、下工作台间压板及二头装导轨防护罩的位置，故定0.05 0.15LLL下台上台上台 =2195mm3.1.5 确定油压筒用活塞杆的固定形式和长度 确定工作台最大行程L工作行程 故定mmLL工作行程顶尖1100L工作行程 由此能确定油压筒长度 LLL油压筒工作行程活塞mm1185式中：活塞长度，定为 85mm。L活塞10 确定活塞杆的固定在床身上，即活塞杆固定，如图（3.1） ，则：45L左盖m m mm41181205.52lLLL工作行程活塞盖定 mm41205l 式中：油压筒端盖厚度。L盖 这样床身的长度（）可以初步确定：L床 mm4222856LlL床支架 定 mm2900L床式中：活塞杆支架长度。L支架3.1.6 确定后床身上面的垫导板导轨尺寸位置从砂轮对称中心线引出后床身垫板 V 开导轨中心线位置，再根据已确定的砂5l轮架垫板导轨参数 B1、B2、中心，绘制 V-平导轨（图 3.1） 。5的大小决定于下列二ll个因素。在可能情况下，5尽可能取小些，避免主轴悬伸过长，这对提高砂轮主轴刚性l有利，查文献2得： 531112 302lBBmm=502557=1320.3 0.4 l5中心符合l的要求式中：V 形导轨中心线到垫板侧面的距离，通常:3Bmm311(12 302BB)7512.5=502Bmm(砂轮宽)=503.1.7 确定横向进给丝杆中心位置6l 根据理论分析的要求，横向进给丝杆中心最好安排在砂轮架的中心位置上，而砂轮架的中心偏于 V 形导轨一边，故过去其位置均按设计，而不考60.41 0.45ll中心11虑具体条件，如导轨是滚动还是滑动，以及其他有关因素。 在设计 M1432A 万能外圆磨床时，根据实践经验，认为丝杆和消除间隙的闸钢应尽可能安置离 V 形导轨近一些，可以提高进给刚性和平稳性，而两者中以闸钢的影响比较大。把消除间隙的闸刚放在丝杆与 V 形导轨之间，由于结构关系将丝杆中心位置移到偏近平导轨一边（图 3.1） ，M1432A 万能外圆磨床的效果更稳定。3.1.8 确定手摇台面机构的手轮中心位置7l一般进给机构手轮中心与横进给丝杆中心在同一垂直平面内，而手摇台面机构手轮中心与横进给机构手轮中心在同一水平面内（图 3.1） 。两个手轮中心接近一些较好，这样造作方便，但须考虑能安置液压操纵扳的地位，故两轮的中心距：7650 750l 毫米则 M1432A 万能外圆磨床的mm。7700l 3.1.9 确定齿条长度及齿轮位置齿条的长度必须大于油压套的工作长度，以保持小齿轮与齿条不脱开。 (3.1)82lll齿条工作行程80.5Dl小齿式中：D小齿小齿轮节径齿条的安装位置以小齿轮的中心为基准。一般小齿轮的中心与手摇台面机构的手轮中心在同一垂直平面内，根据油压套的两端行程而定（图 3.1） 。3.2 横向尺寸关系图的确定与绘制3.2.1 确定横向尺寸的基准线画出床身的 V 形导轨中心线，作为横向尺寸的基准线，画机床的平导轨面，作为高度尺寸的基准线。根据已确定的工作台导轨参数、，画出导轨（图1B2Bl中心3.2） 。3.2.2 确定上、下工作台厚度和宽度1.厚度工作台在运动时的精度稳定性和过重问题，构成上下工作台厚度的一对矛盾，因此在设计中应合理考虑内部结构。此外还需考虑在工作台二端加上工艺“搭子”，备加工时压紧用。外圆磨床的工作台厚度可按类比法确定：12一般取下工作台厚度 1(0.3 0.4)hl中心（3.2）上台工作台厚度 2(0.25 0.35)hl中心（3.3）B7B6l丝丝L垫板s丝杆+余量s快速B2B1h2h1H3H2H1H4B8B9aD丝丝丝丝D丝丝丝D丝丝丝D丝丝丝丝B10S丝丝D丝丝丝丝+D丝丝丝H5h4d滚h9L滑鞍B丝图 3.2 横向尺寸关系图具体选定厚度时要按照工作台长短而定，工作台长则适当放厚些，还需考虑水槽的高度不宜太低，否则冷却液会溢出。则 M1432A 万能外圆磨床下工作台厚度 mm175h 上工作台厚度 mm253h 上工作台型面有不同的倾斜，习惯上尺寸注法不一，为便于计算，这里的厚度（是指地面到斜面最低点的尺寸（图 3.2） 。2h132.宽度mm452104952311BlBB工作台中心式中：下工作台平导轨中心线到前侧的宽度（图 3.2）；4B46BB下工作台 V 形导轨中心线到前侧面的宽度；5B57BB床身平导轨中心线到前侧面的宽度；6B621(12 30)2BB床身 V 形导轨中心线到边缘的宽度。7B711(12 30)2BB3.2.3 确定头、尾架顶尖中心位置对于一般外圆磨床，由于加工工件范围较大，故其头、尾架顶尖中心（即工件中心）位置常安排在 V 形导轨中心线上，这样使砂轮在磨最小直径时，砂轮架趋近工作台致相碰，但却使 V 形导轨承载压力较大，故通常适当加宽 V 形导轨宽度来弥补。延伸 V 形导轨中心线，根据中心高（H） ，可画出头、尾架顶尖中心位置。3.2.4 确定头、尾架顶尖中心至床身面的高度（）1H根据一般操作工人的身长来决定。所以取 mm,M1432A 万能外圆1H1000 1100磨床取 1010mm。由此可以确定平导轨面到床身底面的高度（） ，2Hmm2112(/cos)700HHhhH式中：工作台型面倾斜度。3.2.5 确定横进给机构手轮中心的高度3H横进给机构手轮中心的高度（3） ，直接影响操作时的劳动条件，一般取H3mm，M1432A 万能外圆磨床取 580mm。H600 7003.2.6 确定油压套中心位置8B油压桶中心安置在移动件的重心或接近中心的位置，由于它常偏于与 V 形导轨中心，故取：mm80.40 0.450.43 21090Bl中心3.2.7 确定工作台回转中心位置9B14工作台回转中心处于 V平导轨的中间，即mm91121010522Bl中心3.2.8 确定后床身有关的几个尺寸确定后床身顶面至前床身平导轨的高度以及到砂轮架中心高之间的几个厚度尺寸（图 3.2） 。垫板厚度3、滑鞍厚度4、砂轮中心至砂轮架底面的高度5与后身顶面至平hhH导轨的高度4，相互关系比较复杂，应同时考虑，不能孤立地定下哪一个尺寸。因H为后床身上面的几个部件的结构形式并不完全一致，如外圆磨床没有滑鞍，砂轮架用不用转动；又如垫板在保证加工刚性条件，本来可以薄一些，但其中需安装横向快速进退油缸，同时为了满足产品系列化，扩大部件通用化，常以垫板厚度作高度尺寸调整的环节。为了避免上工作台回转时与垫板相碰，安装在后床身上的垫板顶面需低于下工作台的顶面；同时还应考虑横进给传动机构穿过床身的位置等等。一般根据经验数据，其后身顶面至平导轨的高度：mm 取 120mm。4110 150H 垫板厚度 mm30.3 0.45160hl中心式中：砂轮架垫板导轨中心距（毫米） 。l中心滑鞍顶面与砂轮架底面接触，做回转调整或直线移动；而滑鞍底面与垫板导轨接触，若是滚动导轨，中间还隔有滚柱mm。确定滑鞍厚度时，一般按类10d滚4h比法取：mm4(0.23 0.30)hl中心106在确定砂轮中心至砂轮底面的高度时，应注意，砂轮架底面与滑鞍接触的回5H转面是圆盘式的，则：mm52001652DH砂3.2.9 确定最大最小极限位置最大砂轮磨削最大工件和最小砂轮磨削最小工件时的极限位置（图 3.2） 。mm mm400D砂轮最大280D砂轮最小15mm mm320D工最大8D工 最小3.2.10 确定砂轮架横向行程长度一般砂轮架横向行程长度mm0.1 0.2274SSSS丝杆快速快速式中：砂轮架工作行程（mm） ；S丝杆砂轮架快速进退量（mm） 。S快速1.：根据技术参数一章中有关工件及砂轮直径确定，已能满足最大直径砂S丝杆轮磨削最大直径工件和以最小直径砂轮磨削最小工件： ,2222DDDDS工件最大工件最小砂,最大砂,最小丝杆（3.4）式中：最大的砂轮直径（mm） ；D砂,最大 最小的砂轮直径，一般=；D砂,最小D砂,最小0.700.75 AD砂,最大 最大磨削工件直径（mm） ；,D工件最大最小磨削工件直径（mm） 。,D工件最小M1432A 万能外圆磨床的= 400mm =280mmD砂,最大D砂,最小= 320mm =8mm,D工件最大,D工件最小则由式（3.4）得: 40030028082162222S丝杆m m2.：一般是 50mm 左右。S快速3.2.11 确定滑鞍长度 L滑鞍一般来说长则倾侧力小，导向性好，移动轻便，同时滑鞍导轨的接触刚性L滑鞍亦相对提高，不过太长了对制造不利。一般mm1.5 2500Ll滑鞍中心163.2.12 确定垫板长度 L滑鞍滑动导轨：滑鞍在前后两极限位置时，允许少量伸出垫板，且一般前端伸出量小于后端伸出量，其值，则：0.05 0.15 L滑鞍 (3.5)S-2 0.050.15LLL垫板滑鞍滑鞍式中：S砂轮架横向行程（mm） 。上述尺寸确定后，即可画出床身宽为=1180mm106BLBlB床垫板中心式中：10前床身 V 导轨中心到垫片端面的距离（mm） 。确定10时，考虑必BB要的水槽宽度及保证滑鞍在垫板前端的伸出量不要过大。M1432A 万能外圆磨床采用前一种形式，其关系尺寸说明如下：为使内圆磨削时不需拆除外圆砂轮，故中心是以最大外圆砂轮半径加上头架卡S盘的半径来确定的：=380mm2DDS砂,最大卡盘中心磨架是安装内圆磨具的，在考虑他的刚性的前提下，其长度9与磨具直径道具lD之比不宜过小，一般确定9道具。l2.5D磨架纵向位置的安排，一般偏近于外圆砂轮处，但应注意外圆砂轮罩与磨架间留有必要的间隙，故磨架纵向位置10=1040mm。l3.3 本章小结本章阐述了如何确定磨床总体尺寸关系, 和确定 M1432A 总体尺寸的大小,方法和计算过程. 综上所述，M1432A 万能外圆磨床总体布局的主要尺寸关系图的方法大致是这样的。17第 4 章 M1432A 万能外圆磨床液压系统4.14.1 万能外圆磨床液压系统工作原理万能外圆磨床液压系统工作原理由万能外圆磨床液压系统图可见,这个系统利用工作台挡块和先导阀拨杆可以连续地实现工作台的往复运动和砂轮架的间隙自动进给运动,其工作情况如下。1.1. 工作台往复运动工作台往复运动在液压系统图的状态下，当开停阀处于右位时，先导阀都处于右端位置，工作台向右运动，主油路的油液流动情况为：进油路：液压泵换向阀（右位）工作台液压缸右腔；回油路：工作台液压缸左腔换向阀（右位）先导阀（右位）开停阀（右位）节流阀油箱。当工作台向右移到预定位置时，工作台上的左挡块拨动先导阀阀芯，并使它最终处于左端的位置上。这时控制油路上 a2 点接通高压油、a1 点接通油箱，使换向阀亦处于其左端位置上，于是主油路的油液流动变为进油路：液压泵换向阀（左位）工作台液压缸左腔；回油路：工作台液压缸右腔换向阀（左位）先导阀（左位）开停阀（右位）节流阀油箱。这时，工作台向左运动，并在其右挡块碰上拨杆后发生与上述情况相反的变换，使工作台右改变方向向右运动；如此不停的反复进行下去，直到开停阀拨向左位时才使运动停下来。2.2. 工作台换向过程工作台换向过程工作台换向时，先导阀先受到挡块的操纵而移动，接着又受到抖动缸的操纵而产生快跳；换向的操纵油路则先后三次变换通流情况，使其阀芯产生第一次快跳，慢速移动和第二次快跳。这样就使工作台的换向经历了迅速制动、停留和迅速反向启动三个阶段。当系统图中先导阀被拨杆推着向左移动时，它的右制动锥逐渐将通向节流阀的通道关小，使工作台逐渐减速，实现预制动。当工作台挡块推动先导阀直到先导阀阀芯右部环行槽使 a2 点接通高压油，左部环行槽使 a1 点接通油箱时，控制油路被切换。这时左、右抖动缸便推动先导阀向左快跳，因为此时左、右抖动缸进回油路为：18进油路：液压泵精滤油器先导阀（左位）左抖动缸；回油路：右抖动缸先导阀（左位）油箱。由此可见，由于抖动缸的作用引起先导阀快跳，就使换向阀两端的控制油路一旦切换就迅速打开，为换向阀阀芯快速移动创造了液流流动条件，由于阀芯右端接通高压油，使液动换向阀阀芯开始向左移动，即进油路：液压泵精滤油器先导阀（左位）单向阀 I2换向阀阀芯右端。而液压换向阀阀芯左端通向油箱的油路先后有三种接通情况，开始阶段的情况如系统图所示，回油路线为：回油路（变换之一）：液动换向阀阀芯左端先导阀（左位）油箱。由于回路畅通无阻，阀芯移动速度很大，主阀芯出现第一次快跳，右部制动锥很快的关小主回油路的通道，使工作台迅速制动。当换向阀阀芯快速移动一小段距离后，它的中部台肩移到阀体中间沉割槽处，使液压缸两腔油路相通，工作台停止运动。此后换向阀阀芯在压力油作用下继续左移时，直通先导阀的通道被切断，回油流动路线改为：回油路（变换之二）：液动换向阀阀芯左端节流阀 J先导阀（左位）油箱。这时阀芯按节流阀 J1 调定的速度慢速移动。由于阀体上的沉割槽宽度大与阀芯中部台肩的宽度，液压缸两腔油路在阀芯慢速移动期间继续保持相通，使工作台的停止持续一段时间，这就是工作台在反向前的端点停留。最后，当阀芯慢速移动到其左部环行槽和先导阀相连的通道接通时，回油流动路线又改变成回油路（变换之三）：液动换向阀阀芯左端通道 b1换向阀左部环槽先导阀（左位）油箱。这时，回油路又畅通无阻，阀芯出现第二次快跳，主油路被迅速切换，工作台迅速反向启动，最终完成了全部换向过程。3.3. 砂轮架的快进快退运动砂轮架的快进快退运动砂轮架的快进快退运动由快动阀操纵，由快动缸来实现。在系统图的状态下，快动阀右位接入系统，砂轮架快速前进到其最前端位置，快进的终点位置是靠活塞与缸盖的接触来保证的，为了防止砂轮架在快速运动终点处引起冲击和提高快进运动的重复位置精度，快动缸的两端设有缓冲装置，并设有抵住砂轮架的闸缸，用以消除丝杠和螺母间的间隙。快动阀左位接入系统时，砂轮架快速后退带其最后端位置。194.4. 砂轮架的周期进给运动砂轮架的周期进给运动砂轮架的周期进给运动由进给阀操纵，由砂轮架进给缸通过其活塞上的拨爪棘轮、齿轮、丝杠螺母等传动副来实现。砂轮架的周期进给运动可以在工件左端停留时进行，可以在工件右端停留时进行，也可以在工件两端停留时进行，也可以不进行进给。这些均由选择阀的位置决定。在图示状态下，选择阀选定的是“双向进给”，进给阀在操纵油路的 a1 和 a2 点每次相互变换压力时，向左或向右移动一次，于是砂轮架便做一次间歇进给。进给量的大小由拨爪棘轮机构调整，进给快慢及平稳性则通过调节节流阀 J3、J4 来保证。5.5. 工作台液动手动的互锁工作台液动手动的互锁工作台液动和手动的互锁由互锁缸来实现。当开停阀处于图示位置时，互锁缸内通入压力油，推动活塞使齿轮 z1、z2 脱开，工作台运动时就不会带动手轮转动。当开停阀左位接入系统时，互锁缸接通油箱，活塞在弹簧作用下移动，使 z1、z2 啮合，工作台就可以通过摇动手轮来移动，以调整工件。6.6. 尾架顶尖的退出尾架顶尖的退出尾架顶尖的退出是由一个脚踏式的尾架阀操纵，由尾架缸来实现。尾架顶尖只在砂轮架快速退出时才能后退以确保安全，因为这时系统中的压力油必须在快动阀左位接入时才能通入尾架阀处。7.7. 机床的润滑机床的润滑液压泵输出的油液有一部分经精滤油器到达润滑稳定器，经稳定器进行压力调节及分流后，送至导轨、丝杠螺母、轴承等处进行润滑。8.8. 压力的测量压力的测量系统中的压力可通过压力表开关由压力表测定，如：在压力表开关处与左位时测出的是系统的工作压力，而在右位时则可测出润滑系统的压力。4.24.2 万能外圆磨床液压系统的特点万能外圆磨床液压系统的特点1. 该液压系统采用了活塞杆固定式双杆液压缸，保证了左、右两个方向运动速度一20致，又减少了机床的占地面积。2. 采用了结构简单的节流阀式调速回路，功率损失小，这对调速范围不大，负载较小且基本恒定的磨床来说是合适的。此外，由于采用了回油节流调速回路，液压缸回油中有背压力，可以防止空气渗入液压系统，且有助于工作稳定和加速工作台的制动。3. 系统采用了 HYY21/3P-25T 型快跳操纵箱，结构紧凑，操纵方便，换向精度平稳性都较高。这种操纵箱使工作台能作很短距离的高频抖动，有利于提高切入式磨削和阶梯轴磨削的加工质量。 4.34.3 制定基本方案和绘制液压系统图制定基本方案和绘制液压系统图1 1 制定基本方案制定基本方案（1）制定调速方案液压执行元件确定之后，其运动方向和运动速度的控制是拟定液压回路的核心问题。 方向控制用换向阀或逻辑控制单元来实现。对于一般中小流量的液压系统，大多通过换向阀的有机组合实现所要求的动作。对高压大流量的液压系统，现多采用插装阀与先导控制阀的逻辑组合来实现。 速度控制通过改变液压执行元件输入或输出的流量或者利用密封空间的容积变化来实现。相应的调整方式有节流调速、容积调速以及二者的结合容积节流调速。 节流调速一般采用定量泵供油，用流量控制阀改变输入或输出液压执行元件的流量来调节速度。此种调速方式结构简单，由于这种系统必须用闪流阀，故效率低，发热量大，多用于功率不大的场合。 容积调速是靠改变液压泵或液压马达的排量来达到调速的目的。其优点是没有溢流损失和节流损失，效率较高。但为了散热和补充泄漏，需要有辅助泵。此种调速方式适用于功率大、运动速度高的液压系统。 容积节流调速一般是用变量泵供油，用流量控制阀调节输入或输出液压执行元件的流量，并使其供油量与需油量相适应。此种调速回路效率也较高，速度稳定性较好，但其结构比较复杂。 节流调速又分别有进油节流、回油节流和旁路节流三种形式。进油节流起动冲击较小，回油节流常用于有负载荷的场合，旁路节流多用于高速。21 调速回路一经确定，回路的循环形式也就随之确定了。 节流调速一般采用开式循环形式。在开式系统中，液压泵从油箱吸油，压力油流经系统释放能量后，再排回油箱。开式回路结构简单，散热性好，但油箱体积大，容易混入空气。容积调速大多采用闭式循环形式。闭式系统中，液压泵的吸油口直接与执行元件的排油口相通，形成一个封闭的循环回路。其结构紧凑，但散热条件差。 （2）制定压力控制方案 液压执行元件工作时，要求系统保持一定的工作压力或在一定压力范围内工作，也有的需要多级或无级连续地调节压力，一般在节流调速系统中，通常由定量泵供油，用溢流阀调节所需压力，并保持恒定。在容积调速系统中，用变量泵供油，用安全阀起安全保护作用。 在有些液压系统中，有时需要流量不大的高压油，这时可考虑用增压回路得到高压，而不用单设高压泵。液压执行元件在工作循环中，某段时间不需要供油，而又不便停泵的情况下，需考虑选择卸荷回路。在系统的某个局部，工作压力需低于主油源压力时，要考虑采用减压回路来获得所需的工作压力。 （3）制定顺序动作方案 主机各执行机构的顺序动作，根据设备类型不同，有的按固定程序运行，有的则是随机的或人为的。工程机械的操纵机构多为手动，一般用手动的多路换向阀控制。加工机械的各执行机构的顺序动作多采用行程控制，当工作部件移动到一定位置时，通过电气行程开关发出电信号给电磁铁推动电磁阀或直接压下行程阀来控制接续的动作。行程开关安装比较方便，而用行程阀需连接相应的油路，因此只适用于管路联接比较方便的场合。另外还有时间控制、压力控制等。例如液压泵无载启动，经过一段时间，当泵正常运转后，延时继电器发出电信号使卸荷阀关闭，建立起正常的工作压力。压力控制多用在带有液压夹具的机床、挤压机压力机等场合。当某一执行元件完成预定动作时，回路中的压力达到一定的数值，通过压力继电器发出电信号或打开顺序阀使压力油通过，来启动下一个动作。22 （4）选择液压动力源 液压系统的工作介质完全由液压源来提供，液压源的核心是液压泵。节流调速系统一般用定量泵供油，在无其他辅助油源的情况下，液压泵的供油量要大于系统的需油量，多余的油经溢流阀流回油箱，溢流阀同时起到控制并稳定油源压力的作用。容积调速系统多数是用变量泵供油，用安全阀限定系统的最高压力。 为节省能源提高效率，液压泵的供油量要尽量与系统所需流量相匹配。对在工作循环各阶段中系统所需油量相差较大的情况，一般采用多泵供油或变量泵供油。对长时间所需流量较小的情况，可增设蓄能器做辅助油源。油液的净化装置是液压源中不可缺少的。一般泵的入口要装有粗过滤器，进入系统的油液根据被保护元件的要求，通过相应的精过滤器再次过滤。为防止系统中杂质流回油箱，可在回油路上设置磁性过滤器或其他型式的过滤器。根据液压设备所处环境及对温升的要求，还要考虑加热、冷却等措施。2 2 绘制液压系统图绘制液压系统图 万能外圆磨床液压系统图由拟定好的控制回路及液压源组合而成。各回路相互组合时要去掉重复多余的元件，力求系统结构简单。注意各元件间的联锁关系，避免误动作发生。要尽量减少能量损失环节。提高系统的工作效率。为便于液压系统的维护和监测，在系统中的主要路段要装设必要的检测元件（如压力表、温度计等）。见图 4-1；23 图 4-1 液压系统原理图4.44.4 液压元件的选择与专用件设计液压元件的选择与专用件设计1 1 液压泵的选择液压泵的选择 1）确定液压泵的最大工作压力 pp ppp1+p 式中 p1液压缸或液压马达最大工作压力； p从液压泵出口到液压缸或液压马达入口之间总的管路损失。 p 的准确计算要待元件选定并绘出管路图时才能进行，初算时可按经验数据选取：管路简单、流速不大的，取 p=（0.20.5）MPa；管路复杂，进口有调阀的，取 p=（0.51.5）MPa。24 2）确定液压泵的流量 QP 多液压缸或液压马达同时工作时，液压泵的输出流量应为QPK（Qmax） 式中 K系统泄漏系数，一般取 K=1.11.3； Qmax同时动作的液压缸或液压马达的最大总流量，可从（Q-t）图上查得。对于在工作过程中用节流调速的系统，还须加上溢流阀的最小溢流量，一般取0.510-4m3/s。 系统使用蓄能器作辅助动力源时 式中 K系统泄漏系数，一般取 K=1.2； Tt液压设备工作周期（s）； Vi每一个液压缸或液压马达在工作周期中的总耗油量（m3）； z液压缸或液压马达的个数。3）选择液压泵的规格 根据以上求得的 pp 和 Qp 值，按系统中拟定的液压泵的形式，从产品样本或本手册中选择相应的液压泵。为使液压泵有一定的压力储备，所选泵的额定压力一般要比最大工作压力大 25%60%。 4）确定液压泵的驱动功率 在工作循环中，如果液压泵的压力和流量比较恒定，即（p-t）、（Q-t）图变化较平缓，则 式中 pp液压泵的最大工作压力（Pa）； QP液压泵的流量（m3/s）； P液压泵的总效率，参考表 5-1 选择。表 5-液压泵的总效率液压泵类型齿轮泵螺杆泵叶片泵柱塞泵总效率0.60.7 0.650.80 0.600.75 0.800.85 限压式变量叶片泵的驱动功率，可按流量特性曲线拐点处的流量、压力值计算。一般情况下，可取 pP=0.8pPmax，QP=Qn，则25 式中 液压泵的最大工作压力（Pa）； 液压泵的额定流量（m3/s）。 在工作循环中，如果液压泵的流量和压力变化较大，即（Q-t），（p-t）曲线起伏变化较大，则须分别计算出各个动作阶段内所需功率，驱动功率取其平均功率 式中 t1、t2、tn一个循环中每一动作阶段内所需的时间（s）； P1、P2、Pn一个循环中每一动作阶段内所需的功率（W）。按平均功率选出电动机功率后，还要验算一下每一阶段内电动机超载量是否都在允许范围内。电动机允许的短时间超载量一般为 25%。2 2 液压阀的选择液压阀的选择 1）阀的规格，根据系统的工作压力和实际通过该阀的最大流量，选择有定型产品的阀件。溢流阀按液压泵的最大流量选取；选择节流阀和调速阀时，要考虑最小稳定流量应满足执行机构最低稳定速度的要求。控制阀的流量一般要选得比实际通过的流量大一些，必要时也允许有 20%以内的短时间过流量。2）阀的型式，按安装和操作方式选择。3 3 蓄能器的选择蓄能器的选择根据蓄能器在液压系统中的功用，确定其类型和主要参数。 1）液压执行元件短时间快速运动，由蓄能器来补充供油，其有效工作容积为 式中 A液压缸有效作用面积（m2）； l液压缸行程（m）； K油液损失系数，一般取 K=1.2；26 QP液压泵流量（m3/s）； t动作时间（s） 2）作应急能源，其有效工作容积为： 式中 要求应急动作液压缸总的工作容积（m3）。有效工作容积算出后，根据有关蓄能器的相应计算公式，求出蓄能器的容积，再根据其他性能要求，即可确定所需蓄能器。4 4 管道尺寸的确定管道尺寸的确定 （1）管道内径计算 式中 Q通过管道内的流量（m3/s）； 管内允许流速（m/s），见表 5-2:计算出内径 d 后，按标准系列选取相应的管子。 （2）管道壁厚 的计算表 5- 允许流速推荐值管道推荐流速/（m/s）液压泵吸油管道0.51.5，一般常取 1 以下液压系统压油管道36，压力高，管道短，粘度小取大值液压系统回油管道1.52.6 式中 p管道内最高工作压力（Pa）； d管道内径（m）； 管道材料的许用应力（Pa），=；27 b管道材料的抗拉强度（Pa）； n安全系数，对钢管来说，p7MPa 时，取 n=8；p17.5MPa 时，取n=6；p17.5MPa 时，取 n=4。5 5 油箱容量的确定油箱容量的确定初始设计时，先按经验公式（31）确定油箱的容量，待系统确定后，再按散热的要求进行校核。 油箱容量的经验公式为V=QV 式中 QV液压泵每分钟排出压力油的容积（m3）； 经验系数，见表 5-3。表 5-3 经验系数 系统类型行走机械低压系统中压系统锻压机械冶金机械12245761210 在确定油箱尺寸时，一方面要满足系统供油的要求，还要保证执行元件全部排油时，油箱不能溢出，以及系统中最大可能充满油时，油箱的油位不低于最低限度。4.54.5 液压系统进行设计计算液压系统进行设计计算本章对磨床中上料机的液压系统进行设计计算。要求驱动它的液压传动系统完成快速上升慢速上升停留快速下降的工作循环。其垂直上升工件的重力为5000N，滑台的重量为 1000N，快速上升行程 350mm，速度要求45mm/s；慢速上升行程为 100mm，其最小速度为 8mm/s；快速下降行程为 450mm，速度要求55mm/s，滑台采用 V 形导轨，其导轨面的夹角为 90 度，滑台与导轨的最大间隙为 2mm，起动加速和减速时间均为 0.5s，液压缸的机械效率为 0.91。281 1 负载分析负载分析1. 工作负载FL=FG=（5000+1000）N=6000N2. 摩擦负载Ff=fFn/sin（/2）由于工件为垂直起升，所以垂直作用于导轨的载荷可由其间隙和结构尺寸求得Fn=120N，取 fs=0.2，fd=0.1 则有静摩擦负载 Ffs=（0.2*120/sin45）=33.94N动摩擦负载 Ffd=（0.1*120/sin45）=16.97N3. 惯性负载加速 Fa1=（G/g）*（v/t）=（6000/9.81）*（0.045/0.5）=55.05N减速 Fa2=（G/g）*（v/t）=（6000/9.81）*（0.045-0.008）/0.5=45.26N制动 Fa3=（G/g）*（v/t）=（6000/9.81）*（0.008/0.5）=9.79N反向加速 Fa4=（G/g）*（v/t）=（6000/9.81）*（0.055/0.5）=67.28N反向制动 Fa5=Fa4=67.82N根据以上计算。考虑到液压缸垂直安放，其重量较大，为防止因自重而自行下滑，系统中应设置平衡回路。因此在对快速向下运动的负载分析时，就不考虑滑台的重量。2 2 液压缸主要参数的确定液压缸主要参数的确定1. 初选液压缸的工作压力根据分析此设备的负载不大，按类型属机床类，所以初选液压缸的工作压力为 2.0Mpa。2. 计算液压缸的尺寸A=F/P=6672.55/2000000m =33.36/10000m29D= 4A/ = (4*33.36)/(10000*3.14159)m =6.52/100m按标准取：D=63mm。根据快上和快下的速度比值来确定活塞杆的直径： D/（D-d）=55/45 d=26.86mm按标准取 d=25mm。则液压缸的有效面积为：无杆腔面积 A1= D/4=（ /4）*6.3cm =31.17cm有杆腔面积 A2= （D d ）/4= （6.3 2.5 ）/4cm =26.26cm3. 活塞杆稳定性校核因为活塞杆总行程为 450mm，而活塞杆直径为 25mm，l/d=450/25=1810，需要进行稳定性校核，由材料力学中的有关公式，根据该液压缸一端支承一打铰接取末端系数2=2，活塞杆材料用普通碳钢则：材料强度试验值 f=4.9*10 Pa，系数 =1/5000，柔性系数1=85，Rk= J/A=d/4=6.25，因为 l/Rk=726672.55N所以，满足稳定性条件。3 3 拟订液压系统图拟订液压系统图液压系统图的拟订，主要考虑以下几个方面的问题：1. 供油方式 该系统在快上和快下时做需流量较大，且比较接近。在慢上时所需的流量较小，因此从提高系统的效率，节省能源的角度考虑，采用单个定量泵的供油方式显然是不合适的，宜选用双联式定量叶片泵作为油源。2. 调速回路该系统在慢速时速度需要调节，考虑到系统功率小，滑台运动速度低，工作负载变化小，所以采用调速阀的回油节流调速回路。3. 速度换接回路30由于快上和慢上之间速度需要换接，但对换接的位置要求不高，所以采用由行程开关发讯控制二位二通电磁阀来实现速度的换接。4. 平衡及锁紧为防止在上端停留时重物下落和在停留期间内保持重物的位置，特在液压缸的下腔进油路上设置了液控单向阀；另一方面，为了克服滑台自重在快下过程中的影响，设置了一单向背压阀。 本液压系统的换向采用三位四通 Y 型中位机能的电磁换向阀。4 4 液压元件的选择液压元件的选择1. 确定液压泵的型号及电动机功率液压缸在整个工作循环中最大工作压力为 1.93Mpa，由于该系统比较简单，所以取其压力损失p=0.4Mpa，所以液压泵的工作压力为Pp=P+p=（1.93+0.4）Mpa=2.33Mpa两个液压泵同时向系统供油时，若回路中的泄露按 10%计算，则两个泵的总流量应为 qp=1.1*8.67L/min=9.537L/min，由于溢流阀最小稳定流量为 3L/min，而工进时液压缸所需要流量为 1.5L/min，所以，高压泵的输出流量不得少于 4.5L/min。根据以上压力和流量的数值查产品目录，选用 YB1-6.3/6.3 型的双联叶片泵，其额定压力为 6.3Mpa，容积效率 =0.85，总效率 =0.75，所以驱动该泵的电动机的功率可由泵的工作压力和输出流量 qp=2*6.3*910*0.85*10 L/min 求出Pp=（p *q ）/ =504.83W查电机产品目录，拟选用电动机的型号为 Y90S-6，功率为 750W，额定转速为910r/min。2. 选择阀类元件及辅助元件根据系统的工作压力和通过各个阀类元件和辅助元件的流量，可选出这些元件的型号及规格如表 6-1 和表 6-2 所示。表 6-1 液压元件型号及规格（GE 系列）序 号 名 称 通过流量 型号及规格1 滤油器11.47 XLX-06-802 双联叶片泵9.75 YB1-6.3/6.3313 单向阀4.875 AF3-Ea10B4 外控顺序阀4.875 XF3-10B5 溢流阀3.375 YF3-10B6 三位四通电磁换向阀9.75 34EF3Y-E10B7 单向顺序阀11.57 AXF3-10B8 液控单向阀11.57 YAF3-Ea10B9 二位二通电磁换向阀8.21 22EF3-E10B10 单向调速阀9.75 AQF3-E10B11 压力表 Y-100T12 压力表开关 KF3-E3B13 电动机 Y90S-6表 6-2 液压元件及规格（叠加阀系列）序号 名称通过流量 型号及规格1 滤油器11.47 XLX-06-802 双联叶片泵9.75 YB1-6.3/6.33 底板块9.75 EDKA-104 压力表开关 4K-F10D-15 外控顺序阀4.875XY-F10D-P/O（P1）16 溢流阀3.375 Y1-F10D-P1/O-17 单向阀4.875 A-F10D-P/PP18 电动单向调速阀9.75 QAE-F6/10D-AU9 单向顺序阀11.57 XA-Fa10D-B10 液控单向阀11.57 AY-F10D-B（A）11 三位四通电磁换向阀9.75 34EY-H10BT12 压力表 Y-100T13 电动机 Y90S-6油管：油管内径一般可参照所接元件接口尺寸确定，也可按管路中允许流速计算。在本例中，出油口采用内径为 8mm，外径为 10mm 的紫铜管。32油箱：油箱容积根据液压泵的流量计算，取其体积 V=（57）qp，即 V=70L。5 5 液压系统的性能验算液压系统的性能验算1. 压力损失及调定压力的确定根据计算慢上时管道内的油液流动速度约为 0.50m/s，通过的流量为 1.5L/min，数值较小，主要压力损失为调速阀两端的压降；此时功率损失最大；而在快下时滑台及活塞组件的重量由背压阀所平衡，系统工作压力很低，所以不必验算，因而必须以快进为依据来计算卸荷阀和溢流阀的调定压力，由于供油流量的变化，其快上时液压缸的速度为v1=qp/A1=0.052m/s=52mm/s此时油液在进油管中的流速为 v=qp/A=3.23m/s。2. 局部压力损失局部压力损失包括管道安装和管接头的压力损失和通过液压阀的局部压力损失，前者视管道具体安装结构而定，一般取沿程压力损失的 10%；而后者则与通过阀的流量大小有关，若阀的额定流量和额定压力损失为 qn 和pn，则当通过阀的流量为q 时的阀的压力损失为pv 为 pv=pn（q/qn）因为 GE 系列 10mm 通径的阀的额定流量为 63L/min，叠加阀 10mm 通径系列的额定流量为 40L/min，而在本例中通过每一个阀的最大流量仅为 9.75L/min，所以通过整个阀的压力损失很小，可以忽略不计。3. 同理，快上时回油路上的流量 q =（q *A ）/A =8.21L/min，则回油路油管中的流速 v=2.72m/s。由此可计算出 Re=vd/v=217.6， =75/Re=0.345，所以回油路上的沿程压力损失为 0.287MPa。4. 总的压力损失5. 由上面的结果可求出6. p=p1+（A2/A1）*p2=0.637MPa原设p=0.4MPa，这与计算结果略有差异，应用计算出的结果来确定系统中压力阀的调定值。（1） 压力阀的调定值双联泵系统中卸荷阀的调定值应该满足快进的要求，保证双泵同时向系统供油，因而卸荷阀的调定值应略大于快进时泵的供油压力33 Pp=F/A1+p=（1.93+0.637）MPa=2.567MPa所以卸荷阀的调定压力应取 2.6MPa 为宜。溢流阀的调定压力应大于卸荷阀调定压力 0.30.5MPa，所以取溢流阀调定压力为 3MPa。背压阀的调定压力以平衡滑台自重为依据，即 P 背=0.32MPa，取 p 背=0.4MPa。7. 系统的发热与温升根据以上的计算可知，在快上时电动机的输入功率为 Pp= / =563.33W；慢上时的电动机的输入功率为 Pp1= / =325W；而快上时其有用功率为P1=313.63W；慢上时的有效功率为 48.25W；所以慢上时的功率损失为 276.75W 略大于快上时的功率损失 249.7W，现以较大的值来校核其热平衡，求出发热温升。设油箱的三个边长在 1：1：11：2：3 范围内，则散热面积为 A=0.065 V =1.104m ，假设通风良好，取 h=15/1000Kw/（m * C），所以油液的温升为t=H/hA=16.71 C室温为 20 C，热平衡温度为 36.71 C65 C，没有超出允许范围。第 5 章 工作台液压操纵箱及液压缸的设计5.1 工作台液压系统的功能M1432A 型万能外圆磨床主要用于磨削 IT5IT7 精度的圆柱形或圆锥形外圆和内孔，表面粗糙度在 Ra=1.250.08 之间。该工作台机床的液压系统具有以下功能：1.能实现工作台的自动往复运动，并能在 0.054m/min 之间无级调速，工作台换向平稳，起动制动迅速，换向精度高。2.传动系统具有必要的联锁动作。(1)工作台的液动与手动联锁，以免液动时带动手轮旋转引起工伤事故。(2)砂轮架快速前进时，可保证尾架顶尖不后退，以免加工时工件脱落。(3)磨内孔时，为使砂轮不后退，传动系统中设置有与砂轮架快速后退联锁的机构，以免撞坏工件或砂轮。(4)砂轮架快进时，头架带动工件转动，冷却泵启动；砂轮架快速后退时，头架与冷却泵电机停转。5.2 工作台液压系统的工作原理34根据第四章中工作台液压系统的工作原理如图（5.1）对工作台液压操纵箱进行设计。此工作台液压系统包括开停阀，节流阀，停留阀，先导阀，换向阀，单向阀等。依据其功能进行设计。开停阀：控制工作台的开停和工作台液动与手动联锁。节流阀：调节工作台速度。溢流阀：控制油速。先导阀：控制换向阀换向,使工作台换向时先进行制动。换向阀：工作台换向包括制动，停止和起步三阶段。单向节流阀：调节工作台在换向点上的停留时间。5.3 操纵箱的系统的特点在结构上采用了将开停阀、先导阀、换向阀、节流阀、抖动缸等组合一体的操纵箱。使结构紧凑、管路减短、操纵方便，又便于制造和装配修理。此操纵箱属行程制动换向回路，具有较高的换向位置精度和换向平稳性。A-A丝 丝262225211751191850355106532398液压缸75224282633液压缸辅助油 1G-GB-BC-CA-AB-B丝丝丝丝丝丝丝 丝图 5.1 工作台液压系统5.4 液压缸的结构如图 5.2 所示为 M1432A 万能外圆磨床一空心双活塞杆式液压缸的结构。由图可见，液压缸的左右两腔是通过油口 b 和 d 经活塞杆 1 和 15 的中心孔与左右径向孔 a和 c 相通的。由于活塞杆固定在床身上，缸体 10 固定在工作台上，工作台在径向孔35 c 接通压力油，径向孔 a 接通回油时向右移动；反之则向左移动。在这里，缸盖 18和 24 是通过螺钉(图中未画出)与压板 11 和 20 相连，并经钢丝环 12 相连，左缸盖 24空套在托架 3 孔内，可以自由伸缩。空心活塞杆的一端用堵头 2 堵死，并通过锥销 9和 22 与活塞 8 相连。缸筒相对于活塞运动由左右两个导向套 6 和 19 导向。活塞与缸筒之间、缸盖与活塞杆之间以及缸盖与缸筒之间分别用 O 形圈 7、V 形圈 4 和 17 和纸垫 13 和 23 进行密封，以防止油液的内、外泄漏。缸筒在接近行程的左右终端时，径向孔 a 和 c 的开口逐渐减小，对移动部件起制动缓冲作用。为了排除液压缸中剩留的空气，缸