组合机床动力滑台液压系统设计

哈尔滨工业大学液压传动大操作设计规格卧式组合机床液压动力滑台机械与电气工程学院策划者2010年4月10日流体控制和自动化系哈尔滨工业大学液压传动任务手册学生姓名班级编号钻镗两用卧式组合机床液压动力滑台1.液压系统的使用(包括工作环境和工作条件)和主要参数：卧式组合机床液压动力滑台。切割阻力F=15kN，滑台自重G=22kN，平面导轨，静摩擦系数0.2，动摩擦系数0.1，快进/倒退速度5m/min，工作速度100mm/min，最大行程350mm，其中工作进程200mm，启动换向时间0.1s，液压缸机械效率0.9。2.致动器类型：液压缸3.液压系统名称：钻镗卧式组合机床液压动力滑台。设置血糖仪的内部容积1.绘制液压系统示意图；2.选择系统选择的液压元件和附件；3.设计液压缸；4.检查液压系统的性能；5.写下上述1、2、3和4的计算说明。教员签字教研室主任签字发布于(董艳亮老师，手机，办公室电话，)内容1序言12设计2的技术要求和设计参数3工况分析23.1确定执行要素23.2系统工况分析23.3负荷循环图和速度循环图的绘制43.4确定系统的主要参数53.4.1液压缸工作压力的初步选择53.4.2确定液压缸5的主要尺寸3.4.3最大流量需求的计算73.5绘制液压系统示意图83.5.1速度控制回路8的选择3.5.2换向和速度换向回路的选择93.5.3油源选择和能耗控制103.5.4压力控制回路11的选择3.6液压部件的选择123.6.1确定液压泵和马达13的规格3.6.2阀门部件和辅助部件的选择143.6.3油管的选择163.6.4油箱18的设计3.7液压系统性能检查计算193.7.1回路压力损失检查193.7.2油温升高的检查计算20- 2 -1序言模块化机床作为一种高效的专用机床，广泛应用于大量的机械加工和生产中。本课程设计将以组合机床动力滑台液压系统设计为例，介绍组合机床液压系统的设计方法和设计步骤，包括工况分析、主要参数的确定、液压系统原理图的绘制、液压元件的选择和系统性能的校核计算等。组合机床是以普通零件为基础，配有根据工件特定形状和加工工艺设计的专用零件和夹具的半自动或自动专用机床。组合机床一般采用多轴、多刀具、多工序、多面或多工位同时加工，生产效率比一般机床高几十倍。组合机床具有成本低、效率高的优点，广泛应用于大批量生产，可用于形成自动化生产线。组合机床通常采用多轴、多刀具、多面、多工位同时加工的方法，可以完成钻、扩、铰、镗、攻、车、铣、磨等精加工工序，生产效率比普通机床高几倍至几十倍。液压系统以其结构简单、动作灵活、操作方便、调速范围宽、无级连续读数调节等优点，在组合机床中得到了广泛的应用。液压系统主要用于实现组合机床工作台的直线运动和旋转运动。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周期通常包括：就地停止快进1-工作前进2-工作前进死挡铁停留快退就地停止。图1组合机床动力滑台的工作循环最大行程(毫米)350工作进度(mm)200开始换向时间0.1液压缸机械效率0.93工况分析3.1确定执行要素金属切削机床的工作特点要求液压系统主要做直线运动，因此液压系统的执行元件确定为液压缸。3.2系统条件分析在分析液压系统的工况时，本设计实例只考虑了组合机床动力滑台的工作载荷、惯性载荷和机械摩擦阻力载荷，其他载荷可以忽略。(1)工作负荷工作负载是指在工作过程中由于机器的特定工作条件而产生的负载。对于金属切削机床的液压系统，沿液压缸轴线方向的切削力就是工作载荷，即FW=15000N牛(2)惯性负载最大惯性载荷取决于运动部件的质量和最大加速度，最大加速度可以通过工作台的最大运动速度和加速度时间来计算。众所周知，起动换向时间为0.1s，工作台的最大移动速度，即快进和快退速度为5m/min，因此惯性负载可表示为(3)电阻负载阻力负荷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。静摩擦阻力Ffj=fjN=N动态摩擦阻力Ffd=fdN=N根据上述负载力计算结果，可以得到液压缸在各种工况下受到的负载力和液压缸所需的推力，如表2所示。表2各工作阶段液压缸载荷(单位：N)使用状态负载组成负载值f液压缸推力=F/开始=北纬4400度北纬4889度加速=北纬4071度北纬4523度快速进带=北纬2200度北纬2444度工作进展=北纬17200度北纬19111度反向起动=北纬4400度北纬4889度加速=北纬4071度北纬4523度快速撤退=北纬2200度北纬2444度注：这里不考虑倾覆力矩对滑台的影响。3.3负荷循环图和速度循环图的绘制根据表2中的计算结果，绘制组合机床动力滑台液压系统的负荷循环图，如图2所示。图2组合机床动力滑台液压系统负荷循环图图2显示了当组合机床的动力滑台处于工作进给状态时，负载力达到19111N，在其他工况下负载力相对较小。根据已知的设计参数，即已知的快进和快退速度m/min、快进行程mm、工件进给行程mm、快退行程mm和工件进给速度mm/min，可以绘制出所设计的组合机床动力滑台液压系统的速度循环图。根据上述已知数据，组合机床动力滑台液压系统的速度循环图如图3所示。图3组合机床液压系统速度循环图3.4确定系统的主要参数3.4.1液压缸工作压力的初步选择设计的动力滑台工作时负载最大，值为19111N，其他工况下负载相对较低。根据负载或液压系统的应用情况选择工作压力的方法见第二章表3和表4。主液压缸的工作压力P1为2.5兆帕。3.4.2确定液压缸的主要尺寸由于工作进给速度和快速移动速度相差较大，且对快进和快退速度的要求相同，因此应确定单杆双作用液压缸的差动连接方式，以减少总流量需求。通常，差动液压缸具有较厚的活塞杆，并且可以设置有通油孔。在典型的安装方式下，液压缸的缸体随滑台移动时，最好是固定活塞杆。在这种情况下，液压缸的设计应使无杆腔的工作面积是无杆腔的两倍，即活塞杆直径d和液压缸直径d之间的关系为d=0.707D在工作过程中，当钻孔通过时，由于载荷突然消失，液压缸可能会有正向冲洗。因此，液压系统的回油室A2液压缸有杆腔有效面积p1液压缸无杆腔内的压力p2液压中是否有杆室压力？因此，根据已知参数，液压缸无杆腔的有效作用面积可计算为货币供应量之二液压缸的缸径为毫米由于差动液压缸的缸筒和活塞杆直径之间的关系，d=0.707D，因此活塞杆直径为d=0.707107.6=76.1毫米，根据GB/t 2348-1993，缸筒直径为D=110mm毫米，经过四舍五入后活塞杆直径为d=80mm毫米。此时，液压缸两个腔室的实际有效面积为：货币供应量之二货币供应量之二3.4.3最大流量需求的计算工作台快进过程中，液压缸差动连接，系统所需流量为q快进=(A1-A2)v1=25.1升/分钟工作台在快速退回过程中所需的流程是q快速后退=a2 v2=22.4/分钟工作台在工作过程中所需的流量为q工作进度=A1v1=0.95升/分钟最大流量是25.2升/分钟的快进流量。根据以上液压缸直径和流量的计算结果，进一步计算各工作阶段液压缸的压力、流量和功率值，如表3所示。表3不同工况下的主要参数值使用状态推力F/N回油室压力P2/兆帕进油室压力P1/兆帕输入流量q/L.min-1输入功率功率/千瓦计算公式快速进带开始488901.42P1=F2PA1-A2q=(A1-A2)v1P=p1qp2=P1p加速45231.851.35等速24441.430.9325.10.39工作进展191110.82.390.950.038P1=(F p2A2)/A1q=A1v2P=p1q快速撤退开始488901.09P1=(F p2A1)/A2q=A2v3P=p1q加速45230.62.28等速24440.61.8222.40.679将表3中的计算结果绘制成工况图，如图4所示。图4液压系统工况图3.5绘制液压系统示意图根据组合机床液压系统的设计任务和工况分析，设计的机床对调速范围和低速稳定性有一定的要求，因此速度控制是机床要解决的主要问题。变速、稳定和调整是机床液压系统设计的核心。此外，与所有液压系统的设计要求一样，组合机床的液压系统应尽可能结构简单、成本低、节能、运行可靠。3.5.1速度控制回路的选择工况图4显示，所设计的组合机床液压系统在整个工作循环中所需功率较小，系统的效率和发热问题并不突出，因此考虑采用节流调速回路就足够了。虽然节流调速电路的效率较低，但它适用于小功率场合，结构简单，成本低。机床的进给运动要求良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供选择，即入口节流调速、出口节流调速、限压变量泵的容积节流调速和调速阀。钻镗是一个连续的切削过程，在加工过程中切削力变化很小，所以在钻削过程中负载变化很小，可以采用节流阀的节流调速回路。但是，由于钻头进入铸件表面并钻透孔时，载荷可能会突然变化，因此考虑在工作进给过程中采用带压差补偿的进口调速阀的调速方式，在回油通道上设置一个背压阀。由于选择了节流调速方案，油路采用了开式循环回路，提高了散热效率，防止油温上升过高。3.5.2换向和速度换向电路的选择所设计的多轴钻床液压系统不要求高换向稳定性、低流量和低压力，因此可以选择价格较低的电磁换向阀来控制换向回路。为了实现差动连接，选用了三位五通电磁换向阀。为了便于调整和增加液压夹紧分支，应考虑Y型中值函数。从以上计算可以看出，当工作台从快进变为向前工作时，进入液压缸的流量从25.1升/分钟下降到0.95升/分钟，可以选择一个二位双向行程换向阀进行变速，以减少变速时的液压冲击，如图5所示。由于工作压力相对较低，控制阀均为普通滑阀结构。当从工作模式转换到快速模式时，单向阀并联在回路上以实现速度转换。为了控制轴向加工尺寸，提高换向位置精度，采用了死停加压力继电器的行程终点转换控制。A.换向回路b .速度换向回路图5换向和速度切换电路的选择3.5.3油源选择和能耗控制表3显示，本设计中多轴钻床液压系统的供油条件主要是快进快退时的低压大流量供油和工作时的高压小流量供油。如果用单个定量泵供油，系统的功率损耗明显较大，效率较低。在确定了液压系统的流量、方向、压力等关键参数后，还应考虑能耗控制，尽可能用最少的能量完成系统的动作要求，以达到节能降耗的目的。在图4的工作状态图的一个工作循环中，液压缸需要油源在快进和快倒冲程期间供应低压大流量的油，并且需要油源在工作期间供应高压小流量的油。最大流量与最小流量之比、快进和快退所需时间以及工作推进所需时间分别为：ss上述数据表明，在一个工作循环中，液压油源大部分时间处于高压低流量供油状态，只有一小部分