仿形刨床液压系统设计说明书

1、目 录摘 要1关键词11 前言12 设计要求及给定参数33.1 工作台液压缸43.1.1 负载分析43.1.2 速度分析53.2 仿形刀架液压缸53.2.1 负载分析53.2.2 速度分析53.3 夹紧液压缸53.3.1 负载分析54 确定各液压缸的主要参数54.1 计算各液压缸的结构参数54.1.1 工作台液压缸54.1.2 仿形刀架液压缸64.1.3 夹紧缸64.2.1 计算工作台液压缸在工作循环各阶段的压力、流量和功率值74.2.2 计算仿形刀架液压缸在工作循环各阶段的压力、流量和功率值74.2.3 计算夹紧液压缸在工作循环个阶段的压力、流量和功率值85 液压系统及其工作原理85.1 主

2、机功能结构85.2 液压系统及其工作原理95.2.1 工作台往复运动回路95.2.2 仿形刀架回路106 液压元件的选择126.1 液压泵及驱动电动机功率的确定126.1.1 液压泵的工作压力126.1.2 液压泵流量计算126.1.3 确定液压泵规格126.1.4 确定液压泵驱动功率126.2 液压控制阀和液压辅件的选择136.3 油箱的有效容积146.4 油管内径计算147 液压系统性能验算147.1 验算回路中的压力损失147.1.1 验算回路中的压力损失147.1.2 局部压力损失157.2 液压系统发热温升计算167.2.1 计算发热功率167.2.2 计算散热功率177.2.3 冷

3、却器所需冷却面积的计算178 仿形刀架机液伺服控制系统188.1 仿形刀架机液伺服控制系统的原理188.2 仿形刀架机液伺服控制系统的数学模型188.2.1 作用在液压缸上的力平衡方程188.2.2 连续性方程198.2.3 节流方程198.2.4 输入系数Ki与反馈系数Kf198.3 仿形刀架机液伺服控制系统设计参数208.4 仿形刀架机液伺服控制系统动态特性分析209 总结22参考文献23致 谢24仿形刨床液压系统设计摘 要：首先明确仿形刨床对液压系统的要求，然后通过给定的技术参数表里的液压系统设计参数，确定液压执行元件的载荷力、系统工作压力以及液压缸的主要结构尺寸，制定系统方案，拟定液压

4、系统图，然后进行液压元件的选择，最后对系统性能进行验算。在具体的结构设计中，主要是针对系统中涉及到的阀类元件的设计，油路板的设计等。关键词：仿形刨床；液压系统；液压元件；液压系统图； Design of hydraulic pressure system for the NC-copy planerAbstract: First clear about the request of the NC-copy planer for hydraulic system, and then through the given technical parameters and design paramet

5、ers of the hydraulic system, to determine the hydraulic actuator loading system working pressure of hydraulic cylinder, and the main structure dimensions, make systematic plan, to develop hydraulic system diagram, and then the choice of hydraulic components, final,conduct system performance calculat

6、ion. In the specific design of the structure, is mainly directed against the system relates to the valve element design, circuit board design and so on.Key words:NC-copy planer; Hydraulic system; Hydraulic components; Hydraulic system diagram1 前言刨床是用刨刀对工件的平面沟槽或成形表面进行刨削的机床。刨床是使刀具和工 件之间产生相对的直线往复运动来达到刨

7、削共建的表面的目的。往复运动是刨床上的主运动。机床除了有主运动以外，还有辅助运动，也叫进刀运动，刨床的进刀运动是工作台（或刨刀）的间歇移动。在刨床上可以刨削水平面、垂直面、斜面、曲面、台阶面、燕尾形工件、T形槽、V形槽，也可以刨削孔、齿轮和齿条等。如果对刨床进行适当的改装，那么，刨床的适应范围还可以扩大。用刨床刨削窄长表面时具有较高的效率，它适用于中小批量生产和维修车间。刨床是用刨刀对工件的平面、沟槽或成形表面进行刨削的直线运动机床。使用刨床加工，刀具较简单，但生产率较低（加工长而窄的平面除外），因而主要用于单件，小批量生产及机修车间，在大批量生产中往往被铣床所代替1。刨床的种类不少，型号也很

8、多。按其结构特征，大体可以分为： 一、牛头刨床牛头刨床是用来刨削中、小型工件的刨床，工作长度一般不超过lm。工件装夹可调整的工作台上或夹在工作台上的平口钳内，利用刨刀的直线往复运动（切削运动）和工作台的间歇移动（进刀运动）进行刨削加工的。根据所能加工工件的长度，牛头刨床可分为大、中、小型三种：小型牛头刨床可以加工长度为400mm以内的工件，如B635-1型牛头刨床；中型牛头刨床可以加工长度为400600mm的工件，如B650型牛头刨床；大型牛头刨床可以加工长度为4001000mm的工件，如B665型和B69O型牛头刨床。 二、仿形机床 按照样板或靠模控制道具或工件的运动轨迹进行切削加工的半自动

9、机床。如配以机床上下料装置，仿形机床可实现单机自动化或纳入自动生产线中。某些通用机床附装仿形装置后也可实现仿形加工。仿形运动可分为平面仿形和立体仿形等。仿形机床的加工精度因切削用量不同而异，一般在±0.1±0.03毫米范围内，表面粗糙度一般为Ra51.25微米。与机械仿形装置相比，液压仿形的触头和样件（靠模）间的解除压力小得多，所以样件的磨损小、寿命长；此外，液压仿形还允许使用尺寸较小的仿形触头和较陡的靠模曲线，从而扩大了仿形加工的范围。该仿形刨床的液压系统采用双回路油路结构，工作台往复运动回路与仿形刀架回路相互独立，互不干扰2。工作台往复运动回路采用双泵组合供油，并利用远

10、程控制原理实现液压泵的工作压力变化与卸荷。采用一对大小不同的柱塞缸分别实现切削和返回运动；采用电磁换向阀做导阀的液压动换向主阀换向，导阀控制压力油取自仿形刀架回路的变量泵，主换向阀带有快跳孔及单向节流器（类似于万能外圆磨床液压系统的液压操纵箱），可以节省、调整换向时间，减小换向冲击，通过柱换向阀的操纵杆驱动远程调压阀降低系统在换向过程中的压力；两缸均采用单向节流阀的进油节流调速方式，但不利于散热。仿形刀架回路采用阀控缸实现刀架的仿形运动，用夹紧缸实现仿形回路的互锁，安全可靠。为了提高伺服阀乃至系统的工作可靠性和控制品质，变量泵近旁设有精过滤器、蓄能器；油箱设有冷却器。检验标准：目前刨床主要标准

11、有：ZBJ57011-89、JB/Z121-89悬臂刨床、龙门刨床参数及系列型谱，JB/T2732.1-94悬臂刨床、龙门刨床精度，JB/T2732.2-94悬臂刨床、龙门刨床技术条件，JB/T3362-91、JB/T5607-91牛头刨床参数及系列型谱，GB/T14302-93牛头刨床精度，JB/T3363-93牛头刨床技术条件，JB5758-91、SJ/T10786-96水平移动牛头刨床精度及技术条件，ZBJ57012-89、JB/Z147-89插床参数及系列型谱，JB2825-91插床精度，JB/T8826-94插床技术条件等。此外，尚有产品质量分等标准。出口产品不得低于一等品。刨床多采

12、用木箱包装，各木箱生产厂家在制造木箱时，依据GB 7284-87框架木箱，GB/T13384-92机电产品包装通用技术条件及相关标准。上述标准对包装箱的材质、结构、含水率等项目做了具体规定。包装箱检验抽样判定时还须参照SN/T0275-93出口商品运输包装木箱检验规程。箱内机床应进行有效的固定和衬垫，其电器及加工未涂漆表面应做防锈防潮处理，其防锈有效期为两年。在存放及滞港期间机床类产品应库内保管，暂时露天存放时应垫高并加苫盖防止雨淋、水浸。箱面重心、防雨、勿倒置、轻放等标识应齐全，以保证运输时产品完好、安全的运抵目的地。 金属切削机床已实施出口产品质量许可制度，未取得出口质量许可证的产品不准出

13、口。订货时除明确通用要求外，对公、英制、电源电压和周波以及随机附件，机床的颜色都须有明确规定3。2 设计要求及给定参数现欲设计制造一台仿形刨床用于汽轮机的曲面叶片或其他曲面的切削加工。该机床的主机由工作台、触头、刨刀、立柱、刀架臂和仿形刀架等组成。工作时，要加工的工件有相应的夹具夹紧在工作台1上，刀架臂带动仿形刀架6下降至工件待加工部位，触头2与样件紧密接触，通过工作台的往复直线主运动（切削）和仿形刀架的仿形运动加工出与样件曲面形状相同的工件。工作台和仿形刀架均由液压驱动。根据表1的设计要求和给定参数设计其电液位置伺服系统。表1 设计要求和给定参数Table 1 Design requirem

14、ents and given parameters项目符号参数单位工作台质量Mt1000Kg最大摩擦力Ff200N最大行程Smax0.8m工进速度v0.002m/s最大速度Vmax8x10-2m/s最大加速度amax1m /s2供油压力Ps4MPa仿形刀架切削负载力FL3850N刀架运动速度v0.002m /s刀架等效质量m20Kg最大行程ymax0.11m起动换向时间t0.2s能源压力P2MPa3 负载分析 此仿形刨床液压系统包括三个液压缸，三个液压缸分别为工作台液压缸、仿形刀架液压缸和夹紧缸。现分别逐个对三个液压缸进行分析与计算。3.1 工作台液压缸3.1.1 负载分析表2 液压缸工作阶段

15、的负载Table 2 Hydraulic cylinder work stage of the load工作循环计算公式负载f/N启动加速F=(Ff+Fa)/nm1333快进F=Ff/nm222工进F=(Ff+Fw)/nm15611快退F=Ff/nm222工作负载Fw=13850N，重力负载FG =0，按起动换向时间和运动部件重量计算得到惯性负载Fa = 1000N，摩擦力负载Ff=200N。取液压缸机械效率为nm=0.9，则液压缸工作阶段的负载值见表23.1.2 速度分析根据已知速度和上述分析可绘制出负载循环图和速度循环图（略）3.2 仿形刀架液压缸3.2.1 负载分析工作负载Fw=4050

16、N，重力负载FG =0N，按起动换向时间和运动部件重量计算得到惯性负载Fa = 10N，摩擦力负载Ff=40N。取液压缸机械效率为nm=0.9，则液压缸工作阶段的负载值见表3。表3 仿形刀架液压缸的负载Table 3 NC-copy knife hydraulic cylinder of load工作循环计算公式负载f/N工进F=(Ff+Fw)/nm45453.2.2 速度分析根据已知速度和上述分析课绘制出负载循环图和速度循环图（略）3.3 夹紧液压缸3.3.1 负载分析由仿形刨床的设计要求可知，夹紧缸的夹紧力为3000N。4 确定各液压缸的主要参数4.1 计算各液压缸的结构参数4.1.1 工

17、作台液压缸工作台液压缸选用两个柱塞液压缸相连。设液压缸两有效面积为A1和A2，且A1=2A2,即d=0.707D。为防止液压缸发生前冲现象，液压缸回油腔背压P2取0.6MPa，而液压缸快退时背压取0.5MPa4。由工进工况下液压缸的平衡力平衡方程(1) p1A1=p2A2+F （ 1 ）可得；A1=F/(p1-0.5p2) =15611/（4*106-0.5*0.6*106）cm2= 43cm2液压缸的内径D=7.4cm，对D进行圆整，取D=8cm，d=0.707D，经圆整得d=56.56mm。计算出液压缸的有效面积A1=50cm2，A2=25cm2 。工进时采用调速阀调速，其最小稳定流量qm

18、in=0.05L/min ，设计要求最低工进速度vmin=20mm/min，经验算可知满足要求。4.1.2 仿形刀架液压缸根据仿形刀架液压缸的工作要求选择双作用活塞缸，设液压缸两有效面积为A1和A2，且A1=2A2,即d=0.707D。为防止液压缸发生前冲现象，液压缸回油腔背压P2取0.6MPa，而液压缸快退时背压取0.5MPa。由工进工况下液压缸的平衡力平衡方程p1A1=p2A2+F可得； A3=F/(p1-0.5p2)=4545/（2*106-0.5*0.6*106）cm2= 27cm2液压缸的内径D=2.9cm，对D进行圆整，取D=3cm，d=0.707D，经圆整得d=21.21mm。计

19、算出液压缸的有效面积A3=28cm2，A4=14cm2 。工进时采用调速阀调速，其最小稳定流量qmin=0.05L/min ，设计要求最低工进速度vmin=20mm/min，经验算可知满足要求。4.1.3 夹紧缸根据夹紧缸的工作情况选择单作用弹簧活塞缸，设液压缸两有效面积为A1和A2，且A1=2A2,即d=0.707D。为防止液压缸发生前冲现象，液压缸回油腔背压P2取0.6MPa，而液压缸快退时背压取0.5MPa。由工进工况下液压缸的平衡力平衡方程p1A1=p2A2+F （ 2 ）可得：A5=F/(p1-0.5p2) =3000/（2*106-0.5*0.6*106） cm2 = 18cm2

20、液压缸的内径D=2.4cm，对D进行圆整，取D=3cm，d=0.707D，经圆整得d=21.21mm。计算出液压缸的有效面积A5=28cm2，A6=14cm2 。工进时采用调速阀调速，其最小稳定流量qmin=0.05L/min ，设计要求最低工进速度vmin=20mm/min，经验算可知满足要求。4.2.1 计算工作台液压缸在工作循环各阶段的压力、流量和功率值差动时液压缸有杆腔压力大于无杆腔压力，取两腔间回路及阀上的压力损失为0.5MPa，则p2=p1+0.5MPa，其计算结果见表4：表4 工作台液压缸在工作循环各阶段的压力、流量和功率值Table 4 Workbench hydraulic

21、cylinder in every stage of the circulation work pressure, flow and power value工作循环计算公式负载F/KN回油背压p2/MPa进油压力p1/MPa输入流量q1/10-3m3s-1输入功率P/KW快进加速恒速p1=F+A2(P2-P1)/(A1-A2)q1=(A1-A2)V1P=p1q11333222p2=p1+0.51.030.5980.500.299工进p1=(F+A2p2)/A1q1=A1V1P=p1q1156110.63.420.0031-0.0190.011-0.065快退加速恒速p1=(F+A1p2)/A2

22、q1=A2V1P=p1q113332220.50.51.531.08-0.50-0.544.2.2 计算仿形刀架液压缸在工作循环各阶段的压力、流量和功率值差动时液压缸有杆腔压力大于无杆腔压力，取两腔间回路及阀上的压力损失为0.5MPa，则p2=p1+0.5MPa，计算结果见表5。表5 仿形刀架液压缸在工作循环各阶段的压力、流量和功率值Table 5 NC-copy knife hydraulic cylinder in every stage of the circulation work pressure, flow and power value工作循环计算公式负载F/KN回油背压p4/M

23、Pa进油压力p3/MPa输入流量q3/10-3m3s-1输入功率P/KW工进p3=(F+A4p4)/A3 q3=A3V3P=p3q345450.61.920.0560.1084.2.3 计算夹紧液压缸在工作循环个阶段的压力、流量和功率值对夹紧液压缸在工作循环个阶段的压力、流量和功率值进行计算，并列表于表6。表6 夹紧液压缸在工作循环个阶段的压力、流量和功率值Table 6 Clamping hydraulic cylinder in work cycle stages pressure, flow and power value工作循环计算公式负载F/KN回油背压p6/MPa进油压力p5/MP

24、a输入流量q5/10-3m3.s-1输入功率P/KW工进p5=(F+A6p6)/A5q5=A5V5P=p5q530000.61.37-5 液压系统及其工作原理5.1 主机功能结构该机床的主机由工作台、触头、刨刀、立柱、刀架臂和仿形刀架等组成（见图1）图中：1、工作台；2、触头；3、刨刀；4、立柱；5、刀架臂；6、仿形刀架。仿形刨床工作时，要加工的工件由相应的夹具夹紧在工作台1上，刀架臂5带动仿形刀架6下降至工件待加工部位，触头2与样件（靠模）紧密接触，通过工作台的往复直线主运动（切削）和仿形刀架的仿形运动加工出与样件曲面形状相同的工件。工作台和仿形刀架均由液压驱动5。图1 液压仿形刨床的主机结

25、构示意图Figure 1 Hydraulic nc-copy planer host structure schematic drawing5.2 液压系统及其工作原理图2为该刨床的液压系统原理图。图中序号代码为：1、2-定量液压泵；3、4、9、10、13、16、22、23、24、25、32、40-单向阀；5-压力表及其开关；6-先导式溢流阀；7-二位二通电磁换向阀；8-远程自动调压阀；11-三位五通液动换向阀；12、14、15、17-节流器；18、19-单向节流阀；20、21-溢流阀；26-缓冲溢流阀；27、28-柱塞液压缸；29-工作台；30-冷却器；31-变量泵；33安全溢流阀；34-精

26、过滤器；35-蓄能器；36-三位四通电磁换向阀；37-压力继电器；38-样件；39-触头；41-伺服阀；42-弹簧；43-仿形刀架；44-仿形液压缸；45-夹紧液压缸；46-二位三通电磁换向阀；47-工件；48-刨刀。图2 仿形刨床液压系统原理图Figure 2 NC-copy planer hydraulic system diagram系统为双回路油路结构，左侧为工作台往复运动回路，右侧为仿形刀架回路。前者由定量泵（叶片泵）1与2组合供油，后者由变量泵（叶片泵）31供油并兼作液动换向阀的控制油源。5.2.1 工作台往复运动回路该回路的执行期为驱动工作台29的双柱塞液压缸27、28，缸28驱

27、动工作台29进给切削，缸27驱动工作台快退；三位五通液动换向阀11为控制柱塞缸27和28运动方向的主换向阀，该阀两端设有快跳孔，阀芯快跳和慢速移动的速度通过可调节流器12、14及15、17调节，从而调节换向时间并提高换向平稳性；换向阀11的导阀为三位四通电磁换向阀36；单向节流阀18及溢流阀20和单向节流阀19及溢流阀21构成两个溢流节流阀，分别用于缸27和28的进油节流调速；单向阀22-25与溢流阀26组成交叉缓冲补油回路，用于工作台的换向缓冲并防止吸空；单向阀9和10用作两缸的背压阀。该回路采用两台定量液压泵（叶片泵）1和2组合供油（两泵同时供油时，切削缸28快速运动；单独供油时，切削缸2

28、8低速或中速运动），最高工作压力有先导式溢流阀6设定；远程调压阀8有主换向阀11的外露操纵杆操纵，实现幻想是自动减压；与阀6远程控制口相接的二位二通电磁换向阀7用于液压泵的卸荷与升压控制；单向阀3、4用于防止系统油液倒灌。工作原理如下：一、切削运动时，控制油路首先工作。电磁铁1YA通电使换向阀36切换至左位，变量泵31的压力油经阀32、过滤器34、阀36和单向阀16进入液动换向阀11的左控制腔，右控制腔先后经节流器12、14、和阀36回油，使换向阀11经快跳、慢移切换至左位。此时主油路可以工作（设单泵1开机供油），泵1的压力油经换向阀11的左位、阀19的节流阀进入切削缸28的油腔，其柱塞驱动工

29、作台29开始进行切削，切削速度由阀19的节流阀开度决定，返回缸27随工作台右移，缸27的油腔经阀18的单向阀和换向阀11左位、背压单向阀10向油箱排油。二、切削完成后发出返回信号，电磁铁2YA通电使换向阀36切换至右位，变量泵31的压力油经阀32、过滤器34、阀36和单向阀13进入液动换向阀11的右控制腔，而左控制腔先后经节流器15、17和阀36回油，使换向阀11经快跳、慢移切换至右位，完成主油路的换向。换向过程中，换向阀11的阀芯连带的操纵杆是溢流阀8的调压弹簧放松，泵1的压力降低，使高速换向平稳完成。换向完成后，泵1的压力油经换向阀11的右位、阀18进入返回缸27的油腔，其柱塞驱动工作台开

30、始快速返回，返回速度由阀18的开度决定，返回缸28随工作台左移，缸28的油腔经阀19和换向阀11右位、背压单向阀9向油箱排油。5.2.2 仿形刀架回路该回路的执行器为驱动仿形刀架43的阀控缸。仿形刀架43和仿形液压缸44的活塞杆、伺服阀41的阀套以及刨刀48连成整体，伺服阀41的阀芯和触头39连为一体，弹簧42使触头和样件（俗称靠模）38紧密接触。二位三通电磁换向阀46用于控制夹紧液压缸45的动作方向，夹紧缸与仿形刀架油路成为互锁关系，即只有在缸45松开时，仿形油路才能工作。仿形刀架回路由变量泵31供油，其最高压力由溢流阀33设定，单向阀32用于防止油液倒灌；精过滤器用于提高油液的清洁度；蓄能

31、器35用于吸收压力冲击和补油。回路的工作原理如下：工作时，放行指令有触头给出；液压泵31的压力油经单向阀32、过滤器34后分为三路，第一路到换向阀46，第二路到伺服阀41的油口a，第三路进入仿形缸44的有杆腔；进入a口的压力油经阀心和阀套的开口x1之后又分为两路，一路经油口b减压后进入缸44的无杆腔（压力为p1），一路经开口x2压力降为p2之后，经油口c和单向阀40排回油箱。缸44两腔压力产生的力相等，活塞及活塞杆停止不动。由于样件38对触头39的作用，伺服阀41的阀心上移时，开口x1减小，打破缸44的平衡状态，活塞带动整个刀架上移，使开口x1又逐渐增大，直到x1重新等于x2，缸44的活塞受力

32、重新平衡为止。这样，仿形刀架随伺服的阀心移动了一个位移，刨刀48相对于工件47也移动通一个位移。从而加工出与样件曲面形状一致的工件。触头下移接触工件和刀架下移时的压力冲击由蓄能器35吸收，而刀架快速上移可由蓄能器向有杆腔补油。仿形刨床的液压系统电磁铁的动作顺序如表7所示：表7 电磁铁的动作顺序Table 7 The action of solenoid order工况电磁铁1YA2YA3YA4YA5YA工作台进给+工作台后退+仿形刀架液压缸运动+夹紧缸松开+液压缸卸荷+综上可知，该回路实际上为一个液压伺服位置反馈控制系统。其原理框图如图3 所示6。图3 仿形刀架的伺服控制原理框图Figure

33、3 NC-copy tool the servo control principle diagram6 液压元件的选择6.1 液压泵及驱动电动机功率的确定6.1.1 液压泵的工作压力 已知定量液压泵的最大工作压力为4.02MPa，取进油路上压力损失为1MPa，则小流量泵最高工作压力为5.02MPa，选择泵的额定压力应为pn=(5.02+5.02*0.25%)=6.27MPa。大流量变量液压泵在液压缸工进时工作压力较大，其工作压力最高位（1.92+0.4）MPa=2.32MPa，卸荷阀的调整压力应高于此值。6.1.2 液压泵流量计算取系统的泄露系数K=1.2， 则泵的最小供油压力qp由公式（3）

34、得 qp= kqmax ( 3 )=1.2*0.5*10-3m3/s =36L/min由于工进时所需的最大流量是1.9x10-5m3/s,溢流阀最小稳定流量为0.05x10-3m3/s,小流量泵最小流量为qp1=4.4L/min。大流量泵最小流量为 qp2=qp-qp1 （ 4 ）=31.6l/min6.1.3 确定液压泵规格 对照产品样本可选择两个YB-A-40/7 双作用定量叶片泵，其额定转速为1000r/min。其为我过第一代国产叶片泵第五次改型产品；结构简单，性能稳定，排量范围大，噪声低、寿命长，适用于机床设备和其他中低压液压传动系统。变量泵可以选择型号为YBX-40/6.3的单作用变

35、量叶片泵。其最高转速可以达到1800r/min，容积效率大于90%。为外反馈式限压变量泵。工作时，根据系统负载的变化通过分别位于定子两边的变量活塞和预紧弹簧的力平衡原理，改变定子与转子的偏心距，从而改变泵的流量。适用于组合机床等。故以上两种叶片泵均满足系统要求。6.1.4 确定液压泵驱动功率根据系统需求，液压泵在快退阶段时的功率要求最大。取液压缸在进油路上压力损失为0.5MPa，则液压泵的输出压力为1.58MPa,液压泵的总效率为0.8，液压泵的流量为40L/min，则液压泵驱动快退所需的功率由公式( 5 )计算可得：P=pq/n ( 5 )=1.58x106x40x10-3/(60x0.8)

36、=1317W。据此选用型号为Y100L-6的三相异步电动机，其额定功率为1.5KW，满载转速为940r/min。另外一个电动机可选择型号为Y802-4的三相异步电动机，其额定功率为0.75KW，满载转速为1390r/min。6.2 液压控制阀和液压辅件的选择首先根据所选择的液压泵规格及系统工作情况，算出液压缸在各阶段的实际进出流量、运动速度和持续时间，以便为其他液压控制阀及辅件的选择及系统的性能计算奠定基础7。根据系统工作压力与通过个液压控制阀及部分辅助元件的最大流量，查产品样本所选择的元件型号规格如表8所列。表8 仿形刨床液压阀明细表Table 8 NC-copy planer hydrau

37、lic valves schedule序号名称实际流量（L/min）选用规格1二位二通电磁换向阀1084WE56.0/W220R2远程自动调压阀70FD6-B103三位五通液动换向阀1084WEH10-20/8AW220-504三位四通电磁换向阀364WE6-61/W220-505单向阀108PVP-86压力表30YTXG-1507溢流阀2.78DZ20-30/2108节流阀20MG8G1.29冷却器1082LQFW10精过滤器72PFB-35-75F11压力继电器20HEDZO12二位三通电磁换向阀2023QDF6K/315E2413伺服阀36QDY614蓄能器20NXQA-25/20-L1

38、5柱塞液压缸1082G-E4016仿形液压缸722HG20-125/80F25017夹紧液压缸86YGX-306.3 油箱的有效容积油箱的有效容积可按公式(6)确定 ( 6 )式中a为经验系数，对中压系统取a=5.所选泵的总流量为201.4L/min，液压泵每分钟排出的压力油的体积为0.2 ，算的油箱的有效容积由公式（7）得，为 ( 7 )6.4 油管内径计算本系统管理较为复杂，取其主要几条（其余略），根据公式计算，得有关参数及计算结果列于下表9。表9 主要管路内径Table 9 Main pipeline inside diameter管路名称 通过流量/(L/s) 允许流速/(m/s) 管

39、路内径/m 实际取值/m泵吸油管 3.6 0.85 0.073 0.07泵排油管 3.6 4.5 0.032 0.03工作台液压缸进油管路 1.4 4.5 0.019 0.027 液压系统性能验算7.1 验算回路中的压力损失本系统较为复杂，有多个液压执行元件动作回路，其中环节较多，管路损失较大的要算工作台液压缸动作回路，故主要验算由泵到工作台液压缸这段管路的损失。7.1.1 验算回路中的压力损失沿程压力损失，主要是工作台液压缸快速注射时进油管路的压力损失。此管路长5m，管内径0.032m，快速时通过流量2.7L/s，选用20号机械系统损耗油，正常运转后油的运动粘度，油的密度。油在管中的实际流速

40、为： ( 8 )油在管路中呈絮流动状态，其沿程阻力系统为： ( 9 ) ( 10 )按式 求得沿程压力损失为： ( 11 )7.1.2 局部压力损失局部压力损失包括通过管路中折管和管接头等处的管路局部压力损失，以及通过控制阀的局部压力损失。其中管路局部压力损失相对来说小得多，故主要计算通过控制阀的局部压力损失。参看图，从泵出口到工作台液压缸进油口，要经过换向阀11，及单向节流阀。换向阀的额定流量为300L/min，额定压力损失为0.6 MPa。电液换向阀的额定流量为190L/min,额定压力损失0.3MPa。单向节流阀的额定流量为150L/min，额定压力损失之和为0.2MPa。通过各阀的局部

41、压力损失之和由公式(12)可得，为： ( 12 )由以上计算结果可求得快进时：泵到工作台液压缸之间总的压力损失为泵出口压力为：6.3MPa。由计算结果看，大小泵的实际出口压力距泵的额定压力还有一定的压力裕度，所选泵是合适的。另外还要说明的一点是：在整个工作过程中，工作压力是不断变化的，工作台液压缸的进口压力也随之由小到大变化，当工作压力达到最大时，工作台液压缸活塞的运动速度也将近似等于零，此时管路的压力损失随流量的减小而减小。泵的实际出口压力要比以上计算值小一些8。综合考虑各工况的需要，确定系统的最高工作压力为6MPa，也就是溢流阀的调定压力。7.2 液压系统发热温升计算7.2.1 计算发热功

42、率液压系统的功率损失全部转化为热量。按式( 13 )计算其发热功率 ( 13 )对本系统来说，是整个工作循环中三泵的平均输入功率。 ( 14 )-系统工作循环周期；-执行装置的工作压力；-执行装置的流量；-执行装置工作时间；-执行装置的总效率这样，可算得双泵平均输入功率=12KW。系统的总输出功率为( 15 )： ( 15 )式中:-系统工作循环周期；-液压缸输出的推力；-液压缸运动的距离；-液压马达输出的转矩；-液压马达输出的角度；-液压马达工作时间；由前面给定参数及计算结果可知：工作台液压缸的外载荷为15KN，行程0.8m；仿形刀架液压缸的外载荷为4.5KN，行程0.11m；总的发热功率为

43、：。7.2.2 计算散热功率 前面初步求得油箱的有效容积为1 ，按V=0.8abh 求得油箱各边之积由( 16 )可得； ( 16 )取a为1.25m，b、h分别为1m。根据公式，求得油箱散热面积为：油箱散热功率由( 17 )可得，为： ( 17 )式中 油箱散热系数，查表23.4-12，取 ; 油温与环境温度之差，取。由此可见，油箱的散热远远满足不了系统散热的要求，管路散热是极小的，需要另设冷却器9。7.2.3 冷却器所需冷却面积的计算冷却面积由( 18 )可得： ( 18 )式中 传热系数，用管式冷却器时，取;其中：平均温升，取油进入冷却器的温度，油流出冷却器的温度，冷却水入口温度，冷却水

44、出口温度，则： （ 19 ）所需冷却器的散热面积由（ 19 ）可得，为：考虑到冷却器长期使用时，设备腐蚀和油垢，水垢对传热的影响，冷却面积应比计算值大30%，实际选用冷却器散热面积为式（ 20 ）： （ 20 ）8 仿形刀架机液伺服控制系统8.1 仿形刀架机液伺服控制系统的原理仿形刀架的装配结构是：液压缸活塞杆固定安装，缸体移动，阀套与缸体刚性连接。触头与模板接触。阀芯与阀套之间的相对位移形成控制节流口的开度，控制进出液压缸的压力油的流量与流动方向。缸体带动刀架运动，于此同时，使控制节流口逐渐变小，直到恢复阀套与阀芯的相对原始位置。控制刀架完全跟踪触头运动。根据该原理可知，车刀上的力要远大于触

45、头的输出力，由液压能源的存在，仿形刀架实际上是一个放大器10。8.2 仿形刀架机液伺服控制系统的数学模型8.2.1 作用在液压缸上的力平衡方程根据牛顿定律可得作用在液压缸上的力平衡方程为：pLA=md2y/dt2+Bdy/dt+Ky+FL ( 21 )式中 pL-负载压力，=p1-p2; A-液压缸的有效面积； B-粘性阻尼系数； m-刀架折算到液压缸轴上的总质量； K-刀架的弹性刚度； FL -切削力在液压缸轴向上的分量； y-液压缸位移。8.2.2 连续性方程根据流体连续性方程，流入流出某控制体的流量之差等于该控制体内的体积变化率与压缩引起的体积变化率之和。可得：QL=Ady/dt+cce

46、pL+VtdpL/4Bedt （ 22 ）8.2.3 节流方程节流方程如（ 23 ）所示：QL=Kqxv-KcpL ( 23 )8.2.4 输入系数Ki与反馈系数Kf输入系数Ki与方奎系数Kf可由图4所示的几何关系给出。即：xv = Kixi - Kfy （ 24 ）式中 Ki =b/(b+a) Kf =a/(a+b)图4 几何关系图Figure 4 Geometry relationship chart8.3 仿形刀架机液伺服控制系统设计参数能源压力 Ps = 2 Mpa 刀架黏性系数 B =0.06 N.s/m切削负载力FL =3850 N 刀架弹簧刚度 K= 40 000 000 N/m

47、输入输出系数 Ki= Kf= 0.5 液压缸有效面积 A = 0.00385 m2油液密度 p=860 kg/m3 总泄露系数Cce=3x10-15 m3/(Pa.s)油液动力粘度 u=0.014 N.s/m3 活塞最大行程ymax=0.11 m油液体积弹性模量Be=700 000 000 Pa 阀的面积梯度 w=0.094 m刀架运动速度 v=0.002 m/s 阀的流量系数Cd =0.6刀架等效质量 m= 20 kg 阀径向间隙 cr=0.000 006 m8.4 仿形刀架机液伺服控制系统动态特性分析根据上述数据，可求得Vt=Aymax =0.003 85X0.11=0.000423 5

48、m3Kq=Cdw(ps/p) 1/2=2.72m/sKc=1.65x10-11m3 /(Pa.s)因为Kc的理论值一般都小于实际值，为此取Kc=2x 10-11m3 /(pa.s),将上述计算数据代入到仿形刀架机液伺服控制系统数学模型中，经整理后可得系统的运动微分方程为（ 25 ）所示： . . . y + 1350 y + 7x106 x + 4.4 x 109 y = 1.75 x 109 xi -0.05 FL 65 FL ( 25 )经拉普拉斯变换，可作出系统 方块图如图5所示。图5 仿形刀架机液伺服控制系统方块图Figure 5 NC-copy tool machine liquid

49、 servo control system block diagram图6为它的SIMULINK仿真模型，根据该仿真模型可得频域特性仿真曲线如图7所示。图7（a）为输入Xi=0.11m，切削负载干扰力 FL= 3850 N 作用时的仿真曲线。图7（b）为输入时Xi=0.11sin(1256 t)m,切削负载干扰力 FL =3850 sin (2512 t)N 作用时的仿真曲线。由系统仿真结果可以看出，仿形刀架机液伺服控制系统是稳定的，具有较高的响应速度，并能以一定的稳态误差跟踪阶跃输入和正弦输入，但过渡过程波动较大，这是由于液阻尼较小的缘故11。图6 仿形刀架机液伺服控制系统SIMULINK仿

50、真模型Figure 6 NC-copy tool machine liquid servo control system SIMULINK model（a）（b）图7 仿形刀架机液伺服控制系统仿真结果Figure 7 NC-copy tool machine liquid servo control system simulation results9 总结经过一段时间的论文设计，至此已基本完成了任务书所规定的任务。本设计涉及的课程很多，涉及到液压传动、流体动力学、液压、电气控制等相关课程的知识。通过完成该设计，自我感觉收获很多，能力提高很大。首先，对大学四年所学过的主要专业知识进行了一遍较系统的复习。在论文完成的过程中，基本上是在不断翻阅课本，加以总结和联系的基础上独立来完成的，因此，