万能外圆磨床的工作台结构及液压系统的设计

1、摘 要本次设计的内容是万能外圆磨床的工作台结构及液压系统的设计，设计了头架结构、带开工作台的液压缸等各个部件，本文重点设计和介绍了液压系统图及外圆磨床的机械工作原理图。随着科技步伐的加快，液压技术在各个领域中得到了广泛应用，液压系统已成为主机设备中最关键的局部之一。本文主要研究的是液压传动系统，液压传动系统的设计需要与主机的总体设计同时进行。设计时，必须从实际情况出发，有机地结合各种传动形式，充分发挥液压传动的优点，力求设计出结构简单、工作可靠、本钱低、效率高、操作简单、维修方便的液压传动系统。关键词关键词：外圆磨床；工作台；液压系统；原理Abstract This design is the

2、 content of universal cylindrical grinder workbench structure and hydraulic system design, design the first frame structure, leading workbench of hydraulic cylinder, etc, this paper puts emphasis on the parts design and introduced the hydraulic system diagram and cylindrical grinder mechanical work

3、principle diagram. With the quickening pace of science and technology in various fields, hydraulic technology be widely used, hydraulic system has become the most key host devices one of the part. This paper mainly studies is hydraulic transmission system, hydraulic transmission system design needs

4、and host of the overall design simultaneously. When the design, must from actual conditions, organically combined with all kinds of transmission form, give full play to the advantages of hydraulic transmission, strive to design a simple structure, reliable operation, high efficiency and low cost, si

5、mple operation, convenient maintenance hydraulic drive system. Keywords:Keywords: cylindrical grinder; Work table; Hydraulic system; principle 目录摘 要.1ABSTRACT.21 绪论.51.1 磨床的类型与用途 .51.1.1 磨床的类型及其特点.51.1.2 磨床的用途.51.1.3 外圆磨削和端面外圆磨床.61.2 磨床的现状及其开展趋势 .82 机床的总体描述.9机床的结构.9机床的总体布局.9机床的主要技术性能.103 机床的机械传动系统.1

6、1头架带开工件的传动.11外圆砂轮的传动.11内圆磨具的传动.11工作台的手动驱动.12滑鞍及砂轮架的横向进给运动.124 机床的液压传动系统.134.1 本机床液压系统的功用 .13液压系统的工作原理.144.3 运动、负载分析 .174.3.1 运动分析.174.3.2 负载分析.18液压缸主要尺寸确实定.19 M1432A 型万能外圆磨床液压系统特点 .205 机床的结构特点.225.1 砂轮架 .22头架.23尾架.24横进给机构.251 绪论 磨床的类型与用途 磨床的类型及其特点用磨料磨具砂轮、砂带、油石和研磨料等为工具进行切削加工的机床，统称为磨床英文为 Grinding mach

7、ine ，它们是因精加工和硬外表的需要而开展起来的1。磨床种类很多，主要有：外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、工具磨床和用来磨削特定外表和工件的专门化磨床，如花键轴磨床、凸轮轴磨床、曲轴磨床等2。对外圆磨床来说，又可分为普通外圆磨床、万能外圆磨床、无心外圆磨床、 宽砂轮外圆磨床、端面外圆磨床等以上均为使用砂轮作切削工具的磨床。此外，还有以柔性砂带为切削工具的砂带磨床，以油石和研磨剂为切削工具的精磨磨床等。磨床与其他机床相比，具有以下几个特点：1、磨床的磨具砂轮相对于工件做高速旋转运动一般砂轮圆周线速度在 35 米/秒左右，目前已向 200 米/秒以上开展 ；2、它能加工外表硬度很高的金属和非金属材

8、料的工件；3、它能使工件外表获得很高的精度和光洁度；4、易于实现自动化和自动线，进行高效率生产；5、磨床通常是电动机-油泵-发动部件，通过机械，电气，液压传动-传动部件带开工件和砂轮相对运动-工件局部组成1。 磨床的用途磨床可以加工各种外表，如内、外圆柱面和圆锥面、平面、渐开线齿廓面、螺旋面以及各种成形外表。磨床可进行荒加工、粗加工、精加工和超精加工，可以进行各种高硬、超硬材料的加工，还可以刃磨刀具和进行切断等，工艺范围十分广泛。随着科学技术的开展，对机械零件的精度和外表质量要求越来越高，各种高硬度材料的应用日益增多。精密铸造和精密锻造工艺的开展，使得有可能将毛坯直接磨成成品。高速磨削和强力磨

9、削，进一步提高了磨削效率。因此，磨床的使用范围日益扩大。它在金属切削机床所占的比重不断上升。目前在工业兴旺的国家中，磨床在机床总数中的比例已达 30%-40%。据 1997 年欧洲机床展览会(EMO)的调查数据说明，25%的企业认为磨削是他们应用的最主要的加工技术，车削只占 23%， 钻削占 22%，其它占 8%；而磨床在企业中占机床的比例高达 42%，车床占 23%，铣床占 22%，钻床占 14%3。由此可见，在精密加工当中，有许多零部件是通过精密磨削来到达其要求的，而精密磨削加工会要在相应的精密磨床上进行，因此精密磨床在精密加工中占有举足轻重的作用。但是要实现精密磨削加工，那么所用的磨床就

10、应该满足以下几个根本要求： 1.高几何精度。 精密磨床应有高的几何精度，主要有砂轮主轴的回转精度和导轨的直线度以保证工件的几何形状精度。主轴轴承可采用液体静压轴承、短三块瓦或长三块瓦油膜轴承，整体度油楔式动压轴承及动静压组合轴承等。当前采用动压轴承和动静压轴承较多。主轴的径向圆跳动一般应小于 1um，轴向圆跳动应限制在 23um 以内。2.低速进给运动的稳定性。 由于砂轮的修整导程要求 1015mm/min，因此工作台必须低速进给运动，要求无爬行和无冲击现象并能平稳工作。3.减少振动。 精密磨削时如果产生振动，会对加工质量产生严重不良影响。故对于精密磨床，在结构上应考虑减少振动。4.减少热变形

11、。 精密磨削中热变形引起的加工误差会到达总误差的 50，故机床和工艺系统的热变形已经成为实现精密磨削的主要障碍。 外圆磨削和端面外圆磨床在外圆磨削过程中，工件是安装在两顶尖的中心之间，砂轮旋转是引起切削旋转的主要来源和原因。根本得外圆磨削方法有两种，即横磨法磨外圆和纵磨法磨外圆，如图 1.1 和图 1.2 所示。事实上，外圆磨削可以通过其他以下几种方法来实施：1传递方法：在这种方法中，磨削砂轮和工件旋转以及径向进给都应满足所有的整个长度，切削的深度是由磨削砂轮到工件的纵向进给来调整的。2冲压切削方法：在这种方法中，磨削是通过砂轮的纵向进给和无轴向进给来完成的，正如我们所看到的，只有在外表成为圆

12、柱的宽度比磨削轮磨损宽度短时，这种方法才能完成。图 1.1 横磨法磨外圆图 1.2 纵磨法磨外圆3整块深度切削方法：除了在磨削过程中，要进行间隙调整外，这种方法与传递方法很相似，同时这种方法具有代表性，除了磨削短而粗的轴。端面外圆磨床是外圆磨床的一种变形机床，它宜于大批量磨削带肩的轴类工件，有较高的生产率。它的特点如下1这种磨床的布局形成和运动联系与外圆磨床相似，只是砂轮架与头架，尾架中心连线倾斜一角度通常 10，15，30，45 ，如图 13 所示，数控端面外圆磨床 MKS1632A 的砂轮架与头架，尾架中心连线倾斜 30。为防止砂轮架与工件或尾架相碰，砂轮安装在砂轮架的右边，从斜向切入，一

13、次磨削工件外圆和端面。2由于它适用于大批量生产，所以具有自动磨削循环，完成快速进给长切入-粗磨-精磨无花磨削。由定程装置或自动测量控制工件尺寸。3装有砂轮成型修整器，按样板修整出磨削工件外圆和端面的成型砂轮，为保证端面尺寸稳定及操作平安，一般具有轴向对刀装置。图 1.3 砂轮架与头架，尾架中心连线倾斜一角度 磨床的现状及其开展趋势随着机械产品精度、可靠性和寿命的要求不断提高以及新型材料的应用增多，磨削加工技术正朝着超硬度磨料磨具、开发精密及超精密磨削从微米、亚微米磨削向纳米磨削开展和研制高精度、高刚度、多轴的自动化磨床等方向开展4，如用于超精密磨削的树脂结合剂砂轮的金刚石磨粒平均半径可小至 4

14、m；使用电主轴单元可使砂轮线速度高达 400m/s，但这样的线速度一般仅用于实验室，实际生产中常用的砂轮线速度为 4060m/s；从精度上看，定位精度2m，重复定位精度1m 的机床已越来越多；从主轴转速来看，8.2kw 主轴达 60000r/min，13kw 达 42000r/min，高速已不是小功率主轴的专有特征；从刚性上看，已出现可加工 60HRC 硬度材料的加工中心。北京第二机床厂引进日本丰田工机公司先进技术并与之合作生产的 GAP6263 数控外圆/数控端面外圆磨床，砂轮架采用原装进口，砂轮线速度可达 60m/s，砂轮架主轴采用高刚性动静压轴承提高旋转精度，采用日本丰田工机公司 GC3

15、2ECNC磨床专用数控系统可实现二轴X 和 Z到四轴X、Z、U 和 W控制。此外，对磨床的环保要求越来越高，绝大局部的机床产品都采用全封闭的罩壳，绝对没有切屑或切削液外溅的现象。大量的工业清洗机和切削液处理机系统反映现代制造业对环保越来越高的要求。2 机床的总体描述机床的结构M1432A 型万能外圆磨床是普通精度等级万能外圆磨床，主要用于磨削圆柱形和圆锥形的外圆和内孔，还可以磨削阶梯轴的轴肩和端平面。机床应到达的加工精度和外表粗糙度如表 2.1 所示。表 2.1 M1432A 型万能外圆磨床最大磨削长度 1000mm的加工质量加工方法、工件及其装夹方式外表粗糙度圆度公差圆柱度公差精磨外圆 工件

16、支承在前、后尖上，不用心架；工件尺寸：直径 60 mm 长度 500mm。3um精磨外圆 工件装夹在夹盘上，不用中心架；工件尺寸：直径 50 mm，悬伸长度 150 mm。精磨内孔 工件装夹在夹盘上，不用中心架；工件尺寸：孔径 62.5 mm，长度 125 mm。5um5um这种机床适用于工具车间、机修车间和单件、小批生产车间。由于机床自动化程度较低，磨削效率不够高，所以，它不宜用于大批量生产车间。机床的总体布局M1432A 型万能外圆磨床由以下各主要局部组成，见图 2.2。1、床身 1：是磨床的根底支承件，它支承着工作台、头架、尾架、垫板及横向滑鞍、砂轮架等部件，使它们在工作时保持准确的相对

17、位置。床身内腔用作液压油的油池。 2、头架 2：用以装夹工件，并带开工件旋转。 3、尾架 5：尾架顶尖和头架顶尖一起，用以支承工件。 4、工作台 8：它由上工作台和下工作台两局部组成。上工作台可绕下工作台的心轴在水平面内调整至某一角度位置，用以磨削锥度较小的长圆锥面。工作台面上装有头架和尾架，它们同工作台一起沿床身导轨作纵向往复运动。 5、砂轮架 4：用以支承并传动高速旋转的砂轮主轴。砂轮架装在滑鞍 6 上，当需要磨削短圆锥面时，砂轮架可以调整至一定的角度位置。 6、内圆磨具 3：用以支承磨内孔的砂轮主轴。内圆磨具主轴由专门的电动机驱动。 7、滑鞍 6 及横向进给机构：转动横进给手轮 7，可以

18、使横进给机构带动滑鞍 6 及砂轮架沿床身垫板的导轨作横向移动。也可以利用液压装置，使滑鞍 6 作周期的自动切入进给。此外，在床身内还有液压传动装置。图 2.2 M1432A 型万能外圆磨床外形图2.3 机床的主要技术性能 外圆磨床的主要参数为磨削工件的最大直径，本机床的主参数为 320 mm。 外圆磨削直径 8320 mm 外圆最大磨削长度 1000 mm；1500 mm ；2000 mm 内孔磨削直径 30100 mm 内孔最大磨削长度 125 mm 磨削工件最大重量 150kg 砂轮尺寸 400 50203 砂轮转速 1670r/min 头架主轴转速 6 级： 25，50，80，112，1

19、60，224 r/min 内圆砂轮转速 10000 r/min；15000 r/min 工作台纵向移动速度液压无级调速0.054m/min 机床外形尺寸三种规格 3200，4500，5800 kg3 机床的机械传动系统 M1432A 型机床，除工作台的纵向往复运动、砂轮架的快速进退及尾架顶尖套筒的缩回为液压传动外，其于运动都是机械传动的。机械传动系统如图 3.3图 3.3 M1432A 型万能外圆磨床传动系统图头架带开工件的传动此传动链用于实现工件的圆周进给。运动由双速电动机驱动，经三级皮带传动，使头架的拨盘拨开工件，实现圆周进给。这时，主轴本身是不旋转的。外圆砂轮的传动砂轮主轴的运动是砂轮架

20、电动机1440 r/min，4kw经 4 根三角带直接传动的。内圆磨具的传动内圆磨具主轴由电动机2840 r/min， 经平皮带直接传动。更换平皮带轮，主轴可获得 2 种转速。内圆磨具装在内圆磨具支架上。为了保证工作平安，内圆磨具电动机的启动与内圆磨具支架的位置有联锁的作用，只有当支架翻到磨削内圆的工作位置时，电动机才能启动。此外，当支架翻到磨内圆位置时，砂轮架快速进退手柄就在原位置上自动联锁住，这时，砂轮架不能快速移动。工作台的手动驱动调整机床及磨削阶梯轴的台阶时，工作台还用手轮 A 驱动。当液压传开工作台纵向往复运动时，为了防止工作台带动手轮 A 快速转动以致碰伤工人，液压传动和手轮A 的

21、传动有联所作用原理在液压传动中论述 。滑鞍及砂轮架的横向进给运动横向进给运动，可用手转动手轮 B 来实现，也可由进给柱塞油缸驱动，实现周期的自动进给。横向进给的传动路线表达式为；5050（手动进给）（粗进给）手轮B44 横进给丝杠t =42088进给柱塞油缸80（自动进给）（细进给） 当手轮 B 转 l 圈时，假设经齿轮副 50/50 传动，砂轮架横向移动量为 2 mm。手轮B 的刻度盘 D 圆周上分为 200 格，所以，粗进给时刻度盘 D 每格的进给量为0.01mm，同理，细进给每格的进给量为。 在磨削一批尺寸相同的工件时，为了节省时间及简化操作，通常在试磨第一个工件到达要求的直径后，调整刻

22、度盘上挡块 F 的位置，使它在横向进给磨削至所需直径时，正好与固定在床身前罩上的定位爪相碰。因此，磨削后继的工件时，只须转动横进给手轮 B，直到挡块 F 与定位爪相碰时，就到达所需的磨削直径。应用这种方法，磨削过程中测量工件直径尺寸的次数可显著地减少。但是，当砂轮磨损或修正后，工件尺寸就要变大，此时，必须重新调整刻度盘 D上挡块 F 的位置，以补偿由于砂轮直径减少带来的影响。4 机床的液压传动系统液压传动具有传动平稳、无级调速方便、换向频率较高等优点，所以在磨床上得到了广泛的应用。液压传动系统如图 4.1图 4.1 M1432A 型万能外圆磨床的液压系统图4.1 本机床液压系统的功用 1、工作

23、台纵向往复运动：工作台能在 0.054mmin 之间进行无级调速，并能作低速无爬行运动以精修砂轮。工作台换向过程平稳，起动、停止迅速。为磨削阶梯轴和阶梯孔，工作台具有较高的换向精度，以防止砂轮碰撞工件台阶，造成事故。 为了防止工件两端因磨削时间较短而引起外圆尺寸偏大(或内孔尺寸偏小)，工作台换向时能作短时间停留，其停留时间可在范围内进行调节。为了减小横向切入磨削时的外表粗糙度及提高磨削较短工件的磨削效率，工作台能实现高频率、短行程的换向(通常称抖动)。为保证平安操作，机床工作台的液压驱动和手动操作能互锁。2、 砂轮架快速进退：为提高生产率、缩短辅助时间，保证操作平安，砂轮架能快速进退。 3、

24、尾架套筒的液压驱动退回。 4、 液压消除砂轮架丝杠一螺母副间隙。 5、导轨及丝杠一螺母副的润滑。6、 液压周期自动进给。液压系统的工作原理 M1432A 型万能外圆磨床液压系统的主要元件有：定量液压泵 其功用是供应系统压力油。它由电动机带动，油液通过滤油器被吸入液压泵，使机械能转换成液压能。自液压泵输出的压力油，一路至换向阀，一路至砂轮架快速进退阀，一路至精滤油器,多余的油液经溢流阀流回油池；工作台液压缸 其功用是在压力油作用下，带开工作台进行往复运动，使液压能转换成机械能；溢流阀 其功用是使液压系统油液保持一定压力，并溢出液压系统中多余油液回油池；先导阀及换向阀 其功用是改变油液的方向，以控

25、制工作台的运动方向；开停阀 它是一个转阀，A、B、C、D,为其四个剖面，A,B二剖面连接在工作台液压缸的回油路上，它能接通或断开主油路，起着开停作用，故称开停阀；节流阀 其功用是通过改变其开口的大小来控制流过油液的流量。它连结在主油路的回油路上E、F是其二个剖面)，所以，调节节流阀开口的大小，可以改变回油路的流量，从而改变工作台的移动速度实现无级调速；液压缸是砂轮架快速进退用的液压缸。液压系统的具体工作情况如下:1 工作台的纵向往复运动:如图 4.1 所示位置。开停阀翻开，节流阀处于开口最大的位置，这时工作台向左运动。主油路中的油流为：进油路 泵油路 1换向阀油路 3工作台液压缸的左腔，那么液

26、压缸推开工作台向左运动。回油路 工作台液压缸的右腔油路 2换向阀油路 4先导阀油路 22开停阀的A剖面轴向槽B 断面油路 23节流阀 F 断面轴向槽E 断面油箱。 当工作台左移至行程终点时，工作台上右边的行程挡块碰换向拨杆，使先导阀移至右端。换向阀在压力油的作用下也被推向右端位置，因而改变了主油路中油流的方向，使工作台反向运动。这时主油路油流为 进油路 泵油路 l换向阀油路 2工作台液压缸右腔：那么液压缸带开工作台向右运动。 回油路 工作台液压缸左腔油路 3换向阀油路 5先导阀油路 22开停阀 A 断面轴向槽B 断面油路 23节流阀 F 断面轴向槽E 断面油箱。 当工作台向右运动到行程终点时，

27、工作台右边的挡块碰到换向拨杆，使先导阀移至左端。换向阀在压力油的作用下也被推向左端。又改变了主油路中油流的方向，工作台又向左运动。如此反复，工作台就不停地作往复运动。无论工作台向左或向右运动，其主油路的回油都经过节流阀，所以改变节流阀开口的大小就可以使工作台运动进行无级调速。2工作台运动的速度调节4mm 范围内做无级调整。由于节流阀装在回油路上，液压缸的回油腔有一定背压，造成阻尼，因而防止震动，可是工作台运动平稳，而且比拟易实现低速运动。3工作台的换向过程工作台的换向是由工作台行程挡块碰换向拨杆操纵的，它首先推动先导阀移动，从而改变控制油路的油流方向，并使换向阀移动；然后再由换向阀改变主油路的

28、油流方向，从而实现工作台的反向运动。图 4.1 中，控制工作台运动的主油路用实线表示，而控制换向阀运动的控制(辅助)油路用虚线表示。工作台的换向包括工作台的减速制动、瞬时停留及反向起动三个过程。现以工作台向右运动至行程终点时的换向为例来说明上述过程。当工作台向右运动至行程终点时图 4.1 ，工作台左边的行程挡块碰换向拨杆，使先导阀右移，阀杆的制动锥将主油路口逐步减小，对工作台起缓冲、减速与制动作用。当回油口 5 关闭时，控制油路 7 与 9 接通，而 8 与油池相通，因而由精滤油器来的压力油经 79顶开单向阀 12油路 13换向阀右端，推动换向阀移动。换向阀的移动随着其左端控制油路回油路线的不

29、同而依次分三步进行：换向阀第一次快跳 当辅助油路 8 直通油池时，换向阀左湍的回油经油路 8 直接流回油池，毫无阻力，故阀杆移动速度很快，出现换向阀的第一次快跳，从而加快工作台的减速与制动。换向停留 当换向阀向左移动盖住左端油路 8 时，换向阀左端的回油只能经节流阀流回油池，换向阀移动很慢。在这一过程中，换向阀阀杆中间的轴肩正好移到阀体中间沉割槽处，由于中间沉割槽比阀杆中间轴肩宽，故液压缸两腔油路连通，工作台迅速停止运动，实现工作台瞬时停留。改变节流阀 (右端)及(左端)的开口大小，就可控制换向阀阀杆移动的速度，从而控制工作台行程终点的停留时间。换向阀第二次快跳 当换向阀阀杆移到它的左端环槽使

30、油路 l0 和 8 接通时，其回油路线为：换向阀左端油路 12油路 10换向阀左端环槽油路 8先导阀油池。回油又畅通，换向阀实现第二次快跳。这时主油路被迅速换向，工作台反向启动。 换向阀的移动，控制了工作台反向的三个过程。第一次快跳的目的是为了缩短减速制动过程，第二次快跳的目的是为了缩短启动时间、迅速起步，而换向停留那么是磨削加工的需要，也是为了减少冲击、保证换向平稳。当开停阀居处于“开的位置时，从主油路 l 来的压力油经开停阀剖面和油路15，进入手摇机构液压缸 K，推动活塞移动，使一对啮合齿轮脱开，因此，工作台液压驱动时，手轮 A 不会转动。当把开停阀转过 90至“停位置时，开停阀剖面关闭通

31、往节流阀 F 的回油路，而开停阀剖面此时将液压缸。两腔连通，工作台停止运动。手摇机构液压缸 K 中的油经油路 15 开停阀剖面的径向孔流回油池。活塞在弹簧作用下退回，使齿轮重新啮合，此时就可通过摇动手轮来移开工作台。 2、砂轮架的快速进退：砂轮架的快速进退运动由手动二位四通换向阀砂轮架快速进退阀控制。当它的右位接入系统时，砂轮架快速前进，其液压回路为：进油路：油路 1进退阀油路 26单向阀 I4砂轮架快速进退液压缸右侧，然后由活塞经丝杠、螺母带动砂轮架快速前进。回油路：砂轮架进退缸左腔油路 25进退阀油箱。扳动快进阀手柄，使阀的左位接入系统时，通道 125 接通、25油箱接通，于是砂轮架快速后

32、退。砂轮架在快进位置时，进退阀手柄使行程开关 1XK 接通，使头架电动机旋转，冷却泵启动，于是即可进行磨削。砂轮架后退时，行程开关断开，头架电动机和冷却泵自动停止。当内圆模具支架翻下到磨削工作位置时，使一微动开关闭合，电磁铁 1DT 通电，将快速进退阀的手柄锁住在快进位置上，这样就可防止因误动作而引起砂轮架后退，发生砂轮和工件相撞的事故。3、尾架套筒的退回： 为了便于装卸工件，尾架套筒退回运动由脚踩式换向阀来控制。脚踩换向阀，压力油进入尾架缸，使尾架套筒退回；松开换向阀(如图示位置)，阀 P 在左端弹簧的作用下切换至左边通路，尾架缸的油液与油池相通。尾架套筒在右端弹簧力作用下向外伸出。为保证操

33、作平安，将操纵尾架套筒退回的压力油与砂轮架快速进退液压缸左腔相通，即当砂轮架处于快退位置时，脚踏投向阀，压力油才进入尾架缸；而当砂轮架处于快进时，尾架缸所接的左腔与油池相通，脚踏尾架阀也不能使尾架套筒退回。所以，在液压系统中使砂轮架的快进运动与尾架套筒的退回产生了互锁，从而保证了操作平安。4、消除砂轮丝杠一螺母的间隙：图 4.1 上柱塞缸 N(闸缸)，固定在垫板上，压力油进入柱塞缸 N 中，推动柱塞顶紧砂轮架，从而消除砂轮架丝杠一螺母的间隙。5、导轨及砂轮架丝杠一螺母副的润滑：压力油经精滤油器到润滑油稳定器，分别润滑平导轨、V 形导轨及砂轮架丝杠一螺母副。4.3 运动、负载分析运动、负载分析就

34、是分析液压系统各执行元件在工作过程中速度和负载的变化规律，也称作工况分析。通过运动、负载分析可以进一步明确主机在性能方面对液压系统的要求，为确定系统及各执行元件的参数提供依据。4 运动分析运动分析是研究各执行元件按工艺要求，以怎样的运动规律完成一个工作循环。对于自动化程度不高的机器，根据液压驱动件的运动方式移动、摆动或转动及运动间的关系，确定各运动同时动作或依次动作的顺序，以表示出各运动部件间的动作顺序、转换方式和互相连锁作用；然后根据工作循环阶段中的行程 S 与时间 T，算出各阶段的速度，并绘出速度循环图，如以下图所示，为选定系统方案，选择液压元件提供依据。 图 4.2 组合机床动作循环图

35、图 4.3 组合机床速度循环图4 负载分析根据上述运动分析所绘制的速度循环图，确定液压执行部件的空行程速度、工作行程速度及调速范围，通过计算或实验，对工作部件进行动力分析，确定液压执行元件所要求的最大进给力。对于某些设备，假设负载变化较复杂，在条件许可时，应绘出负载循环图，为确定液压执行元件的工作压力、拟定液压系统提供依据。液压系统的工作性能还包括工作的平稳性、可靠性、转换精度、停留时间、冲击力等方面的要求。一般情况下，液压执行元件带开工作部件作直线往复运动时，所需克服的外负载包括工作负载、摩擦负载和惯性负载。a.工作负载 Fg 不同液压设备工作负载的形式各不相同。对于金属切削机床，工作负载是

36、作用在工作部件运动方向上的切削力；对于提升机械，其重物的重量就是工作负载。工作负载的方向与活塞的运动方向相同的为负，相反的为正。b.摩擦负载 Ff 液压缸驱开工作部件移动时，需要克服导轨或支承面上的摩擦力，这个摩擦力称为摩擦负载。对于平导轨 3.1fNFf GF对于 V 型导轨 3.2sin/ 2Nff GFF式中，G运动部件所受的重力N ； 外负载作用于导轨上的正压力N ；MF f摩擦系数，一般，静摩擦系数 fs= ，动摩擦系数 fd ； V 型导轨的夹角，一般 = 90。c.惯性负载 Fa 惯性负载是工作部件在启动加速和制动减速时的惯性力。启动时为正值，制动时为负值。其大小可根据牛顿第二定

37、律计算： 3.3aG vFg t式中，G工作部件的重量； g重力加速度； vt 时间内速度的变化量； t启动加速或减速的时间，一般机床 t，对轻载低速运动部件取小值，对重载高速运动部件取大值。以上三种负载之和称为液压缸的外负载WF启动加速时：FW = Fg + Ff + Fa稳态运动时：FW = Fg + Ff减速制动时：FW = Fg + Ff Fa根据上述各运动阶段内的负载与相应的时间，可绘出液压缸的负载循环图，如图3.2 所示。它清楚地说明了液压缸在工作循环中负载的变化规律。实际上液压缸工作时，还需克服内部密封装置产生的摩擦阻力和液压缸回油腔的背压阻力。由于各种缸的密封材质和密封形式不同

38、，所以密封装置的摩擦阻力难以精确计算，一般用液压缸的机械效率加以考虑，常取 m ；而背压阻力在系统方案和结构未确定以前是无法计算的，通常在确定系统工作压力时再考虑。液压缸主要尺寸确实定由?机床设计说明手册?可知，该机床的运动部件重量是 20000N，最大切削力是3000N；按上述条件该液压缸尺寸的设计步骤计算如下： 1、工况分析液压缸所受外负载 F 包括三种类型，即afwFFFF Fw 为工作负载，对于金属切削机床来说，即为沿活塞运动方向的切削力，在本例中为 10000N；Fa运动部件速度变化时的惯性负载；导轨摩擦阻力负载，启动时为静摩擦阻力，启动后为动摩擦阻力，对于平导fF轨可由下式求得图

39、4.4 液压缸的负载循环图 3.4RnfFGfFG运动部件重力；FRn垂直于导轨的工作负载，事例中为零；f导轨摩擦系数，本例中取静摩擦系数，动摩擦系数为。求得：Ffs20000N=4000NFfa20000n=2000N上式中 Ffs为静摩擦阻力，Ffa为动摩擦阻力。 3.5tvgGFag重力加速度；t加速度或减速度，一般vt 时间内的速度变化量。在本例中NF34006005. 058 . 9200002、液压缸直径的计算计算液压缸内径 D 和活塞杆直径 d。由负载图知最大负载 F 为 12000N，查?液压与气动技术手册?可取 P2为 1Mpa，cm为，考虑到快进、快退速度相等，取 dD 为

40、。将上述数据代入式 3.3 可得mmD5 .677 . 011195. 0103014. 35000425根据?液压与气动技术?可将液压缸内径圆整为标准系列直径 D=70mm；活塞杆直径 d，按活塞杆直径系列取 d=49mm。 M1432A 型万能外圆磨床液压系统特点该磨床工作台往复运动系统采用 HYY21/3P-25T 型快跳式液压操纵箱，结构紧凑，操纵方便，换向精度高，换向平稳性好。其主要原因是：1、该操纵箱将换向过程分为预制动、终制动、反向迅速启动三个阶段进行。预制动的主要作用是将工作台的速度降低。为工作台停步准确创造条件。由于预制动是行程控制方式，每次预制动结束时，工作台的位置和速度根

41、本相同，因而提高了终制动在同速和异速时的位置精度。2、当预制动结束时，抖动缸使先导阀阀芯快跳，这样不仅使切换后的控制油路畅通无阻，为换向阀阀芯的快跳与提供了条件，而且快跳后的先导阀阀芯将主油路的回油通道关闭，有强制工作台停止的作用。先导阀阀芯的快跳与换向阀阀芯的快跳几乎同时完成，这样不仅提高了工作台终制动的位置精度，还能保证制动平稳无冲击。3、由于液压操纵箱内增加了一对抖动缸，可实现工作台抖动，并保证了低速换向的可靠性。工作台往复运动采用结构简单的节流阀调速，功率损失小。这对于负载力不大且根本恒定的磨床说是适宜的。此外，节流阀位于液压缸出口油路中，不仅为液压缸建立了背压，有助于运动平稳，而且经

42、节流阀发热的液压油直接流回油箱冷却减少了热量对机床变形的影响。5 机床的结构特点万能外圆磨床属于精加工机床。它的加工精度比同尺寸规格的普通车床要高，加工外表也较光洁，其原因除了磨削机理和车削机理不同外，在机床结构方面，也采取了适当的措施。下面把 M1432A 型万能外圆磨床的结构特点，简要地作些介绍.5.1 砂轮架图 5.1 M1432A 型万能外圆磨床砂轮架 图 5.1 是 M1432A 型万能外圆磨床砂轮架的结构图。砂轮主轴及其支承局部，直接影响加工精度和外表粗糙度，是砂轮架部件的关键局部。它应具有较高的回转精度、刚度、抗振性及耐磨性。M1432A 型万能外圆磨床主轴前、后支承均采用“短三

43、瓦式的动压型滑动轴承。当砂轮主轴旋转后，三块瓦各自在球面螺钉的球头上摆动到平衡位置，形成三个楔形缝隙，于是在三块轴瓦处形成三个压力油楔。由于砂轮主轴的转速较高，所以油楔压力及油膜的作用力很大，砂轮主轴在三个油楔压力的作用下，浮起在三块轴瓦中间，因此回转精度较高。另外，当砂轮主轴受外载荷作用而产生径向偏移时，在偏移方向处楔形缝隙变小，油膜压力升高，而在反方向处楔形缝隙增大，油膜压力减小，于是，产生使砂轮主轴恢复到原中心位置的趋势，故刚度较高。为提高主轴部件的抗振性，砂轮主轴直径也较大。为了保证砂轮主轴运转平稳，采用皮带直接传动砂轮主轴。装在主轴上的零件都经过仔细平衡；电动机也经过动平衡，并安装在

44、隔振垫上。砂轮主轴装在左右两个润滑轴承中，每个轴承由三块轴瓦构成，轴瓦成扇形背部凸起在体壳孔横截面内自由摆动，上面两块轴瓦不能调整，在径向方向各用一塞头和销加以固定，防止其轴向移动，第三块轴瓦用球头支紧螺钉压紧，轴承与主轴的间隙用此螺钉调整。轴承在制造厂内经过精确调整，一般可以长期工作，切勿随意松动。如在工作过程中发现确系轴承调整失灵导致磨削质量降低时，可将其从新调整，调整前必须：1、法兰盘连同砂轮一起取下；2、取下皮带轮罩；3、卸去皮带轮上的三根皮带，留下一根。5.2 头架图 5.2 是 M1432A 型万能外圆磨床头架的装配图。头架主轴和顶尖根据不同的工作需要，可以转动或固定不动。一种情况

45、是：工件支承在前后顶尖上，拨盘 8 的拨杆拨开工件夹头，使工件旋转。这时，头架主轴和顶尖是固定不转动的(常称死顶尖)。固定主轴的方法是；拧动螺杆1，将摩擦圈 2 顶紧头架主轴后端，使头架主轴及顶尖固定不转。另一种情况是：用卡盘夹持工件。这时，在头架主轴前端需要安装卡盘，卡盘固定在法兰盘上，法兰盘装在主轴的锥孔中，并用拉杆拉紧。法兰盘由拨盘带动旋转，头架主轴也随着一起旋转。由于头架主轴需要直接支承工件并旋转，因此，头架主轴及其轴承部份应具有较高的回转精度、刚度及抗振性。本机床的头架主轴轴承采用 D 级精度轴承，并通过仔细修磨各垫片的厚度，对主轴轴承进行预紧，以提高主轴部件的刚度和回转精度。主轴运

46、动由皮带传动，传动平稳。主轴上的皮带轮采用卸荷皮带轮结构，以减少主轴的弯曲变形。 图 5.2 M1432A 型万能外圆磨床的头架装配图尾架 尾架顶尖通过尾架套筒右面的弹簧力顶紧工件。磨削中，工件因温度升高而膨胀时，顶尖可自由伸缩，以免工件被顶弯，也可减少中心孔的磨损，这都有利于提高加工精度。顶尖对工件的顶紧力可根据工件的直径、重量及磨削用量来调整。 尾架套筒可以用手动或液动退回。顺时针方向转动手柄，就可以使尾架套筒后退。横进给机构 图 5.3 万能外圆磨床的横进给机构 图 5.3 是 M1432A 型万能外圆磨床的横进给机构，用以完成砂轮架快速进给、退及横向进给运动。为保证磨削精度，对横进给机

47、构提出如下主要要求：1、快进运动到终点位置时，砂轮架应能准确定位，这是保证进行准确横向进给的基准。 2、进给量要准确，尤其是微量进给时，要保证进给精度，防止产生“爬行现象。图 5.3a 中，1 为砂轮架快速进退液压缸，由压力油作用实现快速进退。活塞的移动可带动丝杠 7、半螺母 6 及砂轮架移动。当砂轮架快进到终点位置时，丝杠 7 的前端碰到刚性定位螺钉 10，使丝杠及砂轮架准确定位。刚性定位螺钉 10 的位置可以调整，调整后用螺母 9 锁紧。为减少动、静摩擦系数差，提高进给精度，垫板导轨采用 V 形和平面组合的滚动导轨；同时采用高刚度的进给机构如丝杠很粗 ，并设有丝杠-螺母副间隙消除机构。M1432A 万能磨床与普通外圆磨床相比结构上根本相同，所不同的是：1、普通外圆磨床头架和砂轮架不能绕轴心在水平面内调整角度位置；2、普通外圆磨床头架主轴直接固定在箱体上不能动，工件只能用顶尖支承进行磨削；3、不配置