卧式双面铣削组合机床液压传动

任务：设计卧式双面铣削组合机床的液压系统。机床的加工对象为铸铁变速箱箱体，动作顺序为夹紧缸夹紧一一工作台快速趋近工件——工作台进给一一工作台快退一一夹紧缸松开一一原位停止。工作台移动部件的总质量为400kg,加、减速时间为0・2，。采用平导轨，静摩擦系数为0.2,动摩擦系数为0.1,夹紧缸行程为30mm，夹紧力为800N。工作台快进行程为100mm，快进速度为3.5m/min,工进行程为200mm,工进速度为80〜300m/min，轴向工作负载为12000N,快退速度为6m/min。要求工作台运动平稳，夹紧力可调并保压。1.1金属切削机床的基本知识金属切削机床是采用切削（或特种加工）的方法将金属毛胚加工成所要求的几何形状、尺寸精度和表面质量的机械零件的机器，它是制造机器的机器，所以又称为“工作母机”或“工具机”，习惯上简称为机床。机床的“母机”属性决定了它在国民经济中的重要地位。在现代化的工业生产中，会大量使用各种机器、仪器、仪表和工具等技术设备，这些技术设备都是由机械制造部门提供的。而在各类机械制造工厂中需要各种加工金属零件的设备，包括铸造的、锻压的、焊接的、热处理的和切削加工的设备。由于机械零件的尺寸精度、形状精度、位置精度和表面质量目前主要靠切削加工方法来达到，所以金属切削机床担任的工作量约占机械制造总工作量的40%〜60%。在一般机械制造工厂拥有的技术设备中，机床占有相当大的比重，约在50%〜60%。另一方面，机床的质量和技术水品直接影响机械产品的质量和劳动生产率。因此，一个国家生产的机床质量、技术水平、品种和产量以及机床的拥有量是衡量国家整个工业水平的重要标准。1.2本课题研究的意义、目的及内容液压传动的基本原理是在密闭的容器内，利用有压力的油液作为工作介质来实现能量转换和传递动力的。其中的液体称为工作介质，一般为矿物油，它的作用和机械传动中的皮带、链条和齿轮等传动元件相类似。在液压传动中，液压油缸就是一个最简单而又比较完整的液压传动系统，分析它的工作过程，可以清楚的了解液压传动的基本原理.液压传动系统的组成：液压系统主要由：动力元件（油泵）、执行元件（油缸或液压马达）、控制元件（各种阀）、辅助元件和工作介质等五部分组成。1）动力元件（油泵）它的作用是把液体利用原动机的机械能转换成液压力能；是液压传动中的动力部分。2）执行元件（油缸、液压马达）它是将液体的液压能转换成机械能。其中，油缸做直线运动，马达做旋转运动。3）控制元件包括压力阀、流量阀和方向阀等。它们的作用是根据需要无级调节液动机的速度，并对液压系统中工作液体的压力、流量和流向进行调节控制。4)辅助元件除上述三部分以外的其它元件，包括压力表、滤油器、蓄能装置、冷却器、管件及油箱等，它们同样十分重要。5)工作介质工作介质是指各类液压传动中的液压油或乳化液，它经过油泵和液动机实现能量转换1.3国内外液压传动的发展概况液压传动是根据l7世纪帕斯卡指出的液体静压力传递原理(即帕斯卡原理)，而发展起来的一门新兴技术。1795年英国约瑟夫•布拉曼(JosephBraman,1749一1814),在伦敦用水作为工作介质，以水压机的形式将其应用于工业上，诞生了世界上第一台水压机。1905年将工作介质水改为油，又进一步得到改善。第一次世界大战(1914—1918年)后液压传动广泛应用，特别是1920年以后，进展更为迅速。液压元件大约在19世纪末20世纪初的20年间，才开始进入正规的工业生产阶段。1925年维克斯(F・Vikers)发明了压力平衡式叶片泵，为近代液压元件工业或液压技术的逐步建立奠定了基础。20世纪初康斯坦丁•尼斯克(G・ConstIntinesco)对能量波动传递所进行的理论及实际的研究；191。年对液力传动(液力联轴节、液力变矩器等)方面的贡献，使这两方面领域得到了发展。193。年曾出现过“液压万能”的想法，但f良快就便旗息鼓了。卧式双面铣削组合机床液压传动第二次世界大战（1941一1945年）期间，在美国机床中有30%应用了液压传动。应该指出，日本液压技术的发展较欧美等国家晚了近20多年.在1955年前后，日本迅速发展液压技术，1956年成立了“液压工业会气近20—3。年间，日本液压技术发展之快，居世界领先地位。我国液压技术在50年代刚刚兴起，60年代有较大的发展。U76年制订了元件型诺，设计了部分基型，近十几年液压技术得到普遍应用，目前应用范围之广，已涉及到各个领域。据专家金学俊介绍，液压技术发展趋向有以下十个方面：①减少能耗，充分利用能量。②泄漏控制。③污染控制。④主动维护。⑤机电一体化。⑥液压CAD技术。⑦新材料、新工艺的应用。新型材料的使用，像陶瓷、聚合物等。⑧纯水液压技术重新崛起。⑨信息网络的建设。⑩重视特色产品，发展成套技术。2设计过程2.1确定对液压系统的工作要求根据加工要求，工件夹紧装置及滑台的快进一工进一快进一停止，工件循环拟定采用液压传动方式来实现，故决定选取油缸做执行机构。考虑到进给系统传动功率不大，且要求低速稳定性好，以及滑台的速度调节，故拟定选用调速阀，单向阀组成的节流阀调速方式。为了自动实现上述工作循环并保证滑台的行程在最大行程内（该行程并无过高的精度要求）拟定采用行程开关及电磁换向阀的控制顺序动作2.2拟定液压系统工作原理图图2-1双面铣削组合机床液压原理图表2.1动作顺序表序号动作顺序执行信号发讯信号10T20130T4QT50T60170T1J2J3J4J3J1加紧工件+++2滑台快速趋近铳削头++++3滑台工进+++4滑台快速离开铳削头十+++5滑台停止加松+十6夹紧工件+十+7滑台反向快进铳头++十+9滑台反向工讲+++9滑台辰向快离铁头++++10滑台停止松夹—++11卸荷1夹紧工件按下启动按钮，5DT的得电，电磁阀左端接通，电磁阀7切换至左位，主油路的进油路：过滤器4-泵2-一单向阀15一电磁阀14左端一单项节流阀12一液压缸左腔。液压缸右腔回油一单项节流阀13一电磁阀14左端一油箱。液压推动火塞向右移动至5J2滑台快速趋近铣削头1DT,3DT,4DT,5DT得电，电磁阀6接通，在电磁阀6切换至左端主油路进油路：过滤器4一泵2一电磁阀6左端一二位二通换向阀7一双杆活塞缸左腔。液压缸右腔回油一二位二通换向阀11一电磁阀6左端一油箱。液压缸移动至1J3滑台工进1DT,4DT,5DT得电，电磁阀6左端接通；主油路进油路:过滤器4一泵2一电磁阀6左端一调速阀8一双杆活塞缸左腔。液压缸右腔回油一二位二通换向阀11一电磁阀6左端一油箱。液压缸移动至2J4滑台快速离开铣削头1DT,3DT,4DT,5DT得电，电磁阀6接通，在电磁阀6切换至左端主油路进油路：过滤器4一泵2一电磁阀6左端一二位二通换向阀7一双杆活塞缸左腔。液压缸右腔回油一二位二通换向阀11一电磁阀6左端一油箱。5滑台停止夹松6DT得电，电磁阀14右端通电，主油路的进油路：过滤器4一泵2一单向阀15一电磁阀14右端一单向节流阀13一液压缸右腔。液压缸左腔回油一单向节流阀12一电磁阀14右端一油箱。滑台松开工件6夹紧工件5DT的得电，电磁阀左端接通，电磁阀7切换至左位，主油路的进油路：过滤器4-泵2―单向阀15一电磁阀14左端一单项节流阀12—液压缸左腔。液压缸右腔回油一单项节流阀13—电磁阀14左端一油箱。液压推动火塞向右移动至5J7/327滑台反向快进铣头2DT,3DT,4DT,5DT得电，电磁阀6接通，在电磁阀6切换至右端主油路进油路：过滤器4一泵2一电磁阀6右端一电磁换向阀7一双杆活塞缸右腔。液压缸左腔回油一二位二通换向阀7—三位四通电磁阀6右端一油箱。液压缸移动至3J8滑台反向工进2DT,3DT，4DT，5DT得电，电磁阀6右端接通；主油路进油路：过滤器4一泵2一电磁阀6右端一调速阀11—双杆活塞缸右腔。液压缸左腔回油一二位二通电磁阀7-三位四通电磁阀6右端-油箱液压缸移动至4J9滑台反向快离铣头2DT,3DT,4DT,5DT得电，电磁阀6接通，在电磁阀3切换至右端主油路进油路：过滤器4一泵2一电磁阀6右端一二位二通电磁阀11一双杆活塞缸右腔。液压缸左腔回油一二位二通电磁阀7—电磁阀6右端一油箱。10滑台停止夹松6DT得电，电磁阀14右端通电，主油路的进油路：过滤器4一泵2一单向阀15一电磁阀14右端一单向节流阀13一液压缸右腔。液压缸左腔回油一单向节流阀12一电磁阀14右端一卧式双面铣削组合机床液压传动油箱。滑台松开工件11卸荷1DT,2DT,5DT,6DT断电，阀6阀14处于中立，泵2卸载3计算和选择液压元件3.1设计步骤3.1.1铣刀选择工件材料：灰铸铁HBS=190，铣刀类型：端面铣刀，刀具材料：高速钢（不用切削液）V=—CD—V=—CD—k（3-1）Tma\,ayvauvzpvv

pfwyv=0.4m=0.15查［1］表9.4-8得七=23q=0.2 七=0.1u=0.1 p=0.1k=L0查表［1］9.4-1得：a=0.12mm/z查［1］表9.2-11得：铣刀直径：铣刀直径:D=250mmZ=26 a=a=4.7mm代入公式（3-1）V=23x2500.2*i.o=37.78m/min2400.15x4.70.1x0.120.4x4.70.1x260.13.1.2铣刀转速计算查［2］p53n=1000V （3-2）兀D代入（3-2）计算：n=1000V=1000x37.78=30.08r/min兀D nx4003.1.3铣削力计算—CaxfayfFa—CaxfayfFaufzF=—F―p~-/ ^—kz dqfnwf f（3-3）查［1］表9.4-10C=294X=1.0y=0.65U=0.83w=0q=0.83又Z=26 a=aw=4.7mma=0.12mmk=1.0pw f fvn=30.08r/min代入公式（3-3）得：2500.83x30.08F=294x4.71.0x0.120.65x4.70.83x26乂12500.83x30.08铣削力F及F的关系：顺铣:逆铣：Fhf=1.0-1.2 顺铣：Fh，F=0・8-0・9顺铣:逆铣时，取七信=1」；顺铣时，取Fh2，f=0.8ZF=1.1x467.61=514.37NF=0.8x467.61=374.09N铣削力‘及f的关系：J顺铣 =0.75-0.80VFJ顺铣 =0.75-0.80VFZVF,Z逆铣时，取"F=0.25 顺铣时，取y=0.775-Z -ZFv]=0.25x467.61=116.90NF=0.775x467.61=362.40N3.2滑台受力分析及其计算滑台和夹具及工件的最大总和质量M=700(kg)液压动力滑台为矩凹槽平导轨，静摩擦系数"=0.27；动摩擦系数f2=0.18运动过程速度切换的加、减速度时间t=0.05(s)o滑台受力情况。见图3-1图3-1滑台受力分析系统功能设计：(1)工况分析摩擦力Ff=匕Mg=0.27x700x9.8=1852.2NFf=f2Mg=0.18x700x9.8=1234.8N工进，工退时所需推动F=f(Mg-F)=0.18x(700x9.8-116.90)=1213.76(逆铣)F=f(Mg+F)=0.18x(700x9.8+362.40)=1300.03侦顺铣)F=M竺=700x4.1=956.67NV=V快退 At60 0.05x60 1 2.F=956.67F=M=700x3.5=816.67N.•快进 工进 Atx60 0.05x60F、=F、=816.67N工进工退工作台液压缸外负载计算结果见表3-1表3-1液压缸负载工况计算公式及数据液压缸负载（N）启动F=Ff=1852.2N1852.2N加F=F+F.=2051.47N2051.47N

速快进F=Ff=1234.8N1234.8N工进F=F进-F=925.94N925.94N快进F=Ff=1234.8N1234.8N启动F=Ff=1852.2N1852.2N加速F=F+F、=2051.47N2051.47N快退F=Ff=1234.8N1234.8N工退F=F+F=1728.13N1728.13N快退F=Ffd=1234.8N1234.8N工进速度V2=V5=VF=afzn=0.12X26X30.08=93.85mm/min0.094m/min木艮据表3-1即可绘制出图3-2液压缸L-t图v-t图和F-t图图3-2液压缸L-t图v-t图和F-t图根据图3-2所示，可知y2=v5=0.12*26*30.08=93.85mm/min恰好满足设计要求工作时运动速度范围80-300mm/min4液压缸的设计:4.1液压缸参数计算由前面的计算知，液压缸的最大负载F=2051.47N，当=1时，液压缸的推动F/=2051.47N查[2]p188，表8-1，初定液压缸的工作压力为％=1MPa

4.1.1确定液压缸的主要结构尺寸，初选油缸的工作压力表4-1按负载选择工作压力负载/KN<55~1010~2020~3030~50>50工作压力/Mpa<0.8~11.5~22.5~33~44~5>5表4-2各种机械常用的系统工作压力机床 农业机液压机查[3]p127,见表4-1,可选双杆活塞缸，活塞固定，缸移动即两缸的工作面积相等，在端面加工时，液压缸回路油上必须有背压Pb，为防止滑台突然前冲，有表4-2，可取pb=0.5MPa磨床组合机床龙门刨床磨床组合机床龙门刨床拉床械小型工程机械建筑机械液压凿岩机0.8~23~52~88~1010~18机械类型工作压力/MPa大中型挖掘机重型机械

起重运

输机械20~32根据活塞受力平衡得：查[4]p24公式：pA=pA+七"1b .Ai(4-1).••A=41.02皿2A=MD2-d2)/4取d=D/.巨..•D=51.12mm d=36.15mm按GB/T2348-1993将所计算的D及d值分别圆整到相似的标准直径，以便采用标准的密封装置。圆整后得：D=63MMd=40MM.•・液压缸的实际有效面积为.=.=A=，(6.32-42)=2311.86mm=18.6cm2当活塞缸自傲稳定状态下仅承受轴向载荷时，活塞杆直径按简单拉压强度计算：查[2]p52d=:至(4-2)邱In」S取110MPa代入(4-2)得：d=：4x2°5L4=0.0048m=5mmKx110x106

查地5查地5"赭(4-3)LP=1.5P=1.5x1.0=1.5MPa代入公式（4-3）821.5x1°6x63x10-3=0.4mm— 2x110x106取整8=4mm由于活塞杆是固定的，所以活塞杆强度和稳定性符合要求。根据上述假定条件经计算得到液压缸工作循环中各阶段的压力，流量和功率（见表4-1），并绘出其工况图（图4-1）表4-1液压缸工作循环中各阶段的压力，流量和功率工负载F（N）回油腔进油输入输入计算公式况压力p2腔压流量公率(mpa)力p1QP(W)p=F+p—1—A^~2——

(MPa)(/min)Q=Ay=A1V3Q=AV,P=PQ1顺铣启动1852.2N00.99--加速2051.47N0.51.60--快进1234.8N0.51.136.51122.6工进925.94N0.50.990.172.8快进1234.80.51.136.51122.6逆铣启动1852.2N00.99--F+APP= 2-1 AQ=Av=AvQ=Av,P=5PQ1加速2051.47N0.51.60--快退1234.8N0.51.137.6143.1工进1728.13N0.51.420.174.02快1234.8N0.51.037.6143.退1注A=16.8cm=16.8*退1注A=16.8cm=16.8*10_4mVjV3=3.5m/min,V=V6=4.1m/minv2v2=V5=\=0.094m/m图4-1液压缸工作缸工况图4.2夹紧缸参数的设计（1）液压缸直径及活塞杆直径设计参数取p=3MPa P=0.5MPa最小夹紧力N=8000Np土D2-P口D2_d2）>800014 2 24 2 2取d2=%2・.•D>0.090M取D=100mm,d2=80mm二A2=4D；_d；）=28.26cm（2）活塞杆直径按简单拉压强度计算：查[4]p15d=:芈（4-1）kLjJ□取110MPa代入公式（4-1）得：d>:4x8°°0=0.03m=30mm110x106已求得d=50mm故满足要求。(4-2)LP=1.5P=1.5x3=4.5MPa代入公式（4-2）得：5>4.5x106x100x103=0.002mm2x110x106取5=3mm由以上校核知液压缸及活塞杆的强度均满足要求的选择取压力损失0・5MPa,由液压的工况图可知液压缸的最高工作压力出现在快进上p=1.6Mpa.•・泵的最大工作压力P^=1.6+0.5=2.1MPa液压缸最大流量为6.51L/min・.•泵的总流量为：q泵=1.1x7.6=8.3L/min查[5]p87选择：丫日1-6.3型单级叶片泵能满足上述估算得到的压力和流量要求：该泵的额定压力为6.3Mpa，公称排量21/32卧式双面铣削组合机床液压传动V=6.3mL/min额定转速为n=1450r/min.估计泵的容积效率为门=0.85，当选用n=1400r/min的驱动电动机时，泵的流量为q=Vn门=6.3*1400*0.85=7.41L/min由工况图可知，最大功率出现在逆铣的快进，快退阶段，查[5]p87取泵的总效率为门=0.75贝IJP=Pq=1.03x106x7.4x10-3=169.38wnq0.75x60b查[5]p175表1-99选用电机型号：Y90s-4型封闭式三相异步电动机满足上述要求，其转速为1400r/min额定功率为1.1KW根据所选择的液压泵规格及系统工作情况，可算出液压缸在各阶段实际进出流量，运动速度和持续时间（见表4-2），从而为其他液压元件的选择及系统的性能计算奠定基础。表4-2液压缸在各阶段的实际进出流量，运动速度和持续时间工作阶段流量（L/min）速度（m/s）时间（s）顺铣快进6.5V=/A= 6.5x10-3p 18.6x10-4x60=0.05_L=(1.05-0.8)/2=0.1诺 3.51035min工进0.17V=/A=0.17x10-3qp 18.6x10-4x60t=虹=°.8=8.5min2—V20.094=0.002快进6.5V1=q/A==0.05t=t=0.035min逆铣快退7.6V=q/A= 7.6x1°-3p 18.6x10-4x60=0.068t=L=(1.05-0.8)/2=0.4诺 4.1403min工退0.17V=/A=0.17x10-3p 18.6x10-4x60=0.002t=t=8.5min快退7.6V=q/A=0.068t=t=0.03min（3）液压控制阀和部分液压辅助元件根据系统工作压力及通过各液压控制阀及部分元件的最大流量，查［5］所选择的元件型号规格如表4-3所示表4-3铣床在液压系统中控制阀和部分元件的型号规格序号名称通过流量（L/min）额定流量（L/min）压力损失型号规格1过滤器7.6160.2XU-B16*1002二位二通7.6150.14WE5D6.0/A

换向阀3三位四通电磁阀7.6150.24WE5E6.0/A4溢流阀7.6150.2D型直动式溢流阀5单项阀7.6150.2S10P06压力蓄电器-0.3-4-DP-40B7单向节流阀7.6100.28三位四通电磁阀7.6150.24WE5E6.0/A9调速阀6.5100.52FRM55管件由表4-3知油管的实际最大流量为7.6L/min，查［5］表5-2可取油管的允许流量为4m/min查［4］p17（1-10）可算出油管的管径dd=色=：4x7.6xl°T=6.4mm\兀v\兀x4x60可取内径为10mm，外径为18mm根据推荐可选10号无缝钢管，查［6］p352可得钢管的抗拉强度为412MPa安全系数n=8查［4］p17（1-11）对管子进行校核：风迎=2.11Q06x（18-2x2）xl03x8=op。加=0.血2g 2x412x106b所选的管子管厚安全。其他油管，可直接按所连接的液压元，辅件的接口尺寸决定其管径大小。6油箱查［4］p18公式1-12取£=6，按式算的液压系统中的邮箱容量为V=£q=6*7.6=45・6L7计算液压系统技术性能由于本系统的油管布局尚未确定，故只能估算阀类元件的压力损失。估算时，首先确定管道内液体流动状态，然后根据公式计算各种工况下的压力损失，现取进，回油管的长为l=2mm，油液运动黏度去V=1x10_4m2/s油液的密度取p=0.9174x103kg/m3判断流量状态在逆铣时的，快进快退时回油量最大q=7.6L/min，此时的油液雷诺数查[7]p175R=vd（7-1）代入公式（7-1）得：R=VD=包= 4x7.6x10一3 =506.6v兀dv60x10x10-3x1x10-4也为最大。因为最大的雷诺数小于临界雷诺2000，故可推出：各工况下的进，回油路中的油液的流动状态全为层流。7・1计算系统的压力损失将层流动状态沿程阻力系数75_75兀dv人=——= R 4qe和油液在管道内流速4qv= 兀d2同时代人沿程压力损失计算公式得：

4x75pvl 4x75x0.9174x103x1*10-4x2087质q=—2x3.14x（10*10-3）4q= 7109q可见，沿程压力损失的大小及流量成正比，这是有层流流动所决定的。在管道结构尚未确定的情况下，管道的局部压力损失彦=0.1P1即Pv=Pnq2n计算各工况下的阀类元件的局部压力损失液压系统在快进，工进和快退工况下的压力损失计算如下：7.1.1」快进Zpi,=°.87x109q=0.87x109x7^x10-6=0.11MPaZpgi=Z0.1*p=0.1x0.11MPa=0.011MPaliZPviZPvi0.2x2+0.1x=0.101MPaZp,=Zp〃+Zpg+Zpi=0.11+0.011+0.101=0.323MPa在回油路上，压力损失分别为

£p.=0.87x109q=0.87x109乂";才x10_6=0.11MPa£庆i=£0.1xp=0.011MPali£ =05(6.5Vs(7.6)2乙p=0.5x +0.2xv 110J "15J=0.262MPa£p£p=£p+£0 li+£pvi=0.11+0.011+0.262=0.482MPa=0.323+0.482=0.805MPa此值及上面计算的数值基本相符，故不必重算7.1.2工进油液通过电磁阀3,调速阀8,调速阀9进入液压缸，在回路上，油液通过单向阀5,电磁阀3.若忽略管道的沿程损失和局部损失，则进油路上的总压力损失为£p=£p=0.2x［74+0.5x［竺］ivi"15J "10J=0.262MPa在回油路中的压力损失为£p=£pvi=0.262MPa07.1.3快退由于快进时及快退时的输入流量相同且快进快退所用的液压器件相同所以快退时的进油路上的压力损失即为快进时回油路上的压力损失Ep=Ep=0.482MPai 0快进回油路压力损失即为快进时进油路上的压力损失0・323MPa此值及上面计算的数值基本相符，故不必重算7.1.4确定系统调整压力根据上述计算可知：液压泵即溢流阀的调整压力快进阶段系统工作和压力损失和即为〃>1.63+0.323=1.953MPapp—