臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)

1、引言本設(shè)計主要是為設(shè)計組合機(jī)床動力滑臺液壓傳動系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)應(yīng)用在機(jī)床中，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)床自動進(jìn)給。而且可以使機(jī)床的運(yùn)動更平衡，加工精度更高，效率更高，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)床的自動化。 鉆孔組合機(jī)床是以系列化，標(biāo)準(zhǔn)化的通用部件為基礎(chǔ)，配以少量的專用部件組成的專用機(jī)床，適于對產(chǎn)品大批大量，一面或多面同時成組多加工的高效機(jī)加工設(shè)備。液壓動力滑臺是其重要組成部件。通過本題目設(shè)計訓(xùn)練，使我們?nèi)媸煜ぜ庸すに嚕毒?，切削用量，組合機(jī)床，液壓動力滑臺組成和工作原理。在此基礎(chǔ)上，完成給定參數(shù)的動力滑臺液壓系統(tǒng)設(shè)計。目錄一、設(shè)計要求及工況分析111設(shè)計要求11.2負(fù)載與運(yùn)動分析1二、液壓系統(tǒng)主要參數(shù)確定22.1初選液壓缸工

2、作壓力22.2計算液壓缸主要尺寸2三、擬定液壓系統(tǒng)原理圖53.1主體方案的確定53.2基本回路確定53.3液壓系統(tǒng)原理圖綜合8四、計算和選擇液壓元，件94.1確定液壓泵的規(guī)格和電動機(jī)功率94.2確定其它元件及輔件10五、驗(yàn)算系統(tǒng)發(fā)熱與溫升12六、設(shè)計小結(jié)1314臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)一、設(shè)計要求及工況分析11設(shè)計要求技術(shù)參數(shù)：某設(shè)計一臺臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)，要求完成工件的定位與夾緊，所需夾緊力不得超過6000N。機(jī)床快進(jìn)快退速度約為6 mmin，工進(jìn)速度可在30120mmmin范圍內(nèi)無級調(diào)速, 快進(jìn)行程為200mm，工進(jìn)行程為50mm，最大切削力為25kN，運(yùn)動部件總重量

3、為15 kN，加速（減速）時間為0.1s，采用平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)為0.2，動摩擦系數(shù)為0.1。該系統(tǒng)工作循環(huán)為：快進(jìn)工進(jìn)快退停止1.2負(fù)載與運(yùn)動分析1.2.1 負(fù)載分析已知工作負(fù)載 按啟動換向時間和運(yùn)動部件重量計算得到慣性負(fù)載摩擦阻力取液壓缸的機(jī)械效率，得出液壓缸各工作階段的負(fù)載值，見表1所列。表1液壓缸各階段的負(fù)載和推力工況計算公式缸的負(fù)載F/N缸的推力F/N啟動加速45304768快進(jìn)15001579工進(jìn)2650027894快退15001579根據(jù)液壓缸在上述各階段內(nèi)的負(fù)載和運(yùn)動時間，即可繪制出負(fù)載循環(huán)圖F-s 和速度循環(huán)圖-s，如圖1和圖2所示。圖1圖2二、液壓系統(tǒng)主要參數(shù)確定2.1初選

4、液壓缸工作壓力根據(jù)要求可確定液壓缸為差動式液壓缸。經(jīng)負(fù)載分析和計算可知液壓缸驅(qū)動的最大負(fù)載是在工進(jìn)階段為29444N由參考表2和表3，初選液壓缸的工作壓力p1=4MPa。2.2計算液壓缸主要尺寸2.2.1 初選液壓缸的工作壓力鑒于動力滑臺快進(jìn)和快退速度相等，這里的液壓缸可選用單活塞桿式差動液壓缸（A1=2A2），快進(jìn)時液壓缸差動連接。工進(jìn)時為防止孔鉆通時負(fù)載突然消失發(fā)生前沖現(xiàn)象，液壓缸的回油腔應(yīng)有背壓，參考表4選此背壓為p2=0.6MPa。表2 按負(fù)載選擇工作壓力負(fù)載/ KN50工作壓力/MPa0.811.522.5334455表3 各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力機(jī)械類型機(jī) 床農(nóng)業(yè)機(jī)械小型工程機(jī)械

5、建筑機(jī)械液壓鑿巖機(jī)液壓機(jī)大中型挖掘機(jī)重型機(jī)械起重運(yùn)輸機(jī)械磨床組合機(jī)床龍門刨床拉床工作壓力/MPa0.82352881010182032表4 執(zhí)行元件背壓力系統(tǒng)類型背壓力/MPa簡單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)0.20.5回油路帶調(diào)速閥的系統(tǒng)0.40.6回油路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng)0.51.5用補(bǔ)油泵的閉式回路0.81.5回油路較復(fù)雜的工程機(jī)械1.23回油路較短且直接回油可忽略不計表5 按工作壓力選取d/D工作壓力/MPa5.05.07.07.0d/D0.50.550.620.700.7表6 按速比要求確定d/D2/11.151.251.331.461.612d/D0.30.40.50.550.620.7

6、1注：1無桿腔進(jìn)油時活塞運(yùn)動速度；2有桿腔進(jìn)油時活塞運(yùn)動速度。2.2.2計算液壓缸結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)而由表4可確定工進(jìn)時的背壓力為Pb=0.51.5,我們?nèi)b=0.5MPa， =0.90根據(jù)差動缸定義有A1=2A2，則d=0.707D 由工進(jìn)工況下液壓的平衡力平衡方程,可得 液壓缸的內(nèi)徑 對D圓整，取D=100mm 由d=0.707D，經(jīng)過圓整得d=70mm計算出液壓缸的有效面積 工進(jìn)時采用調(diào)速閥調(diào)速，其最小穩(wěn)定流量，設(shè)計要求最低工進(jìn)速度，經(jīng)驗(yàn)算可知滿足式（9-1）要求。2.2.3.根據(jù)計算出的液壓缸的尺寸，可估算出液壓缸在工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率，如表7所列，由此繪制的液壓缸工況圖如圖3

7、所示。表7液壓缸在各階段的壓力、流量和功率值工況推力F/N回油腔壓力p2/MPa進(jìn)油腔壓力p1/MPa輸入流量q10-3/m3/s輸入功率P/KW計算公式快進(jìn)啟動加速4678P2=p1+0.51.73恒速1579p1+0.50.930.3850.36工進(jìn)278940.63.860.00390.01570.0150.06快退啟動加速46780.52.15恒速15790.51.3760.40.55注：1. p為液壓缸差動連接時，回油口到進(jìn)油口之間的壓力損失，取p=0.5MPa。2 快退時，液壓缸有桿腔進(jìn)油，壓力為p1，無桿腔回油，壓力為p2。三、擬定液壓系統(tǒng)原理圖3.1主體方案的確定由表7可知，本

8、系統(tǒng)屬于速度變化不大的小功率固定作業(yè)系統(tǒng)，因而首先考慮性能穩(wěn)定的雙定量泵供油，差動缸差動快進(jìn)和高速閥進(jìn)口節(jié)流高速的開式系統(tǒng)方案。這樣，既滿足液壓缸工進(jìn)的高壓小流量要求，既考慮了節(jié)能問題，又兼顧了工作可靠性問題。3.2基本回路確定3.2.1供油回路 按主題方案，供油回路采用雙定量泵供油回路，見圖4所示。圖43.2.2選擇調(diào)速回路 由圖4可知，這臺機(jī)床液壓系統(tǒng)功率較小，滑臺運(yùn)動速度低，工作負(fù)載為阻力負(fù)載且工作中變化小，故可選用進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路。為防止孔鉆通時負(fù)載突然消失引起運(yùn)動部件前沖，在回油路上加背壓閥。由于系統(tǒng)選用節(jié)流調(diào)速方式，系統(tǒng)必然為開式循環(huán)系統(tǒng)。3.2.3 選擇速度換接回路 由于本系統(tǒng)滑

9、臺由快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn) 時，速度變化大（v1/v2=0.1/(0.810-3）=125),為減少速度換接時的液壓沖擊，選用行程閥制的換接回路，如圖5所示。圖53.2.4 選擇快速運(yùn)動和換向回路 本系統(tǒng)已選定液壓缸差動連接和雙泵供油兩種快速運(yùn)動回路實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動?？紤]到從工進(jìn)轉(zhuǎn)快退時回油路流量較大，故選用換向時間可調(diào)的電液換向閥式換向回路，以減小液壓沖擊。由于要實(shí)現(xiàn)液壓缸差動連接，所以選用三位五通電液換向閥，如圖6所示。 圖63.2.5 方向控制回路為了滿足液壓缸停止，啟動，換向和液壓缸差動控制，圖6給出了利用三位五通電液換向閥為主的方向控制回路。圖中的單向閥建立了電液換向閥所需的控制壓力。3.2.6選

10、擇定位夾緊回路 此回路采用順序閥控制的順序動作回路，圖7所示。這種回路采用了單向自控順序閥對兩缸進(jìn)給和退回雙向順序控制，起到先定位，夾夾緊再松開，后拔定位銷原位停止的功能。緊再松開，后拔定位銷原位停止的功能。圖73.3液壓系統(tǒng)原理圖綜合將上面選出的液壓基本回路組合在一起，并經(jīng)修改和完善，就可得到完整的液壓系統(tǒng)工作原理圖，如圖8所示。在圖8中，為了解決滑臺工進(jìn)時進(jìn)、回油路串通使系統(tǒng)壓力無法建立的問題，增設(shè)了單向閥。為了避免機(jī)床停止工作時回路中的油液流回油箱，導(dǎo)致空氣進(jìn)入系統(tǒng)，影響滑臺運(yùn)動的平穩(wěn)性，圖中添置了一個單向閥7?？紤]到這臺機(jī)床用于鉆孔（通孔與不通孔）加工，對位置定位精度要求較高，圖中增設(shè)

11、了一個壓力繼電器10。圖8四、計算和選擇液壓元，輔件4.1確定液壓泵的規(guī)格和電動機(jī)功率4.1.1計算液壓泵的最大工作壓力小流量泵在快進(jìn)和工進(jìn)時都向液壓缸供油，由表7可知，液壓缸在工進(jìn)時工作壓力最大，最大工作壓力為p1=3.86MPa，如在調(diào)速閥進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路中，選取進(jìn)油路上的總壓力損失p=1MPa，繼電器的可靠動作要求壓差Dpe=0.5MPa，則小流量泵的最高工作壓力估算為 p+Dpe=3.86+1+0.5=5.36MPa大流量泵只在快進(jìn)和快退時向液壓缸供油，由表7可見，快退時液壓缸的工作壓力為p1=1.73MPa，比快進(jìn)時大?？紤]到快退時進(jìn)油不通過調(diào)速閥，故其進(jìn)油路壓力損失比前者小，現(xiàn)取進(jìn)

12、油路上的總壓力損失p=0.5MPa，則大流量泵的最高工作壓力估算為P1+P=1.73+0.5=2.23 MPa4.1.2計算液壓泵的流量由表7可知，液壓缸快進(jìn)時所需最大流量為0.38510-3 m3/s ，若取回路泄漏系數(shù)K=1.1，則泵的最小供油量為考慮到溢流閥的最小穩(wěn)定流量為3L/min，工進(jìn)時的流量為0.76810-5 m3/s =0.45L/min，則小流量泵的流量最少應(yīng)為3.45L/min。4.13確定液壓泵的規(guī)格和電動機(jī)功率根據(jù)以上壓力和流量數(shù)值查閱手冊可知，并考慮液壓泵存在容積損失，最后確定選取PV2R12-6/26型雙聯(lián)葉片泵。其轉(zhuǎn)速為，容積效率時，雙聯(lián)泵同時供油流量為；而由表

13、7得知，液壓缸在快退時輸入功率最大，若取液壓泵總效率p=0.8，這時液壓泵的驅(qū)動電動機(jī)功率為W根據(jù)此數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，選用規(guī)格相近的Y100L6型電動機(jī)，其額定功率為1.5KW，額定轉(zhuǎn)速為940r/min。4.2確定其它元件及輔件4.2.1 確定閥類元件及輔件根據(jù)系統(tǒng)的最高工作壓力和通過各閥類元件及輔件的實(shí)際流量，查閱產(chǎn)品樣本，選出的閥類元件和輔件規(guī)格如表8所列。其中，溢流閥4按小流量泵的額定流量選取，調(diào)速閥13選用Q6B型，其最小穩(wěn)定流量為0.03 L/min，小于本系統(tǒng)工進(jìn)時的流量0.5L/min。表8液壓元件規(guī)格及型號元件名稱通過的最大流量q/L/min型號額定流量q/L/min額定壓力

14、/MPa額定壓降/MPa油箱160-濾油器29.6XU80200100160.3雙聯(lián)葉片泵PV2R12-6/263.45/25.4117.5溢流閥5.1YF3-E10B1016壓力表開關(guān)K6B14單向閥57.4AF3-Ea10B63160.2三位五通電液換向閥57.435DY100BY63160.3調(diào)速閥1AXQF-E10B616行程閥50.422C100BH63160.3壓力繼電器PFB8L14液壓缸-二位四通電磁換向閥57.435DYF3Y-E10B63160.3順序閥1XF3-E10B63160.3壓力繼電器PFB8L14液壓缸-液壓缸-*注：此為電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速為940r/min時的流量

15、。4.2.2 確定油管在選定了液壓泵后，液壓缸在實(shí)際快進(jìn)、工進(jìn)和快退運(yùn)動階段的運(yùn)動速度、時間以及進(jìn)入和流出液壓缸的流量，與原定數(shù)值不同，重新計算的結(jié)果如表9所列。表9各工況實(shí)際運(yùn)動速度、時間和流量快進(jìn)工進(jìn)快退表10允許流速推薦值管道推薦流速/(m/s)吸油管道0. 51.5，一般取1以下壓油管道36，壓力高，管道短，粘度小取大值回油管道1. 53 由表9可以看出，液壓缸在各階段的實(shí)際運(yùn)動速度符合設(shè)計要求。根據(jù)表9數(shù)值，按表10推薦的管道內(nèi)允許速度取=4 m/s，由式計算得與液壓缸無桿腔和有桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為為了統(tǒng)一規(guī)格，按產(chǎn)品樣本選取所有管子均為內(nèi)徑20mm、外徑28mm的10號冷拔鋼管

16、。4.2.3確定油箱油箱的容量按式估算，其中為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，低壓系統(tǒng)，=24；中壓系統(tǒng)，=57；高壓系統(tǒng)，=612?，F(xiàn)取=4，得五、驗(yàn)算系統(tǒng)發(fā)熱與溫升由于工進(jìn)在整個工作循環(huán)中占96%，所以系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升可按工進(jìn)工況來計算。在工進(jìn)時，大流量泵經(jīng)液控順序閥7卸荷，其出口壓力即為油液通過液控順序閥的壓力損失：液壓系統(tǒng)的總輸入功率即為液壓泵的輸入功率：工進(jìn)時液壓缸輸出的有效功率： 由此可計算出系統(tǒng)的功率損失為： 油箱散熱面積A為取油箱的散熱系數(shù) 這個溫升小于機(jī)床油液和油箱允許溫升，所以不需要強(qiáng)制散熱。六、設(shè)計小結(jié)本次的課程設(shè)計已經(jīng)結(jié)束，在這樣的一個過程中我是學(xué)到了不少的東西，通過自己的動手計算，我加深了公式的運(yùn)用，而且對于回路的選擇也有了一定的理解，但是在這個過程中間，我發(fā)覺了自己的很多不足和缺點(diǎn)，而且知識的掌握程度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)的不夠，所以