液壓夾具設(shè)計(jì)計(jì)算說明書

1、一、設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)一臺(tái)鉆鏜兩用組合機(jī)床的液壓系統(tǒng)。要求液壓系統(tǒng)完成“快進(jìn)工進(jìn)死擋塊停留快退原位停止和工件的定位與夾緊，拔銷與放松”。機(jī)床的快進(jìn)與快退速度為4m/min，工進(jìn)要求能在20100mm/min范圍內(nèi)無級(jí)調(diào)速，最大行程為400mm（其中工作行程為200mm），最大切削力為12000n，運(yùn)動(dòng)部件自重2000n，導(dǎo)軌為平導(dǎo)軌。工件所需夾緊力不超過5000n，最小不得低于3300n，其夾緊缸的行程為40mm，由松開到夾緊的時(shí)間，啟動(dòng)換向時(shí)間取。2、 液壓系統(tǒng)參數(shù)的確定及液壓缸工況圖的繪制（1） 工況分析和負(fù)載圖的編制1、 運(yùn)動(dòng)分析2、 液壓的負(fù)載分析（1） 工作負(fù)載鉆鏜兩用組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的

2、工作負(fù)載為切削力，由進(jìn)給液壓缸承受，最大工作負(fù)載為，夾緊工作負(fù)載最大值為，由夾緊液壓缸承受。（2） 摩擦阻力因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)部件是臥式放置，重力的水平分力為零，導(dǎo)軌的正壓力等于運(yùn)動(dòng)部件的重力；選擇靜摩擦系數(shù)為，動(dòng)摩擦系數(shù)為，其摩擦阻力為：靜摩擦阻力動(dòng)摩擦阻力（3） 慣性阻力進(jìn)給液壓缸的慣性阻力為：（4） 重力進(jìn)給系統(tǒng)各部件采用臥式安裝，根據(jù)以上分析，忽略切削力產(chǎn)生的傾覆力矩對(duì)導(dǎo)軌摩擦力的影響，并設(shè)進(jìn)給液壓缸的機(jī)械效率為，夾緊液壓缸機(jī)械效率為（傳遞靜壓力），則液壓缸在機(jī)床動(dòng)作循環(huán)的各個(gè)階段的負(fù)載情況如下表所示：表一：液壓缸各個(gè)階段負(fù)載工況計(jì)算公式液壓缸負(fù)載f（n）液壓缸推力f/(n)夾緊50005000

3、啟動(dòng)400444.4加速268.03297.8快進(jìn)200222.2工進(jìn)1220013555.6快退200222.23、 負(fù)載圖和速度圖（1） 夾緊液壓缸工作時(shí)，液壓缸的推力可以看做恒定值（3300n5000n范圍之內(nèi)的某一個(gè)數(shù)值），而在松開時(shí)液壓缸的推力主要用來平衡系統(tǒng)的摩擦阻力，其負(fù)載很小，另外整個(gè)工作過程中液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度沒有嚴(yán)格的要求，運(yùn)動(dòng)工況較簡(jiǎn)單，因此不必繪制其工況圖。（2） 根據(jù)進(jìn)給液壓缸的工況負(fù)載繪制的負(fù)載圖如下所示：根據(jù)進(jìn)給液壓缸的工況負(fù)載繪制的速度圖如下所示：（2） 初步確定液壓缸的參數(shù)1、 液壓缸的工作壓力進(jìn)給液壓缸的最大載荷為13555.6n，參考表二和表三，選取液壓缸的

4、工作壓力為p1=3mpa。表二：不同負(fù)載條件下的工作壓力負(fù)載 f/ n50000液壓缸工作壓力 / mpa0.811.522.53344557表三：常用液壓設(shè)備工作壓力設(shè)備類型機(jī)床農(nóng)業(yè)機(jī)械小型工程機(jī)械液壓機(jī)挖掘機(jī)重型機(jī)械啟重機(jī)械磨床車、銑、刨床組合機(jī)床 拉床龍門刨床工作壓力 / mpa082243510101520322、 計(jì)算液壓缸的尺寸由于機(jī)床要求進(jìn)給部件快進(jìn)與快退的速度相等，快進(jìn)、工進(jìn)階段采用差動(dòng)連接，這里選用單桿式的液壓缸，無桿腔和有桿腔實(shí)際有效面積a1、a2滿足a1=2a2，則有d=0.707d。在液壓缸的回油路上安裝背壓閥進(jìn)行背壓，防止工件在加工過程中突然前沖，根據(jù)表四選取背壓力為

5、p2=0.8mpa。表四：液壓系統(tǒng)中背壓力的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)系統(tǒng)類型背壓/mpa中、低壓系統(tǒng)（08mpa）簡(jiǎn)單系統(tǒng)和一般輕載的節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)0.2 0.5回油路帶調(diào)速閥的節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)0.5 0.8回油路帶背壓閥0.5 1.5采用帶補(bǔ)油泵的閉式回路0.81.5中、高壓系統(tǒng)（816mpa）同上比中、低壓系統(tǒng)高（50100）%高壓系統(tǒng)（1632mpa）如鍛壓機(jī)械系統(tǒng)初算時(shí)背壓可忽略不計(jì)根據(jù)機(jī)床在工進(jìn)階段的最大負(fù)載可求得液壓缸無桿腔面積a1和有桿腔面積a2滿足：p1a1-p2a2=fmax ，其中fmax=13555.6n又因?yàn)閍1=2a2所以 則液壓缸的內(nèi)徑d為：根據(jù)無桿腔面積和有桿腔面積的關(guān)系式a1=2a2

6、，可得到液壓缸活塞桿的直徑d為：根據(jù)表五將液壓缸的內(nèi)徑和活塞桿的直徑分別圓整到相近的標(biāo)準(zhǔn)值為：d=8cm，d=5.5cm表五：液壓缸的主要參數(shù)根據(jù)圓整后的液壓缸直徑和活塞桿直徑，可得液壓缸無桿腔和有桿腔的實(shí)際有效工作面積分別為：查樣本知調(diào)速閥（q-10bq-100b）的最小穩(wěn)定流量為 ：，且液壓缸的工進(jìn)速度v=0.02m/min為最小速度，則 驗(yàn)算液壓缸的有效作用面積，即a1=50.27cm225cm2 a2=26.49cm225cm2由此可見，這類調(diào)速閥無論是放在進(jìn)油路還是放在回油路上，液壓缸的有效作用面積a1、a2均滿足工作部件最低穩(wěn)定速度的要求。3、 計(jì)算液壓缸工作循環(huán)各階段的壓力、流量

7、和功率根據(jù)液壓缸的負(fù)載圖和速度圖及液壓缸的有效工作面積，可以計(jì)算出液壓缸在工作循環(huán)各個(gè)階段的壓力、流量和功率。當(dāng)液壓缸做差動(dòng)連接快進(jìn)時(shí)，由于管路中有壓力損失，液壓缸有桿腔中的壓力必須大于無桿腔，此處選管路壓力損失p=0.5mpa。表六：液壓缸各階段工作壓力工況負(fù)載f（n）計(jì)算公式進(jìn)油腔壓力p1（mpa）回油腔壓力p2(mpa)快進(jìn)差動(dòng)啟動(dòng)444.40.7439加速297.80.68221.1822恒速222.20.65031.1503工進(jìn)13555.63.1180.8(背壓壓力)快退啟動(dòng)444.40.1678加速297.81.06130.5恒速222.21.03270.5 表七：液壓缸各階段的

8、輸入流量工況工作速度v(m/min)計(jì)算公式輸入流量q(l/min)快進(jìn)49.512工進(jìn)0.020.10.10.5027快退410.60表八：液壓缸各階段輸入功率工況輸入壓力p1（mpa）輸入流量q（l/min）計(jì)算公式輸入功率n（kw）快進(jìn)0.65039.5120.103工進(jìn)3.1180.10.50270.00520.02612快退1.032710.600.1824根據(jù)以上各表的值可以繪制出液壓缸的工況圖，如下圖所示：二、液壓系統(tǒng)圖的擬定根據(jù)組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)和工況分析，所設(shè)計(jì)機(jī)床對(duì)調(diào)速范圍、低速穩(wěn)定性有一定要求，因此速度控制是該機(jī)床要解決的主要問題。速度的換接、調(diào)節(jié)、和穩(wěn)定性是該機(jī)

9、床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心。同時(shí)，本液壓系統(tǒng)要求能夠完成定位、夾緊以及拔銷、放松的工步，對(duì)液壓系統(tǒng)各個(gè)元器件動(dòng)作的順序性和協(xié)調(diào)性要求較高。此外，與所有液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求一樣，該組合機(jī)床液壓系統(tǒng)應(yīng)盡可能結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，節(jié)約能源，工作可靠。2.1速度控制回路的選擇從液壓缸的工況圖中p-l曲線得知，所設(shè)計(jì)組合機(jī)床液壓系統(tǒng)在整個(gè)工作循環(huán)過程中所需要的功率較小，滑臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度較低，因此考慮采用節(jié)流調(diào)速的形式。從液壓缸的p-l和q-l曲線得知，液壓系統(tǒng)的工作主要是由低壓大流量和高壓小流量?jī)蓚€(gè)階段組成，從提高系統(tǒng)效率，節(jié)約能源出發(fā)，采用單個(gè)定量泵的油源顯然不合適，大好的速度剛性和較大的調(diào)速范圍（100左右）?；赜吐飞霞颖硥洪y可防止空氣滲入系統(tǒng)，并能使滑臺(tái)承受負(fù)向的負(fù)載。該機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)要求有較好的低速穩(wěn)定性和速度-負(fù)載特性，因此有三種速度控制方案可以選擇，即進(jìn)口節(jié)流調(diào)速、出口節(jié)流調(diào)速、限壓式變量泵加調(diào)速閥的容積節(jié)流調(diào)速。鉆鏜加工屬于連續(xù)切削加工，加工過程中切削力變化不大，因此鉆削過程中負(fù)載變化不大，采用限