單面多軸組合機(jī)床液壓滑臺液壓系統(tǒng)設(shè)計方案

1、1設(shè)計要求要求設(shè)計的動力滑臺實(shí)現(xiàn)的工作循環(huán)是：快進(jìn)工進(jìn)快退停止。主要性能參數(shù)與性能要求如下：切削阻力FL=30468N ；運(yùn)動部件所受重力G=9800N ；快進(jìn)、快退速度1= 3=0.1m/s，工進(jìn)速度2=0.88 ×10-3m/s ；快進(jìn)行程L1=100mm ，工進(jìn)行程L2=50mm ；往復(fù)運(yùn)動的加速時間t=0.2s；動力滑臺采用平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù) s=0.2，動摩擦系數(shù) d=0.1。液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件選為液壓缸。2負(fù)載與運(yùn)動分析(1) 工作負(fù)載 工作負(fù)載即為切削阻力 FL=30468N 。(2) 摩擦負(fù)載 摩擦負(fù)載即為導(dǎo)軌的摩擦阻力：靜摩擦阻力動摩擦阻力(3) 慣性負(fù)載(4) 運(yùn)動

2、時間快進(jìn)工進(jìn)快退設(shè)液壓缸的機(jī)械效率cm=0.9，得出液壓缸在各工作階段的負(fù)載和推力，如表1所列。表1液壓缸各階段的負(fù)載和推力工況負(fù)載組成液壓缸負(fù)載 F/N液壓缸推力F0=F/ cm/N啟 動19602180加速14801650快進(jìn)9801090工進(jìn)3 14483494219602180反向啟 dong14801650加速9801090快退圖 1 F-t與 -t圖根據(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-t 和速度循環(huán)圖t2.2 確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)1初選液壓缸工作壓力所設(shè)計的動力滑臺在工進(jìn)時負(fù)載最大，在其它工況負(fù)載都不太高，參考表2和表 3，初選液壓缸的工作壓力 p1=

3、4MPa 。2計算液壓缸主要尺寸鑒于動力滑臺快進(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/KN<5510102020303050>50工作壓力 /MPa<0.811.522.5334455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)械液壓機(jī)大中型小型工程挖掘機(jī)重型機(jī)機(jī)械建筑械起重運(yùn)輸機(jī)機(jī)械液壓械鑿巖機(jī)磨床組合機(jī)床龍門刨床拉床工作壓力 /MPa0.8235288101018

4、2032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 /MPa 5.05.07.0 7.0d/D0.50.550.620.700.7表 6 按速比要求確定 d/D2/ 11.151.251.331.461.612d/D0.30.40.50.550.620.71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。由式 得則活塞直徑參考表 5及表 6，得

5、 d 0.71D =77mm ，圓整后取標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值得D=110mm ， d=80mm 。由此求得液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積為根據(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。表7液壓缸在各階段的壓力、流量和功率值工況推力 F0/N 回油腔壓力 p2/MPa進(jìn)油腔壓力p1/MPa輸入流量q×10-3/m3/s輸計算公式入功率P/KW快進(jìn)啟動21800.43加速1650p1+ p0.77恒速1090p1+ p0.660.50.33工進(jìn)349420.63.960.84 ×10-20.0321800.493快退啟動加速16

6、500.51.43恒速10900.51.310.450.59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。2.3 擬定液壓系統(tǒng)原理圖1選擇基本回路圖 2 液壓缸工況圖(1) 選擇調(diào)速回路由圖 2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)。(2) 選擇油源形式從工況圖可以清楚看出，在工作循環(huán)內(nèi)，液壓缸要求油源提供快進(jìn)、快退

7、行程的低壓大流量和工進(jìn)行程的高壓小流量的油液。最大流量與最小流量之比 qmax/qmin=0.5/(0.84 10×-2) 60；其相應(yīng)的時間之比 (t1+t3)/t2=(1+1.5)/56.8=0.044 。這表明在一個工作循環(huán)中的大部分時間都處于高壓小流量工作。從提高系統(tǒng)效率、節(jié)省能量角度來看，選用單定量泵油源顯然是不合理的，為此可選用限壓式變量泵或雙聯(lián)葉片泵作為油源?？紤]到前者流量突變時液壓沖擊較大，工作平穩(wěn)性差，且后者可雙泵同時向液壓缸供油實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動，最后確定選用雙聯(lián)葉片泵方案，如圖 2a所示。(3) 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

8、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2b所示。(4) 選擇速度換接回路由于本系統(tǒng)滑臺由快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)時，速度變化大（1/ 2=0.1/(0.8810×-3)114），為減少速度換接時的液壓沖擊，選用行程閥控制的換接回路，如圖2c所示。(5) 選擇調(diào)壓和卸荷回路在雙泵供油的油源形式確定后，調(diào)壓和卸荷問題都已基本解決。即滑臺工進(jìn)時，高壓小流量泵的出口壓力由油源中的溢流閥調(diào)定，無需另設(shè)調(diào)壓回路。在滑臺工進(jìn)和停止時，低壓大流量泵通過液控順序閥卸荷，高壓小流量泵在滑

9、臺停止時雖未卸荷，但功率損失較小，故可不需再設(shè)卸荷回路。圖 2 選擇的基本回路2組成液壓系統(tǒng)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 3所示。在圖 3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 6。為了避免機(jī)床停止工作時回路中的油液流圖 3 整理后的液壓系統(tǒng)原理圖回油箱，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 13?？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)了一個壓力繼電器14。當(dāng)滑臺碰上死擋塊后，系統(tǒng)壓力升高，它發(fā)出快退信號，操縱電液換向閥換向。2.4 計

10、算和選擇液壓件1確定液壓泵的規(guī)格和電動機(jī)功率(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=3.96MPa ，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=0.6MPa，考慮到壓力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=1.43MPa ，比快進(jìn)時大。考慮到快退時進(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)油路上的總壓力損失 ?p=0.3MPa，則大流量泵的最高工作壓力估算為(2) 計算液壓泵的流量由表 7可知，油源向液壓缸輸入的最大流量為0.5 ×10-3 m3/s，若取回路泄漏系數(shù)K=1.1 ，則兩個泵的總流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 0.84 ×10-5 m3/s =0.5L/min ，則小流量泵的流量最少應(yīng)為 3.5L/min 。(3) 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)值查閱產(chǎn)品樣本，并考慮液壓泵存在容積損失，最后確定選取PV2R12-6/33 型雙聯(lián)葉片泵。其小流量泵和大流量泵的排量分別為 6mL/r 和 33mL/r ，當(dāng)液壓泵的轉(zhuǎn)速 np=940r/min