卧式单面多轴钻孔组合机床液压系统

1、引言本设计主要是为设计组合机床动力滑台液压传动系统。液压系统应用在机床中，可以实现机床自动进给。而且可以使机床的运动更平衡，加工精度更高，效率更高，从而实现机床的自动化。 钻孔组合机床是以系列化，标准化的通用部件为基础，配以少量的专用部件组成的专用机床，适于对产品大批大量，一面或多面同时成组多加工的高效机加工设备。液压动力滑台是其重要组成部件。通过本题目设计训练，使我们全面熟悉加工工艺，刀具，切削用量，组合机床，液压动力滑台组成和工作原理。在此基础上，完成给定参数的动力滑台液压系统设计。目录一、设计要求及工况分析111设计要求11.2负载与运动分析1二、液压系统主要参数确定22.1初选液压缸工

2、作压力22.2计算液压缸主要尺寸2三、拟定液压系统原理图53.1主体方案的确定53.2基本回路确定53.3液压系统原理图综合8四、计算和选择液压元，件94.1确定液压泵的规格和电动机功率94.2确定其它元件及辅件10五、验算系统发热与温升12六、设计小结1314卧式单面多轴钻孔组合机床液压系统一、设计要求及工况分析11设计要求技术参数：某设计一台卧式单面多轴钻孔组合机床液压系统，要求完成工件的定位与夹紧，所需夹紧力不得超过6000N。机床快进快退速度约为6 mmin，工进速度可在30120mmmin范围内无级调速, 快进行程为200mm，工进行程为50mm，最大切削力为25kN，运动部件总重量

3、为15 kN，加速（减速）时间为0.1s，采用平导轨，静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1。该系统工作循环为：快进工进快退停止1.2负载与运动分析1.2.1 负载分析已知工作负载 按启动换向时间和运动部件重量计算得到惯性负载摩擦阻力取液压缸的机械效率，得出液压缸各工作阶段的负载值，见表1所列。表1液压缸各阶段的负载和推力工况计算公式缸的负载F/N缸的推力F/N启动加速45304768快进15001579工进2650027894快退15001579根据液压缸在上述各阶段内的负载和运动时间，即可绘制出负载循环图F-s 和速度循环图-s，如图1和图2所示。图1图2二、液压系统主要参数确定2.1初选

4、液压缸工作压力根据要求可确定液压缸为差动式液压缸。经负载分析和计算可知液压缸驱动的最大负载是在工进阶段为29444N由参考表2和表3，初选液压缸的工作压力p1=4MPa。2.2计算液压缸主要尺寸2.2.1 初选液压缸的工作压力鉴于动力滑台快进和快退速度相等，这里的液压缸可选用单活塞杆式差动液压缸（A1=2A2），快进时液压缸差动连接。工进时为防止孔钻通时负载突然消失发生前冲现象，液压缸的回油腔应有背压，参考表4选此背压为p2=0.6MPa。表2 按负载选择工作压力负载/ KN50工作压力/MPa0.811.522.5334455表3 各种机械常用的系统工作压力机械类型机 床农业机械小型工程机械

5、建筑机械液压凿岩机液压机大中型挖掘机重型机械起重运输机械磨床组合机床龙门刨床拉床工作压力/MPa0.82352881010182032表4 执行元件背压力系统类型背压力/MPa简单系统或轻载节流调速系统0.20.5回油路带调速阀的系统0.40.6回油路设置有背压阀的系统0.51.5用补油泵的闭式回路0.81.5回油路较复杂的工程机械1.23回油路较短且直接回油可忽略不计表5 按工作压力选取d/D工作压力/MPa5.05.07.07.0d/D0.50.550.620.700.7表6 按速比要求确定d/D2/11.151.251.331.461.612d/D0.30.40.50.550.620.7

6、1注：1无杆腔进油时活塞运动速度；2有杆腔进油时活塞运动速度。2.2.2计算液压缸结构参数进而由表4可确定工进时的背压力为Pb=0.51.5,我们取Pb=0.5MPa， =0.90根据差动缸定义有A1=2A2，则d=0.707D 由工进工况下液压的平衡力平衡方程,可得 液压缸的内径 对D圆整，取D=100mm 由d=0.707D，经过圆整得d=70mm计算出液压缸的有效面积 工进时采用调速阀调速，其最小稳定流量，设计要求最低工进速度，经验算可知满足式（9-1）要求。2.2.3.根据计算出的液压缸的尺寸，可估算出液压缸在工作循环中各阶段的压力、流量和功率，如表7所列，由此绘制的液压缸工况图如图3

7、所示。表7液压缸在各阶段的压力、流量和功率值工况推力F/N回油腔压力p2/MPa进油腔压力p1/MPa输入流量q10-3/m3/s输入功率P/KW计算公式快进启动加速4678P2=p1+0.51.73恒速1579p1+0.50.930.3850.36工进278940.63.860.00390.01570.0150.06快退启动加速46780.52.15恒速15790.51.3760.40.55注：1. p为液压缸差动连接时，回油口到进油口之间的压力损失，取p=0.5MPa。2 快退时，液压缸有杆腔进油，压力为p1，无杆腔回油，压力为p2。三、拟定液压系统原理图3.1主体方案的确定由表7可知，本

8、系统属于速度变化不大的小功率固定作业系统，因而首先考虑性能稳定的双定量泵供油，差动缸差动快进和高速阀进口节流高速的开式系统方案。这样，既满足液压缸工进的高压小流量要求，既考虑了节能问题，又兼顾了工作可靠性问题。3.2基本回路确定3.2.1供油回路 按主题方案，供油回路采用双定量泵供油回路，见图4所示。图43.2.2选择调速回路 由图4可知，这台机床液压系统功率较小，滑台运动速度低，工作负载为阻力负载且工作中变化小，故可选用进口节流调速回路。为防止孔钻通时负载突然消失引起运动部件前冲，在回油路上加背压阀。由于系统选用节流调速方式，系统必然为开式循环系统。3.2.3 选择速度换接回路 由于本系统滑

9、台由快进转为工进 时，速度变化大（v1/v2=0.1/(0.810-3）=125),为减少速度换接时的液压冲击，选用行程阀制的换接回路，如图5所示。图53.2.4 选择快速运动和换向回路 本系统已选定液压缸差动连接和双泵供油两种快速运动回路实现快速运动。考虑到从工进转快退时回油路流量较大，故选用换向时间可调的电液换向阀式换向回路，以减小液压冲击。由于要实现液压缸差动连接，所以选用三位五通电液换向阀，如图6所示。 图63.2.5 方向控制回路为了满足液压缸停止，启动，换向和液压缸差动控制，图6给出了利用三位五通电液换向阀为主的方向控制回路。图中的单向阀建立了电液换向阀所需的控制压力。3.2.6选

10、择定位夹紧回路 此回路采用顺序阀控制的顺序动作回路，图7所示。这种回路采用了单向自控顺序阀对两缸进给和退回双向顺序控制，起到先定位，夹夹紧再松开，后拔定位销原位停止的功能。紧再松开，后拔定位销原位停止的功能。图73.3液压系统原理图综合将上面选出的液压基本回路组合在一起，并经修改和完善，就可得到完整的液压系统工作原理图，如图8所示。在图8中，为了解决滑台工进时进、回油路串通使系统压力无法建立的问题，增设了单向阀。为了避免机床停止工作时回路中的油液流回油箱，导致空气进入系统，影响滑台运动的平稳性，图中添置了一个单向阀7。考虑到这台机床用于钻孔（通孔与不通孔）加工，对位置定位精度要求较高，图中增设

11、了一个压力继电器10。图8四、计算和选择液压元，辅件4.1确定液压泵的规格和电动机功率4.1.1计算液压泵的最大工作压力小流量泵在快进和工进时都向液压缸供油，由表7可知，液压缸在工进时工作压力最大，最大工作压力为p1=3.86MPa，如在调速阀进口节流调速回路中，选取进油路上的总压力损失p=1MPa，继电器的可靠动作要求压差Dpe=0.5MPa，则小流量泵的最高工作压力估算为 p+Dpe=3.86+1+0.5=5.36MPa大流量泵只在快进和快退时向液压缸供油，由表7可见，快退时液压缸的工作压力为p1=1.73MPa，比快进时大。考虑到快退时进油不通过调速阀，故其进油路压力损失比前者小，现取进

12、油路上的总压力损失p=0.5MPa，则大流量泵的最高工作压力估算为P1+P=1.73+0.5=2.23 MPa4.1.2计算液压泵的流量由表7可知，液压缸快进时所需最大流量为0.38510-3 m3/s ，若取回路泄漏系数K=1.1，则泵的最小供油量为考虑到溢流阀的最小稳定流量为3L/min，工进时的流量为0.76810-5 m3/s =0.45L/min，则小流量泵的流量最少应为3.45L/min。4.13确定液压泵的规格和电动机功率根据以上压力和流量数值查阅手册可知，并考虑液压泵存在容积损失，最后确定选取PV2R12-6/26型双联叶片泵。其转速为，容积效率时，双联泵同时供油流量为；而由表

13、7得知，液压缸在快退时输入功率最大，若取液压泵总效率p=0.8，这时液压泵的驱动电动机功率为W根据此数值查阅产品样本，选用规格相近的Y100L6型电动机，其额定功率为1.5KW，额定转速为940r/min。4.2确定其它元件及辅件4.2.1 确定阀类元件及辅件根据系统的最高工作压力和通过各阀类元件及辅件的实际流量，查阅产品样本，选出的阀类元件和辅件规格如表8所列。其中，溢流阀4按小流量泵的额定流量选取，调速阀13选用Q6B型，其最小稳定流量为0.03 L/min，小于本系统工进时的流量0.5L/min。表8液压元件规格及型号元件名称通过的最大流量q/L/min型号额定流量q/L/min额定压力

14、/MPa额定压降/MPa油箱160-滤油器29.6XU80200100160.3双联叶片泵PV2R12-6/263.45/25.4117.5溢流阀5.1YF3-E10B1016压力表开关K6B14单向阀57.4AF3-Ea10B63160.2三位五通电液换向阀57.435DY100BY63160.3调速阀1AXQF-E10B616行程阀50.422C100BH63160.3压力继电器PFB8L14液压缸-二位四通电磁换向阀57.435DYF3Y-E10B63160.3顺序阀1XF3-E10B63160.3压力继电器PFB8L14液压缸-液压缸-*注：此为电动机额定转速为940r/min时的流量

15、。4.2.2 确定油管在选定了液压泵后，液压缸在实际快进、工进和快退运动阶段的运动速度、时间以及进入和流出液压缸的流量，与原定数值不同，重新计算的结果如表9所列。表9各工况实际运动速度、时间和流量快进工进快退表10允许流速推荐值管道推荐流速/(m/s)吸油管道0. 51.5，一般取1以下压油管道36，压力高，管道短，粘度小取大值回油管道1. 53 由表9可以看出，液压缸在各阶段的实际运动速度符合设计要求。根据表9数值，按表10推荐的管道内允许速度取=4 m/s，由式计算得与液压缸无杆腔和有杆腔相连的油管内径分别为为了统一规格，按产品样本选取所有管子均为内径20mm、外径28mm的10号冷拔钢管

16、。4.2.3确定油箱油箱的容量按式估算，其中为经验系数，低压系统，=24；中压系统，=57；高压系统，=612。现取=4，得五、验算系统发热与温升由于工进在整个工作循环中占96%，所以系统的发热与温升可按工进工况来计算。在工进时，大流量泵经液控顺序阀7卸荷，其出口压力即为油液通过液控顺序阀的压力损失：液压系统的总输入功率即为液压泵的输入功率：工进时液压缸输出的有效功率： 由此可计算出系统的功率损失为： 油箱散热面积A为取油箱的散热系数 这个温升小于机床油液和油箱允许温升，所以不需要强制散热。六、设计小结本次的课程设计已经结束，在这样的一个过程中我是学到了不少的东西，通过自己的动手计算，我加深了公式的运用，而且对于回路的选择也有了一定的理解，但是在这个过程中间，我发觉了自己的很多不足和缺点，而且知识的掌握程度还远远的不够，所以