专用铣床工作台液压系统设计

1、专用铣床工作台液压系统设计一、 前言作为一种高效率的专用铣床， 在日常生活中， 广泛在大批量机械加工生产中应用。本次课程设计是以专用铣床工作台液压系统为例， 介绍该组合机床液压系统的设计方法及设计步骤， 其中包括工作台液压系统的工况分析、 主要参数确定、液压系统原理图的拟定、液压元件的选择以及系统性能验算等。?液压传动 ?课程设计是整个教学过程中最后一个综合性教学环节， 通过课程设计可以让我们了解液压传动系统设计的基本方法和设计要求， 提高我们运用所学理论知识解决具体工程技术问题的能力。 能根据设计任务要求， 按照正确的设计步骤，拟定出液压系统。二、设计技术要求及参数一台专用铣床的工作台拟采用

2、单杆液压缸驱动。 已知条件如下： 铣刀驱动电机功率为 P=7.5KW ，铣刀直径为 De=120mm，转速 n=350r/min 。工作台质量m1=400kg，工件及夹具最大质量为 m2=150kg。工作总行程为 Lz=400mm，其中工进行程为 Lg=100mm。快进和快退速度均为 vk=4.5m/min ，工进速度范围为vg=601000mm/min，往复运动时加、减速时间均为t=0.05s。工作台水平放置，导轨静摩擦系数为 s=0.2，动摩擦系数为 d=0.1,以下为该铣床工作台进给运动的半自动液压系统设计。三、确定动力原件、执行元件液压系统的动力原件是定量叶片泵，执行元件确定为液压缸

3、（主要运动是往复直线运动）。四、系统工况分析4.1 动力分析铣床工作台液压缸在快进阶段， 启动时的外负载是导轨静摩擦阻力； 加速的外负载是导轨动摩擦阻力和惯性力； 恒速时是动摩擦阻力； 在快退阶段的外负载是动摩擦阻力，由图 3-4 可知：铣床工作台液压缸在工进阶段的外负载是工作负载， 即刀具铣削力及动摩擦阻力。静摩擦负载Ffs=（ m1+m2）g=0.2x（400+150）g=1078(N)动摩擦负载Ffs=（ m1+m2）g=0.1x（400+150）g=539（ N）惯性负载Fi=（m1+m2）v（400 150）x4.5=825（N）t0.05 x60利用铣削力计算公式：Fi=T（其中，

4、 T 为负载转矩， T= P ）。De / 22n算得工作负载为 :TP / 2nP7.5103Fe=De / 2D e / 2 Den =120 10 3350 60 1 N·m =3410N·m取液压缸的机械效率 m=0.9，可算得工作台液压缸在各工况下的外负载和推力，一并列入表3-7.绘制出的负载循环图（ F-L 图）可见图 3-5。表 3-7铣床工作台液压缸外负载和推力计算结果外负载 F/N工况计算公式结果推力（ F/ m）/N启动F=Fst10781198加速F=Ffd+Fi13641515快进恒速F=Ffd539599工进F=Fe+Ffd39494388启动F=

5、Fst10781198加速F=Ffd+Fi13641515快退恒速F=Ffd5395994.2 运动分析根据设计要求，可直接画出液压缸的速度循环图（v-l 图），如图 3-6。五、计算液压系统主要参数并编制工况图5.1 预选系统设计压力专用铣床也归属半精加工机床， 参考表 1，预选液压缸的设计压力P1=3MPa。5.2 计算液压缸主要结构尺寸由于设计要求工作台快速进退速度相等，故选用单杆差动连接液压缸，使缸的无杆腔与有杆腔的有效面积A1 与 A2 保持关系A1 =2 A2 ，即杆 d 和缸径 D 满足d=0.707D。经查表 3，取背压为 0.8MPa。从满足最大推力出发，可算得液压缸无杆腔的

6、有效面积：A1FO4388m21.6910 3 m216.9cm2( P11 P2)(3 0.8) 10622液压缸内径：D4 A141.69 10 3m0.0464m46.4mm按 GB/T2348-1993（表 2），将液压缸内径圆整为 D=50mm=5cm。径圆整为 d=36mm=3.6cm。则液压缸实际有效面积为：A1D23.1450 21963（ mm2 ）44A24 (D2d 2 )x（502 - 362） 946 （ mm2 ）4A= A1 - A2 =1017（ mm2 ）5.3 编制液压缸的工况图根据上述条件，经计算液压缸工作循环中各阶段的压力、流量和功率如下：压力a、快进阶

7、段的液压缸压力启动时，P1FA2P119801.18( MPa )=A=1017加速时，P1FA2P1515946 x0.5(差动回路中一般取被压=A=1.95( MPa )1017为 0.5Mp)恒速时，FA2P599946x0.5P1 =A=1.05(MPa )1017b、工进阶段的液压缸力P2= FA2 P2= 4388946x 0.82.62( MPa)A11017c、快退阶段的液压缸压力启动时， P1 = FA1P2 =119801.27( MPa )A2946加速时， P1 = FA1 P2= 15151963x0.52.64(MPa )A2946恒速时， P1 = FA1 P2=

8、 5991963x0.51.67( MPa )A2946流量a、快进（恒速时）阶段的流量q= A vk=1017x4.5x103 x 10 6 =4.58（ L/min ）b、工进阶段的流量qmax= A1 vg=1963x1000x10 6 =1.96（L/min ）qmin=A1 vg=1963x60x106=0.12（ L/min ）c、快退（恒速时）阶段的流量q=A2 vk=946x4.5x 106 x 103=4.26（L/min ）功率a、快进（恒速时）阶段的功率P= P103 /60=80.2（ W）1b工进（最高速度时）阶段的功率13q=2.62x1.96x10 /60=85.

9、6（ W）P= Pc快退（恒速时）阶段的功率P= P1q=1.67x4.26x103/60=118.6（W）由上述计算结果编制出的液压缸工况图3-73-9六、制定液压回路的方案，拟定液压系统原理图6.1 制订液压回路方案油源型式及压力控制工况图表明，系统的压力和流量均较小，故可采用电动机驱动的单定量泵供油油源和溢油阀调压方案，如图3-10 所示。调速回路 铣床加工零件时，有顺铣和逆铣两种工作状态，故选用单向调速阀的回油节流调速回路（见图 3-11）。由于已选用节流调速回路，故系统必然为开式循环。换向回路与快速运动回路及换接方式换向回路选用三位四通 “ O”型中位机能的电磁换向阀实现液压缸的进退

10、和停止（见图 3-12）。采用二位三通电磁换向阀实现液压缸快进时的差动连接（见图 3-13）。由于本机床工作部件终点的定位精度无特殊要求， 故采用行程控制方式即活动挡块压下电气行程开关， 控制换向阀电磁铁的通断电以及死挡铁即可实现自动换向和速度换接。辅助回路在液压泵进口设置一过滤器以保证吸入液压泵的油液清洁；出口设一单向阀以保护液压泵，在该单向阀与液压泵之间设一压力表及其开关，以便液压阀调压和观测（见图3-14）。6.2 拟定液压系统图在制定各液压回路方案的基础上， 经整理所组成的液压系统原理图如图3-15所示。由电磁铁动作顺序表 （图中附表） 容易了解系统的工作原理及各工况下的油液流动路线。

11、附表系统的电磁铁动作顺序表工况电磁铁状态1YA2YA 3YA快进工进快退工作台原为停止图 3-15专用铣床液压系统原理图1-过滤器； 2-单向定量泵； 3-电动机； 4-溢流阀； 5-压力表开关； 6-单向阀； 7-三位四通电磁换向阀；8-单向调速阀； 9-二位三通电磁换向阀； 10-液压缸七、计算并选择液压元件7.1 液压泵的计算与选定液压泵的最高工作压力的计算由工况3-2可以查得液压缸的最高工作压力出现在快退阶段，即p1=2.64MPa，由于进油路原件较少，故泵至缸间的进油路压力损失取为p=0.3MPa。则液压泵的最高工作压力pp 为：pp=2.64+0.3=2.94（MPa）液压泵的流量

12、计算泵的供油量qp 按液压缸的快进（恒速时）阶段的流量q=4.58L/min 进行估算。由于系统流量较小，故取泄漏系数K=1.3，则液压泵供油量qp 应为：qpqv=Kqlmax=1.3 ×4.58=5.95（L/min ）确定液压泵的规格根据系统所需流量， 拟初选液压泵的转速为 n1=1450r/min，泵的容积效率 v=0.8，根据式（ 2-37）可算得泵的排量参考值为：Vg=1000qv=10005 .95（mL/r）n1v14500 .8=5.13根据以上计算结果查阅产品样本，选用规格相近的YB1-6 型叶片泵，泵的额定压力为pn=6.3MPa，泵的额定转速为n=1450r/

13、min，容积效 z 率 p=0.80。倒推算得泵的额定流量为：q p=Vnv=6× 1450×0.80=6.96（L/min ）比系统流量稍大。确定液压泵驱动功率由功率循环图 3-9 可知，最大功率出现在快退阶段，已知泵的总效率为 p=0.80，则液压泵快退所需的驱动功率为：p p q p( p1p1) q p=(1.67 0.3)6 1450=0.357（KW ）Pp=p0 .80 6010 3p7.2 电机的选定查表得，选用 Y 系列（ IP44）中规格相近的 Y801-4 型卧式三相异步电动机，其额定功率为 0.55kw，转速为 1390r/min。用此转速驱动液压泵

14、时，泵的实际输出流量为 6.67L/min，仍能满足系统各工况对流量的要求。表 3-8 专用铣床液压系统中控制阀和部分辅助原件的型号规格序通过流量额定流量额定压号名称/(L/min ）/(L/min ）力 /MPa型号1过滤器6.67162.5XU-B16×1002定量叶片泵6.6766.3YB-63交流异步电动机Y801-44溢流阀6.67636.3YF3-10B5压力表开关6.3AF6EP30/Y636单向阀6.678016AF3-Ea10B7三位四通电磁换向阀4.5861634DF3-E4B8单向调速阀4.266.36.3AQF3-6aB9二位三通电磁换向阀4.26106.32

15、3D-10B10液压缸自行设计说单向调速阀 8 中调速阀的最小稳定流量为 0.01L/min ，小于系统工进速度明时的回油量 qmin=A2vg=946×60×10V × 10-6=0.057 （L/min ）7.3 液压控制阀和液压辅助原件的选定根据系统工作压力与通过各液压控制阀及部分辅助原件的最大流量，查产品样本所选择的原件型号规格见表3-8，其中液压缸需自行设计。管件尺寸由选定的标准件油口尺寸确定。本系统属于中低压系统，取经验系数=5，得油箱容量为：V=apq=5×6.67L=33.3533L八、验算8.1 液压系统的效率（经计算p1 0.6310

16、5 Pa ，p22.625105 Pa ） 取 泵 的 效 率 0.75 ，液压缸的机械效率G0.9 ，回路效率为 ：Cp1Q1pBQBp1FA 2p 2p 1A1(3960.466.265 10.0110 410 50.6310 5 ) Pa10 5 Pa19.6310424当工进速度为1m / min 时，1.962410 50.29c2710 560.1224105当工进速度为 60mm / min 时， c271050.017860.750.9(0.29 0.0178)0.196 0.0128.2 液压系统的温升（只验算系统在工进时的发热和温升）定量泵的输入功率为：py QB27105

17、6kW 0.36kWP6030.7510工进时系统的效率 0.012 ，系统发热量为：P (1)0.36(10.012) kW0.36kW取散热系数K15 103 kW / m2C ，油箱散热面积 O.0653 V 2 m2 时，计算出油液温升的近似值：H0.356 103TC 33.5 C 50 55 C ，固合理。KA15 0.0653 362参考文献：液压传动系统设计与使用化学工业出版社张利平编著液压传动设计指南化学工业出版社张利平编著液压传动（第三版）机械工业出版社丁树模、丁问司附表：表 1按主机类型选择设计压力主机类型设计压力 /Mp说明精加工机床0.8 2半精加工机床35龙门刨创28机床拉床8 10农业机械、小型工程机械、工程机械辅助机构1016液压机、大中型挖掘机、起重运输机械2032地质机械、冶金机械、铁道车辆维护机械、各类液压机具等25 100当压力超过 32Mp时，称为超高压压力表 2缸的内径和活塞杆外径尺寸系列（GB/T 2348-1993 ）内