旋压机的设计论文

1、摘 要旋压机是通过对工件毛坯进行旋转的方式达到无缝的连接，是一种塑性成型机械，类似于冲压件的成型方式，但是相比于冲压件却更加的方便快捷，便于节省材料，达到工件的一种多外形的加工，其加工范围将更加扩大，同时一次装夹实现工件的多外形加工，相比于其他的冲压的成型方式节省了装夹的次数，同时相应地提高了工作效率，更加的提高了工件的加工精度，是一种多用途多范围的加工圆形成型面的一种组合机床，满足工作的各项实际需求。其中的旋轮座是旋压机工作的核心部件，在工件的加工过程中，首先完成类似于车床的对工件的装夹方式，毛坯的一端置于主轴的卡盘上，另一端采用尾顶机构进行固定，其中的类似于刀具的旋轮置于旋轮座上，通过三个

2、互成120度的旋轮的转动，以及在导轨上的移动实现对工件的旋转加工，以达到加工的要求。旋轮座是用来固定旋轮以及旋轮轴的的一个机构，旋轮轴通过轴承安装在旋轮座上，轴的前端安装旋轮通过轴的转动实现旋轮的转动。然后旋轮座上又固定滑块通过滑块连接导轨，滑块是安装在滑道内的的装置，通过滑块的转动用滚动摩擦的方式减小了滑动的阻力，一个旋轮座大约有六个有滑块的滑道，用来增加滑动的稳定性以及承受滑动过程中的旋轮座对导轨的压力，减小了压强同时提高了导轨的使用寿命并且保证了导轨的使用精度。关键词：旋压机 数控系统 液压系统 塑性加工Abstract Spinning machine by rotating the

3、workpiece blank way to achieve seamless connectivity, is a plastic want, molding machinery, similar to the way of stamping molding, but compared to stamping it more convenient, easy to save material , to achieve a multi-workpiece machining shape, which will be more expanded process range, while a fi

4、xture to achieve more contouring of the workpiece, compared to other methods of forming the press clamping saves times, while a corresponding increase efficiency, more improve the processing accuracy of the workpiece, is a versatile range of more than a combined machining circular shaped surface, me

5、et the actual needs of the work.Which is the core component roller bases spinning machines work, the work in process, first perform a function similar to the lathe workpiece clamping means, one end of the blank is placed on the spindle chuck, the other end of the tail-top bodies fixed, which is simi

6、lar to the tool holder knob placed on the knob to realize the rotary machining the workpiece to rotate through three mutually rotating wheel 120 degrees, and move on the rail, in order to meet the requirements for processing . Roller bases is an institution for a fixed rotation axle of the wheel and

7、 spin, spin the spin wheel axle seat, the front axle mounted wheel rotation by bearing mounted rotary knob is achieved by rotating the shaft. Then spin the wheel base and fixed slide rail connection through the slider, the slider is a device installed in the chute by way of rotation of the slider wi

8、th rolling friction reduces the sliding resistance of a roller bases around you there are six sliders slide, slide and used to increase the stability to withstand the process of spin wheel sliding seat on the rail pressure, reducing the pressure while increasing the service life of the rail and to e

9、nsure the use of precision rail.Keywords: CNC spinning machine The hydraulic system plastic processing目 录摘 要IAbstractII1 绪论11.1 旋压技术的发展概况11.2 旋压机的简介22 旋轮头座的设计32.1 旋轮的简单设计32.2 旋轮轴的设计计算43 轴承的选用及计算83.1 轴承的选择83.2 计算轴承的当量动载荷83.3 轴承寿命的计算93.4 轴承的润滑94 液压驱动系统的设计计算104.1 旋轮座液压系统的设计要求104.2 旋轮座液压系统的参数分析104.3 拟定液

10、压系统原理图164.4 计算和选择液压件及验算液压系统性能195 导轨的设计与选用235.1 导轨的设计235.2 导轨的安装与润滑24结 论26致 谢27参考文献281 绪论1.1 旋压技术的发展概况旋压机的生产是通过人类的对筒状零件的需求开始的，由最初的简单的机械一步步的进化演变成了我们今天所用的新型机械，他的广泛利用是因为一系列的优势而来的，它的结构轻巧，使用方便，更加紧凑的结构完全可以满足人们对高科技高效率的要求。但是作为一种组合机床的类型来说，其结构的强度、刚度、压力、机构特别是对于控制系统等方面来说更是存在很大的局限性，难以实现带轮生产的机械化以及自动化的目的，对人力的要求较高，并

11、且生产效率相对来说较低，但是我们进行了大胆的尝试进行了一种新型机械的研发，让机械化的历程在人类前行的道路上更近了一步。 随着我国汽车制造业在整个机械行业中的发展，特别是我国的军工业大力发展，近几年来，我国的旋压机生产数量大幅上升，并且越来越高效加工范围更大加工途径更广，更多的人们也把目光聚焦在了最初的旋压皮带轮机上。随着旋压生产的机械零件在航天事业等重要的军事科技领域的应用与开展，可以预见，随着企业竞争和质量意识的提高，以及产品的技术水平以及生产力的提高，机械行业中广泛运用的旋压机也将是多种多样的，这将会给我们提供一个很好地发展方向。相关的科研成果也必将会为我们所用，在未来将会把旋压机总体水平

12、提高到一个新的层次。 由此我们又可以回头纵观旋压机的整个的发展历程，从我国古代的最早期的旋压机的生产与研制，到后来老牌的工业制造国德国拥有了第一个金属旋压技术的专利，直到现代日臻成熟的愈来愈发达的高科技技术，也逐渐的由人力过渡到了电力，直到现在的液压传动的技术与PLC技术的综合运用，旋压机也拥有了单独的计算机编程运行程序，不得不说这是人类文明发展史上的一个大的进步。针对我国来说直到建国初期60年代末，才发展了我们自己的旋压机制造生产，由于航天、火箭、导弹、等军工行业的革新，国家机械工程塑性成型协会提出了大力发展旋压机要求，并且迅速培养了一大批专业人士深入一线进行指导，将各大高校原有的旋压机课题

13、做了重点的指示，将原有的军工企业等的研发基地做了扩大，经过近三十年的努力，终于把我国的旋压技术推向了一个新的台阶，推动了变薄旋压机的发展，普通旋压机的深入研究与发展，拓宽了成型民品旋压机的发展道路，进入新的时代。迈向新的世纪，从选材到加工工艺再到生产设备均为旋压技术的革新奠定了坚实的基础。这种新型的塑性成形的加工方法，无疑会为我们将来的社会提供更多的未知数，未来的旋压机是什么样我们无从得知，但有一点是肯定的，科技将会更进步，未来的机械化智能化社会，将是我们向往的。1.2 旋压机的简介适用于成型薄壁空心回转体的零件，避免了切除工件材料时产生的切屑造成原料的浪费，提高零件的加工要求和表面粗糙度的特

14、性，通过旋轮座中的旋轮轴的转动带动旋轮的转动，完成对工件的挤压加工，成型速度快，可以实现薄壁钢管的无缝化生产，减小了应力集中，提升了零件使用的安全性与可靠性，生产过程大大的降低了成本。旋压机又有普通旋压机与强力旋压机之分，普通旋压机的加工范围较窄仅仅能改变加工零件外形，而强力旋压机可以同时改变加工零件壁厚，这是它们的本质区别，旋压机成型工艺简单，加工周期长的特点，对技术的要求很高，然而对于普通旋压机来说加工方式比较复杂，对复杂工件的加工困难并且加工的效率相对较低达不到某些特殊条件下的工艺需求。因此数控强力旋压机应运而生，这就实现了生产加工的多样化机械化，符合现代工业生产的需求。伴随着各个领域的

15、经济发展，旋压机的性能要求将更加苛刻，逐渐需要性能更加稳定的，加工精度更高的，加工的工艺可以更加复杂的机械，在各个传动机构的革新的前提下，更加高效的系统用到了机器上，特别是液压系统的使用，液压的驱动比单纯的采用电动机的驱动方式，变得更加直接有效省去了中间的减速装置，通过液压泵的供油以压力的形式传递到液压缸中，通过活塞的运动传递到各个执行部件，如旋轮的纵向进给的运动，旋轮架的横向运动，尾顶机构的夹紧运动，都可以通过更高效的液压机构实现。同时用更优质的材料制作导轨实现导轨的运动过程中的更小的摩擦系数，更快更稳的传递动力都是现代新型的数控旋压机的优势。强力的数控旋压机由三部分组成：旋轮架的主机；液压

16、泵站及系统；控制机及主机架和基座部件构成立式机的主体部分，其它各部件都安装在它的上面；编码测试光栅测试系统，在晶体管上的信号，传动给执行部件，测试各个液压缸的位移，微电子系统形成了以，对其测试将更加精确。润滑系统由两个手压泵组成，对活动平台与三旋轮座燕尾滑轨集中供油；轴承与轴承座之间的结合更精确，通过更合理的安装方式达到运动的准确性及稳定性。强力旋压简称为强旋。强旋工艺主要依靠坯料厚度的减薄来实现成形，坯料外径基本保持不变。在进行强力旋压时，旋轮加于坯料上的压力要比普通旋压时大得多，坯料的变形情况和普通旋压时也不大相同，在普旋过程中，坯料厚度变化不大但直径变化很大，由大变小或由小变大，而在强旋

17、过程中，坯料直径基本保持不变，但厚度变化很大，由厚变薄。因此强力旋压又称为变薄旋压。从工艺过程分析看，强力旋压属轴向拉延，变形区材料处于二向或三向压应力状态，因而可产生较高的变形程度。根据旋压件的类型和金属变形机理的差异，强力旋压可分为锥形件强力旋压一剪切旋压和筒形件强力旋压一挤出强旋两种。前者用于加工锥形、抛物线形、和半球形等异形件，而后者用于筒形件件和管形件的加工。有时这两种方法联合运用，加工各种复合形零件。强力旋压工艺利用旋轮对连同芯模一起转动的管状或平板毛坯施加压力，并沿毛坯经线方向进给，使得金属沿经线方向流动，相当于金属在旋压过程中得到了轧制，从而使制件性能提高，因此，该工艺在某些生

18、产领域内比一般的机加工更具有应用前途。2 旋轮头座的设计2.1 旋轮的简单设计旋轮是旋压机工作的主要部件，类似于车床的刀具，用旋轮的旋转实现工件的无切屑加工，对材料的挤压需要较大压力，因此需要传递的较大扭矩保证工件的成型面，可以选用屈服极限以及强度极限相对较高的做调质处理，同时具有较高的HBS（310-360）。1.按外轮面接触疲劳强度设计根据旋轮的外轮面的工作的开始转动方式的设计准则计算，再按照旋轮芯部的弯曲强度进行校核。由于旋轮的转速是相对的对于旋压机的主轴的其转速范围约为50r/min-700r/min,电动机的功率为15Kw，由式 （2-1）得旋轮的转矩T在205N·m-28

19、65N·m之间 （2-2）旋轮的转动过程中需要与旋轮轴之间有较高的同心度，所以对旋轮芯部可以采用锥面进行设计，保证与旋轮轴的贴合精度高，在斜度选用时有经验值得知可以采用1：4的斜度，保证轴与轮的好的同心度。 (1)经计算知作用在旋轮上的转矩T2=1069.1N·m；根据各项系数的乘积载荷系数K=1.1；（2）弹性影响系数的选取根据计算公式查表,因选用调质过的旋轮与钢的轮轴相配，故。（3）结合旋压机的总的尺寸的设计以及纵向及横向行程的考虑，包括对旋压的最大的毛坯直径（690mm），初步确定旋轮的轮面的外缘直径300mm。（5）核定许用接触应力根据旋轮轮材料为铸锰钨铬合金，砂型

20、模铸造，旋轮外圆的布氏硬度>HRC,由表查的旋轮的基本许用应力=258MPa。 应力循环次数 （2-3）则 =181MPa（6） 通过对的值的计算，由设计式得由条件知，锥孔应靠近大端且不小于工作长度的85%，因此时的应力可避免更加的集中，并且在旋轮旋转的过程中可以很好地解决转动的稳定性问题，可得旋轮锥孔的大端直径85mm，锥孔宽度为除去定位螺纹后的沉头孔后的宽度。2.旋轮的强度校核对应力集中地旋轮芯部在转动过程中的弯曲强度进行校核，以使其满足个、加工过程中的加工需求。 （2-4） 选取当量系数 根据=43.62 ， =2.87。 许用弯曲应力 = 从机械设计表中查得由铸锰钨铬合金制造的旋

21、轮的基本许用弯曲应力为 =280Mpa 寿命系数为 =84MPa= 由此可见旋轮的弯曲强度是可以满足的。旋轮在转动传递压力对工件进行加压的时候，会产生大量的热，由于为开式传动的形式，产生的热量可以及时的散去，在保证切削液的供给充足的前提下，其外部的边缘地带，产生的影响不是很大，可保证散热的需求，保证加工温度处在可控的范围内，不必进行热平衡的核算。2.2 旋轮轴的设计计算 旋轮轴是用来连接旋轮与传动机构的装置，当电机的驱动力输出通过主轴箱的减速机构，通过联轴器将动力输送给旋轮轴，通过键连接起来，由轴的转动带动末端执行件旋轮的转动，达到动力输出的目的。由于旋轮所传递的纵向推力比较大，但是并没有很大

22、的冲击，仅仅是通过力的作用通过挤压成型，所以可以选用调质过的40Cr作为旋轮轴的制作材料，通过查阅相关的机械资料我们得知材料的各项强度极限以及疲劳极限均可满足使用的要求。 旋轮上的最小转矩T1=205N·m，传递到旋轮轴上面的扭矩T2=205N·m。 1. 求作用在旋轮轴上的力圆周力 径向力 2. 初步确定轴的最小直径 先按机械设计中的表简要计算旋轮轴的最小直径，以40Cr的钢作为轴的选用材料，调制处理，根据轴常用的材料的值的表，取=112，则 （2-5） 旋轮轴的最小直径为尾端的直径，此处存在一定的装配要求一般对于轴径与联轴器的安装选用k6的安装形式，因此要把轴径与联轴器

23、的孔径相照应即可。因此要按照联轴器的孔径选择型号并设计轴的最小直径。旋轮轴的连接要求有高的对中精度，因旋轮通过挤压力实现对工件的塑性变形需要传递的转矩很大，通过对联轴器的性能选用得知凸缘联轴器的刚性好，满足所需的大扭矩的要求。它与轴的连接用的是两个半联轴器一个的凸肩置于轴的尾端，另一个的凹槽跟凸肩对中配合，然后再把两个A级普通螺栓，将它们连接起来。虽然在加工轴的时候相对较复杂，但是这样就可以很好地避免了因铰制孔用螺栓承受剪切与挤压而带来的应力的集中，避免了产生不必要的力。 联轴器所需的公称转矩的计算,查表，在工作负载的情况下仅仅有小的转矩的变化，故取Ka =1.3， 则有： 为了保证联轴器的使

24、用安全，所需要的计算转矩Tca应小于选用的联轴器公称转矩，查标准件的机械设计手册，满足轴径的条件的可以选用YLD6型的凸缘联轴器，它的公称转矩为100，完全可以满足使用的要求。联轴器的内孔的尺寸为d=30mm,L=55mm，相对应的轴的外径75mm，将尺寸圆整后，最小的轴为75mm并在尾端加工35mm的内孔。 3. 旋轮轴的结构设计 (1) 旋轮轴上的旋轮及轴承的装配方案拟定 旋轮轴的前端根据旋轮设计的尺寸要求制作为1：4的圆锥面，与旋轮相配合并安装螺母，应有足够的的轴肩；为保证旋轮头座的足够的安装尺寸，轴应设置为阶梯轴的形式，安装3个轴承保证转动的平稳性，减小摆动与变形,其配合为H7/k6基

25、孔制过渡配合；最后是联轴器的安装，将轴上的半联轴器与另一个半联轴器用螺栓连接。 (2) 根据旋轮轴的轴向定位要求，确定各段直径和长度，轴径最小d =75mm，装配轴承的各段阶梯轴的尺寸分别为100mm，90mm，75mm旋轮轴肩直径d=140mm与旋轮外凸的直径相同便于保证配合的稳定性。 4. 旋轮轴的强度校核 旋轮轴受力图如下图所示，图2-1 旋轮轴受力图 校核轴的强度按弯曲与扭转合成应力，由材料力学求得，（1）垂直面的支承反力 （2）水平面的支承反力（4）绘制水平面内的弯矩图（图2-2 a） （3）绘制垂直面内的弯矩图（图2-2 b） （5）绘制合成弯矩图（图2-2 c）（6）该轴所受扭矩

26、为 T=1069100N.mm，做扭矩图如图2-2 d。（7）轴的强度校核应按弯曲与扭转合成应力计算由下式以及所得数据，并取=0.6，轴的计算应力 （2-6）前已选定轴的材料为40Cr，并经过调质处理增加表面硬度，由表查得。因此<，故安全。（8） 由于轴的最小直径是按扭转强度确定的，则其危险截面不会出现在此处，由轴受力情况知截面处应力最大，但其轴径也较大，且应力集中不大，故旋轮轴疲劳强度不必校核。MHMV （a） (b)M T（c） (d)图2-2 弯矩扭矩图3 轴承的选用及计算3.1 轴承的选择轴承是主要起支撑作用的零件，有滚动轴承与滑动轴承之分，由于滚动轴承的滚动体为球体其滚动时所产

27、生的摩擦力较小因而被广泛运用。轴承是一种从标准件库里面选取的，通过计算轴的受力进行选择的，大大降低了加工制造的难度与不规则性。因而滚动轴承具有转动的力矩小，旋转的精度高，标准件选用方便的优势。3.2 计算轴承的当量动载荷根据经验计算公式 （3-1）则当量动载荷为 轴承在工作过程中的派生轴向力的计算，根据机械设计手册的表格，查设计手册表 轴承32322，X=0.4,Y=1.6；查设计手册表，轻微冲击，取fp=1.1。 由于，选择轴承设计式（13-11a） =1.1×（0.4×374+1.6×117）=623W=1.1×（0.4×949+1.6&#

28、215;2875）=5478W轴承应有的基本额定动载荷 （3-2） 综上可知，对轴肩之后的大轴的轴承选用23228的调心滚子轴承，可承受较大的径向载荷；继而，选用29326的推力调心滚子轴承，可以同时承受轴径向载荷的联合载荷，特别是在旋轮的转动的过程中滚动体不会因离心力的作用而使滚动体与滚道之间产生滑动；旋轮轴的尾端可以采用圆锥滚子轴承用来同时承受轴径向共同的载荷32322-A，此时的旋轮轴主要是因旋轮头座的尾部的压力而产生的径向的载荷，可以选用A型的圆锥棍子轴承。3.3 轴承寿命的计算 根据轴承的设计算式式验算轴承寿命 （3-3）（单个轴承） h（三个轴承）旋轮轴轴承派生轴向力 由于各处轴承

29、受力情况较好，参考轴承的经验校核结果，所用轴承合适。即大于预期计算寿命满足需求。3.4 轴承的润滑轴承在转动的过程中，滚动体是不断地在内圈与外圈组成的滚道之间转动的，虽然是滚动的形式存在其中的，但是仍然有很小的摩擦系数的存在，有摩擦就有润滑，因此润滑对于不论是滚动轴承还是滑动轴承都具有重要的意义，润滑剂的存在使滚动体对于内外圈的摩擦系数减小，避免应力集中，延长使用寿命。轴承可采用的主要润滑方式有油润滑和脂润滑两类，这两类共同构成了轴承的主润滑体系。但在少数情况下，在一些特殊的环境中当这两种方式达不到使用的要求时还可以用一种固体润滑的形式，像在高温高压的环境中，有自润滑功能的轴承件，以及一些特种

30、加工的零件当中，都需要用这种润滑方式。一般来讲，对于所选用的轴承我们很大程度上给你使用的是油润滑的方式，比如，滴油润滑，喷油润滑，油浴润滑等等。根据我们所使用的运转条件来讲，旋轮轴是在载荷变化相对不是很大的状况下，滚动体和保持架旋转的速度也相对较高，容易形成空气涡流，为了保证充足的润滑油供应可以采用喷油润滑的方式，这样可以保证在较小的油温的情况下，不用外加冷却装置，不仅减小了装置的难度，满足润滑的要求，而且达到所需要的加工工件的条件。4 液压驱动系统的设计计算4.1 旋轮座液压系统的设计要求 旋轮架上的旋轮座的液压系统是驱动旋轮做往复运动的配套驱动部分，采用液压系统将大大的提高了运动的工作效率

31、。 旋轮的纵向行程为500mm，横向行程285mm，基于此运行条件可将液压装置于旋轮座的上端便于用液压缸的纵向横向的运动，其中由旋轮座带动的旋轮的纵向的运动是通过液压系统来完成的，同时旋轮架的横向进给运动亦是通过另一个液压系统来实现的。因此可将两个液压系统合并为一个总的液压系统变出两个支路便于对液压系统的总体把握并且节省了材料。对个各工序的特别是工进时的加工速度的稳定性有一定的要求，液压系统具有良好的同向运动功能以及调压性能，此外，还应有安全的稳定的进给功能。4.2 旋轮座液压系统的参数分析 1.负载动力参数分析 液压执行机构上的执行件旋轮座各项运动的过程中，外负载施加在液压执行机构上的工作负

32、载是因工作状况的不同而在时刻的变化的，对于旋压机而言可通过研究液压缸的负载在旋轮座在作往复的直线运动的情况进行总体的分析计算。 当旋轮座带动着旋轮在液压系统的驱动下作横向工作进给运动时，旋轮座的液压缸需要克服的总负载为 （4-1） 其中工作负载即为纵向推力15000N 导轨摩擦阻力负载 （4-2） 因为此时的导轨为滚动导轨，所承受的摩擦力则为滚动摩擦力，在启动加速的阶段所承受的，摩擦力是相等的，经查阅资料得知，摩擦因数为0.005因为有四个滚动滑块作支撑， 则， （4-3） 惯性负载 式中 g-重力加速度； -有近乎静止状态达到所需最大速度的时间，一般为0.01-0.5s； -时间内的速度变化

33、量。如果考虑液压缸中摩擦力对它引起的影响，忽略旋转力矩对导轨切削力的影响，并且设液压缸的机械效率为cm=0.9。在旋轮座的机构中液压缸驱动的执行元件经历的运动循环大致包括启动、快进、工进、退回等几个阶段，液压缸在各个工作阶段的总机械负载可以根据公式计算出，列出各工作阶段所受的外负载（见表4.1）。表4.1 液压缸各阶段的负载和推力工况负载组成液压缸负载F/N液压缸推力F0=F/cm/N启 动工 进快 退452404545502671650 2.运动参数分析根据液压缸在上述各工作阶段内的负载和运动推力以及运到的时间和速度，绘制出负载时间循环图F-t 和速度时间循环图-t，如图4-1所示。图4-1

34、 液压缸负载及速度循环图 3. 确定液压缸的主要参数及工况图 （1）初选液压缸工作压力 驱动的工作压力在液压缸内的设定是依靠所有的数据来选取的，运动循环中的各个工作阶段的所需要液压缸承受的最大的推力也是有压力来选择的。此时综合按负载以及机械的类型选取液压缸的工作压力。旋轮座在工进时负载最大F=24000N，在其它的快进快退阶段负载都不高，而旋压机属于组合机床的一种，则参考表4.2和表4.3，选择液压缸的设计工作压力p1=4MPa而后在进行验算。表4.2 按负载选择工作压力负载/ KN<5510102020303050>50工作压力/MPa<0.811.522.5334455表

35、4.3 各种机床机械常用的液压系统的工作压力机械类型机 床农业机械小型工程机械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/MPa0.82252881010182032 （2）设计液压缸主要尺寸工作部件旋轮的纵向运动在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连接方式（），快进时液压缸差动连接，工进时为防止已切削工件反弹，液压缸的回油腔应有背压，参考表2.4选此背压为p2=0.5MPa。表4.4 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压系统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

36、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4.5 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4.6 按速比要求确定d/D2/11.151.251.331.461.612d/D0.30.40.50.550.620.71由公式 （4-5）得 参考表4.5及表4.6，得d0.7D =65mm，圆整后取标准数值得 D=100mm，d=63mm。按工作要求推力是由横向与纵向的两个力的合力由液压缸驱动旋轮的纵横向进给分别提供的，则需要的两个液压缸的尺寸是不相同的，横向推力Fw=24000N 所需要的

37、液压缸的总的推力即为因此对于横向的旋轮架液压缸的设计应为参考表2.5及表2.6，得d0.7D =67mm，圆整后取标准数值得 D=100mm，d=63mm。又因旋轮架的横向运动与旋轮的纵向进给的过程相类似均具有快进、工进、以及结束后的快退的过程，则旋轮架液压缸的设计可据旋轮的液压缸进行设计。由此求得液压缸的两腔实际有效面积为绘制的液压缸工作情况图如图4-2所示。 a）压力图 b)流量图c)功率图图4-2 液压缸工况图根据推算出的液压缸的直径及活塞的尺寸，得出液压缸在各个工作循环中按照工作情况各阶段的压力（p）、流量（q）和功率（P），如表4.7所列，表4.7 液压缸工作阶段的的压力、流量和功率

38、值工况推力F0/N回油腔压力p2/MPa工作腔压力p1/MPa输入流量q×10-3/m3/s输入功率P/KW计算公式快进50p1+p=1.20.70.0160.156工进267160.53.40.010.034快退500.71.30.2370.2844.3 拟定液压系统原理图1.初选液压件及基本回路 1.执行元件类型及循环方式的选择 在旋轮的工作状态下主要是对工件进行旋转之后的成型加工，是纵向的直线进给运动，因此选择的是液压缸的形式，让其作直线运动，同时对于旋轮架的运动是相对于旋压机的主轴的轴线方向上的横向的进给运动，因此在前面的选择过程中也做了阐述，执行元件的种类都是液压缸。 对于

39、旋压机而言，在旋轮架的外部具有较大的空间可用来安置油箱并且在自然环境下即可达到对内部的简单的液压回路的散热处理，可以选择采用开式循环方式的形式进行设计液压回路。 2. 选择调速回路 由工况图可知，这台机床液压系统功率较小，旋轮的运动速度低，同时选用的开式循环系统对液压缸内的温升以及泄露的要求都比较高；对于旋轮的工作的过程中对加工工件的误差精度要求较高，因此又需要旋轮具有一定的加工的平稳性，故可选用回油节流调速回路，承受一定的负值负载，并使回油腔内有一定的背压，防止加工工件的回弹。3. 选择油源形式 从已知的实验数据经过计算得出，在工作的过程中，液压缸在动力源工作时在加速到达工件的位置时以及完成

40、加工退回的时候，所需要的压力较低并且有着较大流量的动力源作为动力，而在加工时需要的事高的压力的小流量的动力源，采用双泵共有的方式。最大流量与最小流量之比，其相应的时间之比(t1+t3)/t2=(4+5.33)/70=0.16。这表明在一个工作循环中的大部分时间都处于高压小流量工作。然而又综合安排机床在工作进给时推力很大且变化很小，速度慢；而在快进以及快退的过程中负载较小速度较高，从提高系统效率、节省能量减少发热的角度来看，选用一个液压泵的供油油源显然是达不到要求的，为此可选用限压式变量泵为油源。由于前者的工作时进给油量对缸的冲击较大，工作稳定性差，且后者可两个泵同时向液压缸供油实现快速运动，最

41、后确定选用双泵供油方案，如图4-3a所示。4. 选择同步回路 在旋轮的运功过程中三个互成120度角的旋轮的纵向进给运动是同时进行的一个过程，因此需要选择一个合理的同步回路让它们达到同时运动的目的以保证加工的精度以及运动的平稳性。由于在旋轮的进给过程中需要保持较高的位置同步精度，并且运动的调节要相对比较灵活，采用开始循环系统要求油温、泄露等的因素影响较小，可以选用采用同步马达连接的同步回路，两个马达轴刚性连接，把等量的油分别输入三个尺寸相同的液压油缸中，使液压缸实现位置的同步。如图4-4示5. 选择顺序回路 旋轮架和旋轮的纵向及横向的进给运动是相辅相成的，二者要满足多种工作条件下的多种运动方式的

42、需求，需要按一定的顺序进行，这时就对顺序回路有一定的选择需求。由于仅仅是旋轮座及旋轮架的简单的往复直线运动，可以选用最通用的行程控制动作的顺序回路。6. 选择平衡回路 为了防止竖直立的旋轮座的液压缸体与执行元件由于重力势能的作用产生自然地下落造成事故或冲击，可采用加设单向顺序阀的平衡回路来解决。7. 选择快速运动和换向回路 本系统已选定液压缸相差进退的结合方式和俩泵提供油源的两种回路实现快速运动。思量了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磁换向阀式换向回路，以减小液压冲击。由于要实现液压缸差动连接，所以选用三位四通电磁换向阀，如图4-3b所示。8. 选择速度换接回路 由于本系统

43、滑台由快进转为工进时，速度变化大（1/2=4.5/0.12=37.5），为减少快进快退时地大的运动速度转到旋轮旋压状态下的较低的运行速度的液压撞击，选用行程阀控制的换接回路，如图4-3c所示。9. 选择调压和卸荷回路 在双泵供油的油源形式确定后，调压和卸荷问题都已基本解决。即滑台工进时，高压小流量泵的出口压力由油源中的溢流阀调定，无需另设调压回路。在旋轮座的带动旋轮加工工件以及停止运动的状态下，低流量的高压泵通过先导式溢流阀进行卸荷，高压小流量泵在滑台停止时虽未卸荷，但功率损失较小，故可不需再设卸荷回路。 a) b) c)a） 油源形式回路 b）换向回路c） 速度换接回路图4-3 液压基本回路

44、图 串联液压缸连接的同步回路 用行程开关和电磁阀配合的顺序回路图4-4 控制旋轮座的运行回路图 10.组成液压系统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3-2所示。在图3-2中，为了解决滑台工进时压力大的问题，增设了溢流阀5，将泵2卸荷。为了避免空气进入系统，影响运行的稳定性旋压机不能正常加工工件，图中添置了一个单向阀4。将各个基本液压回路组成整体的液压系统图，如图示4-5，图4-5 液压系统图4.4 计算和选择液压件及验算液压系统性能 1. 确定液压泵的规格和电动机的运行功率（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

45、油，由表4.7可知，液压缸在工作加工工件进给时工作压力很大，为p1=3.4MPa，如在调速阀回油节流调速回路中，选取回油路上的总的损失的压力，则小流量泵的最高工作压力估算为， （4-6）大流量泵只在快进和快退时向液压缸供油，由表4.7可见，快退时液压缸的工作压力为p1=1.3MPa，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，现取进油路上的总压力损失p=0.3MPa，则大流量泵的最高工作压力估算为 （2） 计算液压泵的流量由表4.7可知，油源向液压缸输入的最大流量为0.237×10-3 m3/s ，若取回路泄漏系数K=1.1，则两个缸的总流量为 （4-7）快

46、进时的流量为q=0.01×10-3 m3/s =0.6L/min，考虑到溢流阀的最小稳定流量为3L/min，则小流量的液压泵的最小流量最少应为7.2L/min。（3） 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产品样本，并考虑液压泵存在容积损失，最后确定选取YBX-25型变量叶片泵作为低压泵，其排量为25ml/r,转速为1500r/min，YB-D型定量叶片泵作为高压泵，其排量为10ml/r，转速为1000r/min其理论流量分别为37.5L/min和10L/min，若取液压泵容积效率v=0.9，则液压泵的实际输出流量为 （4-8）由于液压缸在快退时输入功率最大，若取液压

47、泵总效率p=0.8，这时电动机功率转化为驱动液压泵的为 （4-9） 液压站电动机的功率为7.5Kw，为满足使用要求据电动机的效率。由此数值查阅产品样本，选用规格相近的Y160M-4型电动机，其额定功率为11KW，额定转速为1460r/min。2. 确定其它元件及辅件（1） 确定阀类元件及辅件根据系统的最高工作压力情况和通过各液压阀类元件的实际流量的情况，查阅产品样本，选出的阀类元件和辅件规格如表4.8所列。其中，溢流阀6按小流量泵的额定流量选取，调速阀9选用QF3-E10B型，其最小稳定流量为0.03 L/min，小于本系统工进时的流量0.6L/min。表4.8液压元件规格及型号序列元件代码通

48、过的最大流量q/L/min规格型号额定流量qn/L/min额定压力Pn/MPa额定压降Pn/MPa1过滤器XU-B16X10016162变量叶片泵10CB-B10162.50.33定量叶片泵5.8YB/1-46.30.54单向阀40AF-Ea10B6.35溢流阀63YF3-10L1006.30.26换向阀63YF3-10L1006.30.27三位四通电磁换向阀6034F3O-E10B636.30.38单向阀<1AF-Ea10B106.39调速阀40QF3-E10B106.310两位两通电磁换向阀5022F3-E10B1006.30.211压力继电器65856.30.02（2）确定油管表4

49、.9列出了各管道所允许的流速推荐值如下表，表4.9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26，压力高，管道短，粘度小取大值回油管道1. 53 在选定了液压泵后，液压缸在实际各个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，需要再次完整的计算如表4.3所列。表4.10各工况实际运动速度、时间和流量快进工进快退由表4.10可以看出，液压缸在快进、工进、快退的实际运动效果达到了基本的设计要求。 根据表4.3数值，按表4.2推荐的管道内允许速度取=4 m/s，由式 （4-5）计算得与液压缸无杆腔和有杆腔相连的油管内径分别为计算的方便以及

50、加工的选择工件的难度，把油管的直径按产品样本选取的规格所有管子均为内径10mm、外径12mm的10号钢管。（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3.验算液压系统性能 （1）系统压力损失验算 由于液压系统的具体管路布置尚未确定，故系统进油路上的压力损失无法计算，但是阀类元件的局部压力损失是可以计算出来的，它在总压力损失中占有很大的比例。进油路上的总压力损失为回油路上的总压力损失同样用此法可求得该值即为液压缸的回油腔压力p2=0.66MPa，当初计算的压力值与此时的标准参照值选取的数值偏大，但不会使系统的工作压力超过

51、液压泵的最大压力。 （2）系统发热与温度计算此设备为小功率系统的固定设备，油箱容量足够大，油温会在允许范围内，油箱散热面积足够大，可不必进行验算。5 导轨的设计与选用 导轨是旋压机的一个导向机构，它对于加工工件的精度与表面质量有着至关重要的作用，对数控旋压机来说，导轨除应具有良好的导向精度，特别是平行度的要求是相当高的。其导轨部分与导轨副之间要进行科学适当的安排，保证能够承受足够的工作压力以及运动过程中特别是工件加工时的负载变化所产生的影响。导轨的摩擦特性，及工作过程中的对材料的磨损，防止爬行现象。5.1 导轨的设计1.旋轮座的导轨的设计采用的是滚动导轨这样可以大大减轻摩擦阻力，滚动体在轨道中

52、的运动可参照轴承的设计以及验算来进行。假定工作条件为年300d，每班8h的两班工作制，开机率90%。导轨的长度外轮座的设计尺寸和纵向行程长度之和并留出一定的余量作为运行的安全距离则导轨长度 L=830mm+300mm=1130mm，导轨宽度510mm。根据设计结构的冲击、振动情况以及精度要求，选择合适的预压值。导轨的安装条件选取力士乐的标准直线滚动导轨，高度H为25的R1821 221 16型的滑块，精度等级选用SP，一个旋轮座安装四个滑块；受力分析如图示图5-1 滑块的受力分析图由受力情况计算工作状态下的载荷P=41472N由公式计算动载荷 （5-1）得动载荷C=67944.5N，2.验算额定寿命当量速度 （5-2）以行程长度表示的基本额定寿命 （5-3）以小时表示的基本额定寿命比预期的使用寿命大，满足使用要求。5.2 导轨的