双头车床液压系统设计详解

1、双头车床液压系统设计目录纲领1设计任务2液压回路的工况分析3制定液压系统原理图4计算和选择液压件5.液压系统的PLC控制程序参照文件纲要本文是对于双头车床液压系统设计过程的论述。主要包含系统方案确实定、控制系统的设计几个方面的内容。双头车床加工时，因为零件较长，拟采纳零件固定，刀具旋转和进给的加工方式，其加工动作循环方式是：快进工进快退停止，同时要求各个车削头能独自调整。不言而喻，采纳双头车床能使原需多道工序的产品能一次切削达成，使工序简化，生产效益大大提升。且这类设计所产生的产品对成平均，精度高。对于双头车床的动力履行部分，本设计采纳液压伺服机构。液压伺服机构较其余机构有传动安稳、噪音小、驱

2、动力大等长处，同时也存在漏油、爬行、体积大等弊端。为了尽量防备液压系统的上述弊端，系统设计时用集成块来取代管路，在液压系统采纳液压阀集成配置，能够明显减少管路联接和接头，降低系统的复杂性，加强现场增添和改正回路的柔性，拥有构造紧凑、安装保护方便、泄露少、振动小、利于实现典型液压系统的集成化和标准化等长处。重点字：差动连结背压调速电磁换向阀快进快退。双头专用车床液压系统设计（1）某厂欲自行设计制造一台专用车床，用于压缩机连杆两头长轴颈的车削加工。依据加工工件尺寸较长的特色，拟采纳的加工工艺方案为：工件固定，刀具旋转并进给。车床主要由床身布有互相平行的V形导轨和平导轨各一条(见图2-1)和左右两个

3、车削动力头构成，其整体布局如图2-2所示。工件装夹于床身中部。两个独立的动力头，经过机械传动带动主轴及刀具旋转实现车床的主运动；进给运动要求采纳液压缸实现，即在床身上安装两个液压缸，使其活塞杆与各动力头下部相连，通过液压缸来往运动驱动动力头实现车床的进给运动。车床加工工件时，车削动力头的进给工作循环为：快进工进快退停止。已知：挪动零件重约是G12kN；15kN；20kN；各车削动力头的最大切削进给抗力(轴向力)估值为12kN，15kN主切削力(切向力)30kN；35kN。要求动力头的迅速进、退速度相等，=，工进速度无级调整范围为=.导轨的静、动摩擦因数分别为=0.2;=0.1。配置履行元件依据

4、车床的整体布局及技术要求，选择缸筒固定的单杆活塞缸作为驱动车削动力头实现进给运动的液压履行元件。工况分析因为动力头的迅速进退及工作进给阶段的速度已给定，不用进行运动分析。故仅对液压缸作动力分析，即经过分析计算，确立液压缸总的最大外负载。液压缸的受力简图如图2-3所示。图2-1车床整体布局表示图图2-3车床液压缸受力分析计算简图1，8一车削动力头；2，7一主轴；3，6一连杆轴颈；4一夹具；5一工件(连杆)；9一导轨；10一床身图2-2车床导轨受力分析简图1设计任务1）制定液压系统原理图；（介绍软件CAXA2011，AUTOCAD机械工程师2010）；2）运用FLUIDSIM对液压回路进行仿真；3

5、）选择液压系统的元件和辅件；4）验算液压系统性能；5）设计液压阀块和阀组；6）绘制以以下图纸：(建议用UG/PROE/SOLIDWORKS达成)液压系统原理图A41张液压站总装图A31张液压阀组图A41张7）编写液压系统的PLC控制程序并达成接线图。8）编写设计说明书2液压回路的工况分析导轨受力分析：求导轨的摩擦阻力：工进时有图可得：(1535)3(1535)30.1GFzGFz100.110d22sin902d2sinaFfd1=226035N图2-2车床导轨受力分析简图加快恒速时的动摩擦阻力：GGd1531530.1Ffd2100.110d2a1810N222sin90sin22空载进退启

6、动时有静摩擦力：Gs33FfsGs15100.215100.222sina22sin9022=3621N3惯性力：FiGv15100.02153Ngt9.810.2车削动力头的切削抗力Fe12kN密封摩擦阻力：静密封摩擦阻力：Fmscm)Fe3(1(10.90)12101200NF30F360N动密封摩擦阻力：mdms外负载计算结果工况外负载F/N工况外负载计算公式计算公式结果启动FFfsFms4821N启动FF快进加快FFfd2FiFmd2323N快退加快FF结果fsFms4821Nfd2FiFmd2323N恒速FFfd2Fmd2170N工进FFeFfd1Fmd18395N恒速FFfd2Fm

7、d2170N由上图可知其最大值为Fmax18395N表2.2按负载选择工作压力负载/KN50工作压力0.81.522.5334455/MPa1表2.3各样机械常用的系统工作压力机床农业机械液压机磨床组合机龙门刨拉小型工程机大中型发掘机械种类床床床械机建筑机械重型机械液压凿岩机起重运输机械工作压力0.835288110182032/MPa20由表2.2及表2.3，预设液压缸的设计压力p13Mpa基于动力滑台快进和快退速度相等，这里的液压缸可采纳单活塞杆式差动液压缸（A12A2），快进时液压缸差动连结。工进时为防备孔钻通时负载忽然消逝发生前冲现象，液压缸的回油腔应有背压，背压为p20.3MPa。表

8、2.4履行元件背压力系统种类背压力/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视不计p1A1p2A2F由式：cm得：A1F4271.7110mcm(p1p2)2则活塞直径：D4A196mm表2.5按工作压力采纳d/D工作压力/MPa5.05.07.07.0d/D0.50.550.620.700.7表2.6按速比要求确立d/D2/1.151.251.331.461.6111d/D0.30.40.50.550.620.71注：v1无杆腔进油时活塞

9、运动速度；v2有杆腔进油时活塞运动速度。参照表2.5及表2.6，计算液压缸主要构造尺寸为了知足动力头迅速进退速度相等的要求并减小液压泵的流量，将缸的无杆腔作为主公作腔，并在快进时差动连结，则液压缸无杆腔与有杆腔的有效面积A1与A2应知足A12A2,即活塞杆直径d和液压缸内径D间应知足d=0.71D。圆整后取标准数值得D=100mm，d=70mm。由此求得液压缸两腔的实质有效面积为：2D42A147810mA222424(Dd)4010m42AA1A23810m液压缸实质工作压力为：Fp2A2cmP1A12.62Mpa实质采纳工作压力为2.62Mpa，它是系统的最高压力。因为左右两个切削头工作时

10、需做低速进给运动，在确立油缸活塞面积A1今后，还必然按最低进给速度验算油缸尺寸。即应保证油缸有效工作面积A1为：A1qminvmin式中qmin流量阀最小坚固流量，在此取流量阀最小坚固流量为50ml/min。vmin活塞最低进给速度，此题给定为20mm/min。依据上边确立的液压缸直径，油缸有效工作面积为：D242A147810mqmin501042.5103m2vmin2验算说明活塞面积能知足最小坚固速度要求。差动连结快进时，液压缸有杆腔压力p2一定大于无杆腔压力p1，其差值估取pp2p10.5MPa，并注意到启动瞬时液压缸还没有挪动，此时时的回油压力损失为0.5MPa。p0；其余，取快退快

11、退时，单个液压缸需求的最大流量q1maxA2vmax24L/min依据计算出的液压缸的尺寸，可预计出液压缸在工作循环中各阶段的压力、流量和功率，如表2.7所列。表2.7液压缸在各阶段的压力、流量和功率值推力回油腔压力工况F0/Np2/MPa启53560动进油腔压输入流输入功力量率计算公式p1/MPaqL/sP/kWF0A2P加迅速2581p2p1pp11.66A1A2进恒速2411p2p1p工进204390.3q(A1A2)v1P1p1q0.44F0p2A2p1A12.620.1560.41A1v2qP1p1q启5356动F0p2A1p1A2快加25810.51.62退速qA2v3,P1p1q

12、恒24110.51.580.40.63速注：1.p为液压缸差动连结时，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。FF03.cm制定方案，制定液压系统图制定液压回路方案a调速方式与油源方案。考虑到切削进给传动功率不是很大，低速时坚固性要求较高；加工时期负载变化较大，故采纳限压式变量阀供油和调速阀结合的容积节流调速方案，且快进时液压缸差动链接，以知足系统高压小流量和低压大流量的工况特色，进而提升系统效率，实现节能，调速阀设置在进油路上，经过调理通流面积实现液压缸及其拖动的车削动力头的车削进给调速度大小；经过分别调整两个调速阀可

13、使两个车削动力头获取较高同步精度。b方向控制方案。因为系统流量不是太大，应采纳三位五通“O”形中位机能的电磁换向阀作主换向阀；本机床加工的轴颈长度尺寸无特别精度要求，故采纳行程控制即活动挡块压下电器行程开关，控制换向阀电磁铁的通断电来实现自动换向和速度换接。经过两个电磁铁换向阀的通断组合，可实现两个车削动力头的独立调理。在调整一个时，另一个应停止。c速度换接方案。快进和和工进的速度换接由二位二通行程阀和远控次序阀实现，以简化油路，提升换接精度。工进时进右路和回油路的间隔采纳单向阀实现。d背压与安全保护。为了提升液压缸及其驱动的车削动力头的运动安稳性，在液压缸工进时的回油路上设置一溢流阀，以使液

14、压缸在必然的背压下运转。为了保证整个系统的安全，在泵出口并联一溢流阀，用于防备过载。e协助回路方案。在液压泵进口设置吸油过滤器，以保证油液的洁净度；在液压泵出口设置压力表及多点压力表开关以便于个压力阀调压时的压力观察。合成液压系统图将上述各液压回路方案进行综合即可构成专用车床的液压系统原理图，图中附表是电磁铁及行程阀的状态表。以左边动力头及液压缸21为例说明其工作原理。a快进按下启动按钮，电磁铁1YA通电使换向阀13切换至左位。因为快进时负荷较小，系统压力不高，故次序阀9封闭，变量泵2输出最大流量。此时，液压缸21为差动连结，动力头快进。西戎的油液流动路线以下。进油路：变量泵2换向阀13（左位

15、）行程阀19（下位）液压缸21无杆腔。回油路：液压缸21有杆腔换向阀13（左位）单向阀11行程阀19（下位）液压缸21无杆腔。b工进当动力头迅速行进到预约地点时，动力头侧面的活动挡块压下行程阀19，动力头开始车削工件。此时系统压力高升，在次序阀9翻开的同时，限压式变量泵2自动减小其输出流量，以便与调速阀17的张口相适应。系统中油液流动路线以下。进油路：变量泵2换向阀13（左位）调速阀17液压缸21无杆腔。回油路：液压缸21有杆腔换向阀13（右位）次序阀9溢流阀（背压阀）油箱。c快退在动力头工作进给到预约地点触动行程开关SQ1时，给出动力头快退信号，电磁铁1YA断电，2YA通电，换向阀13切换至

16、右位，此时系统压力降落；变量泵2的流量又自动增大，动力头实现快退。系统中油液的流动路线以下。进油路：变量泵2换向阀13（右位）液压缸21有杆腔。回油路：变量缸21无杆腔单向阀15换向阀13（右位）油箱。d动力头原位停止当动力头快退回到原位时，活动挡块压下终点行程开关SQ3，是电磁铁1YA和2YA均断电，此时换向阀13操至中位，液压缸21两腔封闭，动力头停止运动，变量泵2实现高压小流量卸荷。待卸掉加工好的工件，装好待加工工件后，系统开始下一工作循环。专用车床液压系统电磁铁和行程阀状态表电磁铁和行程阀状态工件1YA2YA3YA4YA行程阀19行程阀20快进下位下位工进上位上位快退上位上位等候下位下

17、位制定液压系统原理图系统原理图：FLUIDSIM对液压回路进行仿真：4计算和选择液压件1.液压泵的选择由表能够查得液压缸的最高工作压力出此刻工进阶段，即p12.62MPa，此时的输入流量较小，泵至缸间的进油路压力损失估取为p0.6MPa。则泵的最高工作压力pp为pp2.620.63.22MPa在两车削头同时快退时，需要的总流量为q2max2q1max224L/min48L/min取漏液系数k1.1，则液压泵的流量为qPkq2max1.14852.8L/min赞成流速介绍值管道吸油管道压油管道回油管道介绍流速/(m/s)0.51.5，一般取1以下36，压力高，管道短，粘度小取大值1.53依据系统

18、所需流量，拟初选限压式变量液压泵的转速为n=1500r/min，泵的容积效率v0.85，可计算得,泵的排量参照值为;Vg1000qv100052.8n150041.41mL/rv0.85依据以上计算结果查手册，采纳规格周边的YBX-B50型限压式变量叶片泵，其额定压力为6.3MPa，排量为V=50mL/r,泵的额定转速为n1400r/min，容积效率取0.85v，倒计算得泵的额定流量为qPVnv5014000.8559.5L/min与系统所需流量基本符合。由表可知，系统在快退阶段工作时，输入功率最大，其值为P1max0.63kW,故按此阶段的液压泵3.22MPa，流量为52.8L/min，已知

19、泵所需驱动功率选择电动机。此时，泵的工作压力为pp的总效率为v0.72，则液压泵在快退阶段所需的驱动功率为pPqP633.221059.5104.43kWPP0.72603P102.查设计手册，采纳Y系列（IP44）中规格周边的Y132S-4型立式三相异步电动机，其额定功率5.5kW，转速为1440r/min。用此转速驱动液压泵时，变量泵的实质输出流量分别为qVnv5014400.8561.2L/min59.5L/minqp，还能够知足系统各工况对流量的要求。控制元件的选择依据系统工作压力与经过各液压控制阀及部分协助元件的最大流量，查产品样本所选择的元件型号规格如表所列。专用车床液压系统主要元

20、件的型号规格经过流量额定流量额定压力工作压序号力型号名称/（L/min）/MPa/（L/min）/MPa1过滤器40原始压力损失XU-400.0280J2限压式变量516.3YBX-B50叶片泵4先导式溢流636.3YF3-10B阀5六点压力表6.3K-6B开关6压力表丈量范围040Y-407、8直动式溢流2.5P-B10B10阀9、10远控次序阀6.3XY-10B11、12单向阀256.31-25B13、14三位五通电6.335D-25B25磁换向阀15、16单向阀636.31-63B17、18调速阀106.3Q-10B19、20行程阀1006.322C-25BH液压辅件的计算与选择本系统属于中压系统，故取经验系数7，得油箱容量为Vq561.2306L管件尺寸由选定的标准元件油口尺寸确立。所选择的过滤器、压力表及