【液压车床液压控制方案设计5800字（论文）】

液压车床液压控制方案设计摘要现如今加工业发展迅速，加工手段也是层出不穷，其中速高精密数控车床尤为突出，主要是液压系统在加工业的运用越来越广泛，液压驱动逐渐成为自动化设备的主要驱动方式，本次设计内容最主要的是针对机床的液压夹紧、液压顶紧和液压回转系统来设计，最后对液压系统总方案做出合理有效的设计，并且介绍高速高精密数控车床在我国的应用以及发展趋势。一开始根据给出的数控车床的整体参数来做出合理的分析，然后通过对液压缸的工况计算和查找借鉴选定的参考文献来确定各零部件的工作参数。最终按照相对应的零部件功能来选定合适的方案，在对液压元件的工况进行分析、分析计算后参照文献和手册选好液压元件在各工况中的主要液压系统、随后使用CAD软件对液压系统图进行绘制、对各液压回路方案进行合理选择、最后查阅相关资料手册选择合适的液压元部件以及液压辅助元件，最后汇总。做完一套的设计后，为了满足使用需求还应在进一步对计算的结果进行验算，以满足需求。关键词：液压驱动方式；GSCK200A高速高精密数控车床；数控车床的液压系统；目录TOC\o"1-2"\h\z\u19929摘要 1301172各系统功能介绍 3272652.1数控车床液压缸的工作原理 4236162.2选中的液压控制阀的作用 4174042.3液压辅助元件 530872.5本章小结 5213573液压控制方案设计 516013.2夹紧缸的设计计算 10235343.3尾架顶紧缸的设计计算 12137273.4制定液压回路 14268314液压元件的选择 16238454.1液压泵的选择 16108534.2电机的选择 1620585液压油发热温升计算 1746986设计结论 18285126.1设计工作汇总 18295296.2设计重点 182各系统功能介绍高速高精密数控车床整体结构如下图1.1所示图1.1GSCK200A高速高精密车床结构示意图数控车床的性能参数有：数控车床的身最大倾斜可加工角度为45度、能够加工的轴长最长为500毫米、车床的加工最大精度最高可达到IT5等级、能够加工最大的床身直径2毫米，可以加工的最大粗糙度达到Ra1.6-Ra0.8,主轴最大加工转速5000转每分钟。2.1数控车床液压缸的工作原理液压缸主要由液压缸筒、活塞缸、端盖、活塞、活塞杆、活塞杆密封件的部件组成的活塞缸，活塞缸左腔不断的输入液压油时，推动左腔向左运动，当往右边的液压缸注入源源不断的液压油时，缸筒右移。这种液压缸就是活塞杆固定的活塞缸。2.2选中的液压控制阀的作用如今加工行业中的液压阀已达到几百上千种的规格，选择合适的液压阀的方式也多种多样，其中可以按照使用的方法途径大致将液压阀分为压力控制阀、方向控制阀、流量控制阀等等，还可以按照工作原理和组合程度来区分这些液压阀。接下来对本次选用的一部分液压阀进行简单介绍。2.2.1单向阀单向阀的主要作用是为了防止液压油的回流，使其智能按照一个方向流动，这样就大大提高了液压油的输出效率。单向阀可以大致分为普通阀和液控阀两种。2.2.2换向阀换向阀是用阀芯和阀体的相对运动来调控液压油的流动方向，来实现液压油的准确供油。这次主要运用的是多位电磁换向阀，它主要是运用了通电后的电磁铁的吸合力来控制阀芯和阀体间的相对运动从而实现液压油的换向。2.2.3压力控制阀其主要作用是控制和调节液压系统中的压力大小，从而实现对压力的精确供给，同时也可以保护液压回路，使其能够满足使用需求。设计中选用的主要是溢流阀，其作用是当液压系统中的压力供给达到设定的值时，阀体开始运行，将多余的油压卸载掉，保证压力基本在设定好的数值上。2.3液压辅助元件液压系统的设计离不开一些液压辅助元件的配合辅助，在液压系统中，过滤器、油箱、管件等都属于液压辅助元件。这些元件往往不需要单独的进行设计，大多都是现成的标准件，但对液压系统的工作性能或多或少的会产生一些影响。因此，对液压辅助元件的选择应当细心谨慎，要足够重视。只有油箱等一小部分需要根据液压设备的需求进行合理选择。2.5本章小结本章针对高速高精密数控车床的性能参数以及必要的液压元部件的功能作用做了简单的介绍，为接下来的设计和液压元件的选择提供了合理的指导和意见。3液压控制方案设计3.1液压工作台的进给缸的设计液压车床最大切削力为15KN,运动控制部件自重为14KN,快进、快退速度为4米每分钟,工进速度为0.02~0.12米每分钟，启动时的换向时间为Δt=0.2s;采用平导轨的车床导轨动摩擦因数为f=0.1。3.1.1工作台进给缸的负载分析和速度计算1.负载分析已知工作负载Fw=15KN，重力负载G=14KN，按照启动换向时间和运动部件自重计算的到惯性负载Fa=143N，摩擦阻力Ff=1400工进速度变化量的最大值：Δv=0.02m/s，启动换向时间：Δt=0.2s则惯性力为摩擦阻力Ff=G*f=14000*0.1=1400N选取液压缸的机械效率为ηm=0.9，液压缸在正常工作阶段的负载值经计算结果见下表表3.1工作循环负载计算结果工作循环计算公式负载起动加速1389快进1556工进18222快退15562.工况速度分析已知快进、快退的速度为4米每分钟,工进速度范围在20~1200毫米每分钟间,按上述计算结果进行分析后可以绘制出负载循环基本原理详见图3.3和快进速度循环基本原理详见图3.2。见下图：高速高精密数控车床速度循环图3.3高速高精密数控车床的工况负载循环图3.23.1.2确定液压缸的主要参数1.初选液压缸的主要工作压力根据最大负载值查表3.4选取液压缸工作压力为2.5MPa表3.4负载压力表负载F/KN＜55～1010～2020～3030～50＞50工作压力p/MPa＜0.8～11.5～22.5～33～44～5＞5计算液压缸的结构参数液压系统背压力选取表3.5系统结构情况背压力/MPa采用节流阀的回路节流调速系统0.3~0.5对中高压液压系统背压力数值应放大50%~100%采用调速阀的回路节流调速系统0.5~0.8回油路上有背压阀的系统0.5~1.5采用辅助泵补油的闭式回路0.8~1.5为使得液压缸快进和快退时的速度一致，选用双作用活塞杆缸作为工作台的进给缸，来实现快进。设液压缸的左右两腔的有效面积为A1和A2，为保证快进与快退速度能保持一致则有效面积A1/A2=1,工作腔的无杆状态面积为A3，A3=1.25A1，根据液压系统背压力表3.5选出液压缸快退时的背压Pb为0.5MPa，回油腔的被压力为0.7MPa.液压缸左工作腔的有效工作面积为：液压缸筒内径D：表3.6液压缸缸筒内径D系列（GB/T2348-1993）（单位：mm）810121620253240506380100125160200250320400表3.7活塞杆直径d系列（GB/T2348-1993）（单位：mm）456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360圆整后选取最接近表3.6和表3.7中的直径值，D=100mm，d=45mm，有效工作面积A=6200平方毫米。对于这工作速度比较低的液压缸来说，还需效验其有效面积A，即要满足式中：qmin—回路中所用流量阀的最小稳定流量，或溶质调速回路中变量泵的最小稳定流量：vmin—液压缸应达到的最低运动速度如果计算结果不满足液压缸的有效面积验算，则应加大液压缸的有效工作面积，然后复算液压缸的直径D、d和工作压力P。工进时采用调速阀调速，其最小的稳定工作流量为0.05L/min,设计要求最低的工进速度Vmin=20mm/min,经上式计算可知满足上式所需要求，说明可以满足最小速度的要求。3.液压缸实际计算工作压力计算根据下表选出活塞行程：表3.8液压缸活塞行程第一系列（单位：mm）2550801001251602002503204005006308001000125016002000025000选择标准活塞行程为400mm。计算液压缸在工作循环各阶段的压力、流量和功率选取两腔回路以及阀上的压力损失为0.5MPa,则P2=P1+0.5MPa.计算结果见表3.9。表3.9液压缸工作循环中各阶的段压力、流量和功率工作循环计算公式负载F/KN回油背压p2/MPa进油压力p1/MPa输入流量q1/10-3m3·s-1输入功率P/kW快进起动加速13891.2——恒速15560.890.4020.482工进182220.73.440.0025~0.0160.0015~0.073快退起动加速13890.51.2——恒速15560.50.890.4020.4823.2夹紧缸的设计计算3.2.1确定液压缸的主要尺寸1.初选液压缸的工作压力由最大负载表3.4，取液压缸的工作压力为2MPa,工作负载为7KN.计算液压缸的结构参数为使得液压缸快进和快退时的速度一致，选用双作用活塞杆缸作为工作台的进给缸，来实现快进。设液压缸的左右两腔的有效面积为A1和A2，为保证快进与快退速度能保持一致则有效面积A1/A2=1,工作腔的无杆状态面积为A3，A3=1.25A1，根据液压系统背压力表3.5选出液压缸快退时的背压Pb为0.5MPa，回油腔的被压力为0.7MPa.液压缸左工作腔的有效工作面积为：液压缸筒内径D：表3.6液压缸缸筒内径D系列（GB/T2348-1993）（单位：mm）810121620253240506380100125160200250320400表3.7活塞杆直径d系列（GB/T2348-1993）（单位：mm）456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360圆整后选取最接近表3.6和表3.7中的直径值，D=80mm，d=36mm，有效工作面积A=4007平方毫米。对于这工作速度比较低的液压缸来说，还需效验其有效面积A，即要满足式中：qmin—回路中所用流量阀的最小稳定流量，或溶质调速回路中变量泵的最小稳定流量：vmin—液压缸应达到的最低运动速度如果计算结果不满足液压缸的有效面积验算，则应加大液压缸的有效工作面积，然后复算液压缸的直径D、d和工作压力P。工进时采用调速阀调速，其最小的稳定工作流量为0.05L/min,设计要求最低的工进速度Vmin=20mm/min,经上式计算可知满足上式所需要求，说明可以满足最小速度的要求。3.液压缸实际计算工作压力计算根据下表选出活塞行程：表3.8液压缸活塞行程第一系列（单位：mm）2550801001251602002503204005006308001000125016002000025000选择标准活塞行程为50mm。3.3尾架顶紧缸的设计计算3.3.1确定液压缸的主要参数1.初选液压缸的工作压力由最大负载表3.4，取液压缸的工作压力为1MPa,工作负载为3KN.计算液压缸的结构参数为使得液压缸快进和快退时的速度一致，选用双作用活塞杆缸作为工作台的进给缸，来实现快进。设液压缸的左右两腔的有效面积为A1和A2，为保证快进与快退速度能保持一致则有效面积A1/A2=1,工作腔的无杆状态面积为A3，A3=1.25A1，根据液压系统背压力表3.5选出液压缸快退时的背压Pb为0.5MPa，回油腔的被压力为0.7MPa.液压缸左工作腔的有效工作面积为：液压缸筒内径D：表3.6液压缸缸筒内径D系列（GB/T2348-1993）（单位：mm）810121620253240506380100125160200250320400表3.7活塞杆直径d系列（GB/T2348-1993）（单位：mm）456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360圆整后选取最接近表3.6和表3.7中的直径值，D=63mm，d=28mm，有效工作面积A=2500平方毫米。对于这工作速度比较低的液压缸来说，还需效验其有效面积A，即要满足式中：qmin—回路中所用流量阀的最小稳定流量，或溶质调速回路中变量泵的最小稳定流量：vmin—液压缸应达到的最低运动速度如果计算结果不满足液压缸的有效面积验算，则应加大液压缸的有效工作面积，然后复算液压缸的直径D、d和工作压力P。工进时采用调速阀调速，其最小的稳定工作流量为0.05L/min,设计要求最低的工进速度Vmin=20mm/min,经上式计算可知满足上式所需要求，说明可以满足最小速度的要求。3.液压缸实际计算工作压力计算根据下表选出活塞行程：表3.8液压缸活塞行程第一系列（单位：mm）2550801001251602002503204005006308001000125016002000025000选择标准活塞行程为25mm。3.4制定液压回路图3.4液压系统总装图3.4.1供油回路综上所表述的结果可知，系统中的最大流量与最小流量比为80，在液压缸工作期间大部分时间里液压缸都处于高压低流量的工作状态，选用变量液压泵，以此来提高效率，节省能源。3.4.2辅助回路在设计这部分回路是要考虑在不影响液压系统正常工作的条件下，进行合理的优化，比如选用双向液压锁来控制一些突发情况，断电或机器故障等引起液压油的回流造成系统的损害，液压锁的作用就是能控制液压油在任何突发情况下都不回流。还有在选择中加入吸油过滤器和空气过滤器，保证液压油的洁净，减少杂物的侵入，从而延长系统的使用寿命。3.4.3压力控制回路在系统工作时，高压小流量和低压大流量的液压油都是通过回转缸的减压阀来设定，同时，顺序阀来实现低压大流量的卸荷，单向阀用于短时保压。3.4.4调速回路因为液压系统的功率比较小，根据计算的负载可知，只有正值负载，因此选用进油节流调速回路。为了较好的提供低速平稳性和速度负载特性，还可以选用调速阀调速，并在回路上设置背压。3.4.5方向控制回路液压回转缸、尾座顶紧缸和液压刀塔缸的液压回路都可以选用二位四通的电磁换向阀进行控制。液压刀塔和液压顶紧、液压夹紧都需要平稳的油压供应，还能做到液压缸的中位停止，因此选择二位四通的电磁换向阀来精准控制。表3.19液压系统工况表液压缸工况动作电磁铁状态1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA8YA刀塔的定位缸快进吸合工进快退吸合尾座顶紧缸顶紧吸合松开吸合工件夹紧缸夹紧吸合松开吸合刀塔定位马达电机正转吸合电机反转吸合4液压元件的选择4.1液压泵的选择1.液压泵及驱动电机功率的确定（1）液压泵的工作压力计算出的液压缸在工作中最大压力为3.44MPa，选取进油路上的压力损失为1MPa，则小流量泵的最大工作压力应为4.44MPa。选择泵的额定压力应为泵在大流量工作状态下,液压缸快速后退时泵的工作速度压力损失会比正常液压工作时的额定压力大,选取了当液压缸快速后退时泵在进出泵油路上的额定压力速度损失系数为0.5MPa,大流量泵在液压缸快退时的工作压力较高为1.2+0.5=1.7MPa.卸荷阀的压力应高于1.7MPa。（2）液压泵流量计算选取系统的泄露系数K=1.2，则液压泵的最小供油量同样也可算出小流量泵最小流量为5.3L/min大流量泵的最小流量为30.7L/min（3）确定液压泵规格对照PVS系列的变量叶片泵，选型号为PVS25，其转速为1000-1800rpm，1800r/min时流量为42L/min，排量为32cm3/rev，大、小泵的流量为36L/min和5.3L/min，所选的泵可以满足以上需求。4.2电机的选择快退阶段时液压泵的功率能达到最大值，选取液压缸在进油路上压力损失0.5MPa，则液压泵的输出压力为1.2MPa。液压泵的总效率为，液压泵流量为36L/min，则液压泵驱动快退所需的功率P为：据此选用三相异步电动机，型号为Y80M2-5型，电机的额定功率为0.75KW，最高转速可达1400rpm，能满足系统的需求。