1、組合機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)1 方案的確定1.1整體性分析要求此液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的工作循環(huán)是：工件夾緊 工作臺(tái)快進(jìn) 工作臺(tái)1工進(jìn) 工作臺(tái)2工進(jìn) 工作臺(tái)快退 工件松開。運(yùn)動(dòng)部件重5800N，工作臺(tái)快進(jìn)、快退的速度4.8m/min，工進(jìn)的速度60960mm/min，最大行程640mm，工進(jìn)行程240mm。最大切削力8000N。夾緊缸行程30mm,夾緊力35000N。對(duì)于銑削專用機(jī)床的液壓系統(tǒng)而言，加工的零件需要精度高，定位準(zhǔn)確。所以整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求定位精度高，換向速度快。在設(shè)計(jì)閥的時(shí)候，考慮這些方面變的尤其重要，要考慮到工作在最低速度時(shí)調(diào)速閥的最小調(diào)節(jié)流量能否滿足要求。在行程方面，應(yīng)該比要求的工作行程大點(diǎn)，

2、包括工作行程、最大行程和夾緊缸行程，主要是考慮到在安全方面和實(shí)際運(yùn)用中。在壓力方面也要考慮到滿足最大負(fù)載要求。而且在液壓系統(tǒng)能滿足要求的前提下，使液壓系統(tǒng)的成本較低。1.2 擬定方案由上述分析可得以下兩種方案：方案一 液壓系統(tǒng)中工作臺(tái)的執(zhí)行元件為伸縮缸，工件的夾緊用單桿活塞缸；工作臺(tái)采用節(jié)流閥實(shí)現(xiàn)出油口節(jié)流調(diào)速，用行程閥實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)從快進(jìn)到工進(jìn)的轉(zhuǎn)換，壓力繼電器控制一工進(jìn)與二工進(jìn)的轉(zhuǎn)換，在工進(jìn)回路上串接個(gè)背壓閥；為了防止工件在加工過程中松動(dòng)，在夾緊進(jìn)油路上串接個(gè)單向閥；工作臺(tái)的進(jìn)、退采用電磁換向閥；夾緊缸的夾緊與放松用電磁閥控制。方案二 液壓系統(tǒng)中工作臺(tái)的執(zhí)行元件為單桿活塞缸，工件的夾緊也采用單

3、桿活塞缸；工作臺(tái)采用調(diào)速閥實(shí)現(xiàn)進(jìn)油口節(jié)流調(diào)速，也采用行程閥實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)從快進(jìn)到工進(jìn)的轉(zhuǎn)換，壓力繼電器控制一工進(jìn)與二工進(jìn)的轉(zhuǎn)換，工進(jìn)時(shí)，為了避免前沖現(xiàn)象，在回路上串接個(gè)背壓閥；夾緊缸上串接個(gè)蓄能器和單向閥，避免工件在加工過程中松動(dòng)；工作臺(tái)的進(jìn)、退換向采用電液換向閥，工作臺(tái)快進(jìn)時(shí)，采用差動(dòng)連接；夾緊缸的夾緊與放松用電磁閥控制。方案比較：單桿活塞缸比伸縮缸結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜，易維護(hù)，而且也能滿足要求；調(diào)速閥的性能比節(jié)流閥穩(wěn)定，調(diào)速較好，用于負(fù)載變化大而運(yùn)動(dòng)要求穩(wěn)定的系統(tǒng)中；采用出油口調(diào)速回路中油液通過節(jié)流閥產(chǎn)生的熱量直接排回油箱散熱；夾緊缸進(jìn)油口處串接蓄能器，更好的保證工件的夾緊力，使工件在加工過程中

4、始終在夾緊狀態(tài)。電液換向閥的信號(hào)傳遞快，配合液壓動(dòng)力的輸出力大、慣性小、反映快的優(yōu)點(diǎn)使控制靈活、精度高、快速性好。綜上比較選擇方案二較好。2 工況分析2.1運(yùn)動(dòng)參數(shù)分析首先根據(jù)主機(jī)要求畫出動(dòng)作循環(huán)圖（2.1）。快進(jìn)工進(jìn)快退放松夾緊圖2.1 動(dòng)作循環(huán)圖2.2動(dòng)力參數(shù)分析計(jì)算各階段的負(fù)載 工作負(fù)載：由已知條件可知切削力。慣性負(fù)載：（參考機(jī)床的工作臺(tái)加速時(shí)間，取=0.2s）阻力負(fù)載：靜摩擦阻力 動(dòng)摩擦阻力（滑動(dòng)導(dǎo)軌：鑄鐵對(duì)鑄鐵啟動(dòng)低速時(shí),v<0.16m/s）表2.1 液壓缸在各個(gè)工作階段的負(fù)載值其中=0.9工況負(fù)載組成負(fù)載值（N）推力（N）夾緊5800快 進(jìn)起動(dòng)11601289加速817908

5、快進(jìn)580644工進(jìn)一工進(jìn)1800020000二工進(jìn)85809533快退5806442.3負(fù)載圖和速度圖的繪制負(fù)載圖按上面的數(shù)值繪制，如圖2.2所示。速度圖按已知數(shù)值，一工進(jìn)的速度，二工進(jìn)的速度。圖2.2負(fù)載位移、速度位移圖3 液壓缸尺寸和所需流量3.1液壓缸尺寸計(jì)算3.1.1工作壓力的確定：工作壓力可根據(jù)負(fù)載和主機(jī)類型確定，由液壓傳動(dòng)表113得出： P工作壓力3.1.2計(jì)算液壓缸尺寸：液壓缸有效工作面積 液壓缸內(nèi)徑由液壓設(shè)計(jì)手冊查得內(nèi)徑的標(biāo)準(zhǔn)值 D=50mm3.1.3活塞桿直徑：因采用差動(dòng)連接，所以取mm，再根據(jù)機(jī)床液壓傳動(dòng)中的表46選取標(biāo)準(zhǔn)值d=36mm。3.1.4缸徑、桿徑取標(biāo)準(zhǔn)值后的有

6、效工作面積：無桿腔有效面積 活塞桿面積 有桿腔有效面積 3.2確定液壓缸所需流量 3.3夾緊缸的有效面積、工作壓力和流量確定3.3.1確定夾緊缸的工作壓力：根據(jù)最大夾緊力，由液壓傳動(dòng)中的表11-2取工作壓力。計(jì)算夾緊缸有效面積、缸徑和桿徑：夾緊缸面積 夾緊缸直徑 取標(biāo)準(zhǔn)值 活塞桿直徑，一般取。（不符合標(biāo)準(zhǔn)）取標(biāo)準(zhǔn)值=32mm3.3.2計(jì)算夾緊缸的流量：根據(jù)上述計(jì)算數(shù)據(jù)，可估算液壓缸在各個(gè)工作段中的壓力、流量和功率，如下表所示： 表3.1液壓缸各工作段壓力、流量和功率工況推力F/N回油腔壓力 進(jìn)油腔壓力輸入流量輸入功率計(jì)算式夾緊580004.80.970.02快進(jìn)啟動(dòng)128901.73 加速90

7、81.36恒速6441.104.8820.089一工進(jìn)200000.818712.2720.383二工進(jìn)95330.85.259.4420.83快退啟動(dòng)128901.69加速9081.134恒速6440.30.8523.640.334 擬定液壓系統(tǒng)圖4.1確定執(zhí)行元件類型：4.1.1工作缸：根據(jù)組合機(jī)床特點(diǎn)和要求，所以選用無桿腔面積等于兩倍的有桿腔面積的差動(dòng)液壓缸。4.1.2夾緊缸：由于結(jié)構(gòu)上的原因和為了有較大的有效工作面積，也采用單桿活塞液壓缸。4.2換向方式確定為了便于工作臺(tái)在任意位置停止，使調(diào)整方便，所以采用三位換向閥；為了便于組成差動(dòng)連接，應(yīng)采用三位五通電液換向閥。閥的中位機(jī)能的選擇對(duì)

8、保證系統(tǒng)工作性能有很大作用，為了滿足本專機(jī)工作位置的調(diào)整方便性和采用液壓夾緊的具體情況，決定采用“Y”型中位機(jī)能。4.3調(diào)速方式的選擇在組合機(jī)床的液壓系統(tǒng)中，進(jìn)給速度的控制一般采用節(jié)流閥或調(diào)速閥。根據(jù)洗削類專機(jī)工作時(shí)對(duì)低速性能和速度負(fù)載特性都有一定的要求，因此決定采用調(diào)速閥進(jìn)行調(diào)整。為了便于實(shí)現(xiàn)壓力控制，采用進(jìn)油節(jié)流調(diào)速，同時(shí)為了滿足低速進(jìn)給時(shí)平穩(wěn)性，以及避免出現(xiàn)前沖現(xiàn)象，在回路上設(shè)有背壓閥。4.4快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)、一工進(jìn)轉(zhuǎn)二工進(jìn)控制方式和終點(diǎn)轉(zhuǎn)換控制方式的選擇為了保證轉(zhuǎn)換平穩(wěn)、可靠、精度高，采用行程閥控制快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)的控制和用壓力開關(guān)控制一工進(jìn)和二工進(jìn)的轉(zhuǎn)換。為了安全和機(jī)器平穩(wěn)的工作，采用行程開關(guān)和

9、加死擋塊控制。4.5快速運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)和供油部分的設(shè)計(jì)因?yàn)榭爝M(jìn)、快退和工進(jìn)的速度相差比較大，為了減少功率損耗，采用變量泵。4.6夾緊回路的確定由于夾緊回路的壓力大于進(jìn)給系統(tǒng)壓力。為了防止夾緊系統(tǒng)的主壓力下降，在夾緊系統(tǒng)串接個(gè)單向閥和蓄能器。夾緊缸不用中間停留，故采用二位閥控制即可，這里采用二位五通電磁換向閥。為了實(shí)現(xiàn)夾緊后才能讓工作臺(tái)快進(jìn)的順序動(dòng)作，和保證進(jìn)給系統(tǒng)工作時(shí)夾緊系統(tǒng)壓力始終不低于最小夾緊壓力，所以在夾緊回路上安裝個(gè)壓力繼電器實(shí)現(xiàn)順序控制。當(dāng)壓力繼電器動(dòng)作時(shí)，工作臺(tái)進(jìn)給。根據(jù)上述分析，畫出液壓系統(tǒng)草圖，如下圖所示：表4.1液壓系統(tǒng)草圖5 選擇液壓元件和確定輔助裝置5.1選擇液壓泵5.1.

10、1泵的工作壓力的確定泵的工作壓力可根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際工況來選擇，為了提高系統(tǒng)的可靠性，延長泵的使用壽命，一般在固定設(shè)備中液壓系統(tǒng)的正常工作壓力可選為泵額定壓力的25%75%。所以有： 還考慮到夾緊缸處的壓力，因此取 5.1.2泵的流量的確定快進(jìn)、快退時(shí)泵的流量：由于液壓缸采用差動(dòng)連接，而有桿腔有效面積小于活塞桿面積，故在速度相同的情況下，快退所需的流量小于快進(jìn)所需的流量，所以按快進(jìn)考慮。一工進(jìn)時(shí)泵的流量：二工進(jìn)時(shí)泵的流量： 5.1.3選擇泵的類型在這個(gè)液壓系統(tǒng)的工作循環(huán)內(nèi)，液壓缸要求油源交替地提供低壓大流量和高壓小流量的油液。最大流量和最小流量之比約為29，而快進(jìn)、快退所需的時(shí)間和工進(jìn)所需的時(shí)間分

11、別為 亦即，根據(jù)組合機(jī)床具體情況，從產(chǎn)品樣本上選用變量葉片泵YBP。排量1063ml/r，壓力6.310MPa，轉(zhuǎn)速6001500r/min。5.2電動(dòng)機(jī)的選擇 根據(jù)此數(shù)值按JB/T8680.11998，查閱電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品樣本選取Y90S6型電動(dòng)機(jī)，其額定功率為，額定轉(zhuǎn)速。5.3選擇閥類元件閥的規(guī)格如下表所示：表3各類閥可通過最大流量和實(shí)際工作壓力選擇序號(hào)元件名稱估計(jì)通過流量L/min額定流量L/min額定壓力MPa額定壓降MPa型號(hào)、規(guī)格1過濾器306316<0.02XU-63X80-J2變量葉片泵10636.3YBP3單向閥266316<0.2AF3-Ea10B4單向閥0.3631

12、6<0.2AF3-Ea10B5溢流閥36316YF3-Ea10B6二位五通電磁換向閥0.36316<0.525E-25B7蓄能器NXQA-L2.5/10-H8液控順序閥66316XF3-E10B9背壓閥66316YF3-E10B10壓力繼電器DP1-6311單向閥136316<0.2AF3-Ea10B12三位五通電液換向閥508016<0.535DYF3Y-E10B13單向閥246316<0.2AF3-Ea10B14行程閥416316<0.3AXQF-E10B15調(diào)速閥11.10.0750160.5QCI-63B16調(diào)速閥2120.0750160.5QCI-

13、63B17二位二通電磁閥1363160.32WE10O1018壓力繼電器DP1-6319二位二通手動(dòng)換向閥2WMM10AB5.4確定油管尺寸5.4.1油管內(nèi)徑的確定可按下式計(jì)算：d-油管的內(nèi)徑 Q-油管的流量泵的總流量為5.37L/min，但快速時(shí)，部分回油管流量可達(dá)12L/min，故按12L/min計(jì)算：V取4.8m/s 取標(biāo)準(zhǔn)值d=6.3mm，壁厚為1mm的紫銅管。6 油箱的設(shè)計(jì)6.1油箱容量的確定中壓系統(tǒng)中，油箱有效容積可按泵每分鐘內(nèi)公稱流量的57倍來確定，即油箱的容積V=（57 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊得油箱的標(biāo)準(zhǔn)值為63L。6.2估算油箱的長、寬、高設(shè)油箱的長、寬、高比值范圍為1：1：13：2

14、：1，則根據(jù)油箱的容量可算出油箱的長、寬、高分別為a=b =c=400mm,由于在選擇油箱的容量時(shí)系數(shù)選的較大，在此就不在考慮油箱的壁厚，即油箱的壁厚包括在上面計(jì)算的長、寬、高中。6.3確定油箱壁厚400L以下容量的油箱箱壁厚取3mm。箱底厚度應(yīng)大于箱壁，取箱底厚度為6mm，箱蓋厚度應(yīng)為箱壁的34倍，取箱蓋厚度為9mm。6.4確定液位計(jì)的安裝尺寸在設(shè)計(jì)液位計(jì)時(shí)，要考慮液位計(jì)的顯示最大刻度與最小刻度之間的差值和油箱的高度。油箱內(nèi)的液面高度為油箱的80%，所以：選擇液位計(jì)XYW100，最大刻度與最小刻度之間為70mm。安裝時(shí)，液位計(jì)的中心位置與上述的液面高度在同一水平面。6.5隔板的尺寸計(jì)算隔板的

15、長度由油箱的內(nèi)部尺寸可以確定，主要計(jì)算隔板的高度。隔板的高度一般為油箱內(nèi)液面高度的3/4。但是也要考慮到當(dāng)油箱內(nèi)的油液降到最低位置時(shí)，液壓油也能流入到吸油腔，避免液壓系統(tǒng)吸入空氣。所以隔板的高度為回油腔一側(cè)的隔板要考慮吸油腔快速吸油時(shí)，油箱底部的沉淀雜質(zhì)不能流入吸油腔中，再此取隔板離油箱底的尺寸為130mm。6.6油箱其它附件的選擇油箱的其它附件可根據(jù)中國機(jī)械設(shè)計(jì)大典上選擇。 7 液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算7.1驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失并確定壓力閥的調(diào)整值由于系統(tǒng)的管路布置尚未確定，整個(gè)系統(tǒng)的壓力損失無法全面估算，故只能先按式346估算閥類元件的壓力損失，待設(shè)計(jì)好管路布局后，加上管路沿程損失即可，但對(duì)于中小型

16、液壓系統(tǒng)，管路的壓力損失甚微，可以不考慮。壓力損失的演算應(yīng)按一個(gè)工作循環(huán)中的不同階段分別進(jìn)行。7.1.1工件夾緊階段壓力損失夾緊時(shí)，油液經(jīng)過單向閥4，二位五通電磁換向閥6，進(jìn)入夾緊缸，再回到油箱。 此值太小，忽略不計(jì)。7.1.2工作臺(tái)快進(jìn)時(shí)壓力損失滑臺(tái)快進(jìn)時(shí)，液壓缸差動(dòng)連接，進(jìn)油路上油液通過單向閥3，電液換向閥12，行程閥14，進(jìn)入無桿腔；再經(jīng)過電液換向閥12，單向閥11，行程閥14，進(jìn)入無桿腔。 此值不大，不會(huì)使液控順序閥開啟，故能保證泵的流量全部進(jìn)入液壓缸。回油路上，有桿腔中的油液通過電液換向閥和單向閥流量都是12.3L/min。7.1.3一次工進(jìn)時(shí)壓力損失一工進(jìn)時(shí)，油液在進(jìn)油路上通過單向

17、閥3，三位五通電液換向閥12，調(diào)速閥15，二位二通電磁閥17；油液在回油路上通過三位五通電液換向閥12，液控順序閥8，背壓閥9流回油箱。因此這時(shí)液壓缸回油腔的壓力為此值與原估計(jì)值相差不大，基本是相等，不要再重新計(jì)算。因此，背壓閥8的調(diào)定壓力應(yīng)該大于0.51MPa。7.1.4二次工進(jìn)時(shí)壓力損失二工進(jìn)時(shí)，油液在進(jìn)油路上通過單向閥3，三位五通電液換向閥12，調(diào)速閥15，調(diào)速閥16，進(jìn)入液壓缸無桿腔；油液在回油路上通過三位五通電液換向閥12，液控順序閥8，背壓閥9流回油箱。因此這時(shí)液壓缸回油腔的壓力為考慮到壓力繼電器的可靠動(dòng)作需壓差，故溢流閥的調(diào)定壓力為 又因?yàn)閵A緊缸的壓力，所以溢流閥的調(diào)定壓力。7.

18、1.5快退時(shí)的壓力損失快退時(shí)，油液在進(jìn)油路上通過單向閥3和電液換向閥的流量都是23.64L/min；油液在回油路上通過單向閥13和電液換向閥12的流量都是49.1 L/min，因此進(jìn)油路上的總壓降為： 此值比較小，所以液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率是足夠的。回油路上的總壓降： 此值與表中的估計(jì)值相近，故不必再重算。7.2油液溫升驗(yàn)算在整個(gè)工作循環(huán)中，工進(jìn)和快進(jìn)快退所占的時(shí)間相差不大，所以，系統(tǒng)的發(fā)熱和油液溫升可用一個(gè)循環(huán)的情況來計(jì)算。快進(jìn)時(shí)液壓缸的有效功率為泵的輸出功率因此快進(jìn)液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量為同樣的方法可求出快退時(shí)液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量為一工進(jìn)時(shí)液壓缸的有效功率為泵的輸出功率因此一工進(jìn)液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量為二工進(jìn)時(shí)液壓缸的有效功率為泵的輸出功率因此二工進(jìn)液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量為總的發(fā)熱量為按液壓傳動(dòng)的公式（112）求出油液溫生近似值溫升沒有超出允許范圍，液壓系