組合機床液壓系統設計

1、組合機床液壓系統設計1 方案的確定1.1整體性分析要求此液壓系統實現的工作循環(huán)是：工件夾緊 工作臺快進 工作臺1工進 工作臺2工進 工作臺快退 工件松開。運動部件重5800N，工作臺快進、快退的速度4.8m/min，工進的速度60960mm/min，最大行程640mm，工進行程240mm。最大切削力8000N。夾緊缸行程30mm,夾緊力35000N。對于銑削專用機床的液壓系統而言，加工的零件需要精度高，定位準確。所以整個系統的設計要求定位精度高，換向速度快。在設計閥的時候，考慮這些方面變的尤其重要，要考慮到工作在最低速度時調速閥的最小調節(jié)流量能否滿足要求。在行程方面，應該比要求的工作行程大點，

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際運用中。在壓力方面也要考慮到滿足最大負載要求。而且在液壓系統能滿足要求的前提下，使液壓系統的成本較低。1.2 擬定方案由上述分析可得以下兩種方案：方案一 液壓系統中工作臺的執(zhí)行元件為伸縮缸，工件的夾緊用單桿活塞缸；工作臺采用節(jié)流閥實現出油口節(jié)流調速，用行程閥實現工作臺從快進到工進的轉換，壓力繼電器控制一工進與二工進的轉換，在工進回路上串接個背壓閥；為了防止工件在加工過程中松動，在夾緊進油路上串接個單向閥；工作臺的進、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 液壓系統中工作臺的執(zhí)行元件為單桿活塞缸，工件的夾緊也采用單

3、桿活塞缸；工作臺采用調速閥實現進油口節(jié)流調速，也采用行程閥實現工作臺從快進到工進的轉換，壓力繼電器控制一工進與二工進的轉換，工進時，為了避免前沖現象，在回路上串接個背壓閥；夾緊缸上串接個蓄能器和單向閥，避免工件在加工過程中松動；工作臺的進、退換向采用電液換向閥，工作臺快進時，采用差動連接；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構簡單，價格便宜，易維護，而且也能滿足要求；調速閥的性能比節(jié)流閥穩(wěn)定，調速較好，用于負載變化大而運動要求穩(wěn)定的系統中；采用出油口調速回路中油液通過節(jié)流閥產生的熱量直接排回油箱散熱；夾緊缸進油口處串接蓄能器，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)。電液換向閥的信號傳遞快，配合液壓動力的輸出力大、慣性小、反映快的優(yōu)點使控制靈活、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運動參數分析首先根據主機要求畫出動作循環(huán)圖（2.1）?？爝M工進快退放松夾緊圖2.1 動作循環(huán)圖2.2動力參數分析計算各階段的負載 工作負載：由已知條件可知切削力。慣性負載：（參考機床的工作臺加速時間，取=0.2s）阻力負載：靜摩擦阻力 動摩擦阻力（滑動導軌：鑄鐵對鑄鐵啟動低速時,v<0.16m/s）表2.1 液壓缸在各個工作階段的負載值其中=0.9工況負載組成負載值（N）推力（N）夾緊5800快 進起動11601289加速817908

5、快進580644工進一工進1800020000二工進85809533快退5806442.3負載圖和速度圖的繪制負載圖按上面的數值繪制，如圖2.2所示。速度圖按已知數值，一工進的速度，二工進的速度。圖2.2負載位移、速度位移圖3 液壓缸尺寸和所需流量3.1液壓缸尺寸計算3.1.1工作壓力的確定：工作壓力可根據負載和主機類型確定，由液壓傳動表113得出： P工作壓力3.1.2計算液壓缸尺寸：液壓缸有效工作面積 液壓缸內徑由液壓設計手冊查得內徑的標準值 D=50mm3.1.3活塞桿直徑：因采用差動連接，所以取mm，再根據機床液壓傳動中的表46選取標準值d=36mm。3.1.4缸徑、桿徑取標準值后的有

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：根據最大夾緊力，由液壓傳動中的表11-2取工作壓力。計算夾緊缸有效面積、缸徑和桿徑：夾緊缸面積 夾緊缸直徑 取標準值 活塞桿直徑，一般取。（不符合標準）取標準值=32mm3.3.2計算夾緊缸的流量：根據上述計算數據，可估算液壓缸在各個工作段中的壓力、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 進油腔壓力輸入流量輸入功率計算式夾緊580004.80.970.02快進啟動128901.73 加速90

7、81.36恒速6441.104.8820.089一工進200000.818712.2720.383二工進95330.85.259.4420.83快退啟動128901.69加速9081.134恒速6440.30.8523.640.334 擬定液壓系統圖4.1確定執(zhí)行元件類型：4.1.1工作缸：根據組合機床特點和要求，所以選用無桿腔面積等于兩倍的有桿腔面積的差動液壓缸。4.1.2夾緊缸：由于結構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在任意位置停止，使調整方便，所以采用三位換向閥；為了便于組成差動連接，應采用三位五通電液換向閥。閥的中位機能的選擇對

8、保證系統工作性能有很大作用，為了滿足本專機工作位置的調整方便性和采用液壓夾緊的具體情況，決定采用“Y”型中位機能。4.3調速方式的選擇在組合機床的液壓系統中，進給速度的控制一般采用節(jié)流閥或調速閥。根據洗削類專機工作時對低速性能和速度負載特性都有一定的要求，因此決定采用調速閥進行調整。為了便于實現壓力控制，采用進油節(jié)流調速，同時為了滿足低速進給時平穩(wěn)性，以及避免出現前沖現象，在回路上設有背壓閥。4.4快進轉工進、一工進轉二工進控制方式和終點轉換控制方式的選擇為了保證轉換平穩(wěn)、可靠、精度高，采用行程閥控制快進轉工進的控制和用壓力開關控制一工進和二工進的轉換。為了安全和機器平穩(wěn)的工作，采用行程開關和

9、加死擋塊控制。4.5快速運動的實現和供油部分的設計因為快進、快退和工進的速度相差比較大，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給系統壓力。為了防止夾緊系統的主壓力下降，在夾緊系統串接個單向閥和蓄能器。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。為了實現夾緊后才能讓工作臺快進的順序動作，和保證進給系統工作時夾緊系統壓力始終不低于最小夾緊壓力，所以在夾緊回路上安裝個壓力繼電器實現順序控制。當壓力繼電器動作時，工作臺進給。根據上述分析，畫出液壓系統草圖，如下圖所示：表4.1液壓系統草圖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系統的實際工況來選擇，為了提高系統的可靠性，延長泵的使用壽命，一般在固定設備中液壓系統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、快退時泵的流量：由于液壓缸采用差動連接，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所需的流量，所以按快進考慮。一工進時泵的流量：二工進時泵的流量： 5.1.3選擇泵的類型在這個液壓系統的工作循環(huán)內，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、快退所需的時間和工進所需的時間分

11、別為 亦即，根據組合機床具體情況，從產品樣本上選用變量葉片泵YBP。排量1063ml/r，壓力6.310MPa，轉速6001500r/min。5.2電動機的選擇 根據此數值按JB/T8680.11998，查閱電動機產品樣本選取Y90S6型電動機，其額定功率為，額定轉速。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際工作壓力選擇序號元件名稱估計通過流量L/min額定流量L/min額定壓力MPa額定壓降MPa型號、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調速閥11.10.0750160.5QCI-63B16調速閥2120.0750160.5QCI-

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

14、：1，則根據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系數選的較大，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。箱底厚度應大于箱壁，取箱底厚度為6mm，箱蓋厚度應為箱壁的34倍，取箱蓋厚度為9mm。6.4確定液位計的安裝尺寸在設計液位計時，要考慮液位計的顯示最大刻度與最小刻度之間的差值和油箱的高度。油箱內的液面高度為油箱的80%，所以：選擇液位計XYW100，最大刻度與最小刻度之間為70mm。安裝時，液位計的中心位置與上述的液面高度在同一水平面。6.5隔板的尺寸計算隔板的

15、長度由油箱的內部尺寸可以確定，主要計算隔板的高度。隔板的高度一般為油箱內液面高度的3/4。但是也要考慮到當油箱內的油液降到最低位置時，液壓油也能流入到吸油腔，避免液壓系統吸入空氣。所以隔板的高度為回油腔一側的隔板要考慮吸油腔快速吸油時，油箱底部的沉淀雜質不能流入吸油腔中，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中國機械設計大典上選擇。 7 液壓系統性能的驗算7.1驗算系統壓力損失并確定壓力閥的調整值由于系統的管路布置尚未確定，整個系統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，待設計好管路布局后，加上管路沿程損失即可，但對于中小型

16、液壓系統，管路的壓力損失甚微，可以不考慮。壓力損失的演算應按一個工作循環(huán)中的不同階段分別進行。7.1.1工件夾緊階段壓力損失夾緊時，油液經過單向閥4，二位五通電磁換向閥6，進入夾緊缸，再回到油箱。 此值太小，忽略不計。7.1.2工作臺快進時壓力損失滑臺快進時，液壓缸差動連接，進油路上油液通過單向閥3，電液換向閥12，行程閥14，進入無桿腔；再經過電液換向閥12，單向閥11，行程閥14，進入無桿腔。 此值不大，不會使液控順序閥開啟，故能保證泵的流量全部進入液壓缸?；赜吐飞?，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。7.1.3一次工進時壓力損失一工進時，油液在進油路上通過單向

17、閥3，三位五通電液換向閥12，調速閥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。因此這時液壓缸回油腔的壓力為此值與原估計值相差不大，基本是相等，不要再重新計算。因此，背壓閥8的調定壓力應該大于0.51MPa。7.1.4二次工進時壓力損失二工進時，油液在進油路上通過單向閥3，三位五通電液換向閥12，調速閥15，調速閥16，進入液壓缸無桿腔；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。因此這時液壓缸回油腔的壓力為考慮到壓力繼電器的可靠動作需壓差，故溢流閥的調定壓力為 又因為夾緊缸的壓力，所以溢流閥的調定壓力。7.

18、1.5快退時的壓力損失快退時，油液在進油路上通過單向閥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，因此進油路上的總壓降為： 此值比較小，所以液壓泵驅動電機的功率是足夠的?；赜吐飞系目倝航担?此值與表中的估計值相近，故不必再重算。7.2油液溫升驗算在整個工作循環(huán)中，工進和快進快退所占的時間相差不大，所以，系統的發(fā)熱和油液溫升可用一個循環(huán)的情況來計算?？爝M時液壓缸的有效功率為泵的輸出功率因此快進液壓系統的發(fā)熱量為同樣的方法可求出快退時液壓系統的發(fā)熱量為一工進時液壓缸的有效功率為泵的輸出功率因此一工進液壓系統的發(fā)熱量為二工進時液壓缸的有效功率為泵的輸出功率因此二工進液壓系統的發(fā)熱量為總的發(fā)熱量為按液壓傳動的公式（112）求出油液溫生近似值溫升沒有超出允許范圍，液壓系