半自动液压专用铣床液压系统课程设计

液压系统设计

半自动液压专用铣床液压系统

1．设计要求

设计一台用成型铣刀在加工件上加工出成型面的液压专用铣床，工作循环：手工上料——自动夹紧——工作台快进——铣削进给——工作台快退——夹具松开——手工卸料。

2．设计参数

设计参数见表11和表12。其中：

工作台液压缸负载力（KN）：FL=2.2夹紧液压缸负载力（KN）：Fc= 4.8

工作台液压缸移动件重力（KN）：G=3.5夹紧液压缸负移动件重力（N）G c=30 工作台快进、快退速度（m/min）：V1=V3 =5.5夹紧液压缸行程（mm）：L c=10

工作台工进速度（mm/min）：V2=55 夹紧液压缸运动时间（S）：t c=1

工作台液压缸快进行程（mm）：L1=450导轨面静摩擦系数：μs=0.2

工作台液压缸工进行程（mm）：L2=80导轨面动摩擦系数：μd=0.1

工作台启动时间（S）t=0.5

3．完成工作量

液压系统原理图（A3）；零件图和部件装配图各1张（A3）；设计说明书1份，零部件目录表1份。

注：在进行零部件设计时，集成块和油箱部件可以任选。

表一

〈一〉工况分析：

1．运动参数分析

根据主机要求画出动作循环图，然后根据动作循环图和速度要求画出速度与路程的工况图。

夹紧

松开

2．动力参数分析

（1）计算各阶段的负载

1．启动和加速阶段的负载F

q

从静止到快速的启动时间很短，故以加速过程进行计算，但摩擦阻力仍按静摩擦阻力考虑。

F q =F

j

+F

i

+F

m

其中F

m

=0.1F

q

F

q = F

j

+F

g

+F

m

F

q

=850N

2.快速阶段的负载F

k

F k =F

dm

+F

m

=0.1×3500+0.1F

k

F

k

=389N

3.工进阶段的负载F

gj

F

gj = F

dm

+ F

l

+ F

m

=0.1X3500+2200+85 =2833N

4.快退阶段的负载F

kt

F

kt =F

k

=388.89N

5.夹紧缸最大夹紧力F

max

F

max =F

c

+U

s

G

c

+G

c

/gXL

c

/t

c

2+0.1F

max

=5340N

6.夹紧缸最小夹紧力F

min

F

min = F

c

+U

d

G

c

+G

c

/gXL

c

/t

c

2+0.1F

min

=5337N

速度与路程的工况图：

负载与路程的工况图：

表二

液压缸负载与工作压力之间的关系:

表三

液压缸内径尺寸系列：（mm）

表四

活塞杆直径尺寸系列：（mm）

〈二〉计算液压缸尺寸和所需流量：

1.工作压力的确定，查表二，取工作压力P=1MP

a 2.计算液压缸尺寸

（1）液压缸的有效工作面积A

1

A

1=

F

P

=

2833

1000000

=2833（mm2）

液压缸内径：

D=(4A

1

/π)1/2=60(mm)

查表三，取标准值D=63mm

（2）活塞杆直径：

要求快进与快退的速度相等，故用差动连接方式，所以，取d=0.7D=44.1mm,查表四，取标准值d=45mm。

（3）缸径、杆径取标准值后的有效工作面积：无杆腔有效工作面积：

A

1=

π

4

D2=

π

4

X632=3116（mm2）

活塞杆面积：

A 3=

π

4

d2=

π

4

X452=1590（mm2）有杆腔有效工作面积：

A

2=A

1

-A

3

=3116-1590=1526（mm2）

A

1 A

2

A

3

3.确定液压缸所需的流量：

快进流量q

kj

:

q kj =A

3

V

k

=8.745×103≈9(L/min)

快退流量qkt:

q kt =A

1

V

k

=8.39×10-3=8(L/min)

工进流量qj:

q gj =A

1

V

k

=3116X10-6X0.055≈0.2(L/min)

4.夹紧缸的有效面积、工作压力和流量的确定：

（1）确定夹紧缸的工作压力：

查表二，取工作压力Pj=2MP

a

（2）计算夹紧缸有效面积、缸径、杆径：

夹紧缸有效面积A

j

:

A j =

F

j

P

j

=2670 (mm2)

夹紧缸直径D

j:

D j =(4A

j

/π)1/2=58.3(mm)

取标准值为D

j

=63mm

则夹紧缸的有效面积为:

A

j =

π

4

D

j

2=3115.67(mm2)

活塞杆直径d

j

:

d

j =0.5D

j

=32(mm)

夹紧缸在最小夹紧力时的工作压力为：

P

jmin =

F

j

A

j

=

5340

3115.67*1000000

≈1.17×10-6=2MP

a

（3）计算夹紧缸的流量q

j

q j =A

j

V

j

=3115.67×10-6×

0.001

1

≈1.68(L/min)

<三> 确定液压系统方案，拟定液压系统图

1．确定执行元件的类型

（1）工作缸：根据本设计的特点要求，选用无杆腔面积等于两倍有杆腔面积的差动液压缸。

（2）夹紧缸：由于结构上的原因和为了有较大的有效工作面积，采用单杆液压缸。2．换向方式确定

为了便于工作台在任意位置停止，使调整方便，所以采用三位换向阀。为了便于组成差动连接，应采用三位五通换向阀。考虑本设计机器工作位置的调整方便性和采用液压夹紧的具体情况，采用“Y”型机能的三位五通换向阀。

3.调整方式的选择

在组合机床的液压系统中，进给速度的控制一般采用节流阀或调速阀。根据钻、镗类专机工作时对对低速性能和速度负载都有一定要求的特点，采用调速阀进行调速。为了便于实现压力控制，采用进油节流调速。同时为了考虑低速进给时的平稳性，以及避免钻通孔终了时出现前冲现象，在回油路上设有背压阀。

4．快进转工进的控制方式的选择

为了保证转换平稳、可靠、精度高，采用行程控制阀。

5．终点转换控制方式的选择

根据镗削时停留和控制轴向尺寸的工艺要求，本机采用行程开关和压力继电器加死挡铁控制。

6．实现快速运动的供油部分设计

因为快进、快退和工进的速度相差很大，为了减少功率损耗，采用双联泵驱动（也可采用变量泵）。工进时中压小流量泵供油，并控制液压卸荷阀，使低压大流量泵卸荷；快进时两泵同时供油。

7．夹紧回路的确定

由于夹紧回路所需压力低于进给系统压力，所以在供油路上串接一个尖压阀。此外为了防止主系统压力下降时（如快进和快退）影响夹紧系统的压力，所以在减压阀后串接一个单向阀。

夹紧缸只有两种工作状态，故采用二位阀控制。这里采用二位五通带钢球定位的电磁换向阀。

为了实现夹紧后才能让滑台开始快进的顺序动作，并保证进给系统工作时夹紧系统的

压力始终不低于所需要的最小夹紧力，故在夹紧回路上安装一个压力继电器。当压力继电器工作时，滑台进给；当夹紧力降到压力继电器复位时，换向阀回到中位，进给停止。 根据以上分析，绘出液压系统图如

YA

YA

YA

YA

松

开夹紧

组合机床液压系统图

1. 夹紧：3YA 通电

进油：（1-9、2-8）-4-15-14（右位）-19（上腔）-下移 回油：19（下腔）-14（右位）-油箱 2. 快进：1YA 通电

进油：（1-9、2-8）-3（左位）-11-18（左腔）-右移 回油：18（右腔）-3（右位）-8-11-18（左腔）-右移 3. 工进：11切断

进油：2-10-3（左位）-13-18（左腔）-右移 回油：18（右腔）-3（左位）-6-油箱 4. 快退：2YA 通电

进油：（1-9、2-10）-3（右位）-18-左移

回油：18（左腔）-12-3（右位）-油箱

5. 松开：4YA通电

（1-9、2-10）-4-15-14（左位）-19（下腔）-上移

<四>选择液压元件和确定辅助装置：

1.选择液压泵：

（1）泵的工作压力的确定：

初算时可取∑△P=0.5MP

a -1.2MP

a

,考虑背压，现取∑△P=1MP

a

。泵的工作压力

P b 初定为P

b

=P+∑△P=1+1=2(MP

a

)。

式中P为液压缸的工作压力；∑△P为系统的压力损失。

（2）泵的流量的确定：

1.快速进退时泵的流量：

由于液压缸采用差动连接方式，而有杆腔有效面积A

2

大于活塞杆面积A

3

，故

在速度相等的情况下，快退所需的流量大于快进的流量，故按快退考虑。

快退时缸所需的流量为：

q kt =A

2

V

k

=8.745×10-3=8(L/min)

快退时泵应供油量为：

q ktb =Kq

kt

=1.1X9=8.8(L/min)

式中K为系统的泄漏系数，一般K=1.1-1.3，此处取K=1.1。

2.工进时泵的流量：

工进时缸所需的流量为：

q

gj =A

1

V

g

=3116X10-6X0.55=0.2(L/min)

工进时泵应供流量为：

q

gjb =Kq

gj

=1.1X0.2=0.22(L/min)

考虑到节流调速系统中溢流阀的性能特点，需加上溢流阀的最小溢流量（一般取3L/min）,所以

q

gjb

=0.22+3=3.22(L/min)

根据组合机床的具体情况从产品样本中选用YB-4/6型双联叶片泵，此泵在快速进退时（低压状态下双泵供油）提供流量为：

q max =4+6=10(L/min)=q

ktb

在工进时（高压状态下小流量的泵供油）提供的流量为

q min =4(L/min)＞q

gjb

故所选泵符合系统要求。

（3）验算快进、快退的实际速度：

V kj =q

max

/A

3

=10X10-3/1590X10-6=6.3(m/min)

V kt=q

max

/A

2

=10X10-3/1526X10-6=6.6(m/min)

2.选择阀类元件：

各类阀可按通过该阀的最大流量和实际工作压力选取，阀的调整压力值，必须在确定了管路的压力损失和阀的压力损失后才能确定。

3.确定油管尺寸：

（1）油管内径的确定：

可按下式计算：

π

4

d2=q

泵的最大流量为10L/min,但在系统快进时，部分油管流量可达20L/min。按20L/min计算，取V为 4m/s,则

d=(4X0.020/3.14X4X60) 1/2=10(mm)

(2) 按标准选取油管：

可按标准选取内径d=10mm ，壁厚为1mm 的紫铜管，安装方便处可选用内径d=10mm ，外径D=16mm 的无缝钢管。 5. 确定油箱容量：

本设计为中压系统，油箱有效容量可按泵每分钟内公称流量的5-7倍来确定。 V=5Xq b =5X10=50(L)

6.工进时所需的功率

工进时泵1的调整压力为4.3M pa 流量为4L/min.泵2卸荷时，其卸荷压力可视为零

取其效率η=0.75 所以工进时所需电机功率为

p=Pb1qb1

η ＝0.2Kw

7.快进快退时所需的功率

p=pbqb

η =0.22Kw

三，确定电机功率

由于快速运动所需电机功率大于工作进给所需电机功率，故可按快速所需的功率来选取电机，现按标准选取电机功率为1.1Kw 。具体型号可参考相关手册。