哈工大液压传动课程大作业-动力滑台-铣床液压系统设计

双面铣削液压专用铣床液压系统设计

设计一台采用端面铣刀同时双面铣削柴油机连杆大小头平面液压专用铣床的液压系统。

该机床采用四个动力头，同时铣削连杆大、小头四个侧面。工件材料为42CrMo，硬度HB200，毛坯类型为模锻件。选用CD型硬质合金可转位铣刀，大铣刀盘直径为360mm，刀齿数为20；小铣刀盘直径为200mm，刀齿数为10。加工余量均为5mm，一次进给，属于粗加工；夹具和工件安装在工作台上，工作台由单活塞杆液压缸驱动，完成进给运动。

机床示意图见图1.1。

图1.1 柴油机连杆加工铣床示意图

1-工作台进给液压缸；2-夹紧液压缸；3-工件；4-小铣削动力头和小刀盘（两台）；

5-大铣削动力头和大刀盘（两台）；6-定位液压缸

1 明确液压系统设计要求

专用铣床的工作循环为：手工上料→定位缸定位→夹紧缸夹紧→定位缸退回→工作台快进→工作台工进→工作台快退→夹具松开→手工卸料。

（1）技术参数

（a）工作行程：快进行程S1 = 800mm，工作行程S2 = 750 mm。

（b）工作台轴向切削力：工作行程I（0~400 mm范围内），F t1 = 8400N （大小铣刀盘同时铣削）；工作行程II（400~750 mm范围内），F t2 = 3600N （仅小铣刀盘铣削）。

（c）垂直于工作台导轨的切削分力：工作行程I，F n1 = 19000N，工作行程II，F n2 = 8000N

（d）工作台运动部件质量：m = 1361kg

（e）工作台快进、快退速度：v1 = v3 =400 mm/min

（f）工作台工作速度：v2 = 40~80 mm/min可调

（g）工作台导轨型式及摩擦系数：平导轨：静摩擦系数f s = 0.2，动摩擦系数f d = 0.1

（h）工作台加速减速时间：∆t ≤ 0.2s

（i）夹紧缸负载力：F c = 4000N

（j）夹紧时间：t c =（1~2）s

（k）夹紧缸行程：S c = 20 mm

（l）定位缸负载力：F s = 500N

（m）定位缸行程：S s = 100 mm（时间<5s）

（n）上、卸料时间：t s = 30s

（2）设计要求

（a）由于切削时切削力有脉动，要求进给速度随负载的变化小。

（b）只有在夹紧工件后才允许进行铣削，铣削加工时必须确保一定的夹紧力，防止工件松动。

（c）工作台可在行程中途任意位置停止。

（d）该机床为专用设备，性能可靠，结构简单，投产快。

2 分析液压系统工况

根据加工要求需要下列执行元件：工作台进给液压缸一个，夹紧液压缸两个及定位液压缸两个。

进给液压缸的负载力主要有：切削力、导轨摩擦力、惯性力、重力、密封圈摩擦力和背向压力等。

（1）计算工作台进给液压缸负载力

（a）切削力F t：

工作行程I：F t1 = 8400N

工作行程II：F t1 = 3600N

（b）导轨摩擦力

静摩擦力：F fs = mgf s = 1631×9.81×0.2 = 3200N

快进行程动摩擦力：F fd = mgf d = 1631×9.81×0.1 = 1600N

工作行程I动摩擦力：F fd1 = （mg+F n1）×f d = （1631×9.81+19000）×0.1 = 3500N

工作行程II动摩擦力：F fd2 = （mg+F n2）×f d = （1631×9.81+8000）×0.1 = 2400N

式中m——运动部件质量；

g——重力加速度；

F n1——工作行程I内工作台垂直方向的切削分力；

F n2——工作行程II内工作台垂直方向的切削分力；

f s、f d——导轨静摩擦系数和动摩擦系数。

（c）惯性力Fα

Fα = m ∆v

∆t= 1631

4

0.2×60= 544N

式中∆v——在∆t时间内的速度变化值（m/min）；

∆t——起动或制动的时间（s）。

（d）重力F g：运动部件是水平安置，重力在运动方向上的分力为零。

（e）密封圈摩擦力F s：F s与液压缸的密封结构有关，较难直接计算，可用液压缸的机械效率ηcm来计算

F = F L ηcm

式中F——液压缸的总负载力；

F L——除密封圈摩擦力外的所有液压缸负载之和；

ηcm——液压缸的机械效率，一般取ηcm = 0.9~0.95。

（f）背压力F B：即液压缸回油腔产生的阻力。初算时可先不考虑，在计算液压缸尺寸时按经验取一个背压值，系统确定好后再行修正。

（g）绘制工作台液压缸的负载图和速度图：将上面计算所得到上午数值列在表1.1中。根据这些数值可以绘制出液压缸的负载图（F-S）图

和速度图（v-S图），其横坐标为行程S，也可用时间t。此图直观性强，有利于分析，如图1.2所示。

表1.1 工作台液压缸的负载力计算

工况计算公式负载力（N）

起动F = F fs/ηcm3556

加速F = （F f d+Fα）/ηcm2382

快进F = F fd/ηcm1778

工作行程I F =（F fs-F t1）/ηcm13222

工作行程II F =（F fs+F t1）/ηcm6667

反向起动F = F fs/ηcm3556

加速F =（F fd+Fα）/ηcm2382

快退F = F fd /ηcm1778

制动F =（F fd-Fα）/ηcm1173

图1.2 工作台液压缸的负载图和速度图