1、 一、 序言 作為一種高效率的專用機(jī)床，組合機(jī)床在大批、大量機(jī)械加工生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。本次課程設(shè)計將以組合機(jī)床動力滑臺液壓系統(tǒng)設(shè)計為例，介紹該組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計方法和設(shè)計步驟，其中包括組合機(jī)床動力滑臺液壓系統(tǒng)的工況分析、主要參數(shù)確定、液壓系統(tǒng)原理圖的擬定、液壓元件的選擇以及系統(tǒng)性能驗算等。組合機(jī)床是以通用部件為基礎(chǔ)，配以按工件特定外形和加工工藝設(shè)計的專用部件和夾具而組成的半自動或自動專用機(jī)床。組合機(jī)床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時加工的方式，生產(chǎn)效率比通用機(jī)床高幾倍至幾十倍。組合機(jī)床兼有低成本和高效率的優(yōu)點，在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，并可用以組成自動生產(chǎn)線。組合機(jī)床通常采

2、用多軸、多刀、多面、多工位同時加工的方式，能完成鉆、擴(kuò)、鉸、鏜孔、攻絲、車、銑、磨削及其他精加工工序，生產(chǎn)效率比通用機(jī)床高幾倍至幾十倍。液壓系統(tǒng)由于具有結(jié)構(gòu)簡單、動作靈活、操作方便、調(diào)速范圍大、可無級連讀調(diào)節(jié)等優(yōu)點，在組合機(jī)床中得到了廣泛應(yīng)用。 二、實例設(shè)計2.1設(shè)計的技術(shù)要求和設(shè)計參數(shù)現(xiàn)設(shè)計一臺銑削專用機(jī)床，要求液壓系統(tǒng)完成的工作循環(huán)是工件夾緊工作臺快進(jìn)工作臺工進(jìn)工作臺快退工作臺松開。運(yùn)動部件的重力為25000n，快進(jìn)、快退速度為5m/min，工進(jìn)速 1度為1001200mm/min，最大行程為400mm，其中工進(jìn)行程為180mm，最大切削力為18000n，采用平面導(dǎo)軌，夾緊缸的行程為20m

3、m，夾緊力為30000n，夾緊時間為1s。2.2工況分析首先根據(jù)已知條件，繪制運(yùn)動部件的速度循環(huán)圖，如圖3-1所示。然后計算各階段的外負(fù)載并繪制負(fù)載圖。液壓缸所受外負(fù)載f包括三種類型，即 f=fw+ff+fa式中 fw-工作負(fù)載，對于金屬切削機(jī)床來說，即為沿活塞運(yùn)動方向的切削力，在本例中fw為18000n； fa-運(yùn)動部件速度變化的慣性負(fù)載； ff-導(dǎo)軌摩擦阻力負(fù)載，啟動時為靜摩擦阻力，啟動后為動摩擦阻力，對于平導(dǎo)軌ff可由下式求得 ff=f（g+frn）； g-運(yùn)動部件重力； frn-垂直于導(dǎo)軌的工作負(fù)載，事例中為0； f-導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，在本例中取靜摩擦系數(shù)為0.2，動摩擦系數(shù)為0.1。則求

4、得 ffe=0.2x25000n=5000n ffa=0.1x25000n=2500n 2 上式中ffe為靜摩擦阻力，ffa為動摩擦阻力。 fa=（g/g）x（v/t）式中 g-重力加速度； t-加速或減速時間，一般t=0.010.5s； v-t時間內(nèi)的速度變化量。 在本例中 fa=（250009.8）（50.0560）=4230n根據(jù)上述計算結(jié)果，列出各工作階段所受的外負(fù)載，并畫出負(fù)載循環(huán)圖。速度循環(huán)圖 3 負(fù)載循環(huán)圖 42.3擬定液壓系統(tǒng)原理圖2.3.1確定供油方式 考慮到該機(jī)床在工作進(jìn)給時負(fù)載較大，速度較低，而在快進(jìn)、快退時負(fù)載較小，速度較高。從節(jié)省能量、減少發(fā)熱考慮泵源系統(tǒng)宜選用雙泵供

5、油或變量泵供油。現(xiàn)采用帶壓力反饋的限壓式變量葉片泵。2.3.2調(diào)速方式的選擇 在中小型專用機(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)銑削類專用機(jī)床工作時對低速性能負(fù)載特性都有一定要求的特點，決定采用限壓式變量泵和調(diào)速閥組成的容積節(jié)流調(diào)速。這種調(diào)速回路具有效率高、發(fā)熱小和速度剛性好的特點，并且調(diào)速閥裝在回油路上，具有承受負(fù)切削力的能力。2.3.3速度換接方式的選擇本系統(tǒng)采用電磁閥的快慢換接回路，它的特點是結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)節(jié)行程比較方便，閥的安裝也比較容易，但速度換接的平穩(wěn)性較差。若要提高系統(tǒng)的換接平穩(wěn)性，則可改用行程閥切換的速度換接回路。2.3.4夾緊回路的選擇用二位四通電磁閥來控

6、制夾緊、松開換向動作時，為了避免工作時突然失電而松開，應(yīng)采用失電夾緊方式。考慮到夾緊時間可調(diào)節(jié)和當(dāng)進(jìn)油路壓力瞬時下降時仍能保持夾緊力，所以接入節(jié)流閥調(diào) 5速和單向閥保壓。在該回路中還裝有減壓閥，用來調(diào)節(jié)夾緊力的大小和保持夾緊力的穩(wěn)定。 最后把所選擇的液壓回路組合起來，即可組合成如圖所示的液壓系統(tǒng)原理圖。 液壓系統(tǒng)原理圖2.3.5液壓系統(tǒng)的計算和選擇液壓元件（1）液壓缸主要尺寸的確定1）工作壓力p的確定。工作壓力p可根據(jù)負(fù)載的大小及機(jī)器的類型來初步確定，現(xiàn)查閱相關(guān)手冊取液壓缸工作壓力為3mpa。 62）計算液壓缸內(nèi)徑d和活塞桿直徑d。由負(fù)載圖知最大負(fù)載f為20500n，取p2為0.5mpa，為0

7、.95，考慮到快進(jìn)、快退速度相等，取d/d為0.7。經(jīng)計算 d=0.099m 查表，將液壓缸的內(nèi)徑圓整為 標(biāo)準(zhǔn)系列直徑d=100mm；活塞桿直徑d，按d/d=0.7及活塞桿直徑系列取d=70mm。 按工作要求夾緊力由兩個加緊缸提供，考慮到夾緊力的穩(wěn)定，夾緊缸的工作壓力應(yīng)低于進(jìn)給液壓缸的工作壓力，現(xiàn)取夾緊缸的工作壓力為2.5mpa，回油背壓力為零，為0.95，則經(jīng)計算得： d=0.0896m 查液壓缸和活塞桿的標(biāo)準(zhǔn)系列，取夾緊液壓缸的d和d分別為100mm及70mm。 按最低工進(jìn)速度驗算液壓缸的最小穩(wěn)定速度，可得a qmin/vmin=5010=5 式中qmin是由產(chǎn)品樣本查得ge系列調(diào)速閥aq

8、f3-e10b的最小穩(wěn)定流量為0.05l/min。 本例中調(diào)速閥是安裝在回油路上，故液壓缸節(jié)流腔有效工作面積應(yīng)選取液壓缸有桿腔的實際面積嗎，即 a=40 可見上述不等式能滿足，液壓缸能達(dá)到所需低速。 7 3）計算在各工作階段液壓缸所需的流量。 q快進(jìn)=v快進(jìn)=(7)5/min=19.2l/min q工進(jìn)=v工進(jìn)=0.11.2/min=9.42l/minq快退=v快退=（0.10.07）5/min=20l/minq夾=夾v夾=0.12060/min=9.42l/min（2）確定液壓缸的流量、壓力和選擇泵的規(guī)格1）泵的工作壓力的確定。考慮到正常工作中進(jìn)油管道路有一定的壓力損失，所以泵的工作壓力為

9、pp=p1+p式中pp液壓泵最大工作壓力；p1執(zhí)行元件最大工作壓力；p進(jìn)油管道中的壓力損失，初算時簡單系統(tǒng)可取0.2-0.5mpa，復(fù)雜系統(tǒng)取0.5-1.5mpa，本例取0.5mpa。pp=p1+p=(3+0.5)mpa上述計算所得的是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)在各種工況的過渡階段出現(xiàn)的動態(tài)壓力往往超過靜態(tài)壓力。另外考慮到一定的壓力儲備 8量，并確保泵的壽命，因此選泵的額定壓力pn應(yīng)滿足pn(1.25-1.6 ) pp。中低壓系統(tǒng)取小值，高壓系統(tǒng)取大值。在本例中pn=1.25 pp=4.4mpa。2）泵的流量確定。液壓泵的最大流量應(yīng)為ppkl(q)max式中qp液壓泵的最大流量；(q)max同

10、時動作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值。如果這時溢流閥正進(jìn)行工作，尚須加溢流閥的最小溢流量2-3l/minkl系統(tǒng)泄露系數(shù)，一般取=1.1-1.3，現(xiàn)取=1.2。qp=kl(q)max=1.220l/min=24l/min3）選擇液壓泵的規(guī)格。根據(jù)以上算得的和再查閱有關(guān)手冊，現(xiàn)選用限壓式變量泵葉片泵，該泵的基本參數(shù)為：每轉(zhuǎn)排量=16ml/r,泵的額定壓力=6.3mpa，電動機(jī)轉(zhuǎn)速=1450r/min,容積效率=0.85，總效率=0.7.4）與液壓泵匹配的電動機(jī)的選定。首先分別算出快進(jìn)與工進(jìn)兩種不同工況時的功率，取兩者較大值作為選擇電動機(jī)規(guī)格的依據(jù)。由于在慢進(jìn)時泵輸出的流量減小，泵的效率急劇降低

11、，一般當(dāng)流量在0.2-1l/min范圍內(nèi)時,可取=0.03-0.14.同時還應(yīng)注意到,為了使所選擇的電動機(jī)在經(jīng)過泵的流量特性曲線最大功率點時不致停轉(zhuǎn),需進(jìn)行驗算,即 9pbqp/2pa式中pa所選電動機(jī)額定功率;pa限壓式變量泵的限定壓力;qp壓力為時,泵的輸出流量。首先計算快進(jìn)時的功率；快進(jìn)時的外負(fù)載為2500n，進(jìn)油路的壓力損失為0.3mpa,由式（1-4）可得pp=(25004/0.070.000001+0.3)mpa=0.95mpa快進(jìn)時所需電動機(jī)功率為p=prqr/=0.9520/600.7kw=0.45kw工進(jìn)時所需電動機(jī)功率p為p=3.59.42/600.7kw=0.79kw查閱

12、電動機(jī)產(chǎn)品樣品，選用y90s-4型電動機(jī)，其額定功率為1.1kw，額定轉(zhuǎn)速為1400r/min。根據(jù)產(chǎn)品樣品課查得的流量壓力特性曲線。再由已知的快進(jìn)時流量為24l/min,工進(jìn)時的流量為11l/min,壓力為3.5mpa作出泵的實際流量壓力特性曲線，如圖所示，查得該曲線拐點處的流量為24l/min，壓力為2.6mpa,該工作點對應(yīng)的功率為p=2.624/600.7kw=1.48kw所選電動機(jī)功率滿足，拐點處能正常工作。 10（3）液壓閥的選擇本液壓系統(tǒng)可采用力樂士系統(tǒng)或e系列的閥。方案一：控制液壓缸部分選用力樂士系統(tǒng)的閥，其夾緊部分選用疊加閥。方案二：均選用ge系列閥。根據(jù)所擬定的液壓系統(tǒng)圖，

13、按通過各元件的最大流量來選擇液壓元件的規(guī)格。選定的液壓元件如表1-2所示。 11（4）確定管道尺寸油管內(nèi)徑尺寸一般可參照選用的液壓元件借口尺寸而定，也可按管路允許流速進(jìn)行計算。本系統(tǒng)主油路流量為差動時流量q=40l/min，壓油管的允許流速取v=4m/s，則內(nèi)徑d為 d=4.6=4.6mm=14.5mm若系統(tǒng)主油路流量按快退時取q=20l/min，則可算得油管內(nèi)勁d=10.3mm。綜合諸因素，現(xiàn)取油管的內(nèi)徑d為12mm。吸油管同樣可按上式（q=24l/min、v=1.6m/s），現(xiàn)參照ybx-16變量泵吸油口連接尺寸，取吸油管內(nèi)徑d為25mm。（5）液壓油箱容積的確定本例為中壓液壓系統(tǒng)，液壓油

14、箱有效容量按泵的流量的57倍來確定。現(xiàn)選用容量為160l的油箱。2.3.6、液壓系統(tǒng)的驗算已知該液壓系統(tǒng)中進(jìn)、回油管的內(nèi)徑為12mm，選用l-hl32液壓油，考慮到油的最低溫度為15度，查得15度時該液壓油的運(yùn)動 粘度v=1.5/s，油的密度p=920kg/。（1）壓力損失的驗算 1）工作進(jìn)給時進(jìn)油路壓力損失。運(yùn)動部件工作進(jìn)給時的最大速度為1.2m/min，進(jìn)給時的最大流量為9.42l/min，則液壓油在管內(nèi)流速 12為 v1=cm/min=139cm/s管道流動雷洛數(shù)re1為 re1=111re12300，可見油液在管道內(nèi)流態(tài)為層流，其沿程阻力系數(shù)入1=0.68。進(jìn)油管道的沿程壓力損失p1-

15、1為 p1-1=入lpv /2d=0.1 pa 查得換向閥2we6e50/ag24的壓力損失p1-2=0.05pa，則進(jìn)油路的總壓力損失 p1=p1-1+p1-2=0.15pa2）工作進(jìn)給時回油路的壓力損失。由于選用單活塞桿液壓缸，且液壓缸有桿腔的工作面積為無桿腔的工作面積的二分之一，則回油管道的流量為進(jìn)油管道的二分之一，則v2=v1/2=69.5cm/sre2=v2d/v=69.51.21.5=55.5入2=75/re2=75/55.5=1.39回油管道的沿程壓力損失p2-1為 p2-1=0.05pa查產(chǎn)品樣本知換向閥3we6a50/ag24的壓力損失p2-2=0.025 13pa，換向閥4

16、we6e50/ag24的壓力損失p2-3=0.025pa，調(diào)速閥2frm5-20/6的壓力損失p2-4=0.5pa。回油路總壓力損失p2為 p2=p2-1+p2-2+p2-3+p2-4=0.6pa（2）系統(tǒng)溫升的驗算在整個工作循環(huán)中，工進(jìn)階段時間最長，為了簡化計算，主要考慮工進(jìn)時的發(fā)熱量。一般情況下，工進(jìn)速度大時發(fā)熱量較大，由于限壓式變量泵在流量不同時，效率相差很大，所以分別計算最大、最小的發(fā)熱量，然后加以比較，取數(shù)值大者進(jìn)行分析。當(dāng)v=10cm/min時 q=0.1/min=0.785l/min此時泵的效率為0.1，泵的出口壓力為3.2mpa，則有p輸入=3.20.785（600.1）kw=

17、0.42kwp輸出=fv=2050010/60kw=0.034kw此時的功率損失為 p= p輸入-p輸出=0.386kw當(dāng)v=120cm/min時，q=9.42l/min，總效率=0.7則 p輸入=3.29.42（600.7）kw=0.718kw p輸出=fv=20500120 60kw=0.41kw p= p輸入-p輸出=0.31kw 可見在工進(jìn)速度低時，功率損失為0.386kw，發(fā)熱量最大。 14假定系統(tǒng)的散熱狀況一般，取k=10 kw/（.c），油箱的散熱面積a為 a=1.92 系統(tǒng)的溫升為 t=p/ka=20.1c驗算表明系統(tǒng)的溫升在許可范圍內(nèi)。 三、 液壓集成塊結(jié)構(gòu)與設(shè)計3.1液壓集

18、成回路設(shè)計（1）把液壓回路劃分為若干單元回路，每個單元回路一般有三個液壓元件組成，采用通用的壓力油路p和回油路t，這樣的單元回路稱液壓單元集成回路。設(shè)計液壓單元集成回路時，優(yōu)先選用通用液壓單元集成回路，以減少集成塊設(shè)計工作量，提高通用性。（2）把各液壓單元集成回路連接起來，組成液壓集成回路，即為組合銑床的液壓集成回路。一個完整的液壓集成回路由底板、供油回路、壓力控制回路、方向回路、調(diào)速回路、頂蓋及測壓回路等單元液壓集成回路組成。液壓集成回路設(shè)計完成后，要和液壓回路進(jìn)行比較，分析工作原理是否相同，否則說明液壓集成回路出了問題。 3.2液壓集成塊及其設(shè)計下圖是組合銑床液壓集成塊裝配總圖，它由底板1

19、、方向調(diào)速塊2、壓力塊3、夾緊塊4、和頂蓋5組成，由四個緊固螺栓6把 15它們連接起來，再由四個螺釘將其緊固在液壓油箱上，液壓泵通過油管與底板連接，組成液壓站，液壓元件分別固定在各集成塊上，組成一個完整的液壓系統(tǒng)。下面分別介紹其設(shè)計 液壓集成塊裝配總圖（1）底板及供油塊設(shè)計底板塊及供油塊的作用是連接集成塊組。液壓泵供應(yīng)的壓力油p由底板引入各集成塊，液壓系統(tǒng)回油路t及泄漏油路l經(jīng)底板引入液壓油箱冷卻沉淀。（2）頂蓋及測壓塊設(shè)計頂蓋的主要用途是封閉主油路，安裝壓力表開關(guān)及壓力表來觀察液壓泵及系統(tǒng)各部分工作壓力的。設(shè)計頂蓋時，要充分利用頂蓋的有效空間，也可以把測壓回路、卸荷回路以及夾緊回路等布置在頂

20、蓋上。（3） 集成塊設(shè)計 16 集成塊用于連接液壓元件。若液壓單元集成塊回路中液壓元件較多或者不好安排時，可以采用過度板把閥與集成塊連接起來。如：集成塊某側(cè)面要固定兩個液壓元件有困難，如果采用過度板則會使問題比較容易解決。 集成塊的設(shè)計步驟為：1）制作液壓元件樣板。方法與油路板相同。2）決定通道的孔徑。集成塊上的公用通道，即壓力油孔p、回油路t、泄漏孔l及四個安裝孔。壓力油由液壓泵流量決定，回油孔一般不得小于壓力油孔。直接與液壓元件連接的液壓油孔由選定的液壓元件規(guī)格確定。孔與孔之間的連接孔用螺塞在集成塊表面堵死。與液壓油管連接的液壓油孔可采用米制細(xì)牙螺紋或英制管螺紋。3）集成塊上液壓元件的布置。把制作好的液壓元件樣板放在集成塊各視圖上進(jìn)行布局，有的液壓元件需要連接板，則樣板應(yīng)以連接板為標(biāo)準(zhǔn)。電磁閥應(yīng)布置在集成塊的前后面上，要避免電磁換向閥兩端的電磁鐵與其它部分相碰。液壓元件的布置應(yīng)以在集成塊上加工的孔最少為好。孔道相通的液壓元件應(yīng)盡可能布置在同一水平面內(nèi)，或在直徑d的范圍內(nèi)，否則要鉆垂直中間油孔，不通孔之間的最小壁厚h必須進(jìn)行強(qiáng)度校核。液壓元件在水平面上的孔道若與公共油孔相通，則應(yīng)盡可能地布 17置在同一垂直位置或在直徑d范圍內(nèi)，否則要鉆中間孔道，集成塊前后與左右連接的孔道應(yīng)互相垂直，不然也要鉆中間孔