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

2、用多軸、多刀、多面、多工位同時加工的方式，能完成鉆、擴、鉸、鏜孔、攻絲、車、銑、磨削及其他精加工工序，生產效率比通用機床高幾倍至幾十倍。液壓系統由于具有結構簡單、動作靈活、操作方便、調速范圍大、可無級連讀調節等優點，在組合機床中得到了廣泛應用。 二、實例設計2.1設計的技術要求和設計參數現設計一臺銑削專用機床，要求液壓系統完成的工作循環是工件夾緊工作臺快進工作臺工進工作臺快退工作臺松開。運動部件的重力為25000n，快進、快退速度為5m/min，工進速 1度為1001200mm/min，最大行程為400mm，其中工進行程為180mm，最大切削力為18000n，采用平面導軌，夾緊缸的行程為20m

3、m，夾緊力為30000n，夾緊時間為1s。2.2工況分析首先根據已知條件，繪制運動部件的速度循環圖，如圖3-1所示。然后計算各階段的外負載并繪制負載圖。液壓缸所受外負載f包括三種類型，即 f=fw+ff+fa式中 fw-工作負載，對于金屬切削機床來說，即為沿活塞運動方向的切削力，在本例中fw為18000n； fa-運動部件速度變化的慣性負載； ff-導軌摩擦阻力負載，啟動時為靜摩擦阻力，啟動后為動摩擦阻力，對于平導軌ff可由下式求得 ff=f（g+frn）； g-運動部件重力； frn-垂直于導軌的工作負載，事例中為0； f-導軌摩擦系數，在本例中取靜摩擦系數為0.2，動摩擦系數為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時間內的速度變化量。 在本例中 fa=（250009.8）（50.0560）=4230n根據上述計算結果，列出各工作階段所受的外負載，并畫出負載循環圖。速度循環圖 3 負載循環圖 42.3擬定液壓系統原理圖2.3.1確定供油方式 考慮到該機床在工作進給時負載較大，速度較低，而在快進、快退時負載較小，速度較高。從節省能量、減少發熱考慮泵源系統宜選用雙泵供

5、油或變量泵供油。現采用帶壓力反饋的限壓式變量葉片泵。2.3.2調速方式的選擇 在中小型專用機床的液壓系統中，進給速度的控制一般采用節流閥或調速閥。根據銑削類專用機床工作時對低速性能負載特性都有一定要求的特點，決定采用限壓式變量泵和調速閥組成的容積節流調速。這種調速回路具有效率高、發熱小和速度剛性好的特點，并且調速閥裝在回油路上，具有承受負切削力的能力。2.3.3速度換接方式的選擇本系統采用電磁閥的快慢換接回路，它的特點是結構簡單，調節行程比較方便，閥的安裝也比較容易，但速度換接的平穩性較差。若要提高系統的換接平穩性，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，應采用失電夾緊方式。考慮到夾緊時間可調節和當進油路壓力瞬時下降時仍能保持夾緊力，所以接入節流閥調 5速和單向閥保壓。在該回路中還裝有減壓閥，用來調節夾緊力的大小和保持夾緊力的穩定。 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原理圖。 液壓系統原理圖2.3.5液壓系統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可根據負載的大小及機器的類型來初步確定，現查閱相關手冊取液壓缸工作壓力為3mpa。 62）計算液壓缸內徑d和活塞桿直徑d。由負載圖知最大負載f為20500n，取p2為0.5mpa，為0

7、.95，考慮到快進、快退速度相等，取d/d為0.7。經計算 d=0.099m 查表，將液壓缸的內徑圓整為 標準系列直徑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，考慮到夾緊力的穩定，夾緊缸的工作壓力應低于進給液壓缸的工作壓力，現取夾緊缸的工作壓力為2.5mpa，回油背壓力為零，為0.95，則經計算得： d=0.0896m 查液壓缸和活塞桿的標準系列，取夾緊液壓缸的d和d分別為100mm及70mm。 按最低工進速度驗算液壓缸的最小穩定速度，可得a qmin/vmin=5010=5 式中qmin是由產品樣本查得ge系列調速閥aq

8、f3-e10b的最小穩定流量為0.05l/min。 本例中調速閥是安裝在回油路上，故液壓缸節流腔有效工作面積應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=v快進=(7)5/min=19.2l/min q工進=v工進=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、壓力和選擇泵的規格1）泵的工作壓力的確定。考慮到正常工作中進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執行元件最大工作壓力；p進油管道中的壓力損失，初算時簡單系統可取0.2-0.5mpa，復雜系統取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的靜態壓力，考慮到系統在各種工況的過渡階段出現的動態壓力往往超過靜態壓力。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應滿足pn(1.25-1.6 ) pp。中低壓系統取小值，高壓系統取大值。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、時動作的各執行元件所需流量之和的最大值。如果這時溢流閥正進行工作，尚須加溢流閥的最小溢流量2-3l/minkl系統泄露系數，一般取=1.1-1.3，現取=1.2。qp=kl(q)max=1.220l/min=24l/min3）選擇液壓泵的規格。根據以上算得的和再查閱有關手冊，現選用限壓式變量泵葉片泵，該泵的基本參數為：每轉排量=16ml/r,泵的額定壓力=6.3mpa，電動機轉速=1450r/min,容積效率=0.85，總效率=0.7.4）與液壓泵匹配的電動機的選定。首先分別算出快進與工進兩種不同工況時的功率，取兩者較大值作為選擇電動機規格的依據。由于在慢進時泵輸出的流量減小，泵的效率急劇降低

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

12、電動機產品樣品，選用y90s-4型電動機，其額定功率為1.1kw，額定轉速為1400r/min。根據產品樣品課查得的流量壓力特性曲線。再由已知的快進時流量為24l/min,工進時的流量為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,該工作點對應的功率為p=2.624/600.7kw=1.48kw所選電動機功率滿足，拐點處能正常工作。 10（3）液壓閥的選擇本液壓系統可采用力樂士系統或e系列的閥。方案一：控制液壓缸部分選用力樂士系統的閥，其夾緊部分選用疊加閥。方案二：均選用ge系列閥。根據所擬定的液壓系統圖，

13、按通過各元件的最大流量來選擇液壓元件的規格。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行計算。本系統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，則內徑d為 d=4.6=4.6mm=14.5mm若系統主油路流量按快退時取q=20l/min，則可算得油管內勁d=10.3mm。綜合諸因素，現取油管的內徑d為12mm。吸油管同樣可按上式（q=24l/min、v=1.6m/s），現參照ybx-16變量泵吸油口連接尺寸，取吸油管內徑d為25mm。（5）液壓油箱容積的確定本例為中壓液壓系統，液壓油

14、箱有效容量按泵的流量的57倍來確定。現選用容量為160l的油箱。2.3.6、液壓系統的驗算已知該液壓系統中進、回油管的內徑為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）工作進給時進油路壓力損失。運動部件工作進給時的最大速度為1.2m/min，進給時的最大流量為9.42l/min，則液壓油在管內流速 12為 v1=cm/min=139cm/s管道流動雷洛數re1為 re1=111re12300，可見油液在管道內流態為層流，其沿程阻力系數入1=0.68。進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，則進油路的總壓力損失 p1=p1-1+p1-2=0.15pa2）工作進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）系統溫升的驗算在整個工作循環中，工進階段時間最長，為了簡化計算，主要考慮工進時的發熱量。一般情況下，工進速度大時發熱量較大，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、最小的發熱量，然后加以比較，取數值大者進行分析。當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 可見在工進速度低時，功率損失為0.386kw，發熱量最大。 14假定系統的散熱狀況一般，取k=10 kw/（.c），油箱的散熱面積a為 a=1.92 系統的溫升為 t=p/ka=20.1c驗算表明系統的溫升在許可范圍內。 三、 液壓集成塊結構與設計3.1液壓集

18、成回路設計（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。設計液壓單元集成回路時，優先選用通用液壓單元集成回路，以減少集成塊設計工作量，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。液壓集成回路設計完成后，要和液壓回路進行比較，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。下面分別介紹其設計 液壓集成塊裝配總圖（1）底板及供油塊設計底板塊及供油塊的作用是連接集成塊組。液壓泵供應的壓力油p由底板引入各集成塊，液壓系統回油路t及泄漏油路l經底板引入液壓油箱冷卻沉淀。（2）頂蓋及測壓塊設計頂蓋的主要用途是封閉主油路，安裝壓力表開關及壓力表來觀察液壓泵及系統各部分工作壓力的。設計頂蓋時，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行布局，有的液壓元件需要連接板，則樣板應以連接板為標準。電磁閥應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。液壓元件的布置應以在集成塊上加工的孔最少為好。孔道相通的液壓元件應盡可能布置在同一水平面內，或在直徑d的范圍內，否則要鉆垂直中間油孔，不通孔之間的最小壁厚h必須進行強度校核。液壓元件在水平面上的孔道若與公共油孔相通，則應盡可能地布 17置在同一垂直位置或在直徑d范圍內，否則要鉆中間孔道，集成塊前后與左右連接的孔道應互相垂直，不然也要鉆中間孔