组合机床液压专业系统设计.doc

组合机床液压系统设计
1 方案拟定

1.1整体性分析
规定此液压系统实现工作循环是：工件夹紧 工作台快进 工作台1工进 工作台2工进 工作台快退 工件松开。运动部件重5800N，工作台快进、快退速度4.8m/min，工进速度60—960mm/min，最大行程640mm，工进行程240mm。最大切削力8000N。夹紧缸行程30mm,夹紧力35000N。
对于铣削专用机床液压系统而言，加工零件需要精度高，定位精确。因此整个系统设计规定定位精度高，换向速度快。在设计阀时候，考虑这些方面变特别重要，要考虑到工作在最低速度时调速阀最小调节流量能否满足规定。在行程方面，应当比规定工作行程大点，涉及工作行程、最大行程和夹紧缸行程，重要是考虑到在安全面和实际运用中。在压力方面也要考虑到满足最大负载规定。并且在液压系统能满足规定前提下，使液压系统成本较低。

1.2 拟定方案
由上述分析可得如下两种方案：
方案一 液压系统中工作台执行元件为伸缩缸，工件夹紧用单杆活塞缸；工作台采用节流阀实现出油口节流调速，用行程阀实现工作台从快进到工进转换，压力继电器控制一工进与二工进转换，在工进回路上串接个背压阀；为了防止工件在加工过程中松动，在夹紧进油路上串接个单向阀；工作台进、退采用电磁换向阀；夹紧缸夹紧与放松用电磁阀控制。
方案二 液压系统中工作台执行元件为单杆活塞缸，工件夹紧也采用单杆活塞缸；工作台采用调速阀实现进油口节流调速，也采用行程阀实现工作台从快进到工进转换，压力继电器控制一工进与二工进转换，工进时，为了避免前冲现象，在回路上串接个背压阀；夹紧缸上串接个蓄能器和单向阀，避免工件在加工过程中松动；工作台进、退换向采用电液换向阀，工作台快进时，采用差动连接；夹紧缸夹紧与放松用电磁阀控制。

方案比较：
单杆活塞缸比伸缩缸构造简朴，价格便宜，易维护，并且也能满足规定；调速阀性能比节流阀稳定，调速较好，用于负载变化大而运动规定稳定系统中；采用出油口调速回路中油液通过节流阀产生热量直接排回油箱散热；夹紧缸进油口处串接蓄能器，更好保证工件夹紧力，使工件在加工过程中始终在夹紧状态。电液换向阀信号传递快，配合液压动力输出力大、惯性小、反映快长处使控制灵活、精度高、迅速性好。
综上比较选取方案二较好。

2 工况分析

2.1运动参数分析
一方面依照主机规定画出动作循环图（2.1）。
快进
工进

快退
放松
夹紧

图2.1 动作循环图

2.2动力参数分析
计算各阶段负载
工作负载：由已知条件可知切削力。
惯性负载：
（参照机床工作台加速时间，取=0.2s）
阻力负载：静摩擦阻力
动摩擦阻力
（滑动导轨：铸铁对铸铁—启动低速时,v<0.16m/s）

表2.1 液压缸在各个工作阶段负载值其中=0.9
工况
负载构成
负载值（N）
推力（N）
夹紧
—
—
5800

快

进
起动

1160
1289
加速

817
908
快进

580
644
工

进
一工进

18000
0
二工进

8580
9533
快退

580
644

2.3负载图和速度图绘制
负载图按上面数值绘制，如图2.2所示。速度图按已知数值，一工进速度，二工进速度。
图2.2负载位移、速度位移图

3 液压缸尺寸和所需流量

3.1液压缸尺寸计算
3.1.1工作压力拟定：
工作压力可依照负载和主机类型拟定，由《液压传动》表11—3得出：
P—工作压力
3.1.2计算液压缸尺寸：
液压缸有效工作面积

液压缸内径

由《液压设计手册》查得内径原则值 D=50mm
3.1.3活塞杆直径：
因采用差动连接，因此取mm，再依照《机床液压传动》中表4—6选用原则值
d=36mm。
3.1.4缸径、杆径取原则值后有效工作面积：
无杆腔有效面积
活塞杆面积
有杆腔有效面积

3.2拟定液压缸所需流量

3.3夹紧缸有效面积、工作压力和流量拟定
3.3.1拟定夹紧缸工作压力：
依照最大夹紧力，由《液压传动》中表11-2取工作压力。
计算夹紧缸有效面积、缸径和杆径：
夹紧缸面积

夹紧缸直径

取原则值
活塞杆直径，普通取。
（不符合原则）取原则值=32mm
3.3.2计算夹紧缸流量：

依照上述计算数据，可估算液压缸在各个工作段中压力、流量和功率，如下表所示：
表3.1液压缸各工作段压力、流量和功率
工况
推力
F/N
回油腔压力
进油腔压力
输入流量
输入功率
计算式
夹紧
5800
0
4.8
0.97
0.02

快进
启动
1289
0
1.73
—
—

加速
908

1.36
—
—
恒速
644
1.10
4.882
0.089
一工进
0
0.8
1．87
12.272
0.383

二工进
9533
0.8
5.25
9.442
0.83
快退
启动
1289
0
1.69
—
—

加速
908
1.134
—
—
恒速
644
0.3
0.85
23.64
0.33

4 拟定液压系统图

4.1拟定执行元件类型：
4.1.1工作缸：
依照组合机床特点和规定，因此选用无杆腔面积等于两倍有杆腔面积差动液压缸。
4.1.2夹紧缸：
由于构造上因素和为了有较大有效工作面积，也采用单杆活塞液压缸。

4.2换向方式拟定
为了便于工作台在任意位置停止，使调节以便，因此采用三位换向阀；为了便于构成差动连接，应采用三位五通电液换向阀。阀中位机能选取对保证系统工作性能有很大作用，为了满足本专机工作位置调节以便性和采用液压夹紧详细状况，决定采用“Y”型中位机能。

4.3调速方式选取
在组合机床液压系统中，进给速度控制普通采用节流阀或调速阀。依照洗削类专机工作时对低速性能和速度负载特性均有一定规定，因而决定采用调速阀进行调节。为了便于实现压力控制，采用进油节流调速，同步为了满足低速进给时平稳性，以及避免浮现前冲现象，在回路上设有背压阀。

4.4快进转工进、一工进转二工进控制方式和终点转换控制方式选取
为了保证转换平稳、可靠、精度高，采用行程阀控制快进转工进控制和用压力开关控制一工进和二工进转换。为了安全和机器平稳工作，采用行程开关和加死挡块控制。

4.5迅速运动实现和供油某些设计
由于快进、快退和工进速度相差比较大，为了减少功率损耗，采用变量泵。

4.6夹紧回路拟定
由于夹紧回路压力不不大于进给系统压力。为了防止夹紧系统主压力下降，在夹紧系统串接个单向阀和蓄能器。
夹紧缸不用中间停留，故采用二位阀控制即可，这里采用二位五通电磁换向阀。为了实现夹紧后才干让工作台快进顺序动作，和保证进给系统工作时夹紧系统压力始终不低于最小夹紧压力，因此在夹紧回路上安装个压力继电器实现顺序控制。当压力继电器动作时，工作台进给。依照上述分析，画出液压系统草图，如下图所示：

表4.1液压系统草图

5 选取液压元件和拟定辅助装置

5.1选取液压泵
5.1.1泵工作压力拟定
泵工作压力可依照系统实际工况来选取，为了提高系统可靠性，延长泵使用寿命，普通在固定设备中液压系统正常工作压力可选为泵额定压力25%～75%。因此有：

还考虑到夹紧缸处压力，因而取
5.1.2泵流量拟定
快进、快退时泵流量：
由于液压缸采用差动连接，而有杆腔有效面积不大于活塞杆面积，故在速度相似状况下，快退所需流量不大于快进所需流量，因此按快进考虑。

一工进时泵流量：

二工进时泵流量：

5.1.3选取泵类型
在这个液压系统工作循环内，液压缸规定油源交替地提供低压大流量和高压小流量油液。最大流量和最小流量之比约为29，而快进、快退所需时间和工进所需时间分别为

亦即，依照组合机床详细状况，从产品样本上选用变量叶片泵YBP。排量10～63ml/r，压力6.3～10MPa，转速600～1500r/min。

5.2电动机选取

依照此数值按JB/T8680.1—1998，查阅电动机产品样本选用Y90S—6型电动机，其额定功率为，额定转速。

5.3选取阀类元件
阀规格如下表所示：
表3各类阀可通过最大流量和实际工作压力选取
序号
元件名称
预计通过流量L/min
额定流量L/min
额定压力MPa
额定压降MPa
型号、规格
1
过滤器
30
63
16
<0.02
XU-63X80-J
2
变量叶片泵
10～63
—
6.3
—
YBP
3
单向阀
26
63
16
<0.2
AF3-Ea10B
4
单向阀
0.3
63
16
<0.2
AF3-Ea10B
5
溢流阀
3
63
16
—
YF3-Ea10B
6
二位五通电磁换向阀
0.3
63
16
<0.5
25E-25B
7
蓄能器
—
—
—
—
NXQA-L2.5/10-H
8
液控顺序阀
6
63
16
—
XF3-E10B
9
背压阀
6
63
16
—
YF3-E10B
10
压力继电器
—
—
—
—
DP1-63
11
单向阀
13
63
16
<0.2
AF3-Ea10B
12
三位五通电液换向阀
50
80
16
<0.5
35DYF3Y-E10B
13
单向阀
24
63
16
<0.2
AF3-Ea10B
14
行程阀
41
63
16
<0.3
AXQF-E10B
15
调速阀1
1.1
0.07～50
16
0.5
QCI-63B
16
调速阀2
12
0.07～50
16
0.5
QCI-63B
17
二位二通电磁阀
13
63
16
0.3
2WE10O10
18
压力继电器
—
—
—
—
DP1-63
19
二位二通手动换向阀
—
—
—
—
2WMM10AB

5.4拟定油管尺寸
5.4.1油管内径拟定
可按下式计算：　　　　　　　
d---油管内径 Q---油管流量
泵总流量为5.37L/min，但迅速时，某些回油管流量可达12L/min，故按12L/min计算：V取4.8m/s

取原则值d=6.3mm，壁厚为1mm紫铜管。

6 油箱设计

6.1油箱容量拟定
中压系统中，油箱有效容积可按泵每分钟内公称流量5～7倍来拟定，即油箱容积V=（5～7 查《机械设计手册》得油箱原则值为63L。
6.2估算油箱长、宽、高
设油箱长、宽、高比值范畴为1：1：1～3：2：1，则依照油箱容量可算出油箱长、宽、高分别为a=b =c=400mm,由于在选取油箱容量时系数选较大，在此就不在考虑油箱壁厚，即油箱壁厚涉及在上面计算长、宽、高中。

6.3拟定油箱壁厚
400L如下容量油箱箱壁厚取3mm。箱底厚度应不不大于箱壁，取箱底厚度为6mm，箱盖厚度应为箱壁3～4倍，取箱盖厚度为9mm。

6.4拟定液位计安装尺寸
在设计液位计时，要考虑液位计显示最大刻度与最小刻度之间差值和油箱高度。油箱内液面高度为油箱80%，因此：

选取液位计XYW—100，最大刻度与最小刻度之间为70mm。安装时，液位计中心位置与上述液面高度在同一水平面。

6.5隔板尺寸计算
隔板长度由油箱内部尺寸可以拟定，重要计算隔板高度。隔板高度普通为油箱内液面高度3/4。但是也要考虑到当油箱内油液降到最低位置时，液压油也能流入到吸油腔，避免液压系统吸入空气。因此隔板高度为

回油腔一侧隔板要考虑吸油腔迅速吸油时，油箱底部沉淀杂质不能流入吸油腔中，再此取隔板离油箱底尺寸为130mm。

6.6油箱其他附件选取
油箱其他附件可依照《中华人民共和国机械设计大典》上选取。

7 液压系统性能验算

7.1验算系统压力损失并拟定压力阀调节值
由于系统管路布置尚未拟定，整个系统压力损失无法全面估算，故只能先按式3—46估算阀类元件压力损失，待设计好管路布局后，加上管路沿程损失即可，但对于中小型液压系统，管路压力损失甚微，可以不考虑。压力损失演算应按一种工作循环中不同阶段分别进行。
7.1.1工件夹紧阶段压力损失
夹紧时，油液通过单向阀4，二位五通电磁换向阀6，进入夹紧缸，再回到油箱。

此值太小，忽视不计。
7.1.2工作台快进时压力损失
滑台快进时，液压缸差动连接，进油路上油液通过单向阀3，电液换向阀12，行程阀14，进入无杆腔；再通过电液换向阀12，单向阀11，行程阀14，进入无杆腔。

此值不大，不会使液控顺序阀启动，故能保证泵流量所有进入液压缸。
回油路上，有杆腔中油液通过电液换向阀和单向阀流量都是12.3L/min。
7.1.3一次工进时压力损失
一工进时，油液在进油路上通过单向阀3，三位五通电液换向阀12，调速阀15，二位二通电磁阀17；油液在回油路上通过三位五通电液换向阀12，液控顺序阀8，背压阀9流回油箱。因而这时液压缸回油腔压力为

此值与原预计值相差不大，基本是相等，不要再重新计算。因而，背压阀8调定压力应当不不大于0.51MPa。
7.1.4二次工进时压力损失
二工进时，油液在进油路上通过单向阀3，三位五通电液换向阀12，调速阀15，调速阀16，进入液压缸无杆腔；油液在回油路上通过三位五通电液换向阀12，液控顺序阀8，背压阀9流回油箱。因而这时液压缸回油腔压力为

考虑到压力继电器可靠动作需压差，故溢流阀调定压力为

又由于夹紧缸压力，因此溢流阀调定压力。
7.1.5快退时压力损失
快退时，油液在进油路上通过单向阀3和电液换向阀流量都是23.64L/min；油液在回油路上通过单向阀13和电液换向阀12流量都是49.1 L/min，因而进油路上总压降为：

此值比较小，因此液压泵驱动电机功率是足够。
回油路上总压降：

此值与表中预计值相近，故不必再重算。

7.2油液温升验算
在整个工作循环中，工进和快进快退所占时间相差不大，因此，系统发热和油液温升可用一种循环状况来计算。
快进时液压缸有效功率为

泵输出功率
因而快进液压系统发热量为

同样办法可求出快退时液压系统发热量为

一工进时液压缸有效功率为

泵输出功率
因而一工进液压系统发热量为

二工进时液压缸有效功率为

泵输出功率
因而二工进液压系统发热量为

总发热量为
按《液压传动》公式（11—2）求出油液温生近似值

温升没有超过容许范畴，液压系统中不需要设立冷却器。

结 论

通过对组合机床液压系统设计，上述设计成果可以实现该课题所给规定，即组合机床在铣削加工零件时需要动作循环。液压传动课程设计，使我对液压系统有进一步结识，进一步掌握了液压元件工作原理和在所设计液压系统时对液压元件选用。在设计过程中，对其他所学课程知识加深和巩

参照文献

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[2] 俞启荣﹒机床液压传动﹒北京：机械工业出版社，1983﹒
[3] 席伟光﹒机械设计课程设计﹒北京：高等教诲出版社，﹒
[4] 李壮云﹒中华人民共和国机械设计大典﹒南昌：江西科学技术出版社，﹒
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