卧式单面多轴钻孔组合机床液压系统设计说明书

目录引言1、明确液压系统的设计要求 (3)2、负载与运动分析 (3)2.1负载分析 (4)2.2速度分析 (5)3、选定液压系统主要参数 (6)3.1初选液压缸工作力 (6)3.2计算液压缸结构数 (7)4、拟定液压系统图 (8)4.1选择基本回路 (8)4.2回路的合成 (9)5、液压元件的选择 (11)5.1液压泵及驱动电动机功率的确定 (11)5.1液压泵及驱动电动机功率的确定 (12)6、系统油液升温验算 (13)设计小结 (14)参考文献 (15)引 言液压系统已经在各个部门得到越来越广泛的应用，而且越先进的设备，其应用液压系统的部门就越多。

液压传动是用液体作为来传递能量的，液压传动有以下优点：易于获得较大的力或力矩，功率重量比大，易于实现往复运动，易于实现较大范围的无级变速，传递运动平稳，可实现快速而且无冲击，与机械传动相比易于布局和操纵，易于防止过载事故，自动润滑、元件寿命较长，易于实现标准化、系列化。

液压传动的基本目的就是用液压介质来传递能量，而液压介质的能量是由其所具有的压力及力流量来表现的。

而所有的基本回路的作用就是控制液压介质的压力和流量，因此液压基本回路的作用就是三个方面：控制压力、控制流量的大小、控制流动的方向。

所以基本回路可以按照这三方面的作用而分成三大类：压力控制回路、流量控制回路、方向控制回路。

1.明确液压系统的设计要求设计一台卧式单面多轴钻孔组合机床液压系统，要求完成工件的定位与夹紧，所需夹紧力不得超过6000N 。

该系统工作循环为：快进——工进——快退——停止。

机床快进快退速度约为6 m ／min ，工进速度可在30～120mm ／min 范围内无级调速, 快进行程为200mm ，工进行程为50mm ，最大切削力为25kN ，运动部件总重量为15 kN ，加速（减速）时间为0.1s ，采用平导轨，静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1。

2.负载分析与速度分析2.1负载分析负载分析中，暂不考虑回油腔的背压力，液压缸的密封装置产生的摩擦阻力在机械效率中加以考虑。

因工作部件是卧式放置，重力的水平分力为零，这样需要考虑的力有：夹紧力，导轨摩擦力，惯性力。

在对液压系统进行工况分析时，本设计实例只考虑组合机床动力滑台所受到的工作负载、惯性负载和机械摩擦阻力负载，其他负载可忽略。

（1）工作负载F W工作负载是在工作过程中由于机器特定的工作情况而产生的负载，对于金属切削机床液压系统来说，沿液压缸轴线方向的切削力即为工作负载，即N F t K 25（2）阻力负载f F阻力负载主要是工作台的机械摩擦阻力，分为静摩擦阻力和动摩擦阻力两部分。

导轨的正压力等于动力部件的重力，设导轨的静摩擦力为f F ，则 静摩擦阻力 N F fs 3000150002.0=⨯= 动摩擦阻力 N F fd 1500150001.0=⨯= （3）惯性负载最大惯性负载取决于移动部件的质量和最大加速度，其中最大加速度可通过工作台最大移动速度和加速时间进行计算。

已知启动换向时间为0.1s ，工作台最大移动速度，即快进、快退速度为6m/min ，因此惯性负载可表示为 N N t v F 04.15291.060681.915000m m =⨯⨯=∆∆⨯= 如果忽略切削力引起的颠覆力矩对导轨摩擦力的影响，并设液压缸的机械效率w η=0.9，根据上述负载力计算结果，可得出液压缸在各个工况下所受到的负载力和液压缸所需推力情况，如表1所示。

表1 液压缸总运动阶段负载表（单位：N ）2.2速度分析根据负载计算结果和已知的个阶段的速度，可绘制出工作循环图如图1（a ）所示，所设计组合机床动力滑台液压系统的速度循环图可根据已知的设计参数进工况 负载组成负载值F/N 推力F/w η/N定位夹紧 j F F = 6000 6666.67 启动加速 m fd F F F +=3029.04 3365.6 快进 fd F F =1500 1666.66 工进 tfd F F F +=2650029444.44快退fdF F =15001666.66行绘制，已知快进和快退速度m/min 631==v v 、快进行程L1=200mm 、工进行程L2=50mm 、快退行程L3=250mm ，工进速度mm/min 502=v 。

快进、工进和快退的时间可由下式分析求出。

快进 s v L t 2606102003111=⨯==- 工进 s v L t 606005.010503222=⨯==- 快退 s s v l t 5.2606102503331=⨯==- 根据上述已知数据绘制组合机床动力滑台液压系统绘制负载图（F-t ）如图1(b),动力滑台速度循环图如图1（c)所示。

图1 动力滑台速度负载循环图a)工作循环图 b ）负载速度图 c)负载速度图3.确定液压缸主要参数3.1初选液压缸工作压力由表2可知，取动力滑台液压缸工作压力4MP ，所需夹紧力不得超过6000N ，取夹紧液压缸工作压力为1.5MP .表2按负载选择工作压力负载/ KN<55~10 10~20 20~30 30~50>50 工作压力/MPa < 0.8~1 1.5~2 2.5~33~44~5≥53.2计算液压缸结构参数为使液压缸快进与快退速度相等，选用单出杆活塞缸差动连接的方式实现，应把液压缸设计成无杆腔工作面积1A 是有杆腔工作面积2A 两倍的形式，即活塞杆直径d 与缸筒直径D 呈d = 0.707D 的关系。

工进过程中，当孔被钻通时，由于负载突然消失，动力滑台液压缸有可能会发生前冲的现象，因此动力滑台液压缸的回油腔应设置一定的背压(通过设置背压阀的方式)，选取此背压值为p 2=0.8MP ，快退时回油腔中也是有背压的，这时选取被压值0.6MPa 。

夹紧液压缸回油背压3p 取0MPa ，快退时背压取0.5MPa 。

工进时动力滑台液压缸的推力计算公式为11221112/(/2)m F A p A p A p A p η=-=-，因此，根据已知参数，动力滑台液压缸无杆腔的有效作用面积可计算为26211m 008179.028.041029444.442=-⨯=-=-p p FA mη夹紧液压缸无杆腔的有效作用面积26211m 004444.010205.167.66662=⨯-=-=-p p FA mη夹动力滑台液压缸缸筒直径为mm A D 1.10241==π夹紧液压缸缸筒直径为 mm A D 2.7541==π夹夹由于有前述差动液压缸缸筒和活塞杆直径之间的关系，d = 0.707D ，因此动力滑台活塞杆直径为d=0.707×102.1=72.2mm ，夹紧缸活塞杆直径为夹d =0.707×80.8=57.1mm 圆整后取D =110mm ，d =80mm 。

=夹D 80mm,夹d =56mm此时液压缸两腔的实际有效面积分别为：242110954m D A -⨯==π()242221077.444m dD A -⨯=-=π2421102.504m D A -⨯==π夹 ()242221062.254m dD A -⨯=-=π夹工进时采用调速阀调速，其最小稳定流量min /05.0qminL =，设计要求最低工进速度min /30V min mm =，经验算可知满足vqminminA ≥3.计算液压缸在工作循环各阶段的压力、流量和功率差动时液压缸有杆腔压力大于无杆腔，取两腔间回路及阀上压力损失为0.5MPa ，5.012+=p p 计算结果如表3所示。

表3 各工况下的主要参数值工作循环负载F/N 回油背压P 2/MPa进油压力P 1/MPa 输入流量133110/--∙s m q输入功率P /Kw 计算公式定位夹紧6666.672.6----快进启动加速3365.65.012+=p p1.12 —— ——恒速1666.660.780.500.39工进29444.4 0.83.48 0.00475~0.0190.0165~0.066()1221A A p F p +=211v A q = 11q p P =快退起动加速 3365.6 0.6 2.02 —— ——恒速 1666.660.6 1.65 0.448 0.74 松开 ------------4.拟定液压系统图4.1选择基本回路（1）调速回路因为液压系统功率较小，且只有正值负载，所以选用进油节流调速回路。

因为有较好的低速平稳性和速度负载特性，可选用调速阀调速，并在液压缸回路上设置背压。

111211211221)()(q p P v A A q A A p p A F p =-=--+=113212221q p P v A q A p A F p ==+=2221A p A F p +=（2）泵供油回路由于系统最大流量与最小流量比值为105，且在整个工作循环过程中的绝大部分时间里泵在高压小流量状态下工作，并且夹紧装置需要保压补充缸的泄露，为此采用双联泵，以节省能源提高效率。

（3）速度换接回路和快速回路由于快进速度与工进速度相差很大，为了换接平稳，选用行程阀控制的换接回路。

快速运动通过差动回路来实现（4）换向回路为了换向平稳，选用电液换向阀。

为了便于实现液压缸中位停止和差动连接，采用三位四通阀和两位两通阀。

为提高换向的位置精度，采用死挡铁和压力继电器的行程终点返程控制。

（5）压力控制回路系统工作状态时高压小流量泵的工作压力由溢流阀调整，同时用顺序阀来实现低压大流量泵卸荷。

（6）顺序动作回路由于系统工作状态为先定位夹紧，后钻孔加工，且最大夹紧力不得超过6000N,因此选用压力控制的顺序动作回路，利用压力继电器和顺序阀作为控制元件来控制动作顺序。

（7）保压回路本系统对夹紧液压缸的保压性能有严格要求，故采用液控单向阀和电接触式压力表的自动补油保压回路，这种回路保压时间长，压力稳定性高。

4.2回路的合成对选定的基本回路在合成时，有必要进行整理、修改和并归1）为防止机床停止工作是系统中的油液回油箱，应增设单向阀。

2）要实现差动快进，必须在回油路上设置液控顺序阀12，已阻止油液流回油箱。

3）设置压力表开关及压力表合并后完整的液压系统如图大泵，2、小泵，3、滤油器，4、外控顺序阀，5、15、单向阀，6、溢流阀，，7、电液换向阀，8、单向行程调速阀，，9、压力继电器，10、主液压缸，11、二位三通电磁换向阀，12、背大压阀，13、二位二通换向阀，14、减压阀，16、带定位装置的二位四通电磁换向阀，17、单向顺序阀，18、夹紧液压缸，19、定位液压缸A、工件夹紧：5YA通电定位：压力油→减压阀14→单向阀15→电磁阀→定位缸19无杆腔定位缸19有杆腔→电磁阀→油箱夹紧:工件定位后，压力油升高到单向顺序阀开启的压力，单向顺序阀开启，压力油→单向顺序阀→夹紧缸18无杆腔→夹紧缸18有杆腔→电磁阀→油箱,工件夹紧到位，压力油压力升高到压力继电器调定压力，继电器发信，1YA 通电，主系统快进。