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1、沈 阳 理 工 大 学 课 程 设 计 专 用 纸1沈 阳 理 工 大 学目录1 序言 22 设计的技术要求和设计参数 23 工况分析 33.1 确定执行元件 33.2 分析系统工况 33.3 负载循环图和速度循环图的绘制 43.4 确定系统主要参数 53.5 拟定液压系统原理图 73.6 液压元件的选择 103.7 液压系统性能的验算 147.1 管路系统压力损失验算 147.1.1 判断油流类型 147.1.2 沿程压力损失P 1 14沈 阳 理 工 大 学 课 程 设 计 专 用 纸2沈 阳 理 工 大 学1 序言作为一种高效率的专用机床，组合机床在大批、大量机械加工生产中应用广泛。本次
2、课程设计将以组合机床动力滑台液压系统设计为例，介绍该组合机床液压系统的设计方法和设计步骤，其中包括组合机床动力滑台液压系统的工况分析、主要参数确定、液压系统原理图的拟定、液压元件的选择以及系统性能验算等。组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定外形和加工工艺设计的专用部件和夹具而组成的半自动或自动专用机床。组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。组合机床通常采用多轴、多刀、多面、多工位同时加工的方式，能完成钻、扩、铰、镗孔、攻丝、车、铣、磨削及其
3、他精加工工序，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。液压系统由于具有结构简单、动作灵活、操作方便、调速范围大、可无级连读调节等优点，在组合机床中得到了广泛应用。液压系统在组合机床上主要是用于实现工作台的直线运动和回转运动，如图1所示，如果动力滑台要实现二次进给，则动力滑台要完成的动作循环通常包括：原位停止 快进I 工进II工进 死挡铁停留快退原位停止。图 1 组合机床动力滑台工作循环2 设计的技术要求和设计参数工作循环：快进工进快退停止；系统设计参数如表 1 所示，动力滑台采用平面导轨，其静、动摩擦系数分别为 fs = 0.2、 fd = 0.1。表 1 设计参数沈 阳 理 工 大 学 课 程 设
4、 计 专 用 纸3沈 阳 理 工 大 学参 数 数 值切削阻力（ N） 20000滑台自重 (N) 10000快进、快退速度(m/min) 4工进速度(mm/min) 30-120最大行程 (mm) 250工进行程 (mm) 50启动换向时间（s） 0.2液压缸机械效率 0.953 工况分析3.1 确定执行元件金属切削机床的工作特点要求液压系统完成的主要是直线运动，因此液压系统的执行元件确定为液压缸。3.2 分析系统工况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 FW工作负载是在工作过程中由于机器特定
5、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FW=20000N（2）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 5m/min，因此惯性负载可表示为 Ntvm3402.68.910（3）摩擦负载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。静摩擦阻力 Ffj = fjN= fs 012.0动摩擦阻力 Ffd= fdN = Nfd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
6、力和液压缸沈 阳 理 工 大 学 课 程 设 计 专 用 纸4沈 阳 理 工 大 学所需推力情况，如表 2 所示。表 2 液压缸在各工作阶段的负载（单位： N）注： 此处未考虑滑 台上的颠覆力 矩的影响。3.3 负载循环 图和速度 循环图的 绘制根据表 2 中计算结果，绘制组合机床动力滑台液压系统的负载循环图如图 2 所示。F/N2210520001340 1411250 350 l/m-1411 -1340 -2000图 2 组合机床动力滑台液压系统负载循环图图 2 表明，当组合机床动力滑台处于工作进给状态时，负载力最大为 19111N，其他工况下负载力相对较小。所设计组合机床动力滑台液压系
7、统的速度循环图可根据已知的设计参数进行绘制，已知快进和快退速度 、快进行程 200mm、工进行程 、min/431vl1 ml502快退行程 mm，工进速度 mm/min。根据上述已知数据绘制组合机床动2503l20力滑台液压系统的速度循环图如图 3 所示。工况 负载组成 负载值 F液压缸推力 =F/m起动 =Ffs2000N 2105 N加速 = +fdm1340 N 1411 N快进 = f 1000N 1053N工进 = +Ffdt21000 N 22105 N反向起动 = fs2000N 2105 N加速 = +fdm1340 N 1411 N快退 =Ff 1000 N 1053 N沈
8、 阳 理 工 大 学 课 程 设 计 专 用 纸5沈 阳 理 工 大 学图 3 组合机床液压系统速度循环图3.4 确定系统主要参数3.4.1 初选液压缸工作压力所设计的动力滑台在工进时负载最大，其值为 22105N，其它工况时的负载都相对较低，参考第 2 章表 3 和表 4 按照负载大小或按照液压系统应用场合来选择工作压力的方法，初选液压缸的工作压力 p1=3.0MPa。3.4.2 确定液压缸主要尺寸由于工作进给速度与快速运动速度差别较大，且快进、快退速度要求相等，从降低总流量需求考虑，应确定采用单杆双作用液压缸的差动连接方式。通常利用差动液压缸活塞杆较粗、可以在活塞杆中设置通油孔的有利条件，
9、最好采用活塞杆固定，而液压缸缸体随滑台运动的常用典型安装形式。这种情况下，应把液压缸设计成无杆腔工作面积 是有杆腔工作面积 两倍的形式，即活塞杆直径 d 与缸筒直径 D 呈 d = 1A2A0.707D 的关系。工进过程中，当孔被钻通时，由于负载突然消失，液压缸有可能会发生前冲的现象，因此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 p2=0.8MPa。快进时液压缸虽然作差动连接（即有杆腔与无杆腔均与液压泵的来油连接） ，但连接管路中不可避免地存在着压降 ，且有杆腔的压力必须大于无杆腔，估算时取p0.5MPa。快退时回油腔中也是有背压的，这时选取被压值 =0.6MPa
10、。 2p工进时液压缸的推力计算公式为，1212/ (/)mFAppA式中：F 负载力沈 阳 理 工 大 学 课 程 设 计 专 用 纸6沈 阳 理 工 大 学m液压缸机械效率A1液压缸无杆腔的有效作用面积A2液压缸有杆腔的有效作用面积p1液压缸无杆腔压力p2液压有无杆腔压力因此，根据已知参数，液压缸无杆腔的有效作用面积可计算为 085.6.2111 PmF液压缸缸筒直径为mm.041AD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，因此活塞杆直径为 d=0.707104.06=73.56mm，根据 GB/T23481993 对液压缸缸筒内径尺寸和液压缸活塞杆外径尺寸的规
11、定，圆整后取液压缸缸筒直径为 D=110mm，活塞杆直径为d=80mm。此时液压缸两腔的实际有效面积分别为：m2231/49.510ADm22()8d3.4.3 计算最大流量需求工作台在快进过程中，液压缸采用差动连接，此时系统所需要的流量为q 快进 =（A 1-A2）v 1=20.08L/min工作台在快退过程中所需要的流量为q 快退 =A2v2=17.92/min工作台在工进过程中所需要的流量为q 工进 =A1v1=0.95 L/min其中最大流量为快进流量为 25.2L/min。根据上述液压缸直径及流量计算结果，进一步计算液压缸在各个工作阶段中的压力、流量和功率值，如表 3 所示。表 3
12、各工况下的主要参数值工况推力F/N回油腔压力 P2/MPa进油腔压力 P1/MPa输入流量q/L.min-1输入功率P/Kw计算公式快进启动 2015 0 0.86 P1=沈 阳 理 工 大 学 课 程 设 计 专 用 纸7沈 阳 理 工 大 学加速 1411 1.23 0.73 恒速 1053 1.16 0.66 20.08 0.22q=(A1-A2)v1P=p1qp2=p1+p工进 22105 0.8 2.7 0.95 0.04P1=(F+p2A2)/A1q=A1v2P=p1q起动 2105 0 0.47 加速 1411 0.6 1.59 快退恒速 1053 0.6 1.50 17.92 0.448P1=(F+p2A1)/A2q=A2v3P=p1q把表 3 中计算结果绘制成工况图，如图 4 所示。图 4 液压系统工况图3.5 拟定液压系统原理图根据组合机床液压系统的设计任务和工况分析，所设计机床对调速范围、低速稳定性有一定要求，因此速度控制是该机床要解决的主要问题。速度的换接、稳定性和调节是该机床液压系统设计的核心。此外，与所有液压系统的设计要求一样，该组合机床液压系统应尽可能结构简单，成本低，节约能源，工作可靠。沈 阳 理 工 大 学 课 程 设 计 专 用 纸8沈
