半自动液压专用钻镗机床液压系统设计某工厂设计一台钻镗专用机床，要求孔的加工精度为TI6级。

要求该机床液压系统要完成的工作循环是：工件定位、夹紧→动力头快进→工进→终点停留→动力头快退→工件松开、拔销。

该机床运动部件的重量为30000N，快进、快退速度为6m/min，工进的速度为20~120mm/min可无级调速，工作台的最大行程为400mm，其中工进的总行程为150mm，工进时的最大轴向切削力为20000N，工作台的导轨采用平导轨支撑方式；夹紧缸和拔销缸的行程都为25mm，夹紧力为12000—80000N之间可调，夹紧时间不大于1秒钟。

1．工况分析根据已知条件，绘制运动部件的速度循环图，如图1-1所示。

计算各阶段的外负载，如下：液压缸所受外负载F包括三种类型，即F=Fω+Ff +Fa(1-1)式中Fω—工作负载，对于金属钻镗专用机床，既为工进时的最大轴向切削力，为20000N；Fa—运动部件速度变化时的惯性负载；Ff —导轨摩擦阻力负载，启动时为静摩擦阻力，启动后为动摩擦力阻力，对于平导轨Ff可由下式求得Ff = f ( G + FRn);G—运动部件重力；FRn—垂直于导轨的工作负载，本设计中为零；f—导轨摩擦系数，在此设计中取静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1。

则求得Ffs= 0.2 ⨯30000N = 6000N （1-2）Ffa= 0.1⨯30000N = 3000N上式中Ffs 为经摩擦阻力，Ffa为东摩擦阻力。

Fa=gGt∆∆υ；g为重力加速度；t∆—加速或减速时间，一般t∆= 0.01~0.5s,取t∆= 0.05s。

υ∆—t∆时间内的速度变化量。

在本设计中Fa =8.930000⨯6005.06⨯N = 6123N根据上述计算结果，列出各工作阶段所受的外负载（见表1-1），并画出如图1-2所示的负载循环图。

图1-1 速度循环图图1-2 负载循环图表1-1 工作循环各阶段的外负载2．拟定液压系统原理图（1）确定供油方式考虑到该机床在工作进给时负载较大，速度较低。

而在快进、快退时负载较小，速度较高。

从节省能量、减少发热考虑，泵源系统选用双泵供油或者变量泵供油。

所以设计采用带压力反馈的限压式变量叶片泵。

（2）夹紧回路的选择采用二位四通电磁阀来控制夹紧、松开换向动作时，为了避免工作时突然失电而松开，应采用失电夹紧方式。

为了实现夹紧时间可调节和当进油路压力瞬时下降时仍然能保持夹紧力，接入节流阀调速和单向阀保压。

为了实现夹紧力的大小可调和保持夹紧力的稳定，在该回路中装减压阀。

（3）定位液压缸与夹紧缸动作次序回路的选择。

定位液压缸和夹紧缸之间的动作次序采用单向顺序阀来完成，并采用压力继电器发信启动工作台液压缸工作，以简化电气发信与控制系统，提高系统的可靠性。

（4）调速方式的选择在中小型专用机床的液压系统中，进给速度的控制一般采用节流阀或者调速阀。

根据钻镗类专用机床工作时对低速性能和速度负载特性都有一定技术要求的特点，采用限压式变量泵和调速阀组成的容积节流调速。

这种调速回路具有效率高、发热小和速度刚性好的特点，并且调速阀装在回油路上，具有承受负切削力的能力。

（5）速度换接方式的选择本设计采用电磁阀的快慢速度换接回路，它的特点是结构简单、调节行程方便，阀的安装也容易。

最后把所选择的液压回路组合起来，既可组成图1—3所示的液压系统原理图。

图1-3 液压系统原理图3．液压系统的计算和选择液压元件 （1）液压缸主要尺寸的确定。

1）工作压力P 1的确定。

工作压力P 1可根据负载大小及其机器的类型来初步确定，参阅表2-1取液压缸工作压力为3MPa 。

2）计算液压缸内径D 和活塞杆直径d 。

由负载图知最大负载F 为23000N ，按表2-2可取P 2为0.5MPa ，cm η为0.95，按表2-3，取d/D 为0.7。

将上述数据代入式 Ｄ＝⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫⎝⎛--2121114D d P P P Fcm ηπ（2-3） 可得 ]})7.0(1[3051{95.0103014.323000425--⨯⨯⨯⨯⨯=D m = 10.6×210-m根据表2-4，将液压缸内径圆整为标准系列直径D = 125mm ；活塞杆直径d ，按d/D = 0.7及表2-5，活塞杆直径系列取d = 90mm 。

同样，取定位缸的工作压力为3Mpa ，由式（2-3）得95.0103014.320045⨯⨯⨯⨯=定D m=10.4mm 考虑到液压缸的结构与制造的方便性，以及插销的结构尺寸等因素，可以取D=32mm ，d=16mm ；考虑到夹紧力的稳定，夹紧力的工作压力应低于进给液压缸的工作压力，现取夹紧缸的工作压力为2.5MPa ，回油背压力为零，cm η为0.95，则按式（2-3）可得 95.0102514.31200045⨯⨯⨯⨯=夹D m = 8.02×210-m 按表2-4及表2-5液压缸和活塞杆的尺寸系列，取加紧液压缸的D 和d 分别为100mm 及70mm 。

本设计中调速阀是安装在回油路上，故液压缸节流腔有效工作面积应选取液压缸有杆腔的实际面积，既 A=4π（D 2-d 2）=4π⨯（12.52-92）cm 2=59cm 2由式（2-4）得最小有效面积 A min =minminυq = 21005.03⨯ cm 2= 25 cm 2因为满足A> A min ，故液压缸能达到所需低速。

3）计算在各工作阶段液压缸所需的流量min /15.38min /6109443222L m d q =⨯⨯⨯==-）（快进快进πνπmin /472.1min /12.0125.04432121L m D q =⨯⨯==πνπ工进工进min /44.35min /609.0125.04)432222L m v d D q =⨯-⨯=-=）（（快退快退ππmin /206.1min /601025032.0443322L m D q =⨯⨯⨯⨯==-πνπ定定定 min /76.11min /6010251.0443322L m D q =⨯⨯⨯⨯==-πνπ夹夹夹（2）确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格1）泵的工作压力的确定。

考虑到正常工作中进油路有一定的压力损失，所以泵的工作压力为P p = P 1 +∑∆p式中 P p ——液压泵最大工作压力；P 1——执行元件最大工作压；∑∆p ——进油管路中的压力损失，初算时简单系统可取0.2~0.5MPa ，复杂系统取0.5~1.5MPa ，本设计取0.5 MPa 。

P p = P 1 +∑∆p = ()5.03+MPa = 3.5 MPa上述计算所得的P p 是系统的静态压力，考虑到系统在各种工况的过度阶段出现的动态压力往往超过静态压力。

另外考虑到一定的压力储备量，并确保泵的寿命，因此选泵的额定压力P n 应满足P n ≥()6.1~25.1 P p 。

中低压系统取最小值，高压系统取大值。

在本设计中P n = 1.25 P p = 4.4MPa 。

2）泵的流量确定。

液压泵的最大流量应为q P ≥ k L ()max ∑q式中 q P ——液压泵的最大流量；()m a x∑q ——同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值。

k L ——系统泄露系数，一般取k L = 1.1 ~1.3，本设计取k L = 1.2。

p q ≥∑max )(q K L =1.2×38.15L/min=45.78L/min3)选择液压泵的规格。

根据以上算得的P p 和q P ，查找相关手册，选用YBX-40限压式变量叶片泵，该泵的基本参数为：每转排量q o = 33Ml/r,泵的额定压力P n = 6.3MPa ，电动机的转速n H =1450r/min,容积效率为ηv η = 0.85，总效率η = 0.7。

4）与液压泵匹配的电动机的选定。

首先分别算出快进与工进两种不同工况时的功率，取两者较大值作为选择电动机规格的依据。

由于在慢进时泵输出的流量减少，泵的效率急剧下降，一般当流量在0.2~1L/min 范围内时，可取η = 0.03~0.14。

同时还应注意到，为了使所选择的电动机在经过泵的流量特性曲线最大功率点时不致停转，需进行验算，即n pB P q p 2≤η（1-6）式中 P n ——所选电动机额定功率；P B ——限压式变量泵的限压力； q P ——压力为P B 时，泵的输出流量。

首先计算快进的功率，快进的外负载为3000N ，进油路的压力损失定为0.3MPa,由式（1-4）可得P p = ⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⨯⨯-3.01007.04300062πMPa = 1.08MPa快进时所需电动机功率为P =ηpp q p =7.06015.38772.0⨯⨯KW = 0.701KW工进时所需电动机功率为P =7.060472.15.3⨯⨯KW = 0.123KW查阅相关电动机类型标准，选用Y90L —4型电动机，其额定功率为1.5KW ，额定转速为1400r/min 。

根据产品样本可查得YBX —25的流量压力特性曲线。

再由已知的快进时流量为45.78L/min ，工进时的流量为2.95 L/min ，压力为3MPa ，作出泵的实际工作时的流量压力特性曲线，查得该曲线拐点处的流量为45L/min ，，压力为2.2MPa ，该工作点处对应的功率为P =7.060462.2⨯⨯KW = 2.41KW所选电动机满足式（1-6）,拐点处能正常工作。

（3）液压阀的选择本液压系统可采用力士乐系统的阀，控制液压缸部分选用力士乐系列的阀，其夹紧部分选用叠加阀。

选定的液压元件如下表1-2所示。

表1-2 液压元件明细表（4）确定管道尺寸系统主油路流量为差动时流量q=73.6L/min,压油管的允许流速取ν=4m/s ，则内径d 为d=4.6v q=4.646.73=19.5mm 若系统主油路流量按快退时取q=35.4L/min,则可算的油管内径d=13.6mm 综合各因素，现取油管内径d 为18mm 。

参照YBX-40变量泵吸油口连接尺寸，取吸油管内劲d 为25mm 。

（5）液压邮箱容积的确定本设计为中低液压系统，液压油箱有效容量按泵的流量的5~7倍来确定，取选用容量为160L 的油箱，型号为：BEX-160。

4．液压系统的验算已知该液压系统中进、回油管的内劲均为18mm ，各段管道的长度分别为：AB = 0.4m,AC = 1.6m,AD = 1.6m,DE = 2m 。

选用L-HL32液压油，考虑到油的最低温度为15οC 时该液压油的运动粘度υ=150cst =1.5cm 2/s ，油的密度ρ= 920kg/m 3。