工业大学课程设计资料袋机械工程学院学院（系、部） 2013 ~ 20 14 学年第 1 学期课程名称液压与气压传动指导教师罗中平职称教授学生炎斌专业班级机工1102班学号题目组合机床动力滑台液压系统设计成绩起止日期 2013 年 12 月 19日～ 1014 年 1月 02日目录清单工业大学课程设计任务书2013—2014学年第1学期机械工程学院（系、部）机电一体化专业 1102 班级课程名称：液压与气动设计题目：组合机床动力滑台液压系统设计1 完成期限：自 2013 年 12 月 30 日至 2014 年 1 月 3 日共 1 周指导教师（签字）：年月日系（教研室）主任（签字）：年月日（课程设计名称）设计说明书（题目）起止日期： 2013 年 12月 19日至 2014 年 1 月 2 日学生炎斌班级机工1102学号成绩指导教师(签字)机械工程学学院（部）2013年12 月 30 日液压传动课程设计指导书工业大学机械工程学院2013年12月第一章 明确液压系统的设计要求要求设计一台卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台的液压系统。
设计要求驱动动力滑台实现“快进→工进→快退→停止”的工作循环。
液压系统的主要参数与性能要求如下：机床上有主轴16个，加工Φ13.9 mm 的孔14个，Φ8.5mm 的孔2个。
刀具材料为高速钢，工件材料为铸铁，硬度为240HBS ，运动部件总质量G=9800N ，快进、快退的速度v 1= v 3=5.5 m/min ，快进行程长度l 1=100mm ，工进行程长度l 2=50 mm ，往复运动的加速，减速时间为0.2s ，动力滑台采用平导轨，其静摩擦系数f s =0.2，动摩擦系数f d =0.1，液压系统中的执行元件使用液压缸。
第二章 负载与运动分析负载分析中，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）切削负载F W N 30500=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。
切削负载(确定切削负载应具备机械切削加工方面的知识)用高速钢钻头(单个)钻铸铁孔时的轴向切削力F t (单位为N)为6.08.0t )HB S (5.25Ds F = 2 (8—1)式中：D ——钻头直径，单位为mm ；s ——每转进给量，单位为mm ／r ； HBS ——铸件硬度。
根据组合机床加工特点，钻孔时主轴转速n 和每转进给量s 按“组合机床设计手册”取： 对φ13.9mm 的孔：n 1=360r ／min ，s l =0.147mm ／r ； 对φ8.5mm 的孔：n 2=550r ／min ，s 2=0.096mm ／r ； 所以，系统总的切削负载F t 为：N F w 30500240096.00.95.252240147.09.135.25146.08.06.08.0=⨯⨯⨯⨯+⨯⨯⨯⨯=令Fw=Fq=30500N 2．惯性负载往复运动的加速，减速时间为0.2s ，所以取t ∆为0.2SN t v g G t v mF m 4582.0605.51000=⨯⨯=∆∆⨯=∆∆=3．阻力负载机床工作部件对动力滑台导轨的法向力为：N G F n 9800==静摩擦阻力：N f f F n s tf 196098002.0=⨯==动摩擦阻力：N F f F n d fd 98098001.0=⨯==加速负载： N t v m f F F d n L 1438/=∆∆+=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由此得出液压缸在各工作阶段的负载如表110-所列。
工况负载组成负载值F 工况 负载组成负载值F 启动 s n L f F F = 1960 快退 d n L f F F = 980 快进 d n L f F F = 980 停止 m fd F F F -= 522 工进 q d n L F f F F +=31480注：在负载分析中，没有考虑动力滑台上倾翻力矩的作用第三章 负载图和速度图的绘制根据工作循环(总行程L1+L2=150mm 工进速度V2绘制动力滑台速度图(如图8-1(b)所示。
快进、工进和快退的时间可由下式分析求出。
快进 s v l t 09.1605.51.0111=⨯==工进 s v l t 6.5660053.005.0222=⨯== 快退 s v l l t 63.1605.515.03123=⨯=+= 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),速度循环图如图1（c)所示。
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，在其它工况负载都不太高，参考表1和表2，初选液压缸的工作压力p 1=4MPa 。
组合机床液压缸的负载图和速度图图1 速度负载循环图a)工作循环图 b）负载速度图 c)负载速度图第四章确定液压系统主要参数4.1确定液压缸工作压力由表2和表3可知，组合机床液压系统在最大负载约为40000N时宜取5MP。
负载/KN <5 5~10 10~20 20~30 30~50 >50 工作压力/MPa < 0.8~1 1.5~2 2.5~3 3~4 4~5 ≥5机械类型机床农业机械小型工程机械建筑机械液压凿岩机液压机大中型挖掘机重型机械起重运输机械磨床组合机床龙门刨床拉床工作压力/Mpa 0.8~2 3~5 2~8 8~10 10~18 20~32 4.2计算液压缸主要结构参数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，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，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p 2=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p ∆，且有杆腔的压力必须大于无杆腔，估算时取p ∆≈0.5MPa 。
快退时回油腔中也是有背压的，这时选取被压值2p =0.6MPa 。
工进时液压缸的推力计算公式为11221112/(/2)m F A p A p A p A p η=-=-，式中：F ——负载力m——液压缸机械效率A 1——液压缸无杆腔的有效作用面积 A 2——液压缸有杆腔的有效作用面积 p 1——液压缸无杆腔压力 p 2——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-643603.333101===0.09478990.85-221-2x FA mm m p p η液压缸缸筒直径为=41/D A mm π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=0.707×109.89=77.69mm ，根据GB/T2348—1993对液压缸缸筒径尺寸和液压缸活塞杆外径尺寸的规定，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：2-421=/4=94.79510A D x m π 22-422=(-d )/4=44.55510A D x m π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63.27)(121=⨯-=V A A q 快进工作台在快退过程中所需要的流量为m in /50.2432L v A q ==快退工作台在工进过程中所需要的流量为m in /502.021L v A q ==工进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4所示。
工况 负载 F L /N 回油腔 压力 P 2/MPa 进油腔 压力 P 1/MPa 输入理论流量 q/(L/s) 输入功率 P /kW计算式快迸(差 动) 启动 1960 01.17--()[]()212m L 1//A A p A F p -∆+=η()121v A A q -= q p P 1=加速 980 p p ∆+11.005 - - 恒速 980 0.804 0.5485 0.441 工进314800.6 4.88 0.0084 0.041 ()[]qp P v A q A A p F p 121122m L 1//==+=η 快退启动 1960 0 0.38 - - ()[]qp P v A q A A p F p 132122m L 1//==+=η 加速 980 0.60.573--恒速 980 0.424 0.486 0.205并据表4可绘制出液压缸的工况图，如图2所示。
图2 组合机床液压缸工况图第五章 液压系统方案设计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。
5.1选用执行元件因系统运动循环要求正向快进和工进，反向快退，且快进，快退速度相等，因此选用单活塞杆液压缸，快进时差动连接，无杆腔面积A 1等于有杆腔面积A 2的两倍。
工况图表明，所设计组合机床液压系统在整个工作循环过程中所需要的功率较小，系统的效率和发热问题并不突出，因此考虑采用节流调速回路即可。
虽然节流调速回路效率低，但适合于小功率场合，而且结构简单、成本低。
该机床的进给运动要求有较好的低速稳定性和速度-负载特性，因此有三种速度控制方案可以选择，即进口节流调速、出口节流调速、限压式变量泵加调速阀的容积节流调速。
钻镗加工属于连续切削加工，加工过程中切削力变化不大，因此钻削过程中负载变化不大，采用节流阀的节流调速回路即可。
但由于在钻头钻入铸件表面及孔被钻通时的瞬间，存在负载突变的可能，因此考虑在工作进给过程中采用具有压差补偿的进口调速阀的调速方式，且在回油路上设置背压阀。