《铣床的液压传动系统设计》

设计过程及说明

一、设计题目

设计一专用铣床工作台液压系统，工件台驱动装置采用单杆液压缸，要求实现的工作循环为“快进——工进——快退——停止”。

二、设计要求

设计一台专用铣床，若工作台、工件和夹具的总重力为5500N，轴向切削力为30000N，工作台总行程为0.4m，工作行程为0.15m，快进、快退速度为 4.5m\min、工进速度为0.06m~1m\min，加速、减速时间均为0.05s，工作台采用平导轨、静摩擦系数为0.2、动摩擦系数为0.1，试设计该机床的液压传动系统。

三、执行元件运动与负载分析

1．运动分析与速度循环图

1）运动分析

运动分析师对液压系统一个工作循环中，各阶段的运动速度变化情况进行定性分析。在此次设计的液压系统中，一个工作循环中有快进→工进→快退→停止，其定性工作循环图如图1-1所示。

速度循环图是要表示在一个工作循环内各个阶段运动速度随位移变化的情况，在知道执行机构各段的运动速度和总行程及相关参数后，各段行程可由运动学公式定量计算得到。图1-2为滑台速度循环图。图中各段的行程由下式计算。

启动行程：

减速行程：

制动行程：

工进行程：

快进行程：

反向启动行程：

反向制动行程：

快退行程：

式中，S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8——分别为启动、快进、减速、工进、制动、反向启动、快退、反向制动行程，mm；

S?——总行程，mm;

ν1、ν2、ν3——分别为快进、工进、快退速度，m/s;

t1、t3、t5、t6、t8——各为启动、减速、制动、反向启动、反向制动时间，s。计算中，启动、制动和速度转换时间若无特特殊要求可取0.01～0.5s，在此计算中均取0.1s.由下列公式计算出快速、工进、快退时间：

式中:t2、t4、t7——分别为快进、工进、快退的时间，s.

2、负载分析与负载循环图

1．液压缸负载分析

一般情况下，液压缸承受的负载由六部分组成，即工作负载F w、导轨摩擦负载F f、惯性负载F a、重力负载F g、密封负载F s和背压负载F b。

F=F w+F f+F a+F g+F s+F b式中，F——总负载，N。

①工作负载F w

对于金属切削机床，沿液压缸轴线方向的切削力即为工作负载。即F w=8kN

②导轨摩擦负载F f

导轨摩擦负载和运动部件的导轨形式，放置位置与运动状态有关。将导轨水平放置，取静摩擦系数f s=0.2、动摩擦系数f d=0.1则摩擦负载的计算公式为：

静摩擦负载：

动摩擦负载：

式中：G——运动部件重力，N，

式中：G——运动部件重力，N

③惯性负载F a

加速：

减速：

制动：

反向加速：

反向制动：

④重力负载F g、密封负载F s

由于此导轨是水平放置，故F g=0N。又因未完成设计，不知道密封装置的参数，一般用机械效率ηm加以考虑，取ηm=0.9

液压缸在一个工作循环中一般要经历四种负载工况，各个工况的总负载可按下列式子计算：

启动阶段：

加速阶段：

快进阶段：

工进阶段：

减速阶段：

制动阶段：

反向启动阶段：

快退阶段：

制动阶段：

大流量和工进行程的高压小流量的油液。最大流量与最小流量之比qmax/qmin=0.33/0.01=33；其相应的时间之比(0.1+0.1)/9=0.022。这表明在一个工作循环中的大部分时间都处于高压小流量工作。从提高系统效率、节省能量角度来看，可选限压式变量泵或双联叶片泵作为油源。前者流量突变时液压冲击较大，工作平稳性差，且后者可双泵同时向液压缸供油实现快速运动，最后选用双联叶片泵，如图1-3所示。2.选择速度转换回路

快慢速度的转换常用换向阀实现，其中电磁换向阀的快慢速转换回路适合于此处，因为该回路速度换接快，行程调节比较灵活，便于实现自动控制。

由于要实现液压缸差动连接，所以选用三位五通电液换向阀。如图1-4所示。

3. 选择速度换接回路

由于本系统滑台由快进转为工进时，速度变化大（1/ 2=5/0.08=62.5），为减少速度换接时的液压冲击，选用行程阀控制的换接回路。如图1-5所示。

4.选择调压和卸荷回路

在双泵供油的油源形式确定后，调压和卸荷问题都已基本解决。即滑台工进时，高压小流量泵的出口压力由油源中的溢流阀调定，无需另设调压回路。在滑台工进和停止时，低压大流量泵通过液控顺序阀卸荷，高压小流量泵在滑台停止时