卧式钻镗组合机床动力头

一、设计任务...................................................................................................................................1二、设计数据分析计算...........................................................................................................11）确定液压缸的结构尺寸及工况图.............................................................................1（1）负载图及速度图。.........................................................................................1（2）初选液压缸的结构尺寸。.............................................................................3（3）液压缸工况图。.............................................................................................32）拟定液压回路.............................................................................................................5（1）选择液压回路。.............................................................................................5（2）组成液压系统图。.........................................................................................73）计算和选择液压元件.................................................................................................7（1）确定液压泵的规格和电机功率。.................................................................7（2）液压阀的选择。.............................................................................................8（3）确定管道尺寸.................................................................................................94）液压系统主要性能的估算.........................................................................................9（1）液压缸的速度.................................................................................................9（2）系统的效率...................................................................................................10（3）液压回路和液压系统的效率.......................................................................12（4）液压系统发热与温升的验算.......................................................................121一、设计任务设计一台卧式钻、镗组合机床液压系统。该机床用于加工铸铁箱形零件的孔系，运动部件总重G=10000N，液压缸机械效率为0.9，加工时最大切削力为12000N，工作循环为：“快进——工进——死挡铁停留——快退——原位停止”。快进行程长度为0.4m，工进行程为0.1m。快进和快退速度为0.1m／s，工进速度范围为3×104～5×103m／s，采用平导轨，启动时间为0.2s。要求动力部件可以手动调整，快进转工进平稳、可靠。二、设计数据分析计算1）确定液压缸的结构尺寸及工况图（1）负载图及速度图。①负载分析。a.切削力：LF=12000Nb.摩擦阻力：GsfsFfF=0.2×10000=2000NGdfdFfF=0.1×10000=1000Nc.惯性阻力tgFmaFGm=2.01.081.910000N=510Nd.重力阻力因工作部件是卧式安置，故重力阻力为零。e.密封阻力将密封阻力考虑在液压缸的机械效率中去，去液压缸机械效率m=0.9。f.背压阻力背压力2p查表选取。根据上述分析课算出液压缸在各动作阶段中的负载，见下表。工况计算公式液压缸负载F/N液压缸推力NFFm9.0//启动fsFF20002222加速mfdFFF15101678快速fdFF10001111工进fdLFFF1300014444快退fdFF100011112②负载图、速度图。快进速度1与快退速度3相等，即1=3=0.1m/s。行程分别为1l=0.4m，3l=0.5m；工进速度2=34105~103m/s，行程3l=0.1m。负载图和速度图如下。3（2）初选液压缸的结构尺寸。①初选液压缸的工作压力1p。查表初选1p=3MPa。②计算液压缸的结构尺寸。因要求31,故选用单杆式液压缸，使212AA(d=0.707D)，且快进时液压缸差动连接。因为是钻（镗）孔加工，为防止钻（镗）通孔时工作部件突然前冲，回油路中应有背压。查表暂取背压为MPapppp5.0112。快进时，液压缸是差动连接，由于管路中有压力损失，所以这时液压缸有杆腔内的压力2p必大于无杆腔中的压力1p。若估取这部分损失为p=0.5MPa，则MPapppp5.0112快退时，油液从液压缸无杆腔流出，是有阻力的，故也有背压。此时背压也按0.5MPa估取。由公式可求出面积621110)6.0213(1444421PPFA53.5（2cm）所以5.53441AD=8.25cm按标准取D=85mm。液压缸活塞杆直径d为6085707.0707.02DDdmm按标准取d=60mm。由此求得液压缸实际有效工作面积为无杆腔面积：)(7.5648542221cmDA有杆腔面积：)(5.28)6085(4)(4222222cmdDA查得调速阀Q-10~Q-100的最小稳定流量为min/05.0minLqV。由公式验算液压缸的有效工作面积，即2224minmin218.276010103507.56cmcmvqcmAV2minmin228.275.28cmvqcmAV有效工作面积均能满足工作部件的最低速度要求。（3）液压缸工况图。液压缸工作循环中各动作阶段的压力、流量和功率的实际使用值，见下表。4工况负载F/N液压缸计算公式回油压力2p/MPa输入流量q/(L/min)进油腔压力1p/MPa输入功率P/kW快进启动2222——0.788—21221AApAFp121)(AAqqpP1加速16782p=1p+p=1p+0.5—1.100—恒速111116.920.8990.254工进144440.60.102~1.7012.8490.005~0.0811221ApAFp21AqqpP1快退启动2222——0.780—2211ApAFp32AqqpP1加速16780.5—1.584—恒速111117.11.3850.395根据上表可绘制液压缸的工况图，如下图所示。52）拟定液压回路（1）选择液压回路。①调速回路及油源形式。由工况图可知，该机床液压系统功率小，速度较低；钻镗加工为连续切削，切削力变化小。故采用节流调速回路。为增加运动的平稳性，为防止当工件钻通时工作部件突然前冲，采用调速阀的出口节流调速回路。由工况图还可以看出，该系统由低压大流量和高压小流量两个阶段组成。其最大流量与最小流量之比为minmax/qq=17.1/(0.102~1.701)=10.05~167.65，而相应的时间之比为快工tt/=(20~333)/9=2.22~37。此比值很大，为了节约资源，采用双定量泵供油。②快速回路及速度换接回路。因系统要求快进，快退的速度相等，故快进时采用液压缸差动连接的方式，以保证快进、快退时的速度基本相等。由于快进、工进之间的速度相差较大，为减小速度换接时的液压冲击，采用行程阀控制的换接回路。③换向回路。由工况图可看出，回路中流量较小，系统的工作压力也不高，故采用电磁换向阀的换向回路。④压力控制回路。在双定量泵供油的油源形式确定后，卸荷和调压问题都已基本解决，即工进时，低压泵卸荷，高压泵工作并由溢流阀调定其出口压力。当换向阀处于中位时，高压泵虽未卸荷，但功率损失不大，故不再采用卸荷回路，以便油路结构更加简单。⑤行程终点的控制方式。在行程终点采用死挡铁停留的控制方式。上述选择的液压回路，如下图所示。双泵油源6调速及速度换接回路换向回路7（2）组成液压系统图。液压系统图、动作循环图及电磁铁动作循环表3）计算和选择液压元件（1）确定液压泵的规格和电机功率。①液压泵工作压力的计算。a.确定小流量泵的工作压力1Pp。小流量泵在快进、快退和工进时都向系统供油。最大工作压力为1p=2.849MPa。在出口8节流调速中，因进油路比较简单，故进油路压力损失取1p=0.5MPa，则小流量泵的最高工作压力为1Pp=1p+1p=2.849+0.5=3.349MPab.确定大流量泵的工作压力2Pp。大流量泵只有在快进、快退中供油。由工况图可知，最大工作压力为1p=1.385MPa。若取此时进油路上的压力损失为1p=0.5MPa，则大流量泵的最高工作压力为2Pp=1p+1p=1.385+0.5=1.885MPa②液压泵流量计算。由工况图知，液压缸所需最大流量为17.1L/min，若取泄漏折算系数K=1.2，则两个泵的总流量为Pq=17.1×1.2=20.52（L/min）因工进时的最大流量为1.701L/min，考虑到溢流阀的最小稳定流量（3L/min），故小流量泵的流量最少应为4.701L/min。③液压泵规格的确定。按式maxPp=1Pp×[1+(25~60)%]=3.349×[1+(25~60)%]=4.186~5.358MPa及Pq=20.52（L/min）查设计手册，选取12/10YB型双联叶片泵，额定压力为6.3MPa。④电机功率的确定。由工况图得知，液压缸最大功率maxP=0.395kW，出现在压力为1.385MPa、流量为17.1L/min的快退阶段，这时泵站输出压力为1.885MPa，流量为22L/min。若取泵的总效率为P=0.75，则电机所需功率为P=PpPqP=75.06022885.1=0.92kW查手册选用功率为1.1kW、同步转速为1000r/min的电动机。（2）液压阀的选择。根据系统的最高工作压力和