双头车床液压系统设计[1]1

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某厂要设计制造一台双头车床,加工压缩机拖车上一根长轴两端的轴颈。由 于零件较长,拟采用零件固定,刀具旋转和进给的加工方式。其加工动作循环是 快进(Fast Feed)—*工进(Working Feed)一快退(Fast Return)—停止(Stop)。同 口寸要求 各个车削头能单独调整。其最大切削力在导轨中心线方向估计为12kN,所要移 动的总重量估计为15kN,工作进给要求能在0.020?1.2m/min范围内进行无级调 速,快速进、退速度一致,为4 m/min,试设计该液压传动系统。图10.1为该 机床的外形示意图。图10」双头车床外形示意图10.2.1确定对液压系统的工作要求Define the Work Requirement of the Hydraulic System根据加工要求,刀具旋转由机械传动来实现;主轴头沿导轨中心线方向的“快 进(Fast Feed)—工进(Working Feed)—快退(Fast Return)—停止(Stop)”工作循环拟 采用液压传动方式来实现。故拟选定液压缸作执行机构。考虑到车削进给系统传动功率不大,且要求低速稳定性好,粗加工时负载有 较大变化,故拟选用调速阀、变量泵组成的容积节流调速方式。为了自动实现上述工作循环,并保证零件一定的加工长度(该长度并无过高 的精度要求),拟采用行程开关及电磁换向阀实现顺序动作。10.2.2 拟定液压系统工作原理图 Draw up the Work Schematic Circuit of Hydraulic System该系统同时驱动两个车削头,且动作循环完全和同。为了保证快速进、退速 度相等,并减小液压泵的流量规格,拟选用差动连接回路。在行程控制中,由快进转工进时,采用机动滑阀。使速度转换平稳,且工作 安全可靠。工进终了时。压下电器行程开关返回。快退到终点,压下电器行程开 关,运动停止。快进转工进后,因系统压力升高,遥控顺序阀打开,回油经背压阀回油箱, 系统不再为差动连接。此处放置背压阀使工进时运动平稳,且因系统压力升高, 变量泵自动减少输川I流量。两个车削头可分别进行调节。耍调整一个吋,另一个应停止,三位五通阀处 中位即可。分別调节两个调速阀,可得到不同进给速度;同时,可使两车削头有 较高的同步精度。由此拟定的液压系统原理图如图10.2所示。4 ?---卜 」 峠卜—^-1图10.2双头车床液压系统工作原理图10.2.3 计算和选择液压元件 Calculate and Select Hydraulic Components10.2.3.1 液压缸的计算 Calculate Hydraulic Cylinder(1) 工作负载及惯性负载计算计算液压缸的总机械载荷,根据机构的工作情况,液压缸受力如图10.3所 示,其在不同阶段的总机械载荷可参照式(10.4)?(10?7)计算。V ! ft图10.3液压缸受力图根据题意,工作负载:= 12000 N油缸所要移动负载总重量:G = I5000n根据题意选取工进时速度的最大变化量:Av = 0.02m/s,根据具体情况选取:X = 0?2s(其范围通常在0.01- 0.5s),则惯性力(Inertial Force)为:厂 G Av 15000 0.02 心"g A/ 9.81 0.2 (N)(2) 密封阻力(The Sealing Resistance)的计算液压缸的密封阻力通常折算为克服密封阻力所需的等效压力乘以液压缸的 进油腔的有效作用面积。若选取屮压液压缸,且密封结构为Y型密封,根据资 料推荐,等效压力取/<.=0-2MPa,液压缸的进油腔的有效作用面积初估值为 A =8°mm,则密封力为:启动时:= peqA\ = 2x 10s x0.008 = 1600 (N)运动时:= 2x105 x0.008x50% = 800(N)(3) 导轨摩擦阻力的计算 Calculate Frictional Resistance of Guide Way若该机床材料选用铸铁对铸铁,英结构受力情况如图10.4,根据机床切削原 理,一般情况下,巴:厲:耳=1:0?4:0.3,由题意知,Fx = = 12000N>则由F.=竺巴=40000于切削力所产生的与重力方向相一致的分力“ 0.3 N,选取摩擦系数/=01, V型导轨的夹角0 = 90。,则导轨的摩擦力为:宀)丁 +伴)?? asin15000 + 400002)x0.1 + (15000 + 40000 0」2 sin 45°=6640NG+E2G+E2图10.4导轨结构受力示意图(4) 回油背压造成的阻力计算 Calculate the Resistance Caused by BackPressure in Return Line回油背压,一般为O.3?O.5MPa,取回油背压Pb= 03 MPa,考虑两边差动比 为2,且已知液压缸进油腔的活塞面积A =80 mm,取有杆腔活塞面积 A2=4()mm,将上述值代入公式得:Fh = phA^ = 0.3 x 106 x 0.004 = 1200 ( n )分析液压缸各工作阶段中受力情况,得知在工进阶段受力最大,作用在活塞 上的总载荷F = FW + Fa + Fs + Ff + Fh = 12000 + 153 + 800 + 6640 + 1200 = 20793 (N)(5) 确定液压缸的结构尺寸和工作压力Define the Structure Size and theWork Pressure of Hydraulic Cylinder根据经验确定系统工作压力,选取p=3MPa,则工作腔的有效工作面积和活 塞直径分别为:A'=r^=000693m2=0.094m因为液压缸的差动比为2,所以活塞杆直径为= 0.7 x 0.094 = 0.066m根据液压技术行业标准,选取标准直径D = 0.09m = 90mm d = 0.063m = 63mm则液压缸实际计算工作压力为^ = 4x20^ = 32?xl()6paJiD2 ^x0.092实际选取的工作压力为/? = 3.3xl06Pa由于左右两个切削头工作时需做低速进给运动,在确定油缸活塞面积Az 后,还必须按最低进绘速度验算油缸尺寸。即应保证油缸有效工作面积A为:^/min式中:min—流量阀最小稳定流量,在此取调速阀最小稳定流量为50inl/min;%n—活塞最低进绘速度,本题给定为20mm/min;根据上面确定的液压缸直径,油缸冇效工作面积为:恥評诗x0.092=6.36xKT%2xlO-4= 2.5xl0_3m2_ 5°V ? _ 2 min验算
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