组合机床动力滑台液压系统设计

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p2=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p2=0.6MPa。

工进时液压缸的推力计算公式为

F/?m?A1p1?A2p2?A1p1?(A1/2)p2，

式中：F ——负载力

?m——液压缸机械效率

A1——液压缸无杆腔的有效作用面积 A2——液压缸有杆腔的有效作用面积 p1——液压缸无杆腔压力

p2——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

A1?(F?m)/(p1?2p219111)??0.0091m

0.8?2?62.5??10??2?? 液压缸缸筒直径为

D?(4A1)??(4?0.0091?106)??107.6 mm

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=0.707×107.6=76.1mm，根据GB/T2348—1993对液

压缸缸筒内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：

A1??D2/4?9.5?10?3 m2

A2??(D2?d2)/4?4.48?10?3 m2

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3.4.3 计算最大流量需求

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

q快进 =（A1-A2）×v1=25.1 L/min

工作台在快退过程中所需要的流量为

q快退 =A2×v2=22.4/min 工作台在工进过程中所需要的流量为 q工进 =A1×v1’=0.95 L/min

其中最大流量为快进流量为25.2L/min。

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3所示。

表3 各工况下的主要参数值 推力工况 F’/N 4889 回油腔压力P2/MPa 0 进油腔压力P1/MPa 1.42 输入流量q/L.min-1 —— 输入功率计算公式 P/Kw —— P1= 启动 快进 加速 4523 1.85 1.35 —— —— q=(A1-A2)v1 P=p1q 恒速 2444 1.43 0.93 25.1 0.39 p2=p1+Δp P1=(F’+p2A2)/A1 工进 19111 0.8 2.39 0.95 0.038 q=A1v2 P=p1q 起动 快退 恒速 加速 4889 4523 2444 0 0.6 0.6 1.09 2.28 1.82 - 7 -

—— —— 22.4 —— —— 0.679 P1=(F’+p2A1)/A2 q=A2v3 P=p1q

把表3中计算结果绘制成工况图，如图4所示。

图4 液压系统工况图

3.5 拟定液压系统原理图

根据组合机床液压系统的设计任务和工况分析，所设计机床对调速范围、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。

3.5.1 速度控制回路的选择

工况图4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-- 8 -

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。由于选定了节流调速方案，所以油路采用开式循环回路，以提高散热效率，防止油液温升过高。

3.5.2 换向和速度换接回路的选择

所设计多轴钻床液压系统对换向平稳性的要求不高，流量不大，压力不高，所以选用价格较低的电磁换向阀控制换向回路即可。为便于实现差动连接，选用三位五通电磁换向阀。为了调整方便和便于增设液压夹紧支路，应考虑选用Y型中位机能。由前述计算可知，当工作台从快进转为工进时，进入液压缸的流量由25.1 L/min降为0.95 L/min，可选二位二通行程换向阀来进行速度换接，以减少速度换接过程中的液压冲击，如图5所示。由于工作压力较低，控制阀均用普通滑阀式结构即可。由工进转为快退时，在回路上并联了一个单向阀以实现速度换接。为了控制轴向加工尺寸，提高换向位置精度，采用死挡块加压力继电器的行程终点转换控制。

a.换向回路 b.速度换接回路

图5 换向和速度切换回路的选择

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