臥式雙面銑削組合機床液壓系統(tǒng)設計

胡萬強

(許昌學院電氣信息工程學院，河南許昌461000)

某臥式雙面銑削組合機床用于加工鑄鐵變速箱箱體的兩個端面，其結構示意圖如圖1所示，它采用立、臥復合式雙面雙主軸銑削頭跨兩個工位的大主軸箱配置方案。門式夾緊機構安裝在中間底座2上方，由液壓缸10驅動壓板12完成工件夾緊與放松。銑床左面的雙面銑削頭9由立置動力滑臺8驅動，完成銑削加工時的垂直進給和復位動作?；_5用以驅動立柱與滑臺8完成銑削前后的空程快速進退動作。橫向動力滑臺14驅動雙軸銑削頭13完成銑削加工時的橫向進給和復位動作，縱向動力滑臺15兼作滑臺14的滑座，來驅動滑臺14完成銑削前后的空程快速進退動作?；_5及滑臺15快速前進采用可調限位擋塊限位，以防止沖程。除銑削頭的旋轉切削動力由電機提供外，夾具及各動力滑臺的動力均由液壓系統(tǒng)提供。

根據機床的工作原理，其動作循環(huán)為:夾緊缸夾緊→工作臺快速接近工件→工作臺進給→工作臺后退→夾緊缸松開→原位停止。

1 液壓系統(tǒng)設計

已知系統(tǒng)主要參數如下:夾緊缸夾緊力800 N，快進、快退速度400 mm/min;工作臺重力4 000 N，軸向最大工作負載12 000 N，快進速度3 500 mm/min，工進速度300 mm/min，快退速度6 000 mm/min，加、減速時間0．2 s，工作臺為平導軌，靜、動摩擦因數分別為0．2、0．1。暫不考慮回油缸的背壓力，這樣需要考慮的有切削力、導軌摩擦力和慣性力。設導軌的靜摩擦力為Ffs，動摩擦力為Ffd，則慣性負載Fm==106．7 N，靜摩擦力 F=fs0．2×4 000=800 N，動摩擦力 Ffd=0．1 ×4 000=400 N。忽略切削力引起的顛覆力矩對導軌摩擦力的影響，并設液壓缸的機械效率ηm=0．9，則液壓缸在各工作階段的總機械負載見表1。

圖1 雙面銑削組合機床結構示意圖

表1 液壓缸各運動階段負載表

根據系統(tǒng)工作特點，擬定的系統(tǒng)液壓原理如圖2所示。

圖2 液壓系統(tǒng)原理圖

系統(tǒng)主要工作流程如下:

(1)工作臺夾緊。按下啟動按鈕，換向閥10左邊電磁閥1YA得電，進油路:液壓泵12→換向閥10左路→調速閥9→夾緊缸1左腔。

(2)工作臺快進。夾緊缸1活塞桿完全伸出，壓下行程開關SQ2，使電磁鐵3YA(換向閥11左邊)得電，推動工作缸活塞桿前進。進油路:液壓泵12→換向閥11左路→調速閥3→工作缸4左腔，使活塞向右運動。

(3)工作缸工進。工作缸4活塞運動到壓下行程開關SQ4，使電磁鐵5YA(換向閥6右邊)得電。進油路:液壓泵12→換向閥11左路→調速閥3→工作缸4左腔;回油路:工作缸4右腔→換向閥6右路→調速閥8→換向閥11右路→油箱。

(4)工作缸快退。工作缸4活塞觸動行程開關SQ5，使電磁鐵3YA(換向閥11左邊)斷電，4YA(換向閥11右邊)得電。進油路:液壓泵12→換向閥11右路→調速閥8→換向閥6右路;回油路:工作缸4右腔→調速閥3→換向閥11左路→油箱。

(5)夾緊缸放松。當工作缸活塞回到缸底，壓下行程開關SQ3，使電磁鐵4YA斷電 (換向閥11回到中位)，同時使2YA得電。進油路:液壓泵12→換向閥10右路→夾緊缸1右腔;回油路:夾緊缸1→溢流節(jié)流閥7→調速閥9→換向閥10→油箱。

2 系統(tǒng)部分重要元件選擇

2．1 液壓缸主要參數計算

根據系統(tǒng)要求，采用單桿活塞液壓缸，并在快進時差動連接，初選液壓缸的設計壓力p1=3 MPa，則液壓缸無桿腔與有桿腔的等效面積A1與A2應滿足A1=2A2。為防止銑削后工件突然前沖，液壓缸需保持一定的回油背壓，暫取背壓p2=0．5 MPa，并取液壓缸機械效率 η=0．9，則液壓缸的平衡方程為p1A1=p2A2+F，故液壓缸無桿腔的有效面積A1=5 010 mm2，D==79．9 mm，根據相關標準，液壓缸內徑取值為D=80 mm，活塞桿直徑d=0．707D=56 mm。故液壓缸有效面積A1=D2=5 027 mm2，A2=(D2-d2)=2 562 mm2。

差動連接快進時，液壓缸有桿腔壓力與無桿腔壓力差值估取0．5 MPa，另外取快退時的回油壓力損失為0．5 MPa。根據假定條件經計算得出液壓缸在各階段的壓力、流量值如表2所示。

表2 液壓缸在不同工作階段的壓力、流量值

2．2 液壓泵及泵電機選擇計算

首先確定液壓泵的最高壓力，前已經算出步移缸的工作壓力p1=4．52 MPa，考慮到該系統(tǒng)油路較為簡單，故取泵至缸間壓力損失Δp=0．4 MPa，則液壓泵的最高工作壓力pp=p1+Δp=4．92 MPa，pp為系統(tǒng)靜態(tài)壓力。根據實際設計需要，泵正常工作壓力為其額定壓力的80%左右，因此選泵的額定壓力pn=pp/0．8=4．92/0．8=6．15 MPa。

液壓泵的最大流量應為:qp≥KL(∑q)max

式中:qp為液壓泵的最大流量;KL為系統(tǒng)泄漏系數，一般取 KL=1．1 ～1．3，現取 KL=1．1;(∑q)max為同時動作時各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值。另外加上溢流閥的最小溢流量2～3 L/min，故:

根據以上計算，選用YB-C171B型葉片泵，其額定壓力為7 MPa，排量為171．9 mL/r，額定轉速為1 000 r/min。

根據實際情況，取泵的總效率η為0．8，則所需電機功率為:P=pp×qp/η=16．53 kW。因此選用Y200L1-6型封閉式三相異步電動機，其額定功率為18．5 kW，轉速為970 r/min。

3 閥類元件及輔助元件

閥類元件及其他輔助元件見表3。

表3 閥類元件及其他輔助元件表

4 液壓系統(tǒng)溫升驗算

一般情況下，工進時做功的功率損失大，因而引起發(fā)熱量較大，所以只考慮工進時的發(fā)熱量。系統(tǒng)工進時，v=300 mm/min，q=D2v=×0．082× 0．3 m/min=1．5 ×10-3m/min，即 q=1．5 L/min，此時泵的效率η為0．8，出口壓力為4．92 MPa，那么輸入功率kW=9．225 kW，輸出功率 P0=Fv=40 000×0．25=10 kW，此時功率損失為 ΔP=P入-P出=(10-9．225)=0．775 kW，假定系統(tǒng)的散熱狀況一般，取散熱系數 K=20×10-3kW/(cm2·℃)，油箱的散熱面積A=0．065×m2=3．53 m2。系統(tǒng)的溫升℃ =10．98℃。溫升沒有超出允許范圍，液壓系統(tǒng)中不必設置冷卻器。

5 結束語

根據臥式雙面銑削組合機床的運行規(guī)律和特點，設計出該機床的液壓系統(tǒng)，并選擇符合要求的液壓元件，例如液壓泵、液壓閥等;對于非標準件液壓缸，則計算出其主要尺寸。系統(tǒng)設計完成后，對系統(tǒng)油液溫升進行了驗算，以確保系統(tǒng)符合實際要求。后經實驗驗證，說明了該設計的科學性、合理性。

【1】王守城．液壓元件及選用［M］．北京:化學工業(yè)出版社，2007．

【2】張利平．現代液壓技術應用220例［M］．北京:化學工業(yè)出版社，2009．

【3】張利平，液壓傳動系統(tǒng)及設計［M］．北京:化學工業(yè)出版社，2009．

【4】王曄，楊明堂．150 t液壓機液壓系統(tǒng)設計［J］．液壓與氣動，2010(8):57-60．