组合机床液压系统设计

前言
    液压传动技术是机械设备中发展最快的技术之一，特别是近年来与微电子、计算机技术结合，使液压技术进入了一个新的发展阶段，机、电、液、气一体是当今机械设备的发展方向。在数控加工的机械设备中已经广泛引用液压技术。作为数控技术应用专业的学生初步学会液压系统的设计，熟悉分析液压系统的工作原理的方法，掌握液压元件的作用与选型及液压系统的维护与修理将是十分必要的。
    液压传动在国民经济的各个部门都得到了广泛的应用，但是各部门采用液压传动的处发点不尽相同：例如，工程机械、压力机械采用液压传动的主要原因是取其结构简单、输出力大；航空工业采用液压传动的主要原因是取其重量轻、体积小；机床上采用液压传动的主要原因则是取其在工作过程中能无级变速，易于实现自动化，能实现换向频繁的往复运动等优点。为此，液压传动常在机床的如下一些装置中使用：
1．进给运动传动装置
这项应用在机床上最为广泛，磨床的砂轮架，车床、自动车床的刀架或转塔刀架，磨床、钻床、铣床、刨床的工作台或主轴箱，组合机床的动力头或滑台等，都可采用液压传动。
2．往复主体运动传动装置
龙门刨床的工作台、牛头刨床或插床的滑枕，都可以采用液压传动来实现其所需的高速往复运动，前者的速度可达60～90m/min，后者的速度可达30～50m/min。这些情况下采用液压传动，在减少换向冲击、降低能量消耗，缩短换向时间等方面都很有利。
3．回转主体运动传动装置
车床主轴可以采用液压传动来实现无级变速的回转主体运动，但是这一应用目前还不普遍。
4．仿形装置
车床、铣床、刨床上的仿形加工可以采用液压伺服系统来实现，其精度最高可达0.01～0.02mm。此外，磨床上的成型砂轮修正装置和标准四缸校正装置亦可采用这种系统。
5. 辅助装置
    机床上的夹紧装置，变速装置、丝杠螺母间隙消除装置，垂直移动部件的平衡装置，分度装置，工件和刀具的装卸、输送、储存装置等，都可以采用液压传动来实现，这样做有利于简化机床结构，提高机床自动化的程度。
    液压动力滑台是利用液压缸将泵站提供的液压能转变为滑台运动所需的机械能，来实现进给运动并完成一定得动作循环，是一种以速度变换为主的中、低压液压系统，在高效、专用、自动化程度较高的机床中已得到广泛的应用。因此，在液压传动与控制系统中具有综合性和代表性，通过本毕业设计可以全面的应用和巩固所学的专业技术基础理论知识，提高机械设计能力和绘图能力，培养学生学习新技术、获取信息和理论联系实际的能力，特别是使学生在液压传动与控制的基本理论和应用方面得到进一步的提高。
    在毕业设计中，每人要完成《卧式单面多轴钻镗组合机床液压设计与说明书》一份，设计图纸六张。在撰写设计计算与说明书和设计图纸时，要严格遵守以下要求：
一、 撰写设计计算与说明书要求：
1．计算过程、步骤。清晰，层次分明，根据充分，数据和结果准确。
2．分析说明要重点突出，观点明确，论理正确，逻辑性强，有说服力。
3．提倡合理运用必要的附图、表格、曲线等分析说明问题。
4．文理通顺，语言确切，论述清晰，文字简练。
5．序码编号要层次清楚、合理。
6．内容要在个人独立思考、分析理解的基础上，自行计算说明和加工整理。不得盲目抄录参考资料，严禁抄袭他人的设计内容。
二、设计图纸要求
1．绘制零件图、装配图时，必须先搞清零件的作用功能、结构、相关件的装配连接关系等，明确图纸需要表达的部分和内容。
2．根据零件的结构特点按规定确定图幅、比例，合理选择和布置基本视图和剖视、剖面图等。
3．绘制每一条图线，标注每一个符号都有弄懂道理，独立绘制图样，不得拷贝他人图纸。
4．图纸内容要完整，应包括：视图、尺寸、加工装配符号、技术要求、标题栏和零件表等。
5．图纸要严格按照机械制图等有关标准和规范绘制，图样表达、尺寸标注、公差配合、表面粗糙度和材质等，一律采用新标准。

    液压系统的设计是整个机器设计的一部分，它的任务是根据机器的用途、特点和要求，利用液压传动的基本原理，拟定出合理的液压系统图，再经过必要的计算来确定液压系统的参数，然后按照这些参数来选用液压元件的规格和进行系统的结构设计。
液压系统的设计步骤一般如下：
一、明确设计要求
在液压系统的设计中，首先应明确系统设计的要求。具体内容包括：
1．主机的用途、结构、总体布局；
2．主机要求液压系统实现的动作顺序或互锁要求；
3．主机采用液压系统的各执行元件在力和运动方面的要求；
4．对液压系统的工作性能、工作效率、自动化程度等方面的要求；
5．液压系统的工作环境和工作条件等；
6．液压装置的重量、外形尺寸、经济性等方面的要求。
二、系统工况分析
1．运动分析
    按设备的工艺要求，把所研究的执行元件在完成一个工作循环时的运动规律用图表示出来，一般用速度——时间（v—t）或速度——位移（v—s）曲线表示，称执行元件的速度循环图（速度图）。
2．负载分析
    按设备的工艺要求，把执行元件在各阶段的负载用曲线表示出来，称执行元件的负载——位移（时间）曲线图（负载图）。由此图可直接的看出在运动过程充何时受力最大，何时受力最小等各种情况，以此作为以后的设计依据。F
液压缸驱动执行机构进行直线往复运动时，所受的负载为
F=Ft+Ff+Fa             （1-1）
（1） 工作负载Ft
    工作负载是液压缸负载的主要组成部分，它与设备的运动情况有关，不同机械的工作负载其形式各不相同，对于机床，切削力是工作负载。工作负载可以是恒定的，也可以是变化的；可能是正值，也可能是负值，负载的方向与液压缸（或活塞）的运动方向相反者为正，相同者为负。
由切削原理可知：高速钢钻头钻铸铁时的轴向切削力Ft与钻头直径D、每转进给量s和铸铁硬度HB之间的经验算式为：
Ft =25.5Ds0.8（HB）0.6         （1-2）
    根据组合机床加工特点，钻孔时的主轴转速n和进给量s可选用下列数值：
对φ=13.9mm的孔来说   n1=360r/min  s1=0.147mm/r
对φ=8.5mm的孔来说    n2=550r/min  s1=0.096mm/r
（2） 摩擦阻力负载
    摩擦阻力是指主机执行机构在运动时与导轨或支撑面间的摩擦力，其值恒为正值。
Ff=fFN                                （1-3）
    式中：FN——运动部件及外负载对支撑面的正压力；
    f——摩擦系数，分为静摩擦系数（fs≤0.2～0.3）和动摩擦系数（fd≤0.05～0.1）。
（3）惯性负载Fm
    惯性负载是指运动部件在启动或制动过程中，因速度变换由其惯性而产生的负载，可由牛顿第二定律计算。
Fs=ma=G/g×△v/△t                   （1-4）
式中：m——运动部件的质量，Kg；
  a——运动部件的加速度，m/s2；
G——运动部件的重力N
g——重力加速度，m/s2；
△v——速度的变化量，m/s；
△t——速度变化所需要的时间，s。
    除此之外，液压缸的受力还有活塞和活塞杆处的密封装置的摩擦阻力，其计算方法和密封装置的类型、液压缸的制造质量和工作压力有关，由于详细计算比较麻烦，为了简化计算，一般将其考虑在液压缸的机械效率中，初步设计时可取ηm=0.85～0.97，另外，还有背压力，可在最后计算时确定。