【正文】 （ a） （ b） 圖 1 組合機(jī)床 根據(jù)組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)和工況分析，所設(shè)計(jì)機(jī)床對(duì)調(diào)速范圍、低速穩(wěn)定性有一定要求，因此速度控制是該機(jī)床要解決的主要問(wèn)題。速度的換接、穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)是該機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心。此外，與所有液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求一樣，該組合機(jī)床液壓系統(tǒng)應(yīng)盡可能結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，節(jié)約能源，工作可靠 液壓與氣壓傳動(dòng)相對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)來(lái)一門新興技術(shù)?，F(xiàn)今，采用液壓傳動(dòng)的程度已成為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)化發(fā)展水平重要標(biāo)志之一。如今發(fā)達(dá)國(guó)家生產(chǎn)的 95%的工程機(jī)械、90%的數(shù)控加工中心、 95%以上的自動(dòng)生產(chǎn)線都采用了液壓傳動(dòng)。皆因液壓傳動(dòng)擁有無(wú) 4 與倫比的優(yōu)點(diǎn)： （ 1） 體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊。 （ 2） 運(yùn)動(dòng)比較平穩(wěn)，能在低速下穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)，易于實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和頻繁換向。 （ 3） 可在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。 （ 4） 容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，操縱方便。 （ 5） 易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)且液壓件能自行潤(rùn)滑，因此使用壽命較長(zhǎng)。 （ 6） 由于液壓元件已實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，所以液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造、使用都比較方便。 但液壓傳動(dòng)仍具有很多缺點(diǎn)： （ 7） 液壓傳動(dòng)不能保證嚴(yán)格的傳動(dòng)比。 （ 8） 液壓傳動(dòng)在工作過(guò)程中常有較多的能量損失。 （ 9） 液壓傳 動(dòng)對(duì)油溫的變化比較敏感，它的工作穩(wěn)定性容易受到溫度變化的影響，因此不宜在溫度變化很大的環(huán)境中工作。 （ 10） 為了減少泄漏，液壓元件在制造精度上的要求比較高，因此其造價(jià)較高，且對(duì)油液的污染比較敏感。 （ 11） 液壓傳動(dòng)出現(xiàn)故障的原因較復(fù)雜，而且查找困難。 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械部分設(shè)計(jì) 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械部分設(shè)計(jì)是液壓機(jī)械設(shè)計(jì)的一部分，它是根據(jù)主機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)提出的要求，綜合運(yùn)用液壓元件和液壓回路基本知識(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。應(yīng)從實(shí)際出發(fā)，吸取國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的液壓技術(shù)，力求設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高、質(zhì)量好的液壓傳動(dòng)裝置。液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步 驟大體如下： （ 1）明確設(shè)計(jì)要求； （ 2）進(jìn)行工況分析與初步確定系統(tǒng)的主要參數(shù)； （ 3）擬定液壓系統(tǒng)原理圖； （ 4）計(jì)算和選擇液壓元件； （ 5）估算液壓系統(tǒng)性能； （ 6）繪制工作圖和編寫技術(shù)文件。 在以上的設(shè)計(jì)步驟中，前 5項(xiàng)屬于性能設(shè)計(jì)，它們相互影響、相互滲透；最后一項(xiàng) 5 屬于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)行時(shí)須先查明液壓元件的結(jié)構(gòu)和配置形式，仔細(xì)查閱有關(guān)產(chǎn)品樣本、設(shè)計(jì)手冊(cè)和資料。 6 2 設(shè)計(jì)的技術(shù)要求和設(shè)計(jì)參數(shù) 根據(jù)工件材料查閱機(jī)械加工工藝手冊(cè)，得出鉆孔的較合適的 表面切削速度為? ?21 30 m inVm? 從而計(jì)算出主軸的轉(zhuǎn)速為 ? ?4 4 6 6 3 7 m invnrd??? （ 2— 1） 由加工直徑查閱工藝手冊(cè)， 得出加工每轉(zhuǎn)進(jìn)給量為 ? ?0 .1 8 0 .3 8f m m r? 從而計(jì)算出鉆削缸的軸向進(jìn)給速度為 ? ?80 24 2 m infv m m? 根據(jù)切削原理得出鉆削力計(jì)算公式為 扭矩： . ? ?310MYxMMM C d f K N m?? ? ? ? ? ? （ 2— 2） 軸向力： ? ?FFxYFFF C d f K N? ? ? ? （ 2— 3） 查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得 210 。 2 。 。 427 。 1 。 M M F F FC K Y C K Y? ? ? ? ? ? 1 .0 9190MFKK ??? ? ????? 故計(jì)算出在本工藝條件下的最大鉆削扭矩及最大鉆削軸向力為 ? ?23 .69 .M N m? ? ?2946FN? 計(jì)算鉆削缸受力。鉆削缸所受 軸向力等于鉆削軸向力加動(dòng)力頭的重量，應(yīng)等于3200N。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)如表 1所示，動(dòng)力滑臺(tái)采用平面導(dǎo)軌，其靜、動(dòng)摩擦系數(shù)分別為 fs = 、fd = 。 7 表 1 設(shè)計(jì)參數(shù) 參 數(shù) 數(shù) 值 切削阻力（ N） 2946 滑臺(tái)自重 (N) 250 快進(jìn)、快退速度 (m/min) 工進(jìn)速度 (mm/min) 20~120 最大行程 (mm) 400 工進(jìn)行程 (mm) 180 啟動(dòng)換向時(shí)間（ s） 液壓缸機(jī)械效率 8 3 工況分析 確定執(zhí)行元件 金屬切削機(jī)床的 工作特點(diǎn)要求液壓系統(tǒng)完成的主要是直線運(yùn)動(dòng)，因此液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件確定為液壓缸。 分析系統(tǒng)工況 在對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行工況分析時(shí)，本設(shè)計(jì)實(shí)例只考慮組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)所受到的工作負(fù)載、慣性負(fù)載和機(jī)械摩擦阻力負(fù)載，其他負(fù)載可忽略。 FW 工 作負(fù)載是在工作過(guò)程中由于機(jī)器特定的工作情況而產(chǎn)生的負(fù)載，對(duì)于金屬切削機(jī)床液壓系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，沿液壓缸軸線方向的切削力即為工作負(fù)載 ，即 FW=2946N 最大慣性負(fù)載取決于移動(dòng)部件的質(zhì)量和最大加速度，其中最大加速度可通過(guò)工作臺(tái)最大移動(dòng)速度和 加速時(shí)間進(jìn)行計(jì)算。已知 啟動(dòng)換向時(shí)間 為 ，工作臺(tái)最大移動(dòng)速度，即快進(jìn)、快退速度為 ，因此慣性負(fù)載 2 5 0 4 . 5 3 7 . 51 0 6 0 0 . 0 5m vF m N Nt?? ? ? ??? (31) 阻力負(fù)載主要是工作臺(tái)的機(jī)械摩擦阻力，分為靜摩擦阻力和動(dòng)摩擦阻力兩部分。 靜摩擦阻力 fj jF f N? ? ? 250=50N 動(dòng)摩擦阻力 fd d F f N? ? ? 250=25N 根據(jù)上述負(fù)載力計(jì)算結(jié)果，可得出液壓 缸在各個(gè)工況下所受到的負(fù)載力和液壓缸所需推力情況，如表 2 所示。 9 表 2 液壓缸在各工作階段的負(fù)載（單位： N） 注：此處未考慮滑臺(tái)上的顛覆力矩的影響。 確定系統(tǒng)主要參數(shù) 初選液壓缸工作壓力 所設(shè)計(jì)的 大拖板 在工進(jìn)時(shí)負(fù)載最大，其值為 3200N，其它工況時(shí)的負(fù)載都相對(duì)較低，參考 表 112 按照負(fù)載大小或按照液壓系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)合來(lái)選擇工作壓力的方法，初選 橫向 液壓缸的工作壓力 為 p1=。 確定液壓缸主要尺寸 由于工作進(jìn)給速度與快速運(yùn)動(dòng)速度差別較大，且快進(jìn)、快退速度要求相等，從降低總流量需求考慮，應(yīng)確定采用單 桿雙 作用液壓缸的差動(dòng)連接方式。通常利用差動(dòng)液壓缸活塞桿較粗、可以在活塞桿中設(shè)置通油孔的有利條件，最好采用活塞桿固定，而液壓缸缸體隨滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)的常用典型安裝形式。這種情況下，應(yīng)把液壓缸設(shè)計(jì)成無(wú)桿腔工作面積 1A 是有桿腔工作面積 2A 兩倍的形式，即活塞桿直徑d 與缸筒直徑 D 呈 d = 的關(guān)系。 工況 負(fù)載組成 負(fù)載值 F 液壓缸推力 39。F =F/ m? 起動(dòng) F = fsF 50 N 加速 F = fdF + mF 93N 快進(jìn) F = fdF 50N N 工進(jìn) F = fdF + tF 2996N 反向起動(dòng) F = fsF 50 N N 加速 F = fdF + mF 93 N 快退 F = fdF 50N 10 工進(jìn)過(guò)程中，當(dāng)孔被鉆通時(shí)，由于負(fù)載突然消失，液壓缸有可能會(huì)發(fā)生前沖的現(xiàn)象，因此液壓缸的回油腔應(yīng)設(shè)置一定的背壓 (通過(guò)設(shè)置背壓閥的方式 )，選取此背壓值為 p2=。 快進(jìn)時(shí)液壓缸雖然作差動(dòng)連接（即有桿腔與無(wú)桿腔均與液壓泵的來(lái)油連接），但連接管路中不可避免地存在著壓降 p? ，且有桿腔的壓力必須大 于無(wú)桿腔，估算時(shí)取 p???？焱藭r(shí)回油腔中也是有背壓的，這時(shí)選取被壓值2p =。 工進(jìn)時(shí)液壓缸的推力計(jì)算公式為 1 1 2 2 1 1 1 2/ ( / 2)mF A p A p A p A p? ? ? ? ? 式中 ： F —— 負(fù)載力 ?m—— 液壓缸機(jī)械效率 A1—— 液壓缸無(wú)桿腔的有效作用面積 A2—— 液壓缸有桿腔的有效作用面積 p1—— 液壓缸無(wú)桿腔壓力 p2—— 液壓有無(wú)桿腔壓力 因此，根據(jù)已知參數(shù)，液壓缸無(wú)桿腔的有效作用面積可計(jì)算為 321163551/ 7 .3 9 7 1 00 .32 0 .6 3 1 02mPFAP? ??? ??? ? ? ? ??? ???????? ?????? 液壓缸缸筒直徑為 ? ? ? ?314 / 4 7 . 3 9 7 1 0 / 9 7 . 0 7D A m m??? ? ? ? ? （ 3— 2 由于有前述差動(dòng)液壓缸缸筒和活塞桿直徑之間的關(guān)系， d = ，因此活塞桿直徑為 d==，根據(jù) GB/T2348— 1993 對(duì)液壓缸缸筒內(nèi)徑尺寸和液壓缸活塞桿外徑尺寸的規(guī)定，圓整后取液壓缸缸筒直徑為 D=100mm，活塞桿直徑為 d=70mm。 此時(shí)液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積分別為： 2 3 21 / 4 5 10A D m? ?? ? ? 2 2 32 ( ) / 4 4 10A D d? ?? ? ? ?m2 11 工作進(jìn)給采用調(diào)速閥調(diào)速，查產(chǎn)品樣本，調(diào)速閥最小穩(wěn)定流量 minQ = / minL ，工進(jìn)速度 m in 20 / m inv m m? ，則： 3 2m in211m in 0 .0 5 1