【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 = （ 233） vF =512 = （ 235） 山東英才學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 第三章機(jī)床液壓系統(tǒng) 液壓原理說(shuō)明 數(shù)控機(jī)床液壓氣壓系統(tǒng)大體設(shè)計(jì)到 5個(gè)部分 （ 1）液壓動(dòng)作部分 （ 2）冷卻部分 （ 3）潤(rùn)滑部分 （ 4）液壓站部分 （ 5）液壓輔助部分 夾具夾緊和換刀液壓原理設(shè)計(jì) 液壓系統(tǒng)中的動(dòng)作： 在加工零件時(shí)需要用專用夾具夾緊零 件，則此中需要一個(gè)夾緊液壓缸，來(lái)實(shí)現(xiàn)夾具的自動(dòng)夾緊。 在主軸換刀時(shí)，機(jī)械手的上下移動(dòng)、主軸夾緊刀具、機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)都是通過(guò)液壓元件帶來(lái)實(shí)現(xiàn)的。機(jī)械手上下移動(dòng)、主軸夾緊刀具需要液壓缸來(lái)實(shí)現(xiàn)其動(dòng)作，機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)需要擺動(dòng)馬達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)。 動(dòng)作邏輯液壓原理設(shè)計(jì) 圖 起初系統(tǒng)發(fā)給 PLC 信號(hào)要求換刀動(dòng)作首先機(jī)械手旋轉(zhuǎn)，及電磁換向閥 CT7山東英才學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 工作，油路右路通路液壓擺動(dòng)馬達(dá)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) 90176。，當(dāng)觸動(dòng)行程開(kāi)關(guān) 7 時(shí)完成機(jī)械手抓刀動(dòng)作，同時(shí)發(fā)出信號(hào)主軸刀具松刀， CT5電磁換向閥工作，油路左端工作，及液 壓缸上充油，機(jī)械手下移，下移到觸動(dòng)行程開(kāi)關(guān) 4完成機(jī)械手拔刀動(dòng)作，并發(fā)出信號(hào)電磁 6換向閥回中路，同時(shí)發(fā)出信號(hào)兩刀互換，及液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)電磁換向閥 15CT6 工作，油路從左路進(jìn)入擺線馬達(dá)，當(dāng)觸動(dòng)行程開(kāi)關(guān) 7，完成機(jī)械手順時(shí)針旋轉(zhuǎn) 180176。，發(fā)出信號(hào)主軸刀具夾緊，及刀具夾緊缸的活塞桿上移，二位三通電球閥斷電，油路回油，液壓缸由于彈簧的作用回升同時(shí)帶動(dòng)拉套夾緊刀具的拉釘，完成刀具的夾緊，并發(fā)出信號(hào)機(jī)械手逆轉(zhuǎn) 90176。，及電磁換向閥 CT7工作，油路右路通路液壓擺動(dòng)馬達(dá)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) 90176。觸動(dòng)行程開(kāi)關(guān) 6 完成換刀動(dòng)作，發(fā)出信號(hào)，準(zhǔn)備零件 的加工。 為了保證擺動(dòng)馬達(dá)帶動(dòng)機(jī)械手旋轉(zhuǎn)作用和液壓缸帶動(dòng)機(jī)械手上下移動(dòng)不發(fā)生沖突，機(jī)械手的原理結(jié)構(gòu)圖如圖 所示，采用花鍵形式，這樣機(jī)械手上下移動(dòng)不影響機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)，擺動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，需考慮行程開(kāi)關(guān)的放置位置，行程開(kāi)關(guān) 7 放是放在機(jī)械手原來(lái)高度，行程開(kāi)關(guān) 6應(yīng)放在機(jī)械手下移的位置，這樣，當(dāng)機(jī)械手兩次經(jīng)過(guò)中間，才能保證只有在下移后才能觸動(dòng)行程開(kāi)關(guān) 6，不發(fā)出錯(cuò)誤信號(hào)，使換刀動(dòng)作簡(jiǎn)單快捷安全的運(yùn)行。 圖 連桿夾緊原理設(shè)計(jì) 山東英才學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 圖 連桿的夾具夾緊動(dòng)作，當(dāng)液壓缸的活塞桿帶動(dòng)夾 具夾緊零件時(shí)，靠近零件時(shí)為避免過(guò)大的沖力對(duì)夾具或零件的損害，需要在夾具靠近連桿時(shí)有緩沖這一步驟，及控制油路中油的速度。 為了達(dá)到控制油速的目的，我們?cè)O(shè)置了溢流閥和二位二通電磁換向閥，當(dāng)活塞桿接近夾具的很近位置會(huì)觸動(dòng)到行程開(kāi)關(guān) 3，發(fā)出信號(hào)回油路由原來(lái)的二位二通閥轉(zhuǎn)換到節(jié)流閥中流通，由于節(jié)流閥有調(diào)速的作用。 為了防止液壓缸在夾緊時(shí)液壓缸上下移動(dòng)，我們需設(shè)置一個(gè)鎖緊裝置，能達(dá)到此目的，需要有液控單向閥和三位四通電磁換向閥 Y來(lái)完成，當(dāng)電磁換向閥回到中路，油壓為 0，液控單向閥不導(dǎo)通，起到鎖緊的作用，這里我們需注意為什么我們選擇三位四通換向閥 Y 不選其它呢，這種相對(duì) M性鎖緊更好。 機(jī)械手上下移動(dòng)原理設(shè)計(jì) 機(jī)械手上下移動(dòng)原理和夾具夾緊原理大致一樣，但其液壓缸的尺寸，型號(hào)，及管路的油壓不同，具體介紹一下原理圖中的單向閥的功能，油從單向閥進(jìn)入系統(tǒng)，單向閥為了保持持續(xù)供油，各個(gè)動(dòng)作互不干擾，油路中不會(huì)因?yàn)槠渌吐芬騽?dòng)作運(yùn)行、緩沖或加速引起的油路壓力系統(tǒng)不穩(wěn)定。由于各油路的壓力不同需減壓閥對(duì)壓力調(diào)整。系統(tǒng)中夾具夾緊和機(jī)械手換刀都會(huì)有可能同時(shí)進(jìn)行，在這里單向閥就能起到此作用。 山東英才學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 圖 機(jī)械手旋轉(zhuǎn) 的設(shè)計(jì) 圖 機(jī)械手旋轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)需要考慮擺動(dòng)馬達(dá)，在一位置不會(huì)擺動(dòng)，這里在油路中加了單向閥和溢流閥，當(dāng)電磁換向閥回到中位時(shí)，由于擺線馬達(dá)兩端壓力不平衡，所以當(dāng)左端壓力大時(shí)會(huì)通過(guò)單向閥和溢流閥回到油箱，同理右端也是。 需注意這里我們選擇三位四通單向閥 M 型，與夾緊中閥不同，這樣才能起到鎖緊的目的。配合上面的單向閥和溢流閥達(dá)到液壓馬達(dá)鎖緊和油液緩沖目的。 主軸夾緊和松刀原理設(shè)計(jì) 山東英才學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 圖 刀具松刀，原理是卡套上移夾緊拉釘，為了實(shí)現(xiàn)這一目的用液壓缸帶動(dòng)卡套就可以，考慮到 ，機(jī)床大部分都在夾刀，我們不能再用上面的原理及元件了，液壓缸選單作用彈簧復(fù)回，只有在換刀時(shí)松開(kāi)，及只有油路中又進(jìn)入液壓缸時(shí)才松刀，其余時(shí)間是不通的，二位三通電磁閥的作用，控制油路進(jìn)出，比其他換向閥簡(jiǎn)單。 主油路 圖 山東英才學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 液壓主油路，必不可少的提供壓力的液壓泵，那么在連接液壓泵和油箱之間還存在過(guò)濾器，為了實(shí)現(xiàn)壓力保持不變，溢流閥是必不可少的元件。如圖 所示，當(dāng)壓力超過(guò)其所設(shè)定的壓力時(shí)，溢流閥通流觸動(dòng)二位二通電液換向閥開(kāi)關(guān)下移，液壓油直接從二位二通電液換向閥流到主油箱。壓力表是檢 測(cè)其壓力，單向閥為防止油倒流。 蓄能器的作用穩(wěn)壓保壓的功能，尤其是夾具夾緊對(duì)主油路的壓力影響比較大，而且?jiàn)A具夾緊需要持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間供壓，所以蓄能器是必不可少的元件。 電磁繼電器，當(dāng)壓力變化很明顯時(shí)，則會(huì)報(bào)警，發(fā)出信號(hào)立即停車。 過(guò)濾器毫無(wú)疑問(wèn)起到過(guò)濾的作用，由于空氣中含有粉塵進(jìn)入油箱，但需要定期清洗一下。 壓力表我們最好選擇能夠測(cè)多管路的壓力的那種對(duì)管路方便的檢測(cè)。 冷卻原理設(shè)計(jì) 在加工零件時(shí)需要冷卻液，用手動(dòng)或編程開(kāi)啟 CT15，冷卻液通過(guò)分流閥最大面積的接觸零件，完成降溫功能。 圖 分流閥的作用，分出多個(gè)端口，讓冷卻液更大面積的接觸夾具體和刀具，最大限度的減少因加工產(chǎn)生的熱量，從而達(dá)到保護(hù)刀具的作用。 山東英才學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 潤(rùn)滑原理設(shè)計(jì) 每臺(tái)機(jī)床在開(kāi)機(jī)時(shí)都應(yīng)該對(duì)主軸、 X軸、 Y軸、 Z 軸潤(rùn)滑一般每個(gè) 2分鐘次 主軸使用脂潤(rùn)滑， 圖 這里潤(rùn)滑油有的可回收，有的不可回收，像導(dǎo)軌上的，設(shè)計(jì)好潤(rùn)滑的油量和時(shí)間，其他地方可以回收需收集有裝置。 山東英才學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 第四章液壓元件的選擇 液壓缸的選擇 夾具夾緊缸 （ 1）夾緊缸的負(fù)載力計(jì)算 圖 負(fù)載力 Fw 為 1000N 初選液壓公稱壓力為 p=，初選液壓缸 P1 = MPa (2)計(jì)算液壓缸此尺寸：為了簡(jiǎn)化專用機(jī)床結(jié)構(gòu)，液壓缸采用單杠活塞缸，為使快進(jìn)退速度相同則用單活塞差動(dòng)連接，所以液壓缸無(wú)腔面積 A1 和 A2 關(guān)系應(yīng)為 A1 =2A2 ，即活 塞直徑 d和液壓缸內(nèi)徑 D應(yīng)符合 d=。背壓壓力為 P2 =。 F=mwF? = P1 A1 P2 A2 （ 411） m? = A1 =4? D2 （ 412） A2 =4? （ D2 d2 ） （ 413） d= （ 414） 得到 D= 103 m= d= = 根據(jù)液壓缸氣缸的缸壓力內(nèi)、外徑尺寸 GB/T23481993 選擇內(nèi)徑為 50mm 外徑70mm。 驗(yàn)算一下提供 Fw =828N 山東英才學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 故應(yīng)選大一點(diǎn) D=80mm （ 3）活塞 活塞桿行程的確定根據(jù) GB/T23491980 活塞行程為 S=25mm 活塞和活塞桿的連接方式整體式，優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，用于工作壓力較大而活塞直徑較小的液壓缸。 密封裝置的形式為間隙密封在活塞表面開(kāi)出一些小環(huán)形槽，以使壓力油在經(jīng)過(guò)這些槽時(shí)因產(chǎn)生多種能量損失而使壓力下降，從而達(dá)到減少泄露密封效果。優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，摩擦阻力小，因而動(dòng)作靈敏，啟動(dòng)迅速，制動(dòng)準(zhǔn)確；耐高溫；由于他沒(méi)有容易刮傷密封件，不會(huì)因密封件損失發(fā)生泄露。但它的內(nèi)漏較大，加工要求高，一般均需珩磨或配研，磨損后無(wú)法恢復(fù)原有的能力。 (3)液壓缸的流量計(jì) 算 根據(jù) [2]p177 表 565 小型系列缸內(nèi)徑在 80～ 100mm 的最大線速度極限為v= s1 q=v A=v A2 = /s =A為有效面積及 A2 (4)液壓壁厚的確定 δ＞ P試 D/2[σ ]= δ 液壓缸壁厚（ mm） P試 液壓缸實(shí)驗(yàn)壓力當(dāng)額定壓力 P1 =≦ 16MPa 時(shí) P試 = P1 （ MPa） [σ ]缸筒材料的許用應(yīng)力（ MPa） [σ ]= σ b /n=84MPa σ b 缸體材料的抗拉強(qiáng)度（ MPa）根據(jù)【 2】 p197 表 5630 選用合 金鋼缸管牌號(hào)為 Q345 的σ b 為 420MPa。 n安全系數(shù)一般取 n=5。 δ =6mm （ 5）油口尺寸根據(jù)【 2】 p207 表 5636M27 2 （ 6）緩沖機(jī)構(gòu)兩級(jí)緩沖【 2】 p209 圖 h （ 7）導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu) O型密封，插件式導(dǎo)向套磨損后便于 YH01 系列拉桿液壓缸 更換，應(yīng)用較普遍。機(jī)床中、低壓液壓缸一般將導(dǎo)向套裝 在密封圈內(nèi)側(cè)，或?qū)?O型圈裝在導(dǎo)向套內(nèi)，以利于導(dǎo)向套的潤(rùn)滑。 表 山東英才學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 缸徑 代號(hào) A BB D DD E EE TG F H J K KK L MM P W Y FA 型 其它 Φ80 60 25 65 M20 145 ZG3/4 92 24 10 10 67 42 M39 85 45 22 35 218 圖 機(jī)械手上下移動(dòng)液壓缸 （ 1）負(fù)載力的計(jì)算帶動(dòng)專用刀具 8Kg刀具上下移動(dòng)，但刀具有可能大于 8kg，這里我們?nèi)?m1=15kg，機(jī)械手 m2 =15kg， m3 活塞和連桿 m3 =1kg 考慮受力情況我們只需考慮機(jī)械手上移時(shí)及活塞桿帶動(dòng)刀具往上勻速移動(dòng)。 經(jīng)受力分析的 Fw =Ff + m1g+ m2 g=310N Ff 可忽略不計(jì)，因?yàn)楦淄彩秦Q直向下的，幾乎沒(méi)有對(duì)內(nèi)壁產(chǎn)生壓力，所以忽略不計(jì)。 （ 2）初選液壓缸的壓力 P2 =，背壓閥 P1 =0MPa 山東英才學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 F=mwF? = P2 A2 A2 =4? （ D2 d2 ） d= 計(jì)算的 D=74mm， d=54mm 根據(jù)液壓缸氣缸的缸壓 力內(nèi)、外徑尺寸 GB/T23481993 選擇內(nèi)徑為 63mm 外徑 80mm。 驗(yàn)算 Fw = 減小內(nèi)徑 d=50mm 再驗(yàn)算 Fw ＞ 310N （ 3）活塞 活塞桿行程的確定根據(jù) GB/T23491980 活塞行程為 S=132mm。 (4)液壓缸的流量計(jì)算 根據(jù) [2]p177 表 565 小型系列缸內(nèi)徑在 80～ 100mm 的最大線速度極限為v= s1 q=v A=v A2 = /s=A為有效面積及 A2 (5)液壓壁厚的確定 δ＞ P試 D/2[σ ]= δ 液壓缸壁厚（ mm） P試 液壓缸實(shí)驗(yàn)壓力當(dāng)額定壓力 P1 =≦ 16MPa 時(shí) P試 = P1 （ MPa） [σ ]缸筒材料的許用應(yīng)力（ MPa） [σ ]= σ b /n=84MPa σ b 缸體材料的抗拉強(qiáng)度（ MPa）根據(jù)【 2】 p197 表 5630 選用合金鋼缸管牌號(hào)為 Q345 的σ b 為 420MPa。 n安全系數(shù)一般取 n=5。 δ =6mm （ 5