卧式双面铣削组合机床液压系统设计

2013-08-22胡万强

机床与液压 2013年8期

胡万强

(许昌学院电气信息工程学院，河南许昌461000)

某卧式双面铣削组合机床用于加工铸铁变速箱箱体的两个端面，其结构示意图如图1所示，它采用立、卧复合式双面双主轴铣削头跨两个工位的大主轴箱配置方案。门式夹紧机构安装在中间底座2上方，由液压缸10驱动压板12完成工件夹紧与放松。铣床左面的双面铣削头9由立置动力滑台8驱动，完成铣削加工时的垂直进给和复位动作。滑台5用以驱动立柱与滑台8完成铣削前后的空程快速进退动作。横向动力滑台14驱动双轴铣削头13完成铣削加工时的横向进给和复位动作，纵向动力滑台15兼作滑台14的滑座，来驱动滑台14完成铣削前后的空程快速进退动作。滑台5及滑台15快速前进采用可调限位挡块限位，以防止冲程。除铣削头的旋转切削动力由电机提供外，夹具及各动力滑台的动力均由液压系统提供。

根据机床的工作原理，其动作循环为:夹紧缸夹紧→工作台快速接近工件→工作台进给→工作台后退→夹紧缸松开→原位停止。

1 液压系统设计

已知系统主要参数如下:夹紧缸夹紧力800 N，快进、快退速度400 mm/min;工作台重力4 000 N，轴向最大工作负载12 000 N，快进速度3 500 mm/min，工进速度300 mm/min，快退速度6 000 mm/min，加、减速时间0．2 s，工作台为平导轨，静、动摩擦因数分别为0．2、0．1。暂不考虑回油缸的背压力，这样需要考虑的有切削力、导轨摩擦力和惯性力。设导轨的静摩擦力为Ffs，动摩擦力为Ffd，则惯性负载Fm==106．7 N，静摩擦力 F=fs0．2×4 000=800 N，动摩擦力 Ffd=0．1 ×4 000=400 N。忽略切削力引起的颠覆力矩对导轨摩擦力的影响，并设液压缸的机械效率ηm=0．9，则液压缸在各工作阶段的总机械负载见表1。

图1 双面铣削组合机床结构示意图

表1 液压缸各运动阶段负载表

根据系统工作特点，拟定的系统液压原理如图2所示。

图2 液压系统原理图

系统主要工作流程如下:

(1)工作台夹紧。按下启动按钮，换向阀10左边电磁阀1YA得电，进油路:液压泵12→换向阀10左路→调速阀9→夹紧缸1左腔。

(2)工作台快进。夹紧缸1活塞杆完全伸出，压下行程开关SQ2，使电磁铁3YA(换向阀11左边)得电，推动工作缸活塞杆前进。进油路:液压泵12→换向阀11左路→调速阀3→工作缸4左腔，使活塞向右运动。

(3)工作缸工进。工作缸4活塞运动到压下行程开关SQ4，使电磁铁5YA(换向阀6右边)得电。进油路:液压泵12→换向阀11左路→调速阀3→工作缸4左腔;回油路:工作缸4右腔→换向阀6右路→调速阀8→换向阀11右路→油箱。

(4)工作缸快退。工作缸4活塞触动行程开关SQ5，使电磁铁3YA(换向阀11左边)断电，4YA(换向阀11右边)得电。进油路:液压泵12→换向阀11右路→调速阀8→换向阀6右路;回油路:工作缸4右腔→调速阀3→换向阀11左路→油箱。

(5)夹紧缸放松。当工作缸活塞回到缸底，压下行程开关SQ3，使电磁铁4YA断电 (换向阀11回到中位)，同时使2YA得电。进油路:液压泵12→换向阀10右路→夹紧缸1右腔;回油路:夹紧缸1→溢流节流阀7→调速阀9→换向阀10→油箱。

2 系统部分重要元件选择

2．1 液压缸主要参数计算

根据系统要求，采用单杆活塞液压缸，并在快进时差动连接，初选液压缸的设计压力p1=3 MPa，则液压缸无杆腔与有杆腔的等效面积A1与A2应满足A1=2A2。为防止铣削后工件突然前冲，液压缸需保持一定的回油背压，暂取背压p2=0．5 MPa，并取液压缸机械效率 η=0．9，则液压缸的平衡方程为p1A1=p2A2+F，故液压缸无杆腔的有效面积A1=5 010 mm2，D==79．9 mm，根据相关标准，液压缸内径取值为D=80 mm，活塞杆直径d=0．707D=56 mm。故液压缸有效面积A1=D2=5 027 mm2，A2=(D2-d2)=2 562 mm2。

差动连接快进时，液压缸有杆腔压力与无杆腔压力差值估取0．5 MPa，另外取快退时的回油压力损失为0．5 MPa。根据假定条件经计算得出液压缸在各阶段的压力、流量值如表2所示。

表2 液压缸在不同工作阶段的压力、流量值

2．2 液压泵及泵电机选择计算

首先确定液压泵的最高压力，前已经算出步移缸的工作压力p1=4．52 MPa，考虑到该系统油路较为简单，故取泵至缸间压力损失Δp=0．4 MPa，则液压泵的最高工作压力pp=p1+Δp=4．92 MPa，pp为系统静态压力。根据实际设计需要，泵正常工作压力为其额定压力的80%左右，因此选泵的额定压力pn=pp/0．8=4．92/0．8=6．15 MPa。

液压泵的最大流量应为:qp≥KL(∑q)max

式中:qp为液压泵的最大流量;KL为系统泄漏系数，一般取 KL=1．1 ～1．3，现取 KL=1．1;(∑q)max为同时动作时各执行元件所需流量之和的最大值。另外加上溢流阀的最小溢流量2～3 L/min，故:

根据以上计算，选用YB-C171B型叶片泵，其额定压力为7 MPa，排量为171．9 mL/r，额定转速为1 000 r/min。

根据实际情况，取泵的总效率η为0．8，则所需电机功率为:P=pp×qp/η=16．53 kW。因此选用Y200L1-6型封闭式三相异步电动机，其额定功率为18．5 kW，转速为970 r/min。

3 阀类元件及辅助元件

阀类元件及其他辅助元件见表3。

表3 阀类元件及其他辅助元件表

4 液压系统温升验算

一般情况下，工进时做功的功率损失大，因而引起发热量较大，所以只考虑工进时的发热量。系统工进时，v=300 mm/min，q=D2v=×0．082× 0．3 m/min=1．5 ×10-3m/min，即 q=1．5 L/min，此时泵的效率η为0．8，出口压力为4．92 MPa，那么输入功率kW=9．225 kW，输出功率 P0=Fv=40 000×0．25=10 kW，此时功率损失为 ΔP=P入-P出=(10-9．225)=0．775 kW，假定系统的散热状况一般，取散热系数 K=20×10-3kW/(cm2·℃)，油箱的散热面积A=0．065×m2=3．53 m2。系统的温升℃ =10．98℃。温升没有超出允许范围，液压系统中不必设置冷却器。