以卧式单面多轴钻孔组合机床为例.doc

一、计算题
1、以卧式单面多轴钻孔组合机床为例，设计驱动动力滑台液压系统。
已知：机床上有主轴l6个，加工φ13.9mm的孔l4个、φ8.5mm的孔2个。刀具材料为高速钢，工件材料为铸铁，硬度为240HBS；机床工件、部件总质量m=100kg；快进、快退、均为5.5m／min，快进行程长度l1=0.1m，工进行程长度l2=0.05m，往复运动的加速、减速时间小于0.2s；动力滑台采用平导轨，其静摩擦系数fs=0.2，动摩擦系数fd=0.1，液压系统中的执行元件使用液压缸。
设计要求动力滑台实现“快进→工进→快退→停止”的工作循环。
（1）液压系统的工况分析
一、负载分析
系统的负载包括切削负载、惯性负载及摩擦阻力负载。
1．切削负载(确定切削负载应具备机械切削加工方面的知识)
用高速钢钻头(单个)钻铸铁孔时的轴向切削力Ft(单位为N)为
(8—1)
式中：D——钻头直径，单位为mm；
s——每转进给量，单位为mm／r；
HBS——铸件硬度。
根据组合机床加工特点，钻孔时主轴转速n和每转进给量s按“组合机床设计手册”取：
对φ13．9mm的孔：n1=360r／min，sl=0.147mm／r；
对φ8．5mm的孔：n2=550r／min，s2=0.096mm／r；
所以，系统总的切削负载Fq为：

2．惯性负载

3．阻力负载
机床工作部件对动力滑台导轨的法向力为：

静摩擦阻力：

动摩擦阻力：

由此得出液压缸在各工作阶段的负载如表所列。
表8—1液压缸在各工作阶段的负载R
工况负载组成负载值F工况负载组成负载值F启动1962工进31449加速1439快退98l快进981注：在负载分析中，没有考虑动力滑台上倾翻力矩的作用按表8-1数值绘制的动力滑台负载图如图8-1(a)所示。
二、运动分析
根据工作循环(总行程，工进速度)，绘制动力滑台速度图(如图8-1(b)所示)。

（2）液压系统主要参数的确定
由教材表8-2、8-3可知，当组合机床在最大负载约为32000N时，取液压系统工作压力。
鉴于要求动力滑台快进、快退速度相等，液压缸可选用双作用单活塞杆式，并在快进时作差动连接。在种情况下，通常液压缸无杆腔的工作面积A1为有杆腔工作面积A2的两倍，即速比
在钻孔加工时，液压缸回油路上必须具有背压，以防止孔钻通时滑台突然前冲。按教材P252液压缸回油背压推荐值取。
快进时，液压缸作差动连接，管路中有压力损失，有杆腔的压力应略大于无杆腔，但其差值较小，可先按0.3MPa考虑。快退时回油腔中也应具有背压，这时也可按0.6MPa估算。
用工进时的负载值计算液压缸面积(取液压缸的机械效率

；
将直径按圆整得：
；
由此求得液压缸两腔的实际有效面积为

根据上述液压缸两腔的实际有效面积值，可估算出液压缸在各个工作阶段中的压期流量和功率，如表8-2所示，并据此绘出工况图如图8-2所示。

表8-2液压缸在不同工作阶段的压力、流量和功率值
工况负载
FL/N回油腔
压力
P2/MPa进油腔
压力
P1/MPa输入理论流量
q×10-3
/(m3/s)输入功率
P/kW计算式快迸
(差
动)启动196200.407--

加速1439
0.565--恒速98l0.47l0.46070.217工进314490.63.730.00840.031快
退启动196200.457--加速14390.61.60--恒速9811.500.41040.616

图8-2组合机床液压系统工况图
（3）确定液压系统方案和拟定液压系统原理图
一、确定液压系统方案
由于该机床是固定机械，且不存在外负载对系统做功的工况，并由图8-2知，液压系统的功率小，滑台运动速度低，工作负载变化小，该液压系统以采用节流调速方式和开式系统为宜。
从工况图中可以清楚地看到，在这个液压系统的工作循环内，液压缸要求油源交替地提供低压大流量和高压小流油液。最大流量约为最小流量的55倍，而快进加快退所需的时间和工进所需的时间分别为：

亦即是。因此从提高系统效率、节省能量的角度来看，采用单个定量液压泵作为油源显然是不合适的，故采用由大、小两个液压泵供油的油源方案(如图8-3(a)所示)。

(a)(b)(c)
图8-3动力源及基本回路(a)动力源；(b)换向回路；(c)速度换接回路。
系统油源还可以采用小流量泵+蓄能器补充的供油方案(方案比较省略)。
二、确定基本回路
由于不存在负载对系统作功的工况，也不存在负载制动过程，故不需要设置平衡及制动回路。但必须具有快速运动、换向、调速、速度换接、调压及卸荷等基本回路。
1．确定调速回路
系统采用进油路节流调速回路(设置调速阀)，为解决孔钻通时滑台会突然前冲的问题，在回油路上设置了背压阀。
2．确定换向、快速运动及速度换