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基础科学

全自动多片锯铣床液压系统的设计

时间:2018-09-12 20:30作者:admin打印字号:

 
  • 引言
随着轴承工业的发展,特别是生产中、小轴承的企业越来越多,这些企业对轴承毛坯下料的专用设备要求期待值很高,以期望改变目前采用简易台式车床下料的生产方式。该生产方式劳动强度大,生产效率低,所需人工成本高,产品质量不稳定。根据用户对设备的高效率生产的主要要求,我们开发了一种既能用于轴承钢棒料又可用于轴承钢管料,具有全自动功能的专用轴承液压下料机床。
  • 全自动多片锯铣床的工艺流程分析
全自动多片锯铣床由床身,立式液压进给工作头,顶、送料机构,夹具及液压系统等部分组成。材料放入顶料架上由顶料油缸顶入送料装置,液压马达启动将材料送入夹具。夹紧油缸动作夹紧后,进给油缸快进、工进进行切削,下料完毕,夹具松开进入下一个循环,该机床还设计了头、末料处理装置和程序。全自动多片锯铣床的工艺流程如图1所示:

 
   
图1
  • 液压系统设计及计算
为了实现机床的高速进料、切断的基本功能要求,所设计的液压系统属于中、低压系统,其工作压力为3.5~5MPa,两泵流量为33.5L/min。除了上述功能要求外,还须具有较高的控制精度,较快的响应速度,稳定的工作性能和良好的安全性。
表1全自动多片锯铣床的主要技术参数
系统工作压力(Mpa) 3.5~5
系统保压力(Mpa) 3.5
工作头最大进给流量(L/min) 25
工作头最小进给流量(L/min) 0.12
夹紧缸最大夹紧力(kg) 4000
夹紧缸快进速度(m/min) 4.27
进给缸最大推力(kgf) 5000
进给缸快进速度(m/min) 2.04
进给缸慢进速度(m/min) 0.01
产品加工范围(mm) Φ20~Φ50
加工自动循环周期 35s
加工效率(件/h) 1000~1200
 
由于采用多片刀具同时加工,满足了用户的高效率生产要求。机床还设计有冷却系统,有特殊配方的专用冷却液,用于加工时的高温高热冷却。液压系统的液压油在通常情况下采用YA-N15Y液压导轨油,当环境温度低于5-10℃时采用YA-N15液压油;当环境温度高于30-35℃时采用YA-N46液压油。
液压系统原理图如图2所示。主要分为两部分,一部分为夹紧回路,另一部分以立式动力工作头进给为主的回路,分为顶料回路、送料回路、残料回路、进给回路和挡料回路。
 


图2 液压系统原理图
 
  1. 夹紧回路
换向阀12.1在图示位置时,高压齿轮泵6压力油经单向阀8,管路过滤器23.1,液控单向阀13进入夹紧缸左腔,同时变量泵7压力油经单向阀10同高压齿轮泵6压力油一起进入夹紧缸左腔,夹紧缸快速夹紧。夹紧缸右腔回油经换向阀12.1,管路过滤器23.1回油箱。当换向阀12.1右腔接入回路,高压齿轮泵6压力油经单向阀8,管路过滤器23.1,换向阀12.1回油箱。另一变量泵7压力油经单向阀9,管路过滤器23.2,单向阀10也一起进入夹紧缸右腔,夹紧缸快速松开。
  1. 进给回路
换向阀12.2在图示位置时,变量泵7压力油经单向阀9,管路过滤器23.2,换向阀12.2,单向节流阀15.1进入顶料油缸下腔,迅速把材料顶入送料机。此时,送料马达接SQ8电信号,换向阀16.1右腔接入回路,变量泵7压力油经单向阀9,管路过滤器23.2,换向阀16.1,单向节流阀15.2进入送料马达17,送料马达快速启动快速送料。送料完毕,如上述夹紧缸回路动作。夹具夹紧后,变量泵7压力油,经换向阀16.2右腔,液控单向阀18,进入油缸上腔,立式工作头快速下行进给,进给缸下腔油经平衡阀20,机控调速阀19右腔回油箱,当撞块碰到机控阀时,接入机控阀19左腔,压力油经机控阀19节流口回油箱。立式动力头进给完毕,压力油经机控阀19右腔,液控单元阀18,换向阀16.2左腔,风冷却器5.1回油箱,立式工作头快速上行。
当材料加工到逐渐缩短时,即全自动循环进入短料加工程序,压力油经换向阀12.4右腔,单向阀10.1,进入挡料油缸后腔,挡料油缸快进。此时,夹紧油缸夹紧,送料马达送料,立式动力头进给油缸进给等动作程序与上述相同。另一回路压力油经换向阀12.3右腔,单向节流阀15.3,进入残料油缸后腔,残料被卸掉落入废料处。回油经节流阀15.3,换向阀12.3,风冷却器5.1回油箱。
  1. 切削力的计算
在锯铣过程中,被锯铣工件作用在锯片上有正压力和圆周力,单位锯铣力受锯铣温度、锯铣件材质、锯铣件高度(直径)、圆锯齿形状、锯片宽度、锯片齿数、每齿进给量等因素影响。设计时可按《机床夹具设计手册》中铣削切削力计算公式进行计算:

P-锯铣力(N);Cp-工件材料和铣刀类型的系数;t-铣削深度(mm);Sz-每齿进给量(mm);D-铣刀直径(mm);B-铣削宽度; z-铣刀的齿数;Kp-修正系数。
共有9把刀同时工作,故,

  1. 立式动力头油缸牵引力及流量计算
a)油缸牵引力:

   b)流量:



Q慢由机械调速阀调节。
 
  1. 夹紧缸夹紧力计算
    1. 夹紧缸夹紧力
  1. 流量:

故,               
根据切削力和油缸牵引力分别计算出立式动力头进给油缸和夹紧油缸直径及其它尺寸,根据流量可选择油泵等元器件。
  • 液压系统的主要特点
全自动多片锯铣床的液压系统由压力控制回路,换向回路,夹紧回路,进给回路等组成,从上述分析可知,该系统执行元件较多,动作复杂,顺序动作要求准确,其主要特点如下:
  1. 由于对机床的高效率要求,故大流量快速进给和大功率切削是液压系统的主要考虑因素。在设计中采用高压小流量齿轮泵6和大流量变量叶片泵7组成双泵供油系统。夹紧时双泵同时供油以满足夹紧缸快进夹紧31.4L/min流量要求,并独立保压以保证大切削时夹紧的稳定性,压力和卸荷由叠加式溢流阀11调整。
  2. 进给油缸的快速进给由变量叶片泵单独供油以满足24.5L/min流量要求。由于立式动力头有700kg自重,在重力加速度作用下快速下滑,故在回路中设计有一平衡阀20,以保证立式动力头能够匀速地平稳下移。同时在回路中设计有液控单向阀,在遇到特殊情况时以保证动力头不下滑,避免造成安全事故。
  3. 在系统回路中还设计有散热装置,在变量泵的溢流口和系统的回油路上各装有一个风冷却器5.1和5.2,以解决由于大流量和大功率切削带来的高温的散热问题,并有效地减少了油箱的体积。
  4. 在进给回路的回油路上设计有机械调速阀19,它的安装靠近进给油缸出口处,由于工进时流量小,工作稳定性要求高,较好地满足了设备的控制精度和响应速度要求,同时方便工人的操作和调整。
  5. 在液压回路的设计和液压元件选择及安装上,充分考虑了尽量减少因元件之间转换和过长管路造成系统压力损失。在设计上,一部分元件就近安装在执行元件附近;一部分采用叠加阀形成,以集中的形式安装在液压站上,管路连接简单,调整方便。图3为液压站外观图。
 
五、结束语
通过对机床的研制,得到了可喜的结果。一方面,证实了设计的正确性;另一方面表明液压系统具有结构简单、紧凑,工作稳定、可靠、安全,能源利用合理,外形设计美观,使用、维修方便,生产效率和自动化程度高等特点。该设备的成功研制,特别是用户的满意,对轴承行业的工艺和设备更新有积极的推动作用。
 
 
 
 
 
参考文献
1、王光斗等·机床夹具设计手册·上海,上海科学技术出版社,1988
2、广州机床研究所·液压技术·广州,广州机床研究所出版社,1973 
 
 
 

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