车床液压系统设计与计算
1刀架液压控制系统液压泵及油泵电动机的选择计算
由于该刀架刀盘的松开和夹紧均由液压系统通才液压缸活塞的往反运动来实现，当车床在切削加工时，刀具所受的切削力由端面齿盘通过螺栓卸荷给刀架，为使刀架在强力切削下能稳妥可靠地工作，液压缸必须有足够的拉紧力拉住刀盘，使用于夹紧定位的端面齿盘在车床切削过程中始终处于啮合状态。因而液压泵及油泵电动机的配置对液压系统的工作性能有重要的影响。
1.1液压油泵的选择
选择油泵的主要依据是压力和流量，一般来说，齿轮泵价格低，维修方便，但当系统压力达到较大值时，输油压力脉动大，噪声大。不宜作数控机床的油源；叶片泵的输油压力脉动小，噪声小。因而被广泛用于数控机床的主要油源。所以本液压系统的液压泵选用叶片泵。
1.2油泵电动机功率的选择计算
1）油泵工作压力的计算
油泵工作压力s p 应等于液压缸的工作压力0p 和油液在管道中流动时产生的压力损失p ?之和。即 0s p p p =+?
（1）液压缸工作压力的估算
对于中小型的数控车床，通常推荐液压缸的拉紧力为1020kN 。液压缸活塞的有效工作面积设定为20.0043S m ≈；则该刀架液压缸的工作压力0 3.5a p Mp ≈。
（2）油液压力损失p ?的估算
在液压系统方案未确定之前，先对整个系统的压力损失进行估算，等到正式系统设计完成后，再进行详细的验算。 347.8410Ql p K d
ν-?=? 2/N m 式中 ν----油的运动粘度（厘沲）；
Q ----流量（升/分）；
d ----管子的内径（毫米）；
l -----管道总长（米）；
K ----修正系数。
当e R 2000≤时，K =1
当e R 2000?时，K = 流量Q 的计算方式如下：
液压系统所需的油泵流量是由工作油缸的尺寸和运动速度的快慢要求来决定的。
工作油缸需油量用下式计算：
'Q A υ=
式中 υ----活塞运动速度；
A ----活塞有效工作面积。
取0.05/m s υ=；取20.0043A m =。
代入上式得 'Q A υ==30.050.00430.000215/12.9m s ?== /min L 考虑到泄漏的影响油缸实际需油量为：
Q K A υ=
式中 K 为修正系数在1.1 1.3之间。
所以 1.212.915.48Q =?= /min L
选用管径
油管内径应足够大，以减少油的压力损失。但管径若过大则会使结构笨重、增加制造成本。正确选用管径一般是先选取管中的流速，然后计算管径，再按与标准规格相近的选用。
由于 24Q d πυ
=
所以 d = 式中 d ----管子的内径；
Q ----通过管子的流量；
υ----管中流速，取0.25/m s 。
将上面计算的结果代入式中得 d =0.03333mm =≈= 设液压系统管道的总长度 5000l mm =
则有 336440.00021557.84107.8410461010.033
Ql p K d ν--??=?=?????=360.64a P 得油泵的工作压力 0s p p p =+?=3.50.00036 3.5a a a MP MP MP +≈
根据能量守恒原理，油泵输出液压油的功率就是需要油泵电动机的功率（不考虑效率）。因此只需算出油泵输出液压油的功率就可以确定该选多大功率的电动机。
油泵的输出功率 s N P Q =?
式中 s P ----液压泵的工作压力；
Q ----液压系统的液压油流量。
将相关数据代入可得 s N P Q =?=35000000.000215752.5W ?= 则油泵电动机的功率为： 752.5917.610.82s P Q N W kW η
===≈ 效率可由产品目录查到.如CB 型齿轮泵0.630.87η=;YB 型叶片泵,0.650.82η=.此外,尚需考虑电动机本身的效率及从电动机到油泵的联轴节或皮带传动等的效率,故电动机的功率应适当地加大。
2 液压缸的设计
2.1 选择液压缸类型
由于该液压缸主要用于驱动刀架主轴的直线往反动动.故选用双作用单杆活塞缸.
2.2液压缸内径D 和活塞杆直径d 的计算
计算液压缸的内径和活塞杆直径都必须考虑到设备的类型,例如在金属切削机床中,对于动力较大的机床(刨床,拉床和组合机床)一定要满足牵引力的要求,
计算时要以力为主;对于轻载高速的机床(磨床,珩磨机和研磨机等)一定要满足速度的要求,计算时要以速度为主.由于本刀架的抬起动作是在数控车床脱离切削时完成的，因而在换刀过程中并没有承受切削力的作用,因而符合第二种情况,计算时以速度为主。
2.2.1以速度为主计算液压缸的内径D 和活塞杆直径d
根据执行机构的速度要求和选定的液压泵流量来确定液压缸内径D 和活塞杆直径d ，再从234880GB --标准中选取相近尺寸加以圆整。
对于单活塞杆缸来说，当液压油进入油腔时
D = 式中 q ----输入液压缸的流量；
υ----液压缸活塞的运动速度；
设液压缸活塞的往复速度比值为?，即：12/?υυ=。由于活塞往复运动的速度相等，所以1?=。由相关资料可知，当 1.2 1.3?≤时，一般取/0.30.4d D =。
则得 D == 220.0055d D +=
0.077877.8D m mm ==；0.023323.3d m mm ==。
从GB-2348-80标准中选取的液压缸内径为80mm,活塞杆直径取40mm. 3数控车床液压系统的设计
1液压回路的选择
首先选择调速回路。由本数控车床刀架的工作原理可知，这台车床液压系统的功率较小，推动刀架主轴往复运动的液压缸活塞运动速度低，工作负载变化小，因而可采用进口节流的调速形式。为了解决进口节流调速回路在活塞杆到达最大行程时冲击现象，回油路上要设置背压阀。
为保证夹紧力可靠，且能单独调节，在支路上串接减压阀和单向阀；为保证
定位，夹紧的顺序动作，在进入夹紧缸的油路上接单向顺序阀来控制，只有当刀盘抬起达到目标值后，液压缸才会反向通油，执行刀盘夹紧动作。为保证工件确已夹紧后车床切削才能动作，在夹紧缸进口处装一压力继电器，只有当夹紧压力达到压力继电器的调节压力时，才能发出信号，车床才能进行切削加工。
2拟定液压系统图
综合以上分析和所拟定的方案，将各种回路合理地组合成为该车床液压系统原理图，
如下图所示。
图1 液压系统控制回路
3液压系统的控制原理
1主轴卡盘的控制
主轴卡盘的夹与松开，由一个二位四通电磁换向阀7控制。当卡盘处于夹紧状态时，夹紧力的大小由减压阀4来调整，由压力表6显示卡盘压力。系统压力油经减压阀4，二位四通电磁换向阀7（右位），单向阀12（右位）至液压缸右
腔，活塞杆左移，卡盘夹紧。这时液压缸左腔的油液经单向阀12（左位）直接回油箱。反之，系统压力油经减压阀4，二位四通电磁换向阀7（左位），单向阀12（左位）至液压缸左腔，活塞杆右移，卡盘松开。这时液压缸右腔的油液经单向阀12（右位）直接回油箱。支路上的压力继电器5用于测定卡盘的夹紧力是否达到要求，只有卡盘在夹紧状态下的夹紧力达到设定的压力要求，压力继电器5才向数控系统发出电信号，说明工件夹紧可靠，数控车床才进行切削加工。2回转刀架的控制
回转刀架换刀时，首先是刀盘松开，刀盘就近转位到达指定的刀位，最后到盘复位夹紧。刀盘的松开与夹紧，由1个二位四通电磁换向阀3控制，当数控系统发出刀盘松开指令后，二位四通电磁换向阀3电磁铁通电，电磁阀3的左位接通，压力油经电磁阀3的左位进入液压缸的左腔，推动液压缸活塞向右运动，实现刀盘抬起动作。而油液则从液压缸右腔经电磁阀3直接流回油箱。当数控系统发出刀盘锁紧动作后，二位四通电磁换向阀3电磁铁断电，压力油经电磁阀3右位进入液压缸右腔，推动活塞向左运动，实现刀盘锁紧动作。液压缸左腔的油液则经电磁阀3的右位直接流回油箱。支路中行程开关11用于控制在刀盘抬起动作中液压缸活塞的行程，当活塞杆碰到行程开关时，即使液压缸的左腔仍然通入压力油，液压缸的活塞也不会移动，这样能够保证液压缸不与液压缸壁相撞。
3尾座套筒的控制
尾座套筒的伸出与退回由一个三位四通电磁换向阀4控制，套筒伸出工作时的预紧力大小通过减压阀8来调整，并由压力表9显示。当数控系统发出顶紧指令后，三位四通电磁换向阀10电磁铁3通电，压力油经单向阀2，减压阀8，三位四通电磁换向阀10左位进入液压腔右腔，实现顶紧动作，油液则经液压缸左腔直接流回油箱。反之，三位四通电磁换向阀10的电磁铁4通电，压力油经单向阀2，减压阀8，三位四通电磁换向阀10右位进入液压缸左腔，实现退回动作，油液则经液压缸右腔直接流回油箱。