M1432A万能外圆磨床液压系统设计

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1、需说明书、图纸等完整设计请加叩叩2215891151M1432A万能外圆磨床液压系统设计摘 要在全面了解磨床结构、工作原理、液压系统的基础上，论文对磨床总体尺寸进行布局及对液压系统进行设计。M1432A型万能外圆磨床主要以磨削圆柱形或圆锥形（包括阶梯形）的外圆表面和内孔，成品的尺寸精度可达12级，表面光洁度可达T8T10。对机床液压系统有着较高、较复杂的要求。用液压系统实现工作台的自动往复运动、砂轮架的快速进退、尾架顶尖的伸缩以及必要的联锁动作。本系统在结构上采用了将开停阀、先导阀、换向阀、节流阀、抖动缸等组合一体的操纵箱。使结构紧凑、管路减短、操纵方便，又便于制造和装配修理。此操纵箱属行程制

2、动换向回路，具有较高的换向位置精度和换向平稳性。而且采用活塞杆固定式双杆液压缸，还对液压系统的回路做了进一步的设计和改进。关键词：磨床；液压缸；万能型外圆磨床；液压系统；操纵箱ABSTRACTBased on understanding grinder structure, work principle, and the hydraulic system, the paper carries on the overall size layout of the grinder and the design of the hydraulic system. M1432A multifunction

3、 cylindrical grinding is mainly used to grind the cylindrical surface and the hole inside of cylinder and cone (including stepped appearance). The size precision of the final product may achieve 12grade. The finish degree of surface may achieve T8-T10. So it required higher and more complex requirem

4、ent to the hydraulic pressure system of machine tool. Through hydraulic system, the automatically reciprocating motion of working table, the advance and retreat of grinding wheel rack, the expansion and contraction of tail stock center, as well as the essential interconnection movement can be realiz

5、ed.In the paper, the system adopt the control box which is composed of the opening and stopping valve, pilot valve, directional control valve, throttle valve, the vibration cylinder and so on. It makes the structure compact, the pipeline short, and the operation convenient, and it is convenient to m

6、anufacture, assemble and repair. This control box is a type of travel braking changeover circuit; it has higher commutation position precision and the commutation stability. Moreover, the system adopts the piston rod stationary type double pole hydraulic cylinder, and we also make the further design

7、 and change to the loop of hydraulic system.Key words:Grinder；Hydraulic Cylinder；Multi-purpose Cylindrical Grinder； Hydraulic System；Control Box需说明书、图纸等完整设计请加叩叩2215891151目 录摘要IABSTRACTII第1章 绪论11.1 选题的背景目的及其意义11.1.1背景11.1.2目的及其意义21.2 国内外磨床研究状况和相关领域中已有的研究成果21.3 对选题的研究设想、研究方法31.4预期结果和意义5第2章 机床总体方案的确定62

8、.1 总体设计62.1.1 主要技术指标设计62.1.2 总体方案设计62.1.3 总体方案综合评价和选择62.1.4 总体方案的设计修改和优化62.2 详细设计72.3 机床整体综合评价72.4 本章小结7第3章 总体尺寸布局设计83.1 纵向尺寸关系图的确定与绘制83.1.1 确定纵向尺寸的基准线83.1.2 确定砂轮对称中心线位置83.1.3 确定工作台对称中心线位置93.1.4 确定上、下工作台长度93.1.5 确定油压筒用活塞杆的固定形式和长度93.1.6 确定后床身上面的垫导板导轨尺寸位置103.1.7 确定横进给丝杆中心位置103.1.8 确定手摇台面机构的手轮中心位置113.1

9、.9 确定齿条长度及齿轮位置113.2 横向尺寸关系图的确定与绘制113.2.1 确定横向尺寸的基准线113.2.2 确定上下工作台厚度和宽度113.2.3 确定头尾架顶尖中心位置133.2.4 确定头尾架顶尖中心至床身面的高度133.2.5 确定横进给机构手轮中心的高度133.2.6 确定油压套中心位置133.2.7 确定工作台回转中心位置133.2.8 确定后床身有关的几个尺寸133.2.9 确定最大最小极限位置143.2.10 确定砂轮架横向行程长度143.2.11 确定滑鞍长度153.2.12 确定垫板长度153.3 本章小结16第4章 M1432A万能外圆磨床液压系统174.1 设计

10、步骤174.2 液压系统总体布局及其原理174.2.1 工作台往复运动174.2.2 砂轮架快速进退194.2.3 尾架顶尖的液动夹紧194.3 液压系统的工作原理194.3.1 工作台的往复运动194.3.2 砂轮架的快速进退204.3.3 尾架顶尖的液动夹紧214.4 液压系统中的换向机构及其性能214.4.1 采用先导阀214.4.2 选用行程控制式制动224.4.3 使换向阀分段变速移动224.4.4 使先导阀快跳234.5 液压系统的特点234.6 液压系统的计算244.6.1 计算工作台的负载244.6.2 选择油缸的工作压力和确定油泵的供油压力254.6.3 计算工作台油缸直径2

11、54.6.4 计算各油缸的流量和油泵流量264.6.5 计算油泵的电动机功率264.6.6 计算油管内径264.6.7 油池的容积计算274.7 本章小结27第5章 工作台液压操纵箱及液压缸的设计285.1 工作台液压系统的功能285.2 工作台液压系统的工作原理285.3 操纵箱的系统的特点285.4 液压缸的典型结构295.5 液压缸的组成295.6 本章小结32结论33参考文献34致谢35第1章 绪 论1.1 选题的背景、目的及其意义磨床是利用磨具对工件表面进行磨削加工的机床。大多数的磨床是使用高速旋转的砂轮进行磨削加工，少数的是使用油石、砂带等其他磨具和游离磨料进行加工，如珩磨机、超精

12、加工机床、砂带磨床、研磨机和抛光机等。1.1.1背景1.正在精磨轧辊的大型磨床磨床能加工硬度较高的材料，如淬硬钢、硬质合金等；也能加工脆性材料，如玻璃、花岗石。磨床能作高精度和表面粗糙度很小的磨削，也能进行高效率的磨削，如强力磨削等。十八世纪30年代，为了适应钟表、自行车、缝纫机和枪械等零件淬硬后的加工，英国、德国和美国分别研制出使用天然磨料砂轮的磨床。这些磨床是在当时现成的机床如车床、刨床等上面加装磨头改制而成的，它们结构简单，刚度低，磨削时易产生振动，要求操作工人要有很高的技艺才能磨出精密的工件。1876年在巴黎博览会展出的美国布朗-夏普公司制造的万能外圆磨床，是首次具有现代磨床基本特征的

13、机械。它的工件头架和尾座安装在往复移动的工作台上，箱形床身提高了机床刚度，并带有内圆磨削附件。1883年，这家公司制成磨头装在立柱上、工作台作往复移动的平面磨床。1900年前后，人造磨料的发展和液压传动的应用，对磨床的发展有很大的推动作用。随着近代工业特别是汽车工业的发展，各种不同类型的磨床相继问世。例如20世纪初，先后研制出加工气缸体的行星内圆磨床、曲轴磨床、凸轮轴磨床和带电磁吸盘的活塞环磨床等。自动测量装置于1908年开始应用到磨床上。到了1920年前后，无心磨床、双端面磨床、轧辊磨床、导轨磨床，珩磨机和超精加工机床等相继制成使用；50年代又出现了可作镜面磨削的高精度外圆磨床；60年代末又

14、出现了砂轮线速度达6080米/秒的高速磨床和大切深、缓进给磨削平面磨床；70年代，采用微处理机的数字控制和适应控制等技术在磨床上得到了广泛的应用1。2.能做镜面磨削的精密磨床随着高精度、高硬度机械零件数量的增加，以及精密铸造和精密锻造工艺的发展，磨床的性能、品种和产量都在不断的提高和增长。磨床是各类金属切削机床中品种最多的一类，主要类型有外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、无心磨床、工具磨床等。外圆磨床是使用的最广泛的，能加工各种圆柱形和圆锥形外表面及轴肩端面的磨床。万能外圆磨床还带有内圆磨削附件，可磨削内孔和锥度较大的内、外锥面。不过外圆磨床的自动化程度较低，只适用于中小批单件生产和修配工作。内圆

15、磨床的砂轮主轴转速很高，可磨削圆柱、圆锥形内孔表面。普通内圆磨床仅适于单件、小批生产。自动和半自动内圆磨床除工作循环自动进行外，还可在加工中自动测量，大多用于大批量的生产中。平面磨床的工件一般是夹紧在工作台上，或靠电磁吸力固定在电磁工作台上，然后用砂轮的周边或端面磨削工件平面的磨床；无心磨床通常指无心外圆磨床，即工件不用顶尖或卡盘定心和支承，而以工件被磨削外圆面作定位面，工件位于砂轮和导轮之间，由托板支承，这种磨床的生产效率较高，易于实现自动化，多用在大批量生产中。3.大型曲轴磨床工具磨床是专门用于工具制造和刀具刃磨的磨床，有万能工具磨床、钻头刃磨床、拉刀刃磨床、工具曲线磨床等，多用于工具制造

16、厂和机械制造厂的工具车间。砂带磨床是以快速运动的砂带作为磨具，工件由输送带支承，效率比其他磨床高数倍，功率消耗仅为其他磨床的几分之一，主要用于加工大尺寸板材、耐热难加工材料和大量生产的平面零件等。专门化磨床是专门磨削某一类零件，如曲轴、凸轮轴、花键轴、导轨、叶片、轴承滚道及齿轮和螺纹等的磨床。除以上几类外，还有珩磨机、研磨机、坐标磨床和钢坯磨床等多种类型。1.1.2目的及意义磨床是金属切削行业的一个重要分支，随着工业的发展，对机械零件的加工精度及表面粗糙度的要求日益提高，磨削加工显得更加重要。尤其在汽车、电力、船舶、冶金、军工、航空航天等行业，国产数控磨床正在发挥着越来越大的作用。1.2 国内

17、外磨床研究状况和相关领域中已有的研究成果随着生产的发展，社会需求也在发生变化。在机械制造业中，多品种、小批量生产的需求日益增加，因此出现了与之相适应的FMS等先进制造系统。机床是FMS的核心装备。前期的FMS，可以说是“以机床为主的系统”设计，即根据现有机床的特点来构成FMS，但是传统的机床（包括数控机床）设计时并未考虑到它在FMS中的应用，因此在功能上制约了FMS的发展。FMS的发展对机床提出了新的要求，要求机床设计向“以系统为主的机床设计”方向发展，即在机床设计时就要考虑到它如何更好地适应FMS等先进制造系统的要求，例如要求具有时、空柔性，与物流的可亲性等等，这就机床设计的方法学提出了新的

18、要求。国产数控磨床正在发挥着越来越大的作用。“十一五”期间，经过调整和整合期后的磨床行业，将会迎来新一轮的发展期。 2003年和2004年两年的磨床市场交易量(内销、进口、出口量的总和)为64756台，其中内销量占63.63%、进口量为23.44%、出口量为12.92%；市场交易额为108.06亿元，其中内销额占34.34%、进口额占63.80%、出口额占1.86%。从而可知，进口量占磨床市场交易量的23.44%，而进口额占磨床市场交易额的63.6%，可见进口磨床的技术档次或附加值远远高出内销磨床。目前汽车制造厂曲轴线上的磨床主要依赖进口，而国产磨床基本供汽车零配件厂使用5。1.3 对选题的研

19、究设想、研究方法机床的设计方法是根据其设计类型而定。通用机床采用系列化设计方法。1.工艺范围机床是用来完成工件表面加工的，应该具备完成一定工艺范围（包括加工方法、工件类型、加工表面形状、尺寸等）的加工功能，因此，也可以把工艺范围称之为机床的加工功能。对于专用机床，工艺范围较窄，相应的功能也较少。而普通机床，工艺范围较宽，功能较强，特别是多品种，小批量生产需求的增加，要求扩大机床的功能。机床功能的增加，将使机床的结构复杂程度增加，制造难度、制造周期及制造成本增加。对于生产率，就机床本身而言，功能增加，可能会使生产率下降，但就机械制造系统（或工件的制造全过程）而言，机床功能的增加，将会减少工件的装

20、卸次数，减少安装、搬运等辅助时间，会使总的生产率提高。机床的功能主要根据被加工对象的批量来选择。大批量生产用的专用机床的功能设置较少，只要满足特定的工艺范围要求就行了，以获得提高生产率、缩短机床制造周期及降低机床成本等效果。单件小批量生产用的通用机床则应扩大机床的功能。2.柔性随着多品种小批量生产的发展，对机床的柔性要求越来越高。机床的柔性，是指其适应加工对象变化的能力，包括空间上的柔性和时间上的柔性。所谓空间柔性也就是功能柔性，指的是在同一时期内，机床能够适应多品种小批量的加工，即机床的运动功能和刀具数目多，工艺范围广，一台机床具备有几台机床的功能，因此在空间上布置一台高柔性机床，其作用等于

21、布置了几台机床。所谓时间上的柔性也就是结构柔性，指的是在不同时期，机床各部分重新组合，构成新的机床功能，即通过机床重构，改变其功能，以适应产品更新变化快的要求。又如，有的单件或小批量FMS作业线上，经过识别装置对下一个待加工的工件进行识别，根据其加工要求，在作业线上就可自动进行机床功能重构，有些重构几秒钟内即可完成，这就要求机床的功能部件具有快速分离与组合的功能。3.与物流系统的可亲性可亲性就是指机床与物流系统之间进行物料（工件、刀具、切屑等）交接的方便程度。对于单机工作形式的普通机床，是由人进行物料交接的，要求机床的使用、操作、清理、维护方便。对于自动化柔性制造系统，机床与物流系统（如输送线

22、）是自动进行物料交接的，要求机床结构形式开放性好，物料交接方便。4.刚度机床的刚度将影响机床的加工精度和生产率，因此机床应有足够的刚度。刚度包括静态刚度、动态刚度、热态刚度。5.精度为保证能加工出一定精度的工件，作为工作母机的机床必须具有更高的精度要求。机床精度分为机床本身的精度，即空载条件下的精度（包括几何精度、运动精度、传动精度、定位精度等）和工作精度（加工精度）。6.噪声噪声损坏人的听觉器官和生理功能，是一种环境污染。设计和制造过程中要设法降低噪声。7.生产率和自动化机床的生产率用单位时间内机床所能加工的工件数量来表示。机床的切削效率越高，辅助时间越短，则它的生产率越高。对用户而言，使用

23、高效率的机床，可以降低工件的加工成本，机床的自动化程度越高，则它的生产率越高，加工精度的稳定性越好，越容易适应自动化制造系统的要求。8.成本成本概念贯穿在产品的整个生命周期内，包括设计、制造、包装、运输、使用维护和报废处理等的费用，是衡量产品市场竞争力的重要指标，应在尽可能保证机床性能要求的前提下，提高其性能价格比。9.生产周期为了快速响应市场需求变化，生产周期（包括设计和制造）是衡量产品市场竞争力的重要指标，应尽可能缩短机床的生产周期。这就要求机床设计应尽可能采用现代设计方法，如CAD、模块化设计等。10.可靠性应保证机床在规定的使用条件下、在规定的时间内，完成规定的加工功能时，无故障运行的

24、概率要高。11.造型与色彩机床的外观造型与色彩，要求简洁明快、美观大方、宜人性好。应根据机床功能、结构、工艺及操作控制等特点，按照人机工程学的要求进行设计6。1.4预期结果和意义M1432A液压系统最终实现，1.能实现工作台的自动往复运动，并能在0.054m/min之间无级调速，工作台换向平稳，起动制动迅速，换向精度高。2.在装卸工件和测量工件时，为缩短辅助时间，砂轮架具有快速进退动作，为避免惯性冲击，控制砂轮架快速进退的液压缸设置有缓冲装置。3.为方便装卸工件，尾架顶尖的伸缩采用液压传动。4.工作台可作微量抖动：切入磨削或加工工件略大于砂轮宽度时，为了提高生产率和改善表面粗糙度，工作台可作短

25、距离(13mm)、频繁往复运动(100150次/min)。5.传动系统具有必要的联锁动作：(1)工作台的液动与手动联锁，以免液动时带动手轮旋转引起工伤事故。(2)砂轮架快速前进时，可保证尾架顶尖不后退，以免加工时工件脱落。(3)磨内孔时，为使砂轮不后退，传动系统中设置有与砂轮架快速后退联锁的机构，以免撞坏工件或砂轮。(4)砂轮架快进时，头架带动工件转动，冷却泵启动；砂轮架快速后退时，头架与冷却泵电机停转。从而使M1432A型万能外圆磨床更加稳定的工作。第2章 机床总体方案的确定2.1 总体设计2.1.1 主要技术指标设计主要技术指标设计是后续设计的前提和依据。设计任务的来源不同，如工厂的规划产

26、品，或根据机床系列型谱进行设计的产品，或用户订货等，具体的要求不同，但所要进行的内容大致相同。主要技术指标包括：1.用途 即机床的工艺范围，包括加工对象的材料、质量、形状及尺寸等。2.生产率 包括加工对象的种类、批量、及所要求的生产率。3.性能指标 加工对象所要求的精度（用户订货设计）或机床的精度、刚度、热变形、噪声等性能指标。4.主要参数 即确定机床的加工空间和主参数。5.驱动方式 机床的驱动方式有电动机驱动和液压驱动方式。电机驱动方式中又有普通电机驱动、步进电机驱动和伺服电机驱动。驱动方式的确定不仅与机床的成本有关，还将直接影响运动方式的确定。6.成本及生产周期 无论是订货还是工厂规划产品

27、，都应确定成本及生产周期方面的指标。2.1.2 总体方案设计总体方案设计包括：1.M1432A万能外圆磨床总体尺寸关系，包括纵向尺寸关系(正视图)，横向尺寸关系图(侧视图)，和顶视图。2.M1432A万能外圆磨床液压系统，包括工作台液压系统，砂轮架液压系统,尾架液压系统。3.操纵箱设计，将开停阀、先导阀、换向阀、节流阀、抖动缸等组合一体的操纵箱。2.1.3 总体方案综合评价和选择在总体方案设计阶段，对其各种方案进行综合评价，从中选择较好的方案。2.1.4 总体方案的设计修改和优化对所选择的方案进行进一步的修改或优化，确定最终方案。上述设计内容，在设计过程中要交叉进行。2.2 详细设计1.技术设

28、计 包括确定结构原理方案、装配图设计、分析计算或优化。2.施工设计 包括零件图设计、商品化设计、编制技术文档等。2.3 机床整体综合评价上述步骤可反复进行，直到达到技术结果满意为止。在设计过程中，设计和评价反复进行，可以提高一次设计成功率。2.4 本章小结 本章介绍了机床以及液压系统的总体设计方案，进行了主要技术指标的设计、总体方案综合评价、机床整体综合评价。根据任务书中的要求，做出自己的设计方案和理念。第3章 总体尺寸布局设计3.1 纵向尺寸关系图的确定与绘制 3.1.1 确定纵向尺寸的基准线画出床身对称中心线（OO），它是纵向尺寸的基准线（图3.1）。图3.1 纵向尺寸图3.1.2 确定砂

29、轮对称中心线位置由于头架的纵向尺寸一般大于尾架的纵向尺寸，所以砂轮对称中心线位置偏于床身对称中心线的右侧，其偏离值根据头、尾架纵向尺寸的大小而定。为避免头架伸出床身太多，考虑头架处磨内孔时要安放夹具，尾架处磨长工件时要砂轮修整器，故只 取mm 定mm式中：头架纵向尺寸； 尾架纵向尺寸。 由图3.1知 得 mm式中：头、尾架最大顶尖距 而 mm式中：最大磨削长度=1000mm。3.1.3 确定工作台对称中心线位置通常工作台对称中心线放在床身对称中心线同一位置（图3.1）。3.1.4 确定上、下工作台长度 上工作台长度应考虑除了能容纳头、尾架最大顶尖距和头、尾架长度外，其二端需有畅流的水槽和压板的

30、弧形边。按经验推荐，后者一般为前者1/10左右。 上工作台长度 mm 故取 mm 同样在确定下工作台长度（L下台）时，需考虑上、下工作台间压板及二头装导轨防护罩的位置，故定 =2195mm3.1.5 确定油压筒用活塞杆的固定形式和长度 确定工作台最大行程 故定mm 由此能确定油压筒长度 mm式中：活塞长度，定为85mm。 确定活塞杆的固定在床身上，即活塞杆固定，如图（3.1） ，则： mm定 mm式中：油压筒端盖厚度。 这样床身的长度（）可以初步确定： mm 定 mm式中：活塞杆支架长度。3.1.6 确定后床身上面的垫导板导轨尺寸位置从砂轮对称中心线引出后床身垫板V开导轨中心线位置，再根据已确

31、定的砂轮架垫板导轨参数B1、B2、中心，绘制V-平导轨（图3.1）。5的大小决定于下列二个因素。在可能情况下，5尽可能取小些，避免主轴悬伸过长，这对提高砂轮主轴刚性有利，查文献2得： mm式中：V形导轨中心线到垫板侧面的距离，通常:mmBmm(砂轮宽)3.1.7 确定横向进给丝杆中心位置 根据理论分析的要求，横向进给丝杆中心最好安排在砂轮架的中心位置上，而砂轮架的中心偏于V形导轨一边，故过去其位置均按设计，而不考虑具体条件，如导轨是滚动还是滑动，以及其他有关因素。 在设计M1432A万能外圆磨床时，根据实践经验，认为丝杆和消除间隙的闸钢应尽可能安置离V形导轨近一些，可以提高进给刚性和平稳性，而

32、两者中以闸钢的影响比较大。把消除间隙的闸刚放在丝杆与V形导轨之间，由于结构关系将丝杆中心位置移到偏近平导轨一边（图3.1），M1432A万能外圆磨床的效果更稳定。3.1.8 确定手摇台面机构的手轮中心位置一般进给机构手轮中心与横进给丝杆中心在同一垂直平面内，而手摇台面机构手轮中心与横进给机构手轮中心在同一水平面内（图3.1）。两个手轮中心接近一些较好，这样造作方便，但须考虑能安置液压操纵扳的地位，故两轮的中心距：亲，由于某些原因，没有上传完整的毕业设计（完整的应包括毕业设计说明书、相关图纸CAD/PROE、中英文文献及翻译等），此文档也稍微删除了一部分内容（目录及某些关键内容）如需要的朋友，请

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34、 设计步骤液压系统的设计步骤并无严格的顺序，各步骤间往往要相互穿插进行。一般来说，在明确设计要求之后，大致按如下步骤进行。1.确定液压执行元件的形式；2.进行工况分析，确定系统的主要参数；3.制定基本方案，拟定液压系统原理图；4.选择液压元件；5.液压系统的性能验算；6.绘制工作图，编制技术文件。4.2 液压系统总体布局及其原理M1432A型万能外圆磨床主要以磨削圆柱形或圆锥形（包括阶梯形）的外圆表面和内孔，成品的尺寸精度可达12级，表面光洁度可达IT8IT10。这台机床液压系统的性能如下：工作台往复运动、砂轮架快速进退、尾架顶尖的液动夹紧。4.2.1 工作台往复运动性能方面的要求更是如此万能

35、外圆磨床工作台的往复运动一般都比较低，这台机床的工作台能在0.10.5m/min之间进行无级调速，并能作1030mm/min的低速、无爬行运动以精修砂轮。工作台的换向过程平稳，启动、停止迅速为了保证在机床上磨削阶梯轴和阶梯孔，工作台应有较高的换向精度，以防止砂轮碰撞工件台阶，造成事故。这台磨床的同速换向精度（指同一速度下换向点的位置精度）不大于0.03mm，异速换向精度（指速度由最小增至最大时换向点的位置误差）不大于0.3mm。外圆磨床上的砂轮一般是不越出工件的，为了避免工件两端因磨削时间较短而引起外圆尺寸偏大（内孔尺寸偏小）起见，这台机床工作台换向时在两端有一短暂的停留阶段，停留时间为05s

36、，并可进行调节。图4.1 液压系统原理图这台机床能做高生产率的切入磨削，其工作台能使向高频率、短行程的换向（通常称为抖动），以提高磨削的表面光洁度和效率，并使砂轮磨损均匀。 为保证操作安全，这台机床工作台的液压驱动和手动操作能互锁。 万能外圆磨床对工作台往复运动的要求是很高的换向，液压系统中的这一部分往往成为整个系统的核心部分，这台机床也清楚的反映出这一点。4.2.2 砂轮架快速进退为了提高生产率，缩短辅助时间、保证安全操作，在装卸或测量工件使这台机床上的砂轮架能快速进退。砂轮架快进时有很高的重复位置精度和运动平稳性，但在使用内圆磨具时有能锁住不动，保证操作安全。4.2.3 尾架顶尖的液动夹紧

37、为了保证安全操作，这台机床上的尾架顶尖只有在砂轮架退出后才能松开。4.3 液压系统的工作原理如图4.1所示，M1432A型万能外圆磨床的液压系统原理图，其作用情况如下：4.3.1 工作台的往复运动在图示位置上，开停阀E打开，节流阀F处在开口最大的位置（见a2a2截面上节流口的开口），先导阀C和换向阀D都处于右端位置，这时工作台向右运动，因为主油路中的油流为：进油路：泵B油路1换向阀D油路2工作台液压缸Z1右腔。 回油路：工作台液压缸Z1左腔油路3换向阀D油路5先导阀C油路6开停阀E的a1-a1截面开停阀E的轴向槽（图中虚线）开停阀E的b1-b1截面油路14节流阀F的b2-b2截面及其轴向槽节流

38、阀F的a2-a2截面上的节流口油箱。当工作台向右运动到预先调整好的位置时，固定在工作台上的左挡块通过拨杆，推动先导阀C向左移动，先导阀中段的右制动锥逐渐将油路5和6之间的通道关小，使工作台逐渐减速，实现预制动。当工作台继续推先导阀向左移动到先导阀阀芯上右面的环槽使油路7和9接通，左面的环槽使油路8和油箱接通时，控制油路被切换。从泵B经精滤油器A2来的油一支进入抖动缸H1，推动先导阀快速移向左位；另一支经单向阀I2进入换向阀右端，推换向阀阀芯向左移动。这时控制油路中的油流为：进油路：泵BA2油路7先导阀C油路9H1I2油路13换向阀D右端。 回油路：抖动缸H2油路8先导阀C油箱。另一方面，换向阀

39、左端的油经过三种不同的通道返回油箱，使换向阀D的阀芯产生第一次快跳、慢移和第二次快跳，其过程如下：开始时，由于换向阀左端油路8先导阀C油箱。回油畅通无阻，阀芯移动速度很大，出现第一次快跳。阀芯快速移动一小段距离后，当它中间一阶台肩移到阀体的中间沉割槽处时，液压缸两腔油路连通，工作台迅速停止运动，完成终制动。此后换向阀在压力油作用下继续移动，当阀芯盖住左端油路8时，回流只能通过节流阀（也叫停留阀）J1返回油箱，即换向阀左端油路12节流阀J1油路8先导阀C油箱。这时阀芯以节流阀J1调定的速度慢速移动。在慢移阶段中，由于阀体上那个中间沉割槽比阀芯上的中间台肩宽，液压缸两腔油路继续连通，工作台在换向点

40、继续停留，这就是反向前的端点停留（停留时间由节流阀J1控制，可在05S内调整）。最后，当阀芯慢移到其左端环槽使油路10和8接通时，换向阀左端油路12油路10换向阀D左端环槽先导阀C油箱。回油又畅通无阻阀芯实现第二次快跳；而主油路被迅速切换，工作台反向起动。这是主油路中的油流情况为：进油路：泵B油路1换向阀D油路3液压缸左腔；回油路：液压缸右腔油路2换向阀D油路4先导阀C油路6开停阀E的a1-a1截面开停阀E的b1-b1截面油路14节流阀F的b2-b2截面节流阀F的a2-a2截面上的节流口油箱。于是工作台向左运动，并在其右挡块碰上拨杆后，控制油路按上述相同的过程进行反方向的切换，主油路也随之作反

41、方向的切换，工作台又向右运动。如此不断反复，使工作台实现往复运动。调节节流阀F开口的大小，可使工作台在0.054m/min之间无级变速。 当开停阀E处在“开”位时， 从油路1来的压力油经开停阀的d1-d1截面和油路15，进入手摇机构液压缸K，推动活塞，使一对啮合齿轮脱开，因此，工作台往复运动时，手轮不会转动。当把开停阀转到“停”位时，开停阀的b1-b1截面关闭了通往节流阀F的回油路，而其c1-c1截面使液流回油箱，活塞在弹簧作用下使齿轮啮合，工作台就可以通过摇动手轮来操作了。4.3.2 砂轮架的快速进退砂轮架的快速进退回路比较简单，是通过一个手动二位四通阀M来操纵的。为了保证快进的重复位置精度

42、，防止进退到终点时出现冲击起见，在快速进退液压缸Z2中设有缓冲装置，快进终点位置是靠活塞与缸盖的接触来保证的，其重复位置误差不大于0.005mm。 在手动换向阀M的下面，有一个行程开关和一个内外圆磨削连锁电磁铁。当扳动阀M的手柄使砂轮架快进时，手柄同时压下该行程开关，使头架和冷却泵启动。当翻下内圆磨具进行内圆磨削时，磨具压下另一个行程开关，使内外圆磨削连锁电磁铁吸合，将阀M锁住在快进位置上，这样手柄就不可能被扳动，保证了安全操作。4.3.3 尾架顶尖的液动夹紧液压尾架的顶尖只有在砂轮快退时才能松开，因为尾架液压缸L的压力油来自Z2的前腔，并有一个脚踏式的二位三通阀P来操纵。阻尼孔J7、J8或J

43、9分别通至手摇机构、丝杠螺母副、平导轨及V形轨等处供润滑之用。润滑油在通过阻尼孔时减轻了压力，其值由溢流阀G2进行调节；各润滑点上所需的流量分别由各节流阀调节。除此之外，液压系统已开始工作，柱塞缸N内就通入压力油，柱塞就顶住在砂轮架上，将进给丝杠螺母副的间隙消除掉，保证横向进给的准确。4.4 液压系统中的换向机构及其性能万能外圆磨床为了适应加工阶梯轴或阶梯孔的需要，对工作台换向性能有很高的要求。良好的换向性能包括换向冲击小，换向精度高，冲出量小，换向停留时间可调以及换向时间短等五项。这几个指标实际上是相互矛盾的，很难全部达到要求。一般来说，换向时间短、换向精度高、冲出量小时，换向冲击就大；换向

44、时间长、换向冲击小时，换向精度就会低，换向冲出量就会大。为了获得较好的换向性能，除了合理的选择换向阀，在外圆磨床上常采用下列几种措施：采用先导阀，选用行程控制式制动，使换向阀分段变速移动，使先导阀快跳。4.4.1 采用先导阀工作台自动换向最简单的机构是采用机动的二位四通换向阀。这种机构的缺点在于工作台低速运动下换向时，挡块推动拨杆带着换向阀阀芯移至中间位置时会出现“换向死点”（工作台因失去动力而停止），实现不了自动换向；而工作台高速运动下换向时又会因挡块推动拨杆使换向阀快速移动，换向时间过短，液压缸一腔压力突然降低，一腔压力突然升高而引起换向冲击。所以，这种机构现在磨床上很少采用。当采用电磁阀

45、换向时，上述机动操作的第一个缺陷（出现换向“死点”）可以避免，但第二个缺陷（出现换向冲击）依然存在，同时，电磁阀还存在着换向频率不够高，寿命低，易产生故障等缺点。 但采用一个二位四通的机动滑阀作为先导阀，有它来控制一个可调的液动换向阀以实现工作台的换向时，（图4.1）上述缺点就可以全部克服掉。在这里，先导阀C只用来控制液动换向阀D的换向。当工作台上的挡块碰动拨杆并使先导阀移至中位时，压力油仍然可以通过换向阀D进入液压缸，不会出现换向“死点”；另一方面液动换向阀的移动速度可以通过其两端的单向节流阀进行调整，与工作台速度无关，只要调得合适就可以基本上消除换向冲击。4.4.2 选用行程控制式制动磨床

46、工作台换向过程中的制动方式由时间控制式和行程控制式两种。时间控制式换向回路，其工作情况如下：当换向阀D在压力油作用下向左移动时，液压缸右腔的回油通道逐渐关小，工作台移动速度逐渐减慢，并在阀芯移过一段距离L后回油通道全部封闭，工作台停止运动。在这里，当调节好节流阀J1的开口量、规定下换向阀D的移动速度之后换向阀移过L这段距离所需的时间（即使工作台制动的时间）就被确定了。在油液粘度基本上无变化的情况下，无论工作台移动速度快慢如何这个时间基本上是不变的，所以这种方式叫做时间控制式制动。时间控制式制动的异速换向精度较差(因为工作台速度愈大，冲出量也就愈大)，同速换向精度亦不高(因为制动时间实际上还受其

47、他一些因素的影响，并不是一成不变的)；但这种方式允许按具体情况去调整制动时间：当工作台速度高、重量大，也就是惯性大时，可以把制动时间调得长一些以利于消除换向冲击；在相反的情况下则可以把它调得短一些以利于提高效率。由此可见，时间控制式制动最宜用在换向频率高，要求换向平稳、无冲击，但不要求换向精度很高的场合（例如，平面磨床上），把它用在外圆磨床上显然是不合适的。制动式换向回路，在这里，液压缸的回路不但要通过换向阀D而且还要通过先导阀C才能排回油箱。拿图示工作台向右移动的情形来说，当挡块碰动拨杆、先导阀C向左移动时，先导阀C右边的制动锥逐渐将液压缸右腔回油路关小，对工作台起制动作用，使其速度逐渐减小

48、。在此回油通口接近于封闭（还留下很小一点开口量x）、工作台速度已变得很小时控制油路才开始切换，使换向阀移动并实现工作台开始切换。在这种情况下，无论工作台原来速度快慢如何，先导阀总是先移过一定的行程（l-x）使工作台预先制动到差不多相同的很小速度后才开始使换向阀切换所以这种方式叫做行程控制式制动。行程制动式制动可以大大提高换向精度，减小冲出量，但是它使工作台的制动行程基本上保持恒定，因此工作台速度愈高，制动时间就愈短，换向冲击就愈大。对于万能外圆磨床来说，由于工作台的往复运动速度不高，换向冲击不是主要矛盾，而换向精度却十分重要，所以采用行程控制式制动是完全合适的。4.4.3 使换向阀分段变速移动

49、 为了提高换向精度、减小冲出量，万能外圆磨床液压系统中换向阀阀芯的移动最好分第一次快跳，慢速移动和第二次快跳三个阶段进行。这是因为先导阀对工作台的制动只能将其速度减得很慢，不能使其运动停止，工作台的终制动还是要靠换向阀到达中间位置使液压缸两腔都接通压力油时才能完成的。如果回路中换向阀阀芯只有一种移动速度，当根据停留要求将节流阀开口调得很小时，阀芯就会移动得很慢、工作台制动时间就会很长，不利于减少冲出量和提高换向精度。如果换向阀有一个第一次快跳的阶段，其阀心就能很快到达中间位置，制动精度就可以大大提高。实践证明，采取这一措施后磨床工作台的异速换向精度可以从原来的0.7mm提高到0.2mm,同速换

50、向精度提高到0.03mm。 第一次快跳结束后工作台停止运动，换向阀阀芯则在慢速移动中，它所经历的时间就是工作台换向过程中的停留时间，其长短可按实际需要由停留阀J1或J2调节。停留阶段结束后换向阀阀芯第二次进行快跳，使工作台迅速反向启动，这样做有利于提高生产率和保证磨削质量。4.4.4 使先导阀快跳为了进一步提高换向精度，磨床工作台液压换向回路中的先导阀亦应实现快跳，这样做就不会在工作台移动速度极慢时出现先导阀阀芯还没有达到换向点位置而换向阀阀芯已走完其第一次快跳途中使工作台停止运动，也不会使工作台在低速度下换向时出现停留时间过长、换向迟缓等现象，反而可以借助先导阀开始快跳时的位置来精确的调整工

51、作台的换向点、满足磨削阶梯轴或阶梯孔时的对刀需要。先导阀快跳还可以用来实现工作台的短距离换向（工作台抖动）：在有快跳动作的先导阀上，先导阀一快跳就会使阀上的主回油口完全打开，因此先导阀阀芯只要稍微偏离其中位置、发出换向信号就可以使通向换向阀两端的控制油路和主油路切换，在工作台两个挡块几乎夹住拨杆的情况下实现短距离（12mm）的换向。这对切入式磨削的提高磨削质量和工作效率并使砂轮磨损均匀来说，都是很有必要的。4.5 液压系统的特点这台磨床的液压系统具有如下的一些特点：1.采用了活塞杆固定式的双杆液压缸，为了保证左、右两个方向运动速度的一致，又减小了机床的占地面积。2.采用了结构简单，价格便宜而压

52、力损失又小的简单节流阀式调速回路，它对调速范围不大、负载很小且又基本上恒定的磨削加工来说是完全合适的。3.采用了出口节流式调速回路，液压缸回油腔中有背压力，可以防止空气渗入液压系统，并使质量较大的磨床工作台加速制动。至于停车后再起动时的工作台“前冲”现象，则可由缓慢转动开停阀来改善。 4.采用了把先导阀、换向阀和开停阀做在一个共同阀体内的液压操纵箱式结构。它能显著的缩小液压元件的总体积、缩短阀间通道长度、减少油管及管接头的数目，并改善液压系统的工作性能，此外，操纵也较方便。5.采取了能使先导阀快跳，能使换向阀实现一次快跳、慢速移动、二次快跳的油路结构，从而使工作台有可能获得很高的换向精度。 6

53、.设置了抖动缸，使工作台能做很短距离的高频抖动，有利于保证切入式磨削和阶梯轴（孔）磨削的加工质量。4.6 液压系统的计算 根据液压原理图和总体设计所给予的力、速度等参数，进行概略的计算。计算的目的要得到液压系统的两个参数：压力和流量。 已知M1432A万能外圆磨床：工作台运动速度m/min， 工作台、头尾架、工件、油缸（油缸移动）的总重量G600N4.6.1 计算工作台的负载查文献11得 =1479 +628 +81 +=2431.1N式中：平行床身导轨的轴向磨削力；很小可忽略不计。可见这台磨床的工作台负载主要不是磨削力，而是摩擦力、惯性力和背压力等；床身导轨的摩擦力。对于磨床中常用的V-平组

54、合导轨，计算为： =1479N式中：工作台、头架、尾架、工件等的总重量；V形导轨的夹角，一般；垂直于导轨的切向磨削分力，的计算为：，砂轮架电动机功率=4kw，砂轮架线速度m/s时，约为11657N；工作台导轨与床身导轨间的摩擦系数，起动时=0.15，低速时=0.10.12， 高速润滑良好时=0.050.08； 工作台在起动或制动过程中将产生加速度，其惯性力为：式中：起动或制动时间，一般取0.01 0.05s。总重量G轻时取小,G重时取大； 在时间内，速度从0到时的速度变化值； 重力加速度，g=9.81m/s2；背压：=31.420= 628N式中：背压力。回油节流调速时，背压力与负载、速度有关

55、，负载大，背压力小；速度低，背压力很大，甚至仅比工作压力小1020N/cm2。当工作台在快速或用背压阀获得背压力时，一般取2050N/cm2； 油缸有效面积：cm2式中：活塞直径，设为70mm；活塞杆直径，设为30mm；密封装置的摩擦力，按经验一般取。4.6.2 选择油缸的工作压力和确定油泵的供油压力 选择油缸的工作压力千克/和确定油泵的供油压力为250N/cm2的。4.6.3 计算工作台油缸直径D：由于 （4.1）得 D= = 67 mm 取70mm4.6.4 计算各油缸的流量和油泵流量：1.工作台油缸：L/min式中：工作台最快速度时油缸所需的最大流量； 工作台最快速度； 油缸有效面积。2

56、.砂轮架快速进退油缸：L/min式中：cm2（以快速引进位置计算，故不计d）。油泵流量： L/min我们选用16L/min的CBB16型齿轮油泵，虽与计算的流量有出入，但事实上工作台以最大速度运动，砂轮架同时作快速引进，这种机会很少而且也没有必要。为了尽量减少液压系统的发热，因此选用流量为16L/min的油泵，可以满足系统的需要。 4.6.5 计算油泵的电动机功率：Kw 在正常工作条件下，只需要0.36w。由于工作台换向时，瞬时压力将到200N/cm2左右，以及电机的实际使用功率最好是额定功率的，因此选用0.45Kw的电动机。4.6.6 计算油管内径： 吸油管： mm 压油管： mm式中：通过

57、油管的最在流量； 通过油管的油流速度。为减小过大的压力损失，对有限制：吸油管 m/s，压油管 m/s，所以：吸油管选 ； 压油管选 。4.6.7 油池的容积计算根据机床精度要求，一般要求油池温度不大于左右。对于开式油池，容积至少要有三分钟的流量：L4.7 本章小结 本章阐述了液压系统的原理、液压系统总体布局、液压系统的工作原理、液压系统的换向机构及其性能、液压系统的特点，并进行了设计和计算，对M1432A万能外磨床液压系统进行了完整的布局，并详细的说明了其原理，对其特点也进行了说明。第5章 工作台液压操纵箱及液压缸的设计5.1 工作台液压系统的功能M1432A型万能外圆磨床主要用于磨削IT5I

58、T7精度的圆柱形或圆锥形外圆和内孔，表面粗糙度在Ra=1.250.08之间。该工作台机床的液压系统具有以下功能：1.能实现工作台的自动往复运动，并能在0.054m/min之间无级调速，工作台换向平稳，起动制动迅速，换向精度高。2.传动系统具有必要的联锁动作。(1)工作台的液动与手动联锁，以免液动时带动手轮旋转引起工伤事故。(2)砂轮架快速前进时，可保证尾架顶尖不后退，以免加工时工件脱落。(3)磨内孔时，为使砂轮不后退，传动系统中设置有与砂轮架快速后退联锁的机构，以免撞坏工件或砂轮。(4)砂轮架快进时，头架带动工件转动，冷却泵启动；砂轮架快速后退时，头架与冷却泵电机停转。5.2 工作台液压系统的

59、工作原理根据第四章中工作台液压系统的工作原理如图（5.1）对工作台液压操纵箱进行设计。此工作台液压系统包括开停阀，节流阀，停留阀，先导阀，换向阀，单向阀等。依据其功能进行设计。开停阀：控制工作台的开停和工作台液动与手动联锁。节流阀：调节工作台速度。溢流阀：控制油速。先导阀：控制换向阀换向,使工作台换向时先进行制动。换向阀：工作台换向包括制动，停止和起步三阶段。单向节流阀：调节工作台在换向点上的停留时间。5.3 操纵箱的系统的特点在结构上采用了将开停阀、先导阀、换向阀、节流阀、抖动缸等组合一体的操纵箱。使结构紧凑、管路减短、操纵方便，又便于制造和装配修理。此操纵箱属行程制动换向回路，具有较高的换

60、向位置精度和换向平稳性。图5.1 工作台液压系统5.4 液压缸的结构如图5.2所示为M1432A万能外圆磨床一空心双活塞杆式液压缸的结构。由图可见，液压缸的左右两腔是通过油口b和d经活塞杆1和15的中心孔与左右径向孔a和c相通的。由于活塞杆固定在床身上，缸体10固定在工作台上，工作台在径向孔c接通压力油，径向孔a接通回油时向右移动；反之则向左移动。在这里，缸盖18和24是通过螺钉(图中未画出)与压板11和20相连，并经钢丝环12相连，左缸盖24空套在托架3孔内，可以自由伸缩。空心活塞杆的一端用堵头2堵死，并通过锥销9和22与活塞8相连。缸筒相对于活塞运动由左右两个导向套6和19导向。活塞与缸筒之间、缸盖与活塞杆之间以及缸盖与缸筒之间分别用O形圈7、V形圈4和17和纸垫13和23进行密封，以防止油液的内、外泄漏。缸筒在接近行程的左右终端时，径向孔a和c的开口逐渐减小，对移动部件起制动缓冲作用。为了排除液压缸中剩留的空气，缸盖上设置有排气孔5和14，经导向套环槽的侧面孔道(图中未