數(shù)控高速沖床液壓系統(tǒng)設(shè)計

王偉 宋源

【摘要】 開發(fā)設(shè)計適應(yīng)我國實際環(huán)境的高速沖床液壓系統(tǒng)是當(dāng)前我國科技工作的一個重要課題。本文將比例伺服控制的原理應(yīng)用到高速數(shù)控沖床液壓系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計中，這樣設(shè)計出的沖床液壓系統(tǒng)不僅安全可靠、結(jié)構(gòu)簡單，而且具有較高的沖壓頻率。

【關(guān)鍵詞】 沖壓設(shè)備 高速數(shù)控沖床 液壓系統(tǒng)

隨著我國工業(yè)逐步向現(xiàn)代化方向加速發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)體系逐步形成，國內(nèi)市場對于高速沖壓設(shè)備的需求愈加迫切，對其各方面的性能要求也越來越高。目前我國幾乎還不具備自主生產(chǎn)高速沖壓設(shè)備的液壓系統(tǒng)的能力，造成我國生產(chǎn)沖壓設(shè)備的成本很高，且進口的液壓系統(tǒng)不能很好的適應(yīng)我國的實際情況，所以，根據(jù)我國目前的實際情況，研制出適合我國國情的高速數(shù)控沖床液壓系統(tǒng)是一個亟待解決的課題。

一、沖壓設(shè)備的概述

要使沖壓技術(shù)得到更大發(fā)展，擁有更先進的沖壓設(shè)備是一個必備的前提，沖壓系統(tǒng)是沖壓設(shè)備重要的組成部分，是目前世界各國沖的壓系統(tǒng)主要采用機械式和液壓式，機械式是一種比較傳統(tǒng)的沖壓方式，其主要通過曲柄壓力機這一設(shè)備實現(xiàn)沖壓，曲柄壓力機的主要零部件有滑塊、曲軸、連桿等。液壓式?jīng)_壓機應(yīng)用液壓傳動系統(tǒng)來實現(xiàn)沖壓功能，其基本工作原理為YA1中有電流通過時液壓油在泵的作用下經(jīng)過電磁換向閥流入液壓缸下腔，這時液壓缸上腔的液壓油就會經(jīng)由單向閥3、電磁換向閥2后流回油箱，滑塊在活塞的帶動下向上運動；這時對YA2通電，電磁換向閥2的右位開始工作，滑塊會在活塞的帶動下向下運動，對工件進行沖壓，實現(xiàn)沖壓功能。

二、數(shù)控高速沖床液壓系統(tǒng)的設(shè)計

2.1系統(tǒng)的工況分析及方案的確定

設(shè)計的該款高速沖床不僅可以沖壓金屬，還能夠進行沖孔加工。對工件沖壓式，滑塊快速下降，接觸到工件時，滑塊速度降低，但壓力變大，以保證工件準(zhǔn)確的成形，完成沖壓過程后，滑塊快速上升。該液壓系統(tǒng)為達到快速沖壓的目的，設(shè)計系統(tǒng)的回路時采用了蓄能器+雙泵供油+差動連接的組合。選定比例伺服方向閥作為沖床液壓系統(tǒng)的控制元件，以滿足系統(tǒng)工作時需快速頻繁換向的要求。下圖是高速數(shù)控沖床液壓系統(tǒng)的原理圖。

1、電機 2、高壓大流量泵 3、低壓小流量泵 4、壓力表5、過濾器 6、空氣濾清器 7、冷卻器 8、液動換向閥 9、電磁換向閥 10、15.單向閥11、16.蓄能器 12、溢流閥 13、比例伺服閥 14、液壓缸

由上圖可知系統(tǒng)的工作原理：比例伺服閥的右位工作，泵2排除的液壓油和泵3排出后經(jīng)過液動換向閥8的液壓油一起流經(jīng)比例伺服閥，流入液壓缸的上腔，同時，缸上腔的油依次流經(jīng)8和13兩閥后也流進上腔，這樣就構(gòu)成差動回路，沖頭產(chǎn)生一個向下的快速運動。沖頭接觸到工件時，收到的壓力增大，達到閥8的最大承受壓力時，閥8的左位接通，泵3停止工作，差動回路中斷，此時泵2排出的高壓油流經(jīng)閥13 后進入液壓桿上腔，沖頭緩慢向下運動，沖壓工件。沖壓到規(guī)定的極限時，SQ2發(fā)出信號，比例閥接到負的輸入電壓信號，左位接通，同時系統(tǒng)的壓力自動降低，接通閥8的右位后，泵2和泵3一起將油泵如入液壓缸的下腔，上腔的油流經(jīng)閥13 后回到油箱，沖頭在活塞的帶動下迅速向上運動，至此就是一個工作循環(huán)的全過程。

2.2液壓系統(tǒng)基本工作參數(shù)

系統(tǒng)的額定最大工作載荷F= 200 Kn.系統(tǒng)由兩個泵供油，低壓泵額定壓力為7 Mpa，高壓泵額定壓力31.5 MPa。沖床的最大行程S為40mm，沖壓周期隨行程的變化而變化，當(dāng)沖壓行程設(shè)為12mm時，沖壓周期T為0.2s。

（1）計算缸筒內(nèi)徑D。已知系統(tǒng)最大負載為200KN，最大壓力P為0.8pn=25Mpa，設(shè)所受阻力f為25KN，根據(jù)公式D≥4（Fmax+ f）pπ得D=110mm。（2）活塞桿直徑d。活塞向下時的速度為v1=4qπd2，上升時速度為v2=4qπ（D2-d2），求v1+v2=V的最大值，發(fā)現(xiàn)22D=d=77.8時活塞完成一個工作循環(huán)用時最少。所以取d=80mm。（3）泵的排量。在一個工作循環(huán)中，油箱的出油量應(yīng)等于其進油量，所以一個工作循環(huán)的需要的總流Q=8πDSf= 34.2 L/min，所以低壓泵的理論流量為qt2= 30 L/min，高壓泵的為qt1= 10 L/min設(shè)定兩個泵的轉(zhuǎn)速均為1500 r/min。

根據(jù)公式qt= Vn得，高壓泵排量V1= 6.7 mL/r，低壓泵排量V2== 20 mL/r

根據(jù)以上計算，低壓泵決定選用排量V2= 20 mL/r，額定壓力pn2= 7 Mpa

的GFZB-5型齒輪泵，高壓泵選用排量V1= 6.3 mL/r，額定壓力pn1=31.5 MPa的GFZB-6閥配流軸向柱塞。

2.3速度驗算

以行程為12 mm，沖壓板的厚度為1 mm的條件下進行速度驗算。當(dāng)活塞下行時v1=4（q1+ q2）π d2= 13.09 cm/s，活塞上行時v2=4（q1+ q2）π（D2- d2）= 14.68 cm/s，這時的頻率為4.25HZ，即每分鐘內(nèi)可對工件沖壓265次。可見當(dāng)S=10mm，對厚度為1mms的工件沖壓時，可以實現(xiàn)f達到300/min以上的預(yù)定目標(biāo)。

三、結(jié)語

本文對沖床液壓系統(tǒng)進行了設(shè)計，采用比例伺服方向控制閥作為系統(tǒng)的控制元件，壓力系統(tǒng)根據(jù)負載的變化自動調(diào)整，且采用了雙泵交替供油的設(shè)計方案。其次根據(jù)沖床的使用要求，確定沖程、周期、頻率、壓力等工作參數(shù)，然后設(shè)計計算出了液壓系統(tǒng)的主要元件液壓缸的各個數(shù)據(jù)，最后經(jīng)過驗算，確定可以實現(xiàn)最初的設(shè)計目標(biāo)。

參 考 文 獻

[1]臧貽娟.數(shù)控高速沖床液壓系統(tǒng)設(shè)計及仿真[ D].山東：山東大學(xué)，2006.

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