自动钻床在完成工进后，为了防止在钻通要加工的孔后主轴突然前冲，我们要在回油路上安装背压阀。查表3-4液压缸参考背压表，回油路背压选择P2=0.8MPa。
表3-4液压缸参考背压
系统类型
回油路上有节流阀的调速系统 回油路上有调速阀的调速系统
回油路上装有背压阀 带补油泵的闭式回路
背压P2（MPa）
0.2～0.5 0.5～0.8 0.5～1.5 0.8～1.5
由表3-1 主轴零件选用表可知，活塞杆两端要装轴承。深沟球轴承选用滚动轴承 6208 GB/T 276-1994，其外径为80mm，查表3-5活塞杆直径系列表，活塞杆直径选用
d=100mm。
表3-5 活塞杆直径系列（GB2348-80）（mm）
4 20 56 5 22 63 6 25 70 200 8 28 80 220 10 32 90 250 12 36 100 280 14 40 110 320 16 45 125 360 18 50 140 400 160 180 由表3-2可知，当主轴工进时液压系统的负载最大F=2742N，由此可计算出液压缸的有效面积A为：
A??(D?d)422?FP1?Pb
式中：D——液压缸内径（mm）
d——液压缸活塞杆直径（mm）, d=100mm F——液压缸负载（N）, F=2742N
P1——液压缸工作压力（MPa）, P1=3MPa
Pb——回油路背压力（MPa）, Pb=P2=0.8MPa
所以可计算也液压缸内径D=117mm。为了便于采用标准的密封式元件，查表3-6对液压缸内径进行圆整。圆整后取D=125mm。
表3-4液压缸内径尺寸系列（GB2348-80）(mm)
8 40 10 50 12 63 16 80 20 （90） 25 100 32 （110） 机械设计制造及其自动化 何峰雷 第 21 页
125 320 （140） 400 160 500 （180） 630 200 220 250 液压缸基本尺寸确定后，要按最低工进速度验算液压缸的尺寸。即保证液压缸的有效工作面积要大于或等于保证最小稳定速度时的最小有效面积Amin。
即： A??(D?d)422≥Amin?qminVmin
式中，qmin——流量阀的最小稳定流量，qmin=0.05L/min
Vmin——液压缸的最低速度, Vmin=0.17m/min
由计算可得A=2767mm2≥Amin=294mm2,因此，液压系统基本尺寸满足最低速度的要求。
（三）液压缸材料的选择
液压缸材料的选择主要受以下几个因素的制约： （1）液压缸要有足够的强度； （2）液压缸要有足够的刚度； （3）液压缸要有很好的耐磨性能；
因此，基于以上因素及国内现有的液压缸材料，液压缸材料选择45号无缝钢管。 （四）液压缸各工作阶段的工作压力、流量和功率计算
根据液压缸的负载图和速度图以及上述液压缸的计算数值，可以计算出液压缸工作各阶段的压力、流量和功率。在计算时工进时背压按Pb=0.8MPa代入，快退快进时背压按Pb=0.5MPa代入计算。计算公式及计算结果列于表3-5中。
自动钻床快进和工进时，液压缸上油缸进油下油缸回油；快退时液压缸下油缸进油上油缸回油。
因此计算液压缸工作各阶段的压力、流量和功率如下表示（表3-5）：
表3-5 液压缸所需的实际流量、压力和功率
工作循环 计算公式
Pj=Pn-
进油压力 回油压力 所需流量
Pj（MPa） Pn（MPa） q（L/min）
输入功率
P（kw）
FA
0.43
0.5
8.3
0.06
主轴快进
=VA P=Pjq
qPj=Pn+
FA
1.8
0.8
0.47
0.02
主轴工进
=VA P=Pjq
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Pj=Pn+
FA
0.6
0.5
8.3
0.08
主轴快退
=VA P=Pjq
q注：表中A为液压缸有效面积，V为各阶段稳定速度。
（五）液压缸壁厚和最小导向长度的计算
液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。
液压缸的壁厚一般是指缸筒结构中最薄处的厚度。因壁厚不同可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。
液压缸的内径D与其壁厚δ的比值D/??10圆筒称为薄壁圆筒。工程机械的液压缸大多属于薄壁圆筒结构，其壁厚按薄壁圆筒公式计算：
??pyD2???式中 δ—液压缸壁厚（m）；
D—液压缸的内径（m）；
py—试验压力，一般取最大工作压力的（1.25～1.50）倍； [σ]—缸筒材料的许用应力。其值：锻钢：[σ]=110～120MPa；
铸钢：[σ]=100～110MPa；无缝钢管：[σ]= 100～110MPa；高强度铸铁：[σ]=60MPa；灰铸铁：[σ]=25MPa。
根据表3-5中计算的结果，代入计算公式中，可计算出液压缸壁厚δ=4mm。考虑到与缸盖的联接，所以设计中取液压缸的壁厚δ=8mm。
最小导向长度是指当活塞杆全部外伸时，从活塞支撑面中点到缸盖滑动支撑面中点的距离H称为对一般的液压缸，最小导向长度H应满足以下要求
H?L20?D2式中 L—液压缸的最大行程；
D—液压缸的内径。
本设计中液压缸的最大行程为100mm，液压缸的内径为125mm，代入上式可计算得出H≥67.5mm,设计中取H=70mm。 （六）液压系统原理图
自动钻床要完成快进、工进和快退的工作循环。快进和工进时进给液压缸上油缸进油下油缸出油，而快退时进给液压缸下油缸进油上油缸出油，因此液压控制时只需一次换向。考虑到系统工进完后，需要定时停留，因此，换向阀选择具有中位封闭功
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能的三位四通电磁换向阀。由于快进快退和工进时的速度不一样，所以系统要有调整装置。根据系统参数可知，液压系统运动速度不是太大，负载也不大，因此，调整系统选择进口节流调整，该调整系统具有较好的低速稳定性和速度负载特性；液压泵选用单向定量液压泵。
自动钻床液压进给系统控制原理图如图3-8示。
快进快退工进
图3-8 自动钻床液压进给系统控制原理图
1、三位四通电磁换向阀2、二位二通电磁换向阀3、调速阀4、液压缸
5、二位三通电磁换向阀6、7、8、溢流阀（6、7作背压阀用）9、液压泵10、过滤器
快进时，液压系统在PLC自动控制下启动，电磁铁1Y得电，三位四通电磁换向阀1接入左位，液压泵9供油经二位二通电磁换向阀2进入液压缸4上腔，回油经三位四通电磁换向阀1、二位三通电磁换向阀5、溢流阀6回油箱。
工进时，电磁铁1Y、3Y和4Y得电，三位四通电磁换向阀1接入左位，二位二通电磁换向阀2接入左位，二位三通电磁换向阀5位入左位，液压泵9供油经调整阀3进入液压缸4上腔，回油经三位四通电磁换向阀1、二位三通电磁换向阀5和溢流阀7回油箱。
主轴停留，三位四通电磁换向阀1处于中位，液压泵9供油在达到一定压力的条件下回油箱，液压系统处于稳定平衡状态。停留时间由PLC定时控制。
快退时，电磁铁2Y，三位四通电磁换向阀1接入右位，液压泵9供油到液压缸4下腔，回油经二位二通电磁换向阀2、三位四通电磁换向阀1、二位三通电磁换向阀5和溢流阀6回油箱。
工作循环过程中电磁铁动作表（表3-6）：
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表3-6 电磁铁动作表
工作阶段 快进 工进 停留 快退 1Y + + - - 2Y - - - + 3Y - + + - 4Y - + + -
（七）液压元件的选择
1、液压泵的选择
液压泵的最高工作压力可按下式计算：
Pp?P1???P
3-5 P1=1.8MPa
式中，Pp——液压泵的最高工作压力
P1——液压缸的最大工作压力；查表
??P——进油管路总压力损失；初算时简单系统可取0.2～
0.5MPa，复杂系统可取0.5～1.5MPa。取
??P=0.5MPa
根据上式及数据值，可计算出Pp=2.3MPa。计算出的Pp是系统的静态压力，因为系统在各种工况的过度阶段出现的动态压力往往超过静态压力。另外考虑到一定的压力储备量，并确保泵的寿命，因此选泵的额定压力Pn应满足Pn?(1.25～1.6)Pp，中低压系统取小值，高压系统取大值。所以泵的额定压力Pn为：
Pn=1.25Pp=2.9MPa
液压泵的最大流量qp应满足下面公式：
qP?KL(?qmax)
式中，qp——液压泵的最大流量
?qmax——同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值。如
果这时溢流阀正在进行工作，需加上溢流阀的最小溢流量2～3L/min；查表3-5取?qmax=8.3L/min；
KL——系统泄漏系数，一般取KL?1.1～1.3，式中取KL?1.2；
所以计算出qp≥9.96L/min。
根据上面计算的压力和流量，查《机械设计手册》液压泵产品样本，选择YB1-12型，其额定压力为6.3MPa，排量为12mL/r,额定转速为960r/min，驱动功率为2KW。其具有结构简单、性能稳定、压力流量脉动小、噪声低和寿命长等优点。
2、液压泵驱动电机的选择
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