專用銑床液壓系統(tǒng)設計_百度文庫

1、攀枝花學院本科課程設計（論文）專用銑床液壓系統(tǒng)設計學生姓名： *學生學號： 200910601113院（系）： 機械工程學院年級專業(yè)： 09機制 1 班指導教師： *二0一二 年 六 月攀枝花學院教務處制目 錄摘 要 . I ABSTRACT . II緒論 . . 1 1 設計題目 . . 21.1設計題目 . . 2 2 工況分析 . . 22.1負載分析 . 22.2運動分析 . 4 3 確定液壓缸的參數 . . 53.1初選液壓缸的工作壓力 . . 53.2確定液壓缸的尺寸 . 53.3液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率的計算值 . 63.4繪制液壓缸工況圖. . . 6 4 液壓

2、系統(tǒng)圖的擬定 . . 94.1 制定液壓回路方案 . 94.2 擬定液壓系統(tǒng)圖 . . 11 5 液壓元件的選擇 . . 125.1 液壓泵及驅動電機的選擇 . 125.12液壓泵的流量計算 . 125.2 閥類元件及輔助元件的選擇 . 135.3油管的選擇 . 145.4 油箱的計算 . 155.5 吸油管和過濾器之間管接頭的選擇 . 155.6 堵塞的選取 . 165.7 空氣過濾器的選取 . 16 6 液壓系統(tǒng)性能的驗算 . 166.1 驗算系統(tǒng)壓力損失并確定壓力閥的調整值 . 176.2 油液溫升驗算 . 19 7 油箱的設計 . 207.1 壁厚、箱頂及箱頂元件的設計 . 217.2

3、 箱壁、清洗孔、吊耳、液位計的設計 . 217.3 箱底、放油塞及支架的設計 . 217.4 油箱內隔板及除氣網的設置 . 227.5油箱的裝配圖的繪制 . 23 參考文獻 . 24 總結 . . 25 致謝 . . 26緒 論隨著科學技術和工業(yè)生產的飛躍發(fā)展，國民經濟各個部門迫切需要各種各樣的質量優(yōu)、性能好、能耗低、價格廉的液壓機床產品。其中，產品設計是決定產品性能、質量、水平、市場競爭能力和經濟效益的重要環(huán)節(jié)。產品的設計包括液壓系統(tǒng)的功能分析、工作原理方案設計和液壓傳動方案設計等。這些設計內容可作為液壓傳動課程設計的內容。很明顯，液壓系統(tǒng)設計本身如果存在問題，常常屬于根本性的問題，可能造成

4、液壓機床的災難性的失誤。因此我們必須重視對學生進行液壓傳動設計能力的培養(yǎng)。作為一種高效率的專用機床，組合機床在大批、大量機械加工生產中應用廣泛。本次課程設計將以組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)設計為例，介紹該組合機床液壓系統(tǒng)的設計方法和設計步驟，其中包括組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)的工況分析、主要參數確定、液壓系統(tǒng)原理圖的擬定、液壓元件的選擇以及系統(tǒng)性能驗算等。組合機床是以通用部件為基礎，配以按工件特定外形和加工工藝設計的專用部件和夾具而組成的半自動或自動專用機床。組合機床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時加工的方式，生產效率比通用機床高幾倍至幾十倍。組合機床兼有低成本和高效率的優(yōu)點，在大批、大

5、量生產中得到廣泛應用，并可用以組成自動生產線。組合機床通常采用多軸、多刀、多面、多工位同時加工的方式，能完成鉆、擴、鉸、鏜孔、攻絲、車、銑、磨削及其他精加工工序，生產效率比通用機床高幾倍至幾十倍。液壓系統(tǒng)由于具有結構簡單、動作靈活、操作方便、調速范圍大、可無級連讀調節(jié)等優(yōu)點，在組合機床中得到了廣泛應用。1 設計題目1.1設計題目設計一臺專用銑床，銑頭驅動電機的功率為7.44千瓦，銑刀直徑為130mm ，轉速350轉/分，如工作臺質量為437公斤，工件和夾具的質量為258公斤，工作臺的行程為426mm ，工進行程為134mm ，快進快退速度為4.85米/分，工進速度為601000毫米/分，其往復

6、運動的加速（減速）時間為0.05秒，工作臺用平導軌靜摩擦系數0.2s f =，動摩擦系數0.1d f =，試設計該機床的液壓系統(tǒng)。設計參數銑頭驅動電機的功率（KW ）： P =7.44銑刀直徑（mm ）： D =130工作臺質量（Kg ）： M=437工件和夾具的質量（Kg ）： M=258工作臺快進、快退速度（m/min）：V = 4.85工進速度 (mm/min V = 601000工作臺液壓缸快進行程（mm ）： L 1=426工作臺液壓缸工進行程（mm ）： L 2=134工作臺導軌面靜摩擦系數： 0.2s f =工作臺導軌面動摩擦系數： 0.1d f =，往復運動的加速（減速）時間（

7、t ）：t =0.05攀枝花學院學生課程設計（論文） 2 工況分析2 工況分析2.1負載分析銑床工作臺液壓缸快進階段，啟動時的外負載是導軌靜摩擦阻力，加速時的負載是導軌動摩擦阻力和慣性力，恒速時是動摩擦阻力，在快退階段的外負載是動摩擦阻力，銑床工作臺液壓缸在工進階段的外負載是工作負載，即刀具銑削力及動摩擦阻力。根據給定條件，先計算工作臺運動中慣性力m F ，工作臺與導軌的動摩擦阻力fd F 和靜摩擦阻力fs F69504.85/60G m F v F N g t = (2-1 12( 0.1(43702580 695fd d G G F f F F =+=+=(N (2-2 12( 0.2(4

8、3702580 1390fS s G G F f F F =+=+=(N (2-322258102580G F m g =(N由銑頭的驅動電機功率可以求得銑削工作負載t F ：t PF v=2.3816060n d v =所以，7440t P F v =（N ）同時考慮到液壓缸密封裝置的摩擦阻力（取液壓缸的機械效率0.9m =），工作臺的液壓缸在各工況階段的負載值列于表2-1中，負載循環(huán)圖如圖2-1所示。 圖2-1液壓缸負載循環(huán)圖2.2運動分析根據給定條件，快進、快退速度為0.081m/s，其行程分別為294mm 和 426mm ，工進速度為601000mm/min（即0.0010.0167m

9、/s），工進行程134mm ，繪出速度循環(huán)圖如圖2-2所示 圖2-2 液壓缸速度循環(huán)圖3 確定液壓缸的參數3.1初選液壓缸的工作壓力專用銑床歸屬于半精加工機床，根據液壓缸推力為4243N （表2-1）, ，初選液壓缸的設計壓力為53010Pa.3.2確定液壓缸的尺寸由于銑床工作臺快進和快退速度相同，因此選用單桿活塞式液壓缸，并使122A A =, 快進時采用差動連接，因管路中有壓力損失，快進時回油路壓力損失取5510p =Pa ，快退時回油路壓力損失亦取5510p =Pa 。工進時，為使運動平穩(wěn)，在液壓缸回路油路上須加背壓閥，背壓力值一般為5(510 10 Pa, 選取背壓52610p =Pa

10、 。確定液壓缸尺寸取液壓缸無桿腔作工作腔列液壓缸力的平衡方程： 專用銑床液壓缸力的平衡圖根據1122( m F P A P A =-, 可求出液壓缸大腔面積1A 為2152142432m F A m P =-(3-10.088D m = (3-2 根據GB2348-80圓整成就近的標準值，得D=90mm，液壓缸活塞桿直徑63.65d mm =，根據GB2348-80就近圓整成標準值d=63mm，于是液 壓缸實際有效工作面積為= (3-3=-=-= (3-43.3液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率的計算值 3.4繪制液壓缸工況圖根據表3-1計算結果，分別繪制p-L 、Q-L 和P-L 圖，

11、如圖3-1所示 p-L 圖 Q-L 圖 P-L 圖4 液壓系統(tǒng)圖的擬定4.1 制定液壓回路方案這臺機床液壓系統(tǒng)功率很小，滑臺運動速度低，工作負載變化小，可以采用進口調速回路的形式。為了解決進口調速回路在負載變化時的突然前沖現(xiàn)象，回油路上要設置背壓閥。由于液壓系統(tǒng)選用了節(jié)流調速的方式，系統(tǒng)中的油液循環(huán)必定是開式的。從系統(tǒng)壓力流量表1-3中可以看到，在液壓系統(tǒng)的工作循環(huán)內，液壓缸要求壓力變化不大?？爝M、快退所需的時間和工進所需的時間分別為：111331313(/ (/ ( /(294426 10/0.058312t l v l v l l v s-=+=+=+= （4-1）3222/13210/(

12、1/60 8t l v s -= （4-2）或：3222/13210/(0.06/60 133t l v s -= 所以工進時間占總時間的比率為：2128132100%100%82.3%89.3%(8132 12t t t +=+ （4-3） 因此從節(jié)能和節(jié)約成本的角度考慮，采用單個液壓泵就可以滿足系統(tǒng)的工作要求銑床加工零件時，有順銑和逆銑兩種工作狀態(tài)，故選用單向調速閥的回油節(jié)流調速，如圖4-3所示。由于已經選用節(jié)流調速回路，故系統(tǒng)必然為開式循環(huán)。換向回路選用了三位四通“O ”型中位機能的電磁換向閥實現(xiàn)液壓缸的進退和停止，如圖4-2所示。采用二位三通電磁換向閥實現(xiàn)液壓缸快進時的差動連接，如圖4

13、-4所示。由于本機床工作部件終點的定位精度無特殊要求，故采用行程控制方式即活動擋塊壓下電氣行程開關，控制換向閥電磁鐵的通斷電以及死擋鐵即可實現(xiàn)自動換向和速度換接。在液壓泵進口設置一過濾器以保證吸入液壓泵的油液清潔，出口設一單向閥以保護液壓泵，在該單向閥與液壓泵之間設一壓力表及其開關，以便溢流閥調壓和觀察，如圖4-5所示。 圖4-1液壓油源的選擇 圖4-2換向回路 圖4-3 速度換接回路 圖4-4 差動回路 圖4-5 輔助回路4.2 擬定液壓系統(tǒng)圖在制定個液壓回路方案的基礎上，經整理所得到的液壓系統(tǒng)原理圖如圖。由電磁鐵動作順序表更容易了解系統(tǒng)的工作原理及各工況下的油液流動路線。 工況快進工進快退

14、原位停止電磁鐵狀態(tài)1YA 2YA 3YA +-+-5 液壓元件的選擇5.1 液壓泵及驅動電機的選擇液壓缸在整個工作循環(huán)中的最大工作壓力出現(xiàn)在快退階段，其值為1.007MPa ，由于進油路元件較少，故液壓缸間的進油路上的壓力損失估取為0.5MPa ，則泵的最大工作壓力p p 應為：泵的供油流量按液壓缸的快進（恒速時）階段的流量q=4.03L/min進行估算。由于系統(tǒng)流量較小，故取泄漏系數K=1.3，則液壓泵供油流量p q 應為根據系統(tǒng)所需流量，擬初選液壓泵的轉速為1450 r/min，泵的容積效率為v =0.8，由此可得泵的排量參考值為Vg =1000qv /（n1*v ）=1000*4.03/

15、(1450*0.8=4.474(/mL r 根據以上壓力和流量數值查閱產品樣本，最后確定選取YB1-6型葉片泵，泵的額定壓力為pn =6.3MPa,液壓泵的理論排量為: 6/V mL r =，容積效率v =0.8，泵的額定轉速為1450r/min。輸出流量為比系統(tǒng)所需的流量稍大。由于液壓缸在快退階段的輸入功率最大，這時液壓泵的工壓力為1.507MPa 、流量為4.03L/min。取泵的總效率0.8p =，則液壓泵的驅動電機的所需功率為：p pp pppp q p q P kw += （5-1）根據此數值按JB/T8680.11998，查閱電動機產品樣本選取Y801-4型三相異步電動機，其額定功

16、率為0.55n P kw =，額定轉速1390/min n n r =。用此轉速驅動液壓泵時，泵的實際輸出流量為6.67L/min，仍能夠滿足系統(tǒng)工作時各工況對流量的要求。5.2 閥類元件及輔助元件的選擇根據閥類及輔助元件所在的油路的最大工作壓力和通過該元件的最大實際流量，可以選出這些液壓元件的型號及規(guī)格見表5-1，表中序號與圖4-6中標號相同。 5.3油管的選擇各元件間連接管道的規(guī)格按元件接口處尺寸決定，液壓缸進、出口油管則按輸入、排出的最大流量計算。由于液壓泵具體選定之后液壓缸在各個階段的進、出流量由節(jié)流閥與調速閥決定，故液壓缸在各個階段的進、出流量均可調整到與原定數值相同，進出液壓缸無桿

17、腔的流量，在快退和差動工況時為2Q ，所以管道流量Q 按12/min L 計算。液壓缸在各階段的進、出流量及流速表5-2：表5-2 液壓缸的進、出流量及流速 由表中數據可知所選液壓泵的型號、規(guī)格是適宜的。由表3-1可知，該系統(tǒng)中最大壓力小于3MPa 2.53m/s；所以當油液在壓力管中流速取3m/min時，公式d =（5-3） 229.7d mm = 故可取內徑為10mm 的管道。226.87d mm = 故可取內徑為7mm 管道。5.4 油箱的計算5.5 吸油管和過濾器之間管接頭的選擇在此選用卡套式軟管接頭查機械設計手冊4表23.966得其連接尺寸如下表： 5.6 堵塞的選取考慮到鋼板厚度只

18、有4mm ，加工螺紋孔不能太大，查中國機械設計大典表42.7178選取外六角螺塞作為堵塞，詳細尺寸見下表 5.7 空氣過濾器的選取按照空氣過濾器的流量至少為液壓泵額定流量2倍的原則，即： 226.96/min 13.92(/min qq L L p >=過濾器選用EF 系列液壓空氣過濾器，參照機械設計手冊表23.8-95得，將其主要參數列于下表： 6 液壓系統(tǒng)性能的驗算6.1 驗算系統(tǒng)壓力損失并確定壓力閥的調整值由于系統(tǒng)的油路布置尚未具體確定，整個系統(tǒng)的壓力損失無法全面估算，故只能先按式2(r rq p p q =估算閥類元件的壓力損失，待設計好管路布局圖后，加上管路的沿程損失和局部損失

19、即可。但對于中小型液壓系統(tǒng)，管路的壓力損失甚微，可以不予考慮。壓力損失的驗算應按一個工作循環(huán)中不同階段分別進行?；_快進時，液壓缸差動連接，由表5-1和表5-2可知，進油路上油液通過單向閥3電磁換向閥2的流量是6.67L/min，然后與有桿腔的回油匯合，以13.34L/min通過行程閥7并進入無桿腔, 從而進油路上的總壓降為：2220.2(6.67/63 0.5(6.67/80 0.25(13.34/63 0.0169Vp MPa =+= (6-1此壓力值不大，不會會使壓力閥打開，故可保證從節(jié)流閥流出的油液全部進入液壓缸?；赜吐飞?，液壓缸有桿腔中的油液通過電液換向閥2和單向閥3的流量都是6.6

20、7L/min，然后與液壓泵的供油合并，經行程閥7流入無桿腔。由此可算出快進時有桿腔壓力2p 與無桿腔壓力1p 之差。212220.5(6.67/80 0.2(6.67/63 0.25(13.34/63 0.0169p p p MPa=-=+=(6-2此值小于原估計值0.5MPa （見表3-1），所以是偏安全的。工進時，油液在油路上通過單向閥3和電磁換向閥2的流量為2.0L/min，在調速閥6處的壓力損失為0.5MPa ；油液在回油路上通過換向閥2的流量是1.0L/min，在背壓閥7處的壓力損失為0.5MPa ，通過順序閥10的流量為（1.0+6.67）L/min，因此這時液壓缸回油腔的壓力2p

21、 為:22可見此值小于原估計值0.8MPa 。故可按表3-1中公式重新計算工進時液壓缸進油腔壓力1p ，即：6121(' /10 2.282p F p A A MPa =+=6-4-4(4059+0.505101010/(2010 (6-4 此值與表3-1中數值2.330MPa 相近。溢流閥4的調壓1p Ap 應快退時，油液在進油路上通過單向閥3、電磁換向閥2的流量為13.7L/min，油液在回油路上通過換向閥2和單向閥3的流量為27.4L/min. 因此進油路上總壓降為：2210.3(6.67/1000.5(6.67/80 0.0048V pMPa =+= (6-6此值較小，液壓泵驅

22、動電機的功率是足夠的。所以快退時液壓泵的最大工作壓力pp 應為：112.282+0.0048=2.286MPap V p p p =+= (6-7因此大流量液壓泵卸荷的順序閥11的調節(jié)器壓應大于2.286MPa 。6.2 油液溫升驗算液壓系統(tǒng)總發(fā)熱功率計算 液壓泵輸入功率：1307409.3( 0.75BpQN W =或 11(1 409.3(10.009 405.6( H N W =-=-= (6-10油箱散熱面積：211.15( A m = (6-11 油液溫升：1T H T C A=，取15T C =，則 1405.6T H T C A =（）(6-12 溫升沒有超出允許范圍2535的范

23、圍，液壓系統(tǒng)中不需要設置冷卻器。7 油箱的設計 圖7-1 油箱外形圖根據有關手冊及資料初步確定其外形尺寸為如表7-1所示：表7-1 油箱的輪廓參數 7.1 壁厚、箱頂及箱頂元件的設計由表中數據分析可采取鋼板焊接而成，故取油箱的壁厚為：3mm =，并采用將液壓泵安裝在油箱的上表面的方式，故上表面應比其壁要厚，同時為避免產生振動，則頂扳的厚度應為壁厚的4倍以上，所以取：55315mm =頂，并在液壓泵與箱頂之間設置隔振墊。在箱頂設置回油管、泄油管、吸油管、通氣器并附帶注油口，即取下通氣帽時便可以進行注油，當放回通氣帽地就構成通氣過濾器，其注油過濾器的濾網的網眼小于250m ，過流量應大于20L/m

24、in。另外，由于要將液壓泵安裝在油箱的頂部，為了防止污物落入油箱內，在油箱頂部的各螺紋孔均采用盲孔形式，其具體結構見油箱的結構圖。7.2 箱壁、清洗孔、吊耳、液位計的設計在此次設計中采用箱頂與箱壁為不可拆的連接方式，由于油箱的體積也相對不大，采用在油箱壁上開設一個清洗孔，在法蘭蓋板中配以可重復使用的彈性密封件。法蘭蓋板的結構尺寸根據油箱的外形尺寸按標準選取，具體尺寸見法蘭蓋板的零件結構圖，此處不再著詳細的敘述。為了便于油箱的搬運，在油箱的四角上焊接四個圓柱形吊耳，吊耳的結構尺寸參考同類規(guī)格的油箱選取。在油箱的箱體另一重要裝置即是液位計了，通過液位計我們可以隨時了解油箱中的油量，同時選擇帶溫度計

25、的液位計，我們還可以檢測油箱中油液的溫度，以保證機械系統(tǒng)的最佳供油。將它設計在靠近注油孔的附近以便在注油時觀察油箱內的油量。7.3 箱底、放油塞及支架的設計在油箱的底設置放油塞，可以方便油箱的清洗和換油，所以將放油塞設置在油箱底傾斜的最低處。同時，為了更好地促使油箱內的沉積物聚積到油箱的最低點，油箱的傾斜坡度應為：1/251/20。在油箱的底部，為了便于放油和搬運方便，在底部設置支腳，支腳距地面的距離為150mm ，并設置加強筋以增加其剛度，在支腳設地腳螺釘用的固定。7.4 油箱內隔板及除氣網的設置為了延長油液在油箱中的逗留時間，促進油液在油箱中的環(huán)流，促使更多的油液參與系統(tǒng)中的循環(huán)，以更好地

26、發(fā)揮油箱的散熱、除氣、沉積的作用，在油箱中的上下板上設置隔板，其隔板的高度為油箱內油液高度的2/3以上。并在下隔板的下部開缺口，以便吸油側的沉積物經此缺口至回油側，經放油孔排出。如圖8： 在油箱中為了使油液中的氣泡浮出液面，并在油箱內設置除氣網，其網眼的直徑可用網眼直徑為0.5mm 的金屬網制成，并傾斜1030布置。 在油箱內回油管與吸油管分布在回油測和吸油測，管端加工成朝向箱壁的 45斜口，以便于油液沿箱壁環(huán)流。油管管口應在油液液面以下，其入口應高于底面23倍管徑，但不應小于20mm ，以避免空氣或沉積物的吸入或混入。對泄油管由于其中通過的流量一般較小，為防止泄油阻力，不應插入到液面以下。另外在油箱的表面的通孔處，要妥善密封，所以在接口上焊上高出箱頂20mm 的凸臺，以免維修時箱頂的污物落入油箱。圖7-