曲轴斜油路孔专机液压系统设计（全套含CAD图纸）
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- I - 曲轴斜油路孔专机液压系统设计 摘要 本文的第一部分是设计一个曲轴钻斜油路孔专机液压系统，采用液压传动主要是因为其具有工作比较平稳，体积小，反应快，输出功率大，易于实现自动化和过载保护等优点。 本液压系统所要完成的任务是小直径深孔加工（孔直径为 90如果采用一般孔的加工方式，在钻削时，切削将很容易堵塞而且钻头很容易折断，为了避免以上的问题的发生，要采用分级进给的加工方法对斜油路孔进行加工，即在加工过程中钻头定期退出以排除切削，根据斜油路孔分级进给的加工方法，液压系统的设计所要实现的 是曲轴工件的定位，夹紧，松开，拔销，以及机床主轴的快速前进 工作进给 快速退回 快速前进工作进给 原位停止的加工过程。 在整个液压传动机构中，泵源选用了双叶片泵供油，低压泵（大流量）用于快速进给和快速退回，高压泵（小流量）用于快速进给，优点是流量均匀，旋转平稳，噪音小，控制简便。由于本液压传动系统属于小功率调速方式采用了调速阀式进口节流调速回路，起速度换接方式为电磁阀的快慢速换接回路。定位夹紧系统采用了二位五通电磁阀的夹紧方式，可以保证系统工作可靠性。 本文第二部分是液压系统的电气控制部分， 是应用 现的， 传统的继电器 接触器控制系统比较，具有可靠性高，逻辑功能强，体积小，可在线修改控制程序，具有远程通信联网功能，易于与计算机接口，能对模拟量进行控制，具备高速计数与位控等高性能模块等优异性能。 用了德国西门子 列 ，同时扩展了一个输出模块 关键词 : 液压系统 ； 组合机床 ； 制器 - of he is to a to to is is to an is in of .0 0 , if in in to to of to to in to to to to of of to of is of to of go to to go to of In to a a to is a is to to to so to to to to as of of to to on of is an is LC in is is to to to to in an in in LC to 7 目录 摘要 . I . 1 章 绪论 . 1 压传动发展，概括和特点 . 1 压传动发展 . 1 压传动概况 . 1 压传动特点 . 2 发展概况 . 3 目的意义和目的 . 3 内外文献综述 . 4 文所要研究的内容 . 4 第 2 章 分级进给系统设计 . 5 作状况分析 . 5 孔加工应考虑的问题 . 5 善深孔加工条件的措施 . 5 级进给的工作循环 . 6 级进给工作循环图 . 6 压系统和控制挡铁的工作原理 . 6 第 3 章 液压系统设计及计算 . 8 统设计要求 . 8 析系统工况 . 8 定执行元件的工作压力 . 9 选液压缸的 工作压力 . 9 定液压缸的主要结构系数 . 9 算液压缸的工作压力 ,流量和功率 . 9 紧缸的设计 . 10 系统原理图 . 11 度控制回路的选择 . 11 向和速度换接回路的选择 . 11 力控制回路的选择 . 12 紧回路的选择 . 12 择元件 . 12 择液压泵 . 12 液压泵匹配的电动机的选定 . 13 定管道尺寸 . 13 - V - 压油箱容积的确定 . 14 压系统的验算 . 14 第 4 章 液压集成块结构设计 . 15 压集成回路设计 . 15 压集成块及其设计 . 15 板的设计 . 15 盖的设计 . 15 成块的设计 . 16 第 5 章 液压站的设计 . 17 箱的设计 . 17 压油箱有效容量的确定 . 17 箱的外形尺寸 . 17 压油箱的结构设计 . 17 压站的结构设计 . 20 压泵与电机安装方式 . 20 压泵的安装以及液压泵和电动机的联轴器 . 20 压站的结构设计 . 21 制要求 . 21 制控制原理图 . 21 要注意的问题 . 21 第 6 章 液压系统的 制 . 22 继电器 . 22 择 品和此产品的优点 . 22 7硬件组成 . 22 本单元 . 22 定系统的总点数 . 22 定 型号 . 23 工作方式 . 23 作电源 . 23 入输出及状态显示 . 23 展单元 . 23 7地址分配方法 . 24 O 地址分配 . 24 制面板 . 25 部接线图 . 26 形图 . 27 结论 . 29 致谢 . 30 - 参考文献 . 31 附录 . 32 - 1 - 第 1章 绪论 压传动发展，概括和特点 压传动发展 液压传动相对于机械传动来说，是一门新的技术， 如果从十七世纪中 叶巴斯卡提出静压传递原理，十八世纪末英国制成世界第一台水压机算起 ，液压传动已有二，三百年的历史。然而液压传动的真正推广使用是最近三，四十年的事。 十九世纪末，德国制成了液压龙门刨床，美国制成了液压六角车床和磨床。由于没有成熟的液压元件，一些通用的机床直到本世纪 30 年代才开始采用液压传动，而且仍很不普通。第二次世界大战期间，某些兵器用上 了反映快，动作准，功率大的液压传动装置，推动了液压技术的发展。战 后，液压技术迅速转向民用，在机床，工程机械，农用机械，汽车等行业中逐步推广。本世纪 60 年代以后， 随着原子能，空间技术，计算机技术等的发展，液压技术得到了大的发展，渗透到国民经济的各个领域中去。当前，液压技术正向高压，高速，大功率，高效，低噪音，经久耐用，高度集成化等方向发展；同时，新的液压元件和液压系统的计算机辅助设计，计算机仿真和优化，微机控制等方向发展。 压传动概况 液压传动控制是工业中经常用到的一种控制方式，它采用液压完成传递能量的过程。因为液压传动控制方式的灵活性和便捷性，液压控制在工业上受到广泛的重视。液压传动是研究以有压流体为能源介质，来实现各种机械和自动控制的学科。液压传动利用这种元件 来组成所需要的各种控制回路，在由若干回路有机组合成为完成一定控制功能的传动系统来完成能量的传递，转换和控制。 从原理上来说，液压传动所基于的最基本的原理就是帕斯卡原理，就是说液体各处的压强是一致的，我们所常见的液压千斤顶就是利用了这个原理来达到力的传递。 液压传动中所需要的元件主要有动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件等。其中液压动力元件是为液压系统产生动力的部件，主要包括各种液压泵。液压泵依靠容积变化原理来工作，所以一般也称为容积液压泵。在选择液压泵的时候主要需要注意的问题包括消耗的能量、效率、降- 2 - 低噪音 。 液压执行元件是用来执行将液压泵提供的液压能转化变成机械能的装置，主要包括液压缸和液压马达。液压马达是与液压泵做相反的工作装置，也就是把液压的能量转换成为机械能，从而对外做功。 液压控制元件用来控制液体流动的方向、压力的高低以及对流量的大小进行预期的控制，以满足特定的工作要求。正是因为液压控制元器件的灵活性，使得液压控制系统能够完成不同的活动。液压控制元件按照用途可以分成压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀。按照操作方式可以分成人力操纵阀、机械操纵阀、电动操纵阀等。 除了上述的元件以外，液压控制系统还需要液 压辅助元件。这些元件包括管路和管接头、油箱、过滤器、蓄能器和密封装置，通过以上的各个器件，我们就能够建设出一个液压回路。所谓液压回路就是通过各种液压器件构成的相应的控制回路。根据不同的控制目标，我们能够设计不同的回路，比如压力控制回路、速度控制回路、多缸工作控制回路等。 液压作为一个广泛应用的技术，在未来更是有广阔的前景。随着计算机的深入发展 ，液压控制系统可以和智能控制技术、计算机控制 技术等技术结合起来，这样就能够在更多的场合中发挥作用，也可以各加精巧的、更加灵活的完成预期的控制任务。 压传动特点 (1) 与电动机相比，在同等体积下，液压装置能产生更大的动力，也就是说，在同等功率下，液压装置的体积小、重量轻、结构紧凑，即它具有大的功率密度或力密度，力密度在这里指工作压力。 (2) 液压装置容易做到对速度的无级调节，而且调速范围大，并且对速度的调节还可以在工作过程中进行。 (3) 液压装置作用平稳，换向冲击小，便于实现频率换向。 (4)液压装置易于实现过载保护，能实现自润滑，使用寿命长 。 (5) 液压装置易于实现自动化，可以很方便地对液体的流动方向、压力和流量进行调节和控制，并能很容易地和电气、电子控制或气压 传动控制结合起来，实现复杂的运动和操作 。 (6) 液压元件易于实现系列化、标准化和通用化，便于设计、制造和推广使用 。 (7) 由 于液压传动中的泄漏和液体的可压缩性使这种传动无法保证严格的传动比 。 (8) 液压传动有较多的能量损失 (泄漏损失、摩擦损失等 )，因此，传动效率相 。 (9) 液压传动对油温的变化比较敏感，不宜在较高或较低的温度下工作 。 - 3 - (10) 液压传动在出现故障时不易诊断。 发展概况 自 1969 年针对：正业控制的特点和需要而丌发的世界上第 台 今已 30 余年了，它的发展 虽然包含了前期控制技术的继承和演变，但又不同于顺序控制器和通用的微机控制装置它仅充分利用了微处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求，同时也照顾到现场电气操作维护人员的技能和习惯，屏弃了微机常用的专业编程语言的表达形式，独具风格地形成 套以继电器梯形图或流程图为基础的形象化编程语言和模块化的软件结构，使用户程序的编制清晰直观、方便易学，调试和查错都很容易用户买到所需 ，只需按说明书或提示，做少量的安装接线和拥护程序的编制工作，就可灵活而方便地将 用于生产实践而且用户程序的编制，修改和 调试不需要具有专门的计算机编程语言知识这样就破除了“电脑”的神秘感，非计算机专业人员同样能掌握运用，大大地推动了计算机技术的普及应用 。 现代工业自动化控制中是最值得重视的先进控制技术，是改造传统工业生产设备最理想的智能化控制器，现已成为现代工业控制的三大支柱 (一它以其可靠性高，逻辑功能强，体积小，可在线修改控制程序，具有远程通信联网功能，易于与计算机接口，能对模拟量进行控制，具备高速计数与位控等高性能模块等优异性能，日益取代山大量继电器、时间继电器、计数继 电器等组成的传统继电器 接触器控制系统，在机械、化工、石油、冶金、电力、轻工、电子、纺织、食品、交通、航天航空等行业都得到广泛应用它是开发研制智能化、柔性化、多功能化、数字化、机电一体化高新技术产品首选的控制器，其应用的深度和广度已经成为一个国家工业技术先进水平的重要标志之一 。 目的意义 和目的 本液压系统的题目是“ 曲轴斜油路孔专机液压系统设计 ”，液压传动已向集成化，电气化方向发展的影响，加上前人的经验 和 知识，本系统能使我受到液压工程和 综合训练的目的 。 巩固所学液压知识， 识，掌握液压元件， 掌握液压系统 ,我在计算，绘图，熟练应用设计资料等方面得到锻炼，提高分析和解决问题的能力，以便能适应毕业后工作需要。 - 4 - 内外文献综述 日本早在八，九十年就已研究液压传动，编有液压气动手册，还有油压技术便览，现代控制工程，油缸，液压工程学和液压技术基本理论。美国编有液压控制系统，液压系统分析，线性系统分析等。德国著有现代液压工程，液压技术教程等。英国著有液压气动伺服机构。香港国际出版社编的 刊详细介绍丁各国厂商的液压技术在各行业中的应 用。我国在液压技术方面应用很广泛，各类专用机床，组合机床等用到液压技术多得是，其中编有金属切削机床设计手册和液压流体力学等。其他各国在液压技术方面已有很深的研究。所以，全世界在液压技术方面已有了蓬勃的发展。 文所要研究的内容 专用机床要完成两个 90的加工进给传动。 1 设计液压系统要求完成：定位 夹紧 快进 分级进给 快退 松开拔销 原位 卸 荷。 2 用 现电器部分控制。 3 完成液压系统原理图。 4 完成液压泵站装配图。 5 完成电器控制原理图。 6 完成分级进给机构示意 图。 7 编写毕业设计说明书。 - 5 - 第 2章 分级进给系统设计 作状况分析 加工孔的孔深 L 为 90径 d 为 L d=16，属于小直径深孔，钻深孔时，为了防止切屑堵塞而引起钻头折断，要采取分级 进给的方法，即在加工过程中，钻头定期退出以排除切屑 。 孔加工应考虑的问题 (1) 切削排除困难 由 于切削阻塞使扭矩增大，造成钻头经常折断。这在加工钢件小直径深孔时尤为严重。 (2) 刀具冷却困难。加工小直径深孔，冷却液不易进入加工空间，钻头发热严重降低了钻头的使用寿命。 (3) 钻孔轴线容易歪斜由于钻头细长，强度与刚 度很弱，特别当钻头刃磨的不对称时，钻孔很易偏斜。 这些问题当钻头直径愈小，孔深愈大，就愈为严重根据试验表明：当钻孔直径在 6下时，无论是在铸铁或是钢件上，一次钻孔深度不宜大于 6 10 倍的直径，在组合机床上采用分级进给方法加工深孔时，每次钻削深度一般可按下表 2择 表 2加工材料 孔深 20d 孔深 20d 钢件 12d d D=加工深孔每次钻深值为 善深孔加工条件的措施 (1) 为了排屑方便，小直径深孔加工应当采取卧式机床加工的方案。 (2) 刀具的结构形式对排屑有重要的影响若加大钻头的螺旋槽角度，就能使钻头排屑方便。 (3) 当加工直径较大的深孔时，可采用“中空”的钻头，加工时冷却液通过钻头进入加工空间，使切屑排出，并且可提高冷却效果。 (4) 为了提高冷却效果，可将工件浸入冷却液中加工目前在加工曲轴，高压泵体等工件的深孔时，就是采用“水盆”式夹具，将工件浸在冷却液中进行的。 (5) 减少钻深孔的轴线歪斜，影响钻深孔轴线直线性的主要因素，是- 6 - 钻头切 削刃的对称性及钻头的导向条件。因此提高钻头切削刃的对称性，并采用较长的导向，缩小导向距工件的距离 (以不妨碍排屑为原则 )，是提高钻深孔轴线直线性的主要措施，被加工零件表面的不平和倾斜，对钻深孔轴线的直线性也有影响，因为刚钻进时 偏，则钻深愈大，偏斜愈大。为此可采取大直径的中心钻在精密导向中预先钻出一个准确的中心导向孔 。 在钢件钻深孔时，形成的长卷切屑对加工程的顺利进行有很大影响，因此应设法使其断屑，在钻头的切削刃上磨出断屑槽 。 级进给的工作循环 由于分级进给是往复多次，其加工时间往往很长，设计时必须合理安 排动作循环，既保证钻头的正常工作，又要力求减少循环时间，提高生产率。通过研究，分级进给的实质是将深孔简化为短孔加工，为了提高深孔加工的生产率，减少辅助时间损失，要求能实现这样的动作循环：首先，保证多次进给的切入长度一样，也就是说，在钻头钻完一个深度，退出后再次快进时应能快速通过已加工的孔深，接近待加工表面，再转为工作进给，并保证一个较小的切入量 (距待加工表面 3其次，第一次加工循环完毕，动力头快退时没有必要退到原位，而只退到钻头离开工件一小段距离，达到排屑和冷却的目的就可以了，而且以后每次的中间退回，都是退到这个位置，通常称此位置为“退离线”，取退离线和原位的距离为 30 级进给工作循环图 如图 2级进给机构工作图所示 压系统和控制挡铁的工作原理 共全部工作过程如下所示： (1) 滑台停止于原位，即滑台处于滑座后端初始位置 (起动位置）参看图 2点限位开关 3 闭合。 (2) 滑台快速引进。按“起动”和“向前”按钮后， 1 3时得电，滑台快速向前，限位开关 3 被放开。 - 7 - 再往复六次第 二 快 进 9 . 3第 一 快 退 1 2 . 3第 一 快 进 3 0退离线第 十 快 进 8 0 . 7第 三 快 进 1 8 . 6距第二次加工面快 退 1 2 3第 十 工 进 1 2 . 3第 三 工 进 1 2 . 3距第九次加工面第 三 快 退 3 0 . 9 工 进 1 2 . 3第 二 快 退 2 1 . 6 孔 深 9 03 工 进 1 2 . 32级进给机构工作图 (6)滑台工作进给至危 险区。本机床左滑台与右滑台的工作循环之间有危险区互锁耍求，当右滑合按步进工作循环到达危险区时，挡铁 12(仅右滑台具有 )压下开关 13，此时讯号，参看图 2时 2 4时得电，滑台均快速退回至原位停止。 （ 8)当滑台工作进给至终点，挡铁 14 压下开关 15 时，微型电磁铁接电吸合，推动挡销 4 伸出，在滑台快速退回过程中，挡住滑块 5，使它们沿导杆 1 滑回至初始位置。滑台退回至原位时，滑台停在原位井切断全部电动机，为下一次工作循环作好起动准备。 - 8 - 第 3章 液压系统设计及计算 统设计要求 根据加工需要，该系统 的工作循环是：快速前进工作进给快速退回 快速前进工作进给 原位停止。 调 查 研 究 及 计 算 结 果 表 明 ， 快 进 、 快 退 速 度 约 r=r, 转速 n=15/ （ =955r/取n=960 r/进速度 Sr*n=60=48mm/进给方向最大切削力 运动 部件自重为 9800N,启动换向时间 t=用水平放置的平导轨 ,静摩擦系数 摩擦系 缸机械效率 析系统工况 液压 缸在工作过程各阶段的负载为 : 启动加速阶段 11 ) N 快进或快退阶段 08 80 工进阶段 46 4 - 9 - 定执行元件的工作压力 选液压缸的工 作压力 由负载值大小 ,取液压缸工作压力 P 为 1 确定液压缸的主要结构系数 由分析工作工况看出 ,最大负载为启动加速阶段的负载 ,则有 6 84444 按液压缸 内径系列将以上计算值圆整为标准直径 ,取 D=70了实现快进速度与快退速度相等 ,采用差动连接 ,则 d=以 d=0样圆整成标准系列活塞直径 ,取 d=50 D=70mm,d=50出液压缸无径腔有效作用面积为 杆腔有效作用面积为 进 若 采 用 调 速 阀 调 速 , 调 速 阀 最 小 稳 定 流 量最小工进速度 8mm/ : 12213m i nm i n 111048 因此能够满足 低速稳定性要求 算液压缸的工作压力 ,流量和功率 算工作压力 本系统 的背压估计值可在 围内选取 ,故暂定 :工进时速运动时 差动快速阶段 8(108964644212211 工作 进给阶段 - 10 - M P 64441211快速退 回阶段 M P 64442121算液压缸的输入流量 因 为 快 进 快 退 速 度 V=s, 最 大 工 进 速 度8mm/s,则液压缸各阶段的输入流量为 : 快进 阶段 m i n/ 211 工进 阶段 m i n/00 3 0 0 211 快退阶段 m i n/ 21 1 计算液压缸的输入功率 快进 阶段 611 工进阶段 0 611 快退阶段 611 紧缸的设计 工件以圆柱面在 用压板夹紧 - 11 - 夹紧力公式 : 2s 工件直径 D=50件与 .0f 切削扭矩 1526c o 5650 M 安全系数 90 则 W=取 W=5000 6000N M p 5 0 0 05 0 0 0/ 2 34 系统原理图 度控制回路的选择 床的进给运动要求有
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