壳体中心钻孔加工的机床液压传动、电气控制及工装设计说明书.doc
壳体中心钻孔加工的机床液压传动、电气控制及工装设计【含CAD图纸、说明书】
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东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 扉页 毕业设计（论文） 课 题 名 称：壳体中心钻孔加工的机床液压传动、电气控制及工装设计专 业 班 级： 学 生 姓 名： 指 导 教 师： 年 月 日35 摘 要作为现代机械设备实现传动与控制的重要技术手段，液压技术在国民经济各领域得到了广泛的应用。与其他传动控制技术相比，液压技术具有能量密度高配置灵活方便调速范围大工作平稳且快速性好易于控制并过载保护易于实现自动化和机电液一体化整合系统设计制造和使用维护方便等多种显著的技术优势，因而使其成为现代机械工程的基本技术构成和现代控制工程的基本技术要素。本课题研究的主要內容是壳体中心钻孔加工的机床液压传动、电气控制及工装设计设计。液压系统的设计是整个机器设计的一部分，它的任务是根据机器的用途、特点和要求，利用液压传动的基本原理，拟定出合理的液压系统图，再经过必要的计算来确定液压系统的参数，然后按照这些参数来选用液压元件的规格和进行系统的结构设计，最后对液压系统的主要性能进行验算,然后进行电路控制系统设计和零件的工装夹具设计。关键字：滑台液压系统；液压系统；液压元件; 性能 ABSTRACTAs an important technical means of modern machinery and equipment to achieve transmission and control of hydraulic technology in all areas of the national economy has been widely used. Compared with other transmission control technology, hydraulic technology with high energy density configuration flexibility steady speed range, good work and quick and easy to control and overload protection easy to automate and integrate hydraulic integrated system design and manufacturing and maintenance of a variety of significant technological advantage and convenient, thus making it essential technical elements constitute the basic technology and modern control engineering, modern mechanical engineering.The main contents of this research is two-sided hole drilled through the combination of horizontal hydraulic machine power sliding feed system design. The design of the hydraulic system is part of the machine design, and its mission is based on the use, characteristics and requirements of the machine, using the basic principles of hydraulic transmission, hydraulic system to work out a reasonable figure, and then after the necessary calculations to determine the parameters of the hydraulic system then follow these parameters to choose the specifications of hydraulic components and structural design of the system, and finally to the main performance hydraulic system checking.Keywords: hydraulic components; slipway hydraulic system; hydraulic system performance目录摘 要IABSTRACTII目录III1 绪论12方案讨论及总体设计32.1 零件的分析32.2壳体工艺分析33 液压系统计算53.1液压缸液压系统设计要求分析53.2 负载分析53.2.1 工作负载53.2.2 摩擦负载63.2.3 惯性负载63.2.4 液压缸在各阶段的负载值63.2.5 负载图与速度图的绘制63.3 液压缸主要参数的确定73.4 计算和确定液压缸的主要尺寸83.5 制定液压回路方案，拟定液压系统原理图103.6 计算与选择液压元件113.6.1 液压泵及驱动电机计算与选定113.6.2 液压控制阀和液压辅助元件的选定123.6.3油管的选择133.6.4液压系统的验算154 电气控制设计194.1 机床电气控制线路设计194.2 制定电动机和电气元件明细表203.9 电气控制原理图214.3 电气安装接线图224.4 I/O点地址编号及硬件接线234.5 PLC控制的程序设计244.5.1 顺序功能图的绘制244.5.2 PLC 控制梯形图254 钻孔夹具设计284.1 研究原始质料284.2 定位、夹紧方案的选择284.3切削力及夹紧力的计算284.4定位误差的分析294.5定位销选用304.6 钻套、衬套、钻模板设计与选用314.7夹具设计及操作的简要说明32结论与展望33致 谢34参考文献351 绪论本课题来源于生产实践，液压系统利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和管路的传递，借助于液压执行元件(液压缸或马达)把液体压力能转换为机械能，从而驱动工作机构，实现直线往复运动和回转运动。其中的液体称为工作介质，一般为矿物油，它的作用和机械传动中的皮带、传动它是以液压油为工作介质，通过动力元件将原动机的机械能变为液压油的压力链条和齿轮等传动元件相类似。液压能，再通过控制元件，然后借助执行元件将压力能转换为机械能，驱动负载实现直线或回转运动，且通过对控制元件扰动时，执行元件的输出量一般要偏离原有调定值，产生一定的误差。液压系统主要由：动力元件（油泵）、执行元件（油缸或液压马达）、控制元件（各种阀）、辅助元件和工作介质等五部分组成。在液压传动中，液压油缸就是一个最简单而又比较完整的液压传动系统，分析它的工作过程，可以清楚的了解液压传动的基本原理。液压传动有许多突出的优点，因此它的应用非常广泛。液压传动和气压传动称为流体传动，是根据 17 世纪帕斯卡提出的液 体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，是工农业生产中广为应用的一门技术。如今，流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。第一个使用液压原理的是 1795 年英国约瑟夫布拉曼(Joseph Braman,1749-1814)，在伦敦用水作为工作介质,以水压机的形式将其应用 于工业上,诞生了世界上第一台水压机。1905 年他又将工作介质水改为油, 进一步得到改善。 第一次世界大战(1914-1918)后液压传动广泛应用,特别是 1920 年以后,发 展更为迅速。液压元件大约在 19 世纪末 20 世纪初的 20 年间,才开始进入 正规的工业生产阶段。1925 年维克斯(F.Vikers)发明了压力平衡式叶片泵,为 近代液压元件工业或液压传动 的逐步建立奠定了基础。20 世纪初康斯坦 丁尼斯克(GConstantimsco)对能量波动传递所进行的理论及实际研究;1910 年对液力传动(液力联轴节、液力变矩器等)方面的贡献，使这两方面领域 得到了发展。 我国的液压工业开始于 20 世纪 50 年代，液压元件最初应用于机床和 锻压设备。60 年代获得较大发展，已渗透到各个工业部门，在机床、工程 机械、冶金、农业机械、汽车、船舶、航空、石油以及军工等工业中都得到了普遍的应用。当前液压技术正向高压、高速、大功率、高效率、低噪声、低能耗、长寿命、高度集成化等方向发展。同时，新元件的应用、系统计算机辅助设计、计算机仿真和优化、微机控制等工作，也取得了显著成果。 目前，我国的液压件已从低压到高压形成系列，并生产出许多新型元 件，如插装式锥阀、电液比例阀、电液伺服阀、电业数字控制阀等。我国机械工业在认真消化、推广国外引进的先进液压技术的同时，大力研制、开发国产液压件新产品，加强产品质量可靠性和新技术应用的研究，积极采用国际标准，合理调整产品结构，对一些性能差而且不符合国家标准的液压件产品，采用逐步淘汰的措施。由此可见，随着科学技术的迅速发展，液压技术将获得进一步发展，在各种机械设备上的应用将更加广泛。2方案讨论及总体设计2.1 零件的分析图2.1 零件图这个零件是一个支撑壳体类型的零件，这种零件内部可以存放和保护其他零件，这个零件的作用是可以和其他的零部件进行装配链接，以实现连接过度作用。零件通过四个底孔与其他的零件相连接。2.2壳体工艺分析壳体有2组加工面他们有位置度要求。这2组加工面的分别为：1，以底面为基准的加工面，这组加工面包括，基准面底面和上端面，48H7，30H7孔，4-7孔。2：一个30H7孔为基准的加工面，这个主要是其余的各个面，孔，和槽的加工。该零件加工底孔时，采用的是一面两销定位。一面两销定位，是壳体、盖类零件加工常用的定位方式。一面，就是壳、盖的大平面，用一周圈若干个垫块（装配后磨平）支撑，垫块用沉头螺钉紧固在夹具体上。两销，一个是圆柱销，另一个是菱形销（削边销），菱形销的长轴与两销的连心线垂直，两销的中心距等于壳、盖的定位销孔的中心距。中心距尺寸公差一般选用js6。两个销子上端，一般高出垫块上平面5mm。销子直径公称尺寸与定位销孔公称直径相同，公差一般选用h6。一面，限制了3个自由度，沿Z移动、绕X转动、绕Y转动。必须是一个圆柱销与一个菱形销，否则会过定位。2个定位孔的中心距是有公差（误差）的，与两销中心距不可能非常一致的，菱形销就是“让开”两者中心距误差、安装干涉的，限制绕Z转动的。菱形销的长轴必须垂直于两销孔的连心线。圆柱销是限制沿X、Y移动。3 液压系统计算液压系统设计是指组成一个新的能量传递系统，以完成一项专门的任务。系统功能原理设计是根据主机的工艺目的或用途、工作循环、负载条件和主要技术要求，通过配置执行元件，负载分析、运动分析及编制执行元件的工况图，对同类主机及其传动系统的分析比较，选择设计参数，确定液压系统的工作压力、流量和执行元件主要几何参数等，拟定液压系统方案和传动系统原理图，并对组成系统的各标准液压元件辅件进行选型，最后对液压系统的主要性能（压力损失、发热温升等）进行验算。3.1液压缸液压系统设计要求分析设计题目设计工作循环为：快进工进快退停止。1.已知参数工作循环是：快进工进快退停止。根据前述说明，假设主要性能参数与性能要求如下：轴向切削力12000N,工作台重量12000N，工件和夹具的重量为1500N，快进行程为300 mm，工进行程为100 mm,快进、快退速度4m/min,工进速度20-1000mm/min,往复运动加、减速时间0.5s,工作台采用平导轨2 明确设计要求 该液压系统的功率较大，空行程和加压行程速度差异较大，因此要求功率利用合理。且该系统的压制力较大，因此对于工作的平稳性、安全性要求较大。 3 设计方案 根据已知参数和表2-1所示液压系统工作台的执行元件为单杆活塞缸，活塞杆3.2 负载分析 3.2.1 工作负载 工作负载Fe 液压缸的常见工作负载有重力、切削力、挤压力等。阻力负载为正，超越负载为负。 工作台重量12000N，工件和夹具的重量为1500N，轴向切削力力F=FL=12000N 3.2.2 摩擦负载 假设静摩擦系数fs=0.2，动摩擦系数fd=0.13.2.3 惯性负载 惯性负载Fi 惯性负载时运动部件在启动和制动过程中的惯性力，其平均值可按下式计算 Fi =G/g*v/t (N) 式中 g=重力加速度， m/s2，g=9.8m/s2 v=速度变化量， m/s2 t=启动或制动时间，s 一般机械t =0.10.5s，3.2.4 液压缸在各阶段的负载值（1） 查液压缸的机械效率，可计算出液压缸在各工作阶段的负载情况，如下表表1所示：表1 液压缸各阶段的负载情况工况负载计算公式液压缸负载液压缸推力/N启动27003000加速2038.782265.31快进13501500工进1213013477.78快退135015003.2.5 负载图与速度图的绘制根据工况负载和以知速度和及行程S，可绘制负载图和速度图，如下图（图1、图2）所示：图1(负载图)图2（速度图）3.3 液压缸主要参数的确定（1）液压缸的内径和活塞杆的内径表3-1 按负载选择工作压力1负载/ KN50工作压力/MPa F所以,时工件不会转动,故本夹具可安全工作。由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。夹紧装置可以分为力源装置、中间传动装置和夹紧装置，在此套夹具中，中间传动装置和夹紧元件合二为一。力源为机动夹紧，通过螺栓夹紧移动压板。达到夹紧和定心作用。1液动夹紧装置液动夹紧装置以压缩空气作为动力源推动夹紧机构夹紧工件。常用的气缸结构有活塞式和薄膜式两种。活塞式气缸按照气缸装夹方式分类有固定式、摆动式和回转式三种，按工作方式分类有单向作用和双向作用两种，应用最广泛的是双作用固定式气缸。2液压夹紧装置液压夹紧装置的结构和工作原理基本与液动夹紧装置相同，所不同的是它所用的工作介质是压力油。与气压夹紧装置相比，液压夹紧具有以下优点：传动力大，夹具结构相对比较小；油液不可压缩，夹紧可靠，工作平稳Z噪声小。它的不足之处是须设置专门的液压系统，应用范围受限制。根据切削力，夹紧力的影响因素，在夹紧不利状态过程，该夹紧力的计算应该根据机械平衡原理来设计。最后，为了确保可靠夹紧，数值乘以安全系数实际所需夹紧力。前面液压系统已经计算过。4.4定位误差的分析该夹具以一个平面和两个定位销定位，要求保证孔轴线间的尺寸公差。为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的尺寸公差。由5和6可得：1 定位误差： 当以任意边接触时 通过分析可得： 因此：当以任意边接触时 2 夹紧误差 ： 其中接触变形位移值： 磨损造成的加工误差：通常不超过 夹具相对刀具位置误差：取误差总和：从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。4.5定位销选用本夹具选用一可换定位销和棱形销来定位，其参数如下表：表5.1 定位销dHD公称尺寸允差1116150.01122514M1244.6 钻套、衬套、钻模板设计与选用工艺孔的加工只需钻切削就能满足加工要求。故选用可换钻套（其结构如下图所示）以减少更换钻套的辅助时间。 图5.1 可换钻套铰工艺孔钻套结构参数如下表5.2：表5.2 钻套dHD公称尺寸允差81212+0.018+0.007221810490.518衬套选用固定衬套其结构如图所示：图5.2 固定衬套其结构参数如下表5.3：表5.3 固定衬套dHDC 公称尺寸允差公称尺寸允差8+0.034+0.0161210+0.023+0.0120.52钻模板选用固定式钻模板，用4个沉头螺钉和2个锥销定位于夹具体上。4.7夹具设计及操作的简要说明为提高生产率，经过方案的认真分析和比较，选用了液压夹紧方式（螺旋机构）。这类夹紧机构结构简单、夹紧可靠、通用性大，在机床夹具中很广泛的应用。此外，当夹具有制造误差，工作过程出现磨损，以及零件尺寸变化时，影响定位、夹紧的可靠。为防止此现象，选用可换定位销。以便随时根据情况进行调整换取。结论与展望结论:随着大学四年生活的即将结束，我们业即将踏上建设祖国的征途。大学四年生活的点点滴滴都斗汇聚到这几个月。经过几个月的苦战我的毕业设计终于要完成了。在以前我们也做过设计，所以也就认为毕业设计没有什么难的，只是对以前所学的知识的检验。但是真正做过了这次毕业设计以后我才发现原来我们以前做的并不能叫做设计，至少不那么规范。而对于即将作为社会的主人的我们这一点是必须的。以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次毕业设计，我才明白原来学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。毕业设计是我们专业课程知识综合应用的训练，是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程。”千里之行，始于足下”,通过这次毕业设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义，我今天认真的进行毕业设计，学会脚踏实地的迈开这一步，就是为明天能够稳健的在社会大潮奔跑打下坚实的基础。不足之处及未来展望:在这次设计过程中，体现出自己单独设计的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。经过了这么多的过程一个合格的设计过程才能交完成。通过这次设计我学到了很多东西，这不仅仅是知识层面上的，我们在做人上也要一步一个脚印，踏踏实实的。最后预祝我们在将来的人生中做一个合格的人。致 谢首先，我要感谢学校这几年来的培养，让我有机会在更深的层次上进行学习。同时我要感谢3年来各位老师朋友对我的关心指导。在此我要特别感谢老师在毕业设计中对我的悉心指导。在论文研究和撰写过程中，本人得到了指导教师老师的悉心指导。在课题研究过程中，老师渊博的学识、踏实严谨的治学态度以及精益求精的工作作风使我获益匪浅。在生活中，老师认真负责的良师风范使我懂得了很多为人的道理。在此，谨向老师表示最衷心的感谢！感谢和我同组的各位同学，我们一起探讨问题，一起解决问题，在整个设计过程中，他们给了我很大的鼓励和支持。感谢我的室友们，我们来自四面八方，是你们的友情支撑我走过了这漫长的四年。四年了，仿佛就在昨天。只是，只是我们以后也许在难相见了，没关系，预祝大家前程似锦，珍重。我会记住我们在一起的美好时光。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，得到了很多多位同学们的支持与帮助，在此一并表示感谢，我们永远是朋友，今生勿忘！参考文献1张利平.液压传动系统设计及使用. 化学工业出版社，20042杨培元. 液压系统设计简明手册.北京：机械工业出版社，20083机械设计手
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