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组合 专机 轴向 柱塞 加工 生产线 主要 辅助 设备 多头 钻床 机床 液压 系统 设计

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组合专机-轴向柱塞泵体加工生产线专机及主要辅助设备多头钻床及攻丝机床液压系统设计,组合,专机,轴向,柱塞,加工,生产线,主要,辅助,设备,多头,钻床,机床,液压,系统,设计

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四川理工学院专 业机械加工工序卡片产品型号 零(部)件图号共 1 页机械设计制造及其自动化（机械制造）及其机制产品名称轴向柱塞泵零(部)件名称柱塞泵体第 1 页车 间工工序号工序名称材 料 牌 号机加5攻丝HT190毛坯种类毛坯外形尺寸每 批 件 数每 台 件 数铸件23017017011设备名称设备型号设 备 编 号同时加工件数攻丝机床1夹具编号夹具名称工 位 器 具 编 号工位器具名称专用夹具冷 却 液工序工时准 终单 件工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速(转/分)切削速度(米/分)走刀量(毫米/转)吃 刀 深 度(毫米)走刀次数工 时 定 额描 图机动（秒）辅助描 校1攻螺纹8M10深为10mm攻丝动力头4070.2131114攻螺纹M14的通孔攻丝动力头3320.41113底图号攻螺纹M14的通孔攻丝动力头3320.41113装订号编制(日期)审核(日期)会签(日期)班级姓名标记处数更改文件号签字日期标记处数更改文件号签字日期031 周勇四 川 理 工 学 院毕 业 设 计（论 文）说 明 书题 目 轴向柱塞泵体加工生产线专机及主要辅助 设备多头钻床及攻丝机床液压系统设计 学 生 周 勇 系 别 机电工程系 专 业 班 级 机械设计制造及自动化机制2003级1班 学 号 030110327 指 导 教 师 刘郁葱 49四 川 理 工 学 院毕业设计（论文）任务书轴向柱塞泵体加工生产线专机设计（论文）题目： 及主要辅助设备多头钻床及攻丝机床液压系统设计 系：机电工程系专业： 机械设计制造及自动化班级：机制2003.1 学号： 030110327学生： 周 勇 指导教师： 刘郁葱 接受任务时间 2007.03.05 教研室主任 （签名）系主任 （签名）1 毕业设计（论文）的主要内容及基本要求、明确设计依据：轴向柱塞泵零件图;生产纲领1万件年。泵体机械加工工艺过程卡。编制钻孔和攻丝工序机械加工工序卡;并确定其多头钻床及攻丝机床动作循环。、设计多头钻床及攻丝机床液压系统，编写其液压系统设计计算说明书;液压元件各细表;绘制液压系统原理图。、绘制液压缸装配图和一零件图。2指定查阅的主要参考文献及说明、液压传动西南交通大学出版社、机械制造技术基础西南交通大学出版社、机械设计手册机械工业出版社、组合机床设计机械工业出版社3进度安排设计（论文）各阶段名称起 止 日 期1收集、准备参考资料、查阅文献、完成开题报告2007.03.0503.242完成液压系统设计和计算2007-3-2504.223完成毕业设计所有的设计图纸2007-4-2305.204完成液压系统设计计算说明书2007-5-21-2007.06.035毕业设计修改、答辩准备、毕业答辩2007.06.04-2007.06.24摘 要 为了提高劳动效率，减轻工人的劳动强度，保证产品质量，采用高效专用机床及自动化按流水线或自动线依工序对工件进行加工。为了实现工序自动化，建立自动线，首先必须实现机床加工循环自动化。一般可通过机械，电气，液压，气压等控制，实现自动循环。由于近10年来，液压传动得到了长足的进步，得到了广泛的应用。这次本设计主要是设计出适合的液压系统，用它驱动机床的工作台，以实现对零件的钻孔，攻丝的工序。 关键词 ：自动化，液压传动，液压系统，钻孔，攻丝 ，工作台 ABSTRACTI To improve work efficiency, reduce labor intensity of workers, and ensure the quality of products, Efficient use of a special machine and automation by pipeline or automatic processes on the line according to the workpiece processing. In order to achieve process automation, the creation of an automated line, we must first realize machining cycle automation. Generally through the mechanical, electrical, hydraulic, pneumatic and other control for automatic cycle. As the past 10 years, hydraulic drive has been great progress has been widely used. This design is the design for the hydraulic system, using it to the table-driven machine, in order to achieve the right parts of bored, Tapping process. Keywords : Automation, Hydraulic Power Transmission , Hydraulic System, Drilling and Tapping，Work Table.目录摘 要IABSTRACT.II前 言3第一章 绪论11.1零件分析11.2 明确设计要求11.3确定毛坯的制造形式11.4确定加工方案21.4.1机床刀具的选择21.5确定流水线布置图2第二章 多头钻床液压系统设计42.1 确定动作循环42.2 确定工位图52.3. 切削用量的确定52.4右钻头液压缸62.4.1负载分析62.4.2负载图和速度图的绘制72.4.3液压缸主要参数的确定82.4.4.强度校核92.4.5 确定时间112.5 左钻头液压缸122.5.1负载计算122.5.2负载图和速度图的绘制132.5.3液压缸主要参数的确定132.5.4强度校核142.5.5 确定时间162.6 前钻头液压缸和后钻头液压缸172.6.1负载计算172.6.2负载图和速度图的绘制182.6.3液压缸主要参数的确定192.6.4强度校核202.6.5 确定时间222.7 液压系统图的拟定232.7.1 液压系统图的拟定要求232.7.2液压回路的选择232.8液压元件的选择262.8.1液压泵262.8.2阀类元件及辅助元件272.8.3.油管272.8.4油箱282.9液压系统的性能验算28第三章 攻丝机床液压系统设计303.1 确定动作循环303.2. 切削用量的选择303.2.1. 材料选择303.3左动力头液压缸313.3.1负载计算313.3.2负载图和速度图的绘制323.3.4强度校核343.3.5 确定时间363.4.前液压缸和后液压缸的设计363.4.1负载计算363.4.2负载图和速度图的绘制383.4.3.液压缸主要参数的确定383.4.4强度校核392.4.5 确定时间413.5. 液压系统图的拟定423.5.1液压系统图的拟定要求423.5.2液压回路的选择423.6液压元件的选择443.6.1液压泵443.6.3油管453.6.4油箱463.7液压系统的性能验算46第四章 结论48参 考 文 献49致 谢50前 言 近10年来，液压传动在防漏，治污，降噪，减震，节能和材质研究等各放面都有长足的进步，它和电子技术的结合也由拼装，混合到整合，步步深入。时至今日，在尽可能小的空间内传出尽可能大的功率并加以精确控制这一点上，液压传动已稳距居各种传动之首，无可替代。液压传动是以液体作为工作介质来进行能量传递的传动方式。液压传动主要是利用液体的压力能来传递能量。由于液压传动有许多突出的优点，因此，它被广泛地应用于机械制造、工程建筑、石油化工、交通运输、军事器械、矿山冶金、轻工、农机、渔业、林业等各方面。同时，也被应用到航天航空、海洋开发、核能工程和地震预测等各个工程技术领域。采用液压传动的程度已成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。本书主要是分别设计出驱动多头钻床和攻丝机床的液压系统。主要介绍了液压缸的负载分析，负载图，速度图的绘制，液压缸参数的确定，液压回路的选择，在选择其他的液压元件。其中也介绍到了机床的总体布局和工艺要求，包括采用液压传动所完成的机床运动种类、机械设计时提出可能用的液压执行元件的种类和型号、执行元件的位置及其空间的尺寸范围、要求的自动化程度等。由于我水平的限制，在设计和编写说明书时，难免存在着不少缺点和错误，希望老师和同学的批评指正。四川理工学院毕业设计（论文）第一章 绪论1.1零件分析 对于生产纲领为1万件每年的轴向柱塞泵的加工，属于大批量生产，为了提高劳动效率，减轻工人的劳动效率，保证产品质量，采用高效专用机床及自动化按流水线或自动线依工序对工件进行加工。为了实现工序自动化，建立自动线，首先必须实现机床加工循环自动化。一般可通过机械，电气，液压，气压等控制，实现遭到循环。本次设计主要分析多头钻床和攻丝机床的动作循环，用液压来驱动使多头钻床和攻丝机床实现自动循环，完成柱塞泵的钻孔和攻丝的工序。从而提高劳动效率，保证产品质量，同时可列入生产线，保证其自动信号。1.2 明确设计要求在开始设计液压系统时，首先要对机械设备主机的工作情况进行详细的分析，明确主机对液压系统提出的要求，具体包括：(1)主机的用途、主要结构、总体布局；主机对液压系统执行元件在位置布置和空间尺寸上的限制。(2)主机的工作循环，液压执行元件的运动方式(移动、转动或摆动)及其工作范围。(3)液压执行元件的负载和运动速度的大小及其变化范围。(4)主机各液压执行元件的动作顺序或互锁要求。(5)对液压系统工作性能(如工作平稳性、转换精度等)、工作效率、自动化程度等方面的要求。(6)液压系统的工作环境和工作条件，如周围介质、环境温度、湿度、尘埃情况、外界冲击振动等。(7)其它方面的要求，如液压装置在重量、外形尺寸、经济性等方面的规定或限制。1.3确定毛坯的制造形式零件的材料为HT190的灰铸铁。由于零件的生产纲领为1万件/年，属于大量生产，而且零件的轮廓尺寸不大，为了提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度，保证产品的质量，采用砂型压实型铸造。1.4确定加工方案图1-1 零件图1.4.1机床刀具的选择 根据图1-1确定加工工序（1）钻23mm，6 mm， 9mm，15mm的孔，选用多头钻床。该多头钻床型式为卧式四面多轴，用于同时钻泵体各孔急锪平面。它由动力头，液压滑台，床身，中间底座夹具，液压系统等组成。四面采用机械动力头，进给由液压驱动，夹具用液压夹紧。 刀具材料选为高速钢。（2）攻M14，M10的螺纹，选用攻丝机床。该攻丝机床型式为卧式三面多轴，本机床用于泵体各螺孔攻丝。它由动力头，液压滑台，床身，中间底座，夹具，液压系统等组成。主轴为机械传动，进给由液压驱动，夹具用液压夹紧。刀具材料选为高速钢。1.5确定流水线布置图如图1-2表示了产品从自动线到多头钻床进行钻孔加工在经自动线到攻丝机上进行螺纹加工的路线图。图1-2 钻孔，攻丝流水线图第二章 多头钻床液压系统设计2.1 确定动作循环从整个系统来看，该系统共由五个液压缸组成，分别为：夹紧液压缸、前钻头液压缸、后钻头液压缸、左钻头液压缸、右钻头液压缸。在整个过程中，每个液压缸都有单独的动作，没有联动。其中，前钻头液压缸、后钻头液压缸、左钻头液压缸、右钻头液压缸的动作循环图由2-1 所示。 图2-1 液压缸的动作循环图2.2 确定工位图图2-2 多头钻床工位布置图根据如图2-2所示工作循环，本机床总有4个工位，每一个加工工位各有一个回转夹具和一个动力头工作台，夹具要求动力头既能单独工作，又能联合自动循环工作，能同时钻孔。由动作循环图和工位图可知：左钻头液压缸带动主轴上的10个麻花钻同时钻的孔2个；9mm的孔8个。右钻头液压缸加工15mm的孔4个。前钻头液压缸加工23mm的孔1个。后钻头液压缸加工23mm的孔1个。2.3. 切削用量的确定 查机械加工工艺手册得： 刀具材料选为高速刚。工件材料为铸铁，其硬度为190HB。满足要求。 查组合机床得出钻床的工作部件的总质量m=500kg。其动力滑台采用平导轨，其静摩擦因素为，动摩擦因素为。 工件材料的质量m=25kg。根据组合机床的特点，查机械加工工艺手册可以得出钻孔时主轴的切削速度和每转进给量s，由机械制造技术基础得主轴转速， 式（2-1）式中 切削速度 ； d完成主运动工件的直径钻孔时的切削用量如表2-1所示。表2-1切削用量孔径d（mm）切削速度（m/s）每转进给量s（mm/r）主轴转速n（r/min）60.520.20165690.470.30898150.480.42611230.470.523902.4右钻头液压缸2.4.1负载分析工作负载：由切削原理课程可知，高速刚钻头钻铸铁孔时的轴向切削力Ft(以N计)与钻头直径D（以mm计），每转进给量s（以mm/r计）和铸铁硬度HB之间的经验算式为： 式（2-2） 根据组合机床加工特点，钻孔时的主轴转速n和每转进给量s由表2-1得出以下数据：对15mm的孔来说： n=611r/min ; s=0.42 mm/r代入式2.2求得： =17805N 由液压传动得惯性负载： 式（2-3） = =175N由液压传动得阻力负载：静摩擦阻力：=0.25145 式（2-4） = 1029N动摩擦阻力：=0.1 514.5 式（2-5） = 514.5N由此得出液压缸在各工作阶段的负载如表2-2所示。表2-2 液压缸在各工作阶段的负载值工 况负 载 组 成负载值F（N）推力F/（N）启 动10291286加 速689.5862快 进514.5643工 进18319.522900快 退514.5643注：液压缸的机械效率 不考虑动力滑台上颠覆力矩的作用。2.4.2负载图和速度图的绘制负载图按上面数值绘制，如图2-3所示，速度图按以知数值，快进速度：，快退速度：和工进速度：。其中由主轴转速及每转进给量求出。即由液压传动得：=6110.42=256.6mm/min 式（2-6） 快进行程；工进行程；快退行程图2-3组合机床液压缸的负载图和速度图（a）负载图 （b）速度图2.4.3液压缸主要参数的确定由液压传动表11-2，和11-3可知，组合机床液压系统在最大负载约为25000N时宜取p1=3.5MPa 。对于双作用单边活塞杆油缸，其活塞杆直径d可按活塞往复运动速度比来决定。既：由机械设计手册得： =0.5D 式（2-7）在钻孔加工时，液压缸回油路上必须具有背压，以防孔被钻通时滑台突然前冲。根据液压手册中的推荐值，可取=0.8MPa。快进时由于油管中有压降存在，有杆腔的压力必须大于无杆腔，估算时可取=0.5MPa。快退时回油腔中是背压的，这时亦可按0.5MPa估算。由工进时的推力按液压传动第5章式（5-3）计算液压缸面积： 式（2-8）即有：所以：液压缸无杆腔的工作面积；即：缸筒直径D=10.58cm 式（2-9）活塞杆直径d=0.5D=5.29cm查液压传动与控制选出就近的标准值为： D=12cm； 的d=6cm由此得出的液压缸两腔的实际有效面积为： 式（2-10） 式（2-11）2.4.4.强度校核一.缸筒的校核液压缸的缸筒壁厚，和塞杆直径d和缸盖处固定螺栓的直径，在高压系统中必须进行强度校核。缸筒壁厚校核分薄壁和厚壁两种情况。当时为薄壁，壁厚按下列公式进行校核： ； 式（2-12）液压缸，缸筒，港底的材料都选为HT200，查机械加工工艺手册得：。其中D为缸筒内径；为缸筒试验压力，当缸的额定压力时，取；而当，取；为缸筒材料的许用应力，为材料抗拉强度，n为安全系数，一般取n=5。所以=MPa； D=12cm =200/5=40由式（2-12）即 =78 mm又因为 。所以应用壁厚公式校核。即： 式（2-13） =16.1 mm取二活塞杆的直径d的校核活塞杆的材料选用45刚。查机械加工工艺手册得出活塞杆的直径d的校核公式为 式（2-14）式中，F为活塞杆上的作用力；为活塞杆材料的许用应力；=；所以由式 得出d=60mm8.3mm即，活塞杆的直径d满足强度要求。故合格。三.液压缸盖固定螺栓直径的计算 由液压传动得： 式（2-15）螺栓材料为45钢。即：它的材料屈服极限为：式中 F为液压缸负载； Z为固定螺栓个数，即：取Z=8； K为螺纹拧紧系数，k=1.121.5，取k=1.3； 取所以： 取： 根据上述D与d 的值，可估算液压缸在各个工作阶段中的压力，流量和功率，如表2-3所示。并据此绘出工况图。由液压传动得，快进时进油腔压力为： 式（2-16）输入流量为： 式（2-17）输入功率为： 式（2-18） 工进时：进油腔压力为： 式（2-19） 输入流量为： 式（2-20） 输入功率为： 式（2-21）快退时：进油腔压力为： 式（2-22） 输入流量为： 式（2-23） 输入功率为： 式（2-24）表2-3 液压缸在不同工作阶段的压力，流量和功率值工 况负载F（N）回油腔压力进油腔压力输入流 量q（L/min）输入功率P（kw）快进启动128600.490加速8620.9520.452恒速6430.9330.43345.20.33工进229000.82.6282.8920.13快退启动128600.151加速8620.51.165恒速6430.51.13925.50.482.4.5 确定时间系统快进所需的时间为，由液压传动得 式（2-25） 即：=1.8s系统工进所需的时间为，即 即：=10.5s系统快退所需的时间为，即 即：=3.3s2.5 左钻头液压缸 2.5.1负载计算工作负载：由切削原理课程可知，高速刚钻头钻铸铁孔时的轴向切削力Ft(以N计)与钻头直径D（以mm计），每转进给量s（以mm/r计）和铸铁硬度HB之间的经验算式为：由式（2-2）得： 根据组合机床加工特点，钻孔时的主轴转速n和每转进给量s由表2-1得出以下数据：对6mm的孔来说： n=1656r/min ; s=0.2 mm/r对9mm的孔来说： n=898r/min ; s=0.30 mm/r代入式（2-2）求得： =20104.6N 由式（2-3）惯性负载： = =175N阻力负载： 由式（2-4）静摩擦阻力：=0.25145 = 1029N由式（2-5）动摩擦阻力：=0.1 514.5 = 514.5N由此得出液压缸在各工作阶段的负载如表2-4所示。表2-4 液压缸在各工作阶段的负载值工 况负 载 组 成负载值F（N）推力F/（N）启 动10291286加 速689.5862快 进514.5643工 进20619.125774快 退514.5643注：液压缸的机械效率不考虑动力滑台上颠覆力矩的作用。2.5.2负载图和速度图的绘制 负载图按上面数值绘制，如图2-1所示，速度图按以知数值，快进速度：，快退速度：和工进速度：。其中由主轴转速及每转进给量求出。即：在钻孔时要求：=16560.2=331mm/min； 在钻孔9时要求：=8980.3=269mm/min；则取=331mm/min快进行程；工进行程；快退行程图2-4组合机床液压缸的负载图和速度图（a）负载图 （b）速度图2.5.3液压缸主要参数的确定 由液压传动表11-2，和11-3可知，组合机床液压系统在最大负载约为30000N时宜取p1=4MPa 。 对于双作用单边活塞杆油缸，其活塞杆直径d可按活塞往复运动速度比来决定。既：由式（2-7）=0.5D 在钻孔加工时，液压缸回油路上必须具有背压，以防孔被钻通时滑台突然前冲。根据液压手册中的推荐值，可取=0.8MPa。快进时由于油管中有压降存在，有杆腔的压力必须大于无杆腔，估算时可取=0.5MPa。快退时回油腔中是背压的，这时亦可按0.5MPa估算。 由工进时的推力按液压传动第5章式（5-3）计算液压缸面积：即有： 所以： 液压缸无杆腔的工作面积；即： 缸筒直径： D=11.23cm活塞杆直径： d=0.5D=5.6cm查液压传动与控制选出就近的标准值为： D=12cm； 的d=6cm由此得出的液压缸两腔的实际有效面积为：2.5.4强度校核一.缸筒的校核液压缸的缸筒壁厚，和塞杆直径d和缸盖处固定螺栓的直径，在高压系统中必须进行强度校核。缸筒壁厚校核分薄壁和厚壁两种情况。当时为薄壁，壁厚按式（2-12）进行校核： ；液压缸，缸筒，港底的材料都选为HT200，查机械加工工艺手册得： 其中D为缸筒内径；为缸筒试验压力，当缸的额定压力时，取；而当，取；为缸筒材料的许用应力，为材料抗拉强度，n为安全系数，一般取n=5。所以=；D=12cm =200/5=40即=9 mm又因为。取二.活塞杆的直径d的校核活塞杆的材料选用45刚。查机械加工工艺手册得出活塞杆的直径d的校核公式（2-14）为 式中，F为活塞杆上的作用力；为活塞杆材料的许用应力=所以由式 得出d=60mm8.8mm即，活塞杆的直径d满足强度要求。故合格。三螺栓的校核 液压缸盖固定螺栓直径的计算由（2-15）得： 螺栓材料为45钢。即：它的材料屈服极限为：式中 F为液压缸负载； Z为固定螺栓个数，即：取Z=8； K为螺纹拧紧系数，k=1.121.5，取k=1.3； 取所以： 取： 根据上述D与d 的值，可估算液压缸在各个工作阶段中的压力，流量和功率，如表2-5所示。并据此绘出工况图。由式（2-16）到式（2-24）分别算出系统在快进，工进，快退时的进油腔压力，输入流量q（L/min），输入功率P（kw）。表2-5 液压缸在不同工作阶段的压力，流量和功率值工 况负载F（N）回油腔压力进油腔压力 输入流 量q（L/min）输入功率P（kw）快进启动128600.490 加速862 0.9520.452 恒速6430.9330.43345.20.33工 进 257740.82.8813.740.18快退启动128600.151 加速862 0.51.165 恒速643 0.51.13925.5 0.482.5.5 确定时间系统快进所需的时间为，由式（2-25）得 即：=1.8s系统工进所需的时间为，即 即：=5.44s系统快退所需的时间为，即 即：=3s2.6 前钻头液压缸和后钻头液压缸因为，前钻头液压缸和后钻头液压缸所钻的孔的相同，所以它们的液压缸也应该相同。2.6.1负载计算工作负载：由切削原理课程可知，高速刚钻头钻铸铁孔时的轴向切削力Ft(以N计)由式（2-2）得： 根据组合机床加工特点，钻孔时的主轴转速n和每转进给量s由表2-1得出以下数据：第一次工进对13mm的孔来说： n=628r/min ; s=0.4 mm/r这时它的切削力=25.513 =3995N 第二次工进时对23mm的孔来说： n=390r/min ; s=0.52 mm/r：这时它的切削力 =8097N 由式（2-3得）惯性负载： = =175N阻力负载： 由式（2-4）得静摩擦阻力：=0.25145 = 1029N 由式（2-5）得动摩擦阻力：=0.1 514.5 = 514.5N由此得出液压缸在各工作阶段的负载如表2-6所示。表2-6 液压缸在各工作阶段的负载值工 况负 载 组 成负载值F（N）推力F/（N）启 动10291286加 速689.5862快 进514.5643工 进一45105637工 进二8611.510765快 退514.5643注：液压缸的机械效率 不考虑动力滑台上颠覆力矩的作用。2.6.2负载图和速度图的绘制 负载图按上面数值绘制，如图2-4所示，速度图按以知数值，快进行程，快进速度：，快退速度：和工进速度：。其中由主轴转速及每转进给量求出。即：工进一时 =6280.46=289mm/min工进行程工进二时=3900.52=203mm/r；工进行程；快退行程图2-4组合机床液压缸的负载图和速度图（a）负载图 （b）速度图2.6.3液压缸主要参数的确定由液压传动表11-2，和11-3可知，组合机床液压系统在最大负载约为15000N时宜取p1=2.5MPa 。对于双作用单边活塞杆油缸，其活塞杆直径d可按活塞往复运动速度比来决定。既： =0.5D在钻孔加工时，液压缸回油路上必须具有背压，以防孔被钻通时滑台突然前冲。根据液压手册中的推荐值，可取=0.4MPa。快进时由于油管中有压降存在，有杆腔的压力必须大于无杆腔，估算时可取=0.2MPa。快退时回油腔中是背压的，这时亦可按0.2MPa估算。由工进时的推力按液压传动第5章式（5-3）计算液压缸面积：即有：所以： 液压缸无杆腔的工作面积；即： 缸筒直径 D=7.7cm活塞杆直径d=0.5D=3.86cm查液压传动与控制选出就近的标准值为： D=8cm； 的d=4cm由此得出的液压缸两腔的实际有效面积为：由式（2-10）得 由式（2-11）得 2.6.4强度校核一.缸筒的校核液压缸的缸筒壁厚，和塞杆直径d和缸盖处固定螺栓的直径，在高压系统中必须进行强度校核。缸筒壁厚校核分薄壁和厚壁两种情况。当时为薄壁，壁厚按式（2-12）进行校核： ；液压缸，缸筒，港底的材料都选为HT200，查机械加工工艺手册得：其中D为缸筒内径；为缸筒试验压力，当缸的额定压力时，取；而当，取；为缸筒材料的许用应力，为材料抗拉强度，n为安全系数，一般取n=5。所以 =；D=8cm =200/5=40即 =3.75 mm又因为。取二.活塞杆的直径d的校核活塞杆的材料选用45刚。查机械加工工艺手册得出活塞杆的直径d的校核公式为：由式（2-14）得 式中，F为活塞杆上的作用力；为活塞杆材料的许用应力=所以由式 得出d=40mm5.7mm即，活塞杆的直径d满足强度要求。故合格。三.螺栓的校核 液压缸盖固定螺栓直径的计算 由式（2-15）得 螺栓材料为45钢。即：它的材料屈服极限为：式中 F为液压缸负载； Z为固定螺栓个数，即：取Z=8； K为螺纹拧紧系数，k=1.121.5，取k=1.3； 取所以： 取： 根据上述D与d 的值，可估算液压缸在各个工作阶段中的压力，流量和功率，如表2-7所示。并据此绘出工况图。由式（2-16）到式（2-24）分别算出系统在快进，工进，快退时的进油腔压力，输入流量q（L/min），输入功率P（kw）。表2-7 液压缸在不同工作阶段的压力，流量和功率值工 况负载F（N）回油腔压力进油腔压力 输入流 量q（L/min）输入功率P（kw）快进启动128600.245 加速862 0.720.32 恒速6430.6780.27820.10.093工进一56370.41.6551.450.04工 进二 107650.42.4431.020.0415快退启动128600.341 加速862 0.20.496 恒速643 0.20.43811.3040.0832.6.5 确定时间系统快进所需的时间为，由式（2-25）得 即：=1.8s系统工进一所需的时间为，即 即： =3.95s系统工进二所需的时间为，即 即： =1.77s所以工进总时间为：=+=5.72s系统快退所需的时间为，即 即：=2.9s2.7 液压系统图的拟定 2.7.1 液压系统图的拟定要求一 根据钻床钻孔的工作循环和对性能的要求，在拟定液压系统图时应该注意： 1. 在组合基本回路时，特别注意由于组合以后，回路中存在有相互干扰的关系，有时后不能按照最初所设定的要求来动作。2. 应避免系统中存在多余的回路中，完成钻床钻孔动作的回路。应力求简单可靠，回路越复杂，产生事故的机会愈多，消耗的功率越大。3. 要注意系统的安全可靠性，尽可能减少事故停车时间，一般在回路中采用溢流阀或其他安全阀，控制着最大载荷。4. 考虑经济问题，以及建设进度等，在系统中，如过于考虑理想要求，则将增加元件设备，因而使成本增加。 2.7.2液压回路的选择液压回路的选择重要是根据设计要求和工况图来进行的。选择回路时既要考虑调速、调压、换向、顺序动作，动作互锁等要求，也要考虑节省能源，减少发热、减少冲压，保证动作精度等问题，另外，选择回路时可能有多种方案，必须对不同的液压回路进行对比分析，并参考和吸收同类型液压系统中选进行回路和成熟经验。在液压系统中，一般调速回路是系统的核心，往往调速方式一经确定，其他有关的液压回路、油源结构形式和液压的循环形式就会很自然地选择出来，因此，一般都从选择调速回路着手，并以选定的调速回路为基础，依次选择其它的液压回路。一.调速回路的选择，应当根据工况图中液压、流量和功率的变化和大小，还应该考虑系统对速度稳定性、运动平稳性和升温的要求，综合考虑各方面因素后来选择恰当的调速回路又因为在加工过程中因有快进、工进，它们的速度不同。因而必须有一个高速回路来实现这一过程的速度的控制。在本系统中，由于要求较高，即高速都受用出口节流高速回路来制控其速度的变化。其图如下：二保压回路在系统中，要使钻孔的每一个工序都能顺利进行，那么工件必须得夹紧。夹紧装置由夹紧液压缸组成，夹紧在整个加工过程中非常重要，因此必须有一个保压回路来维持夹紧时的压力。其保压回路的图如下三换向回路在不同的工作情况下，尚油液的流向是不相同的。因此必须有一个换向回路来控制液压油的流向。在本设计中可以采用三位四通电磁换向阀来实现这一过程的控制。其图如下：四、卸载回路因是大批量生产，所以中间装夹工件时与加工工件之间必然有停，而我们不可能将整个系统的电繁频起停，这样会影响其整个统系的使用寿命。因而要设制一个卸载回路来解决加工中的这一问题。其图如下：五换速回路本设计中各个阶段的作动都有不同之处，为了达到做完一个过程后能进行下一个程，就必须有一个控制回路来实现。本设计中选用行程开关来实现这一个程。每当在工作时碰到一个行程开关时，行程开关都会发出一个电信号来控制下一步的工作的进行。其图如下：六、液压回路的综合系统图的拟定把上面各路回组合画在一起，即得了综合回路。其图如下：（见大图一）2.8液压元件的选择2.8.1液压泵因为五个液压缸同时工作则在整个工作循环中的最大工作压力为它们的和，如取进油路上的压力损失为0.8MPa，压力继电器调整压力高出系统最大工作压力值为0.5MPa。则液压泵的最大工作压力应为： 液压泵向所有液压缸提供的最大流量为45.2+45.2+20.1+20.1=130.6L/min，若回路中的泄漏按液压缸输入的1.05%计算，则液压泵的总流量应为 根据以上压力和流量的数值查阅产品目录，最后确定选取 YB-B92C-*F型单级叶片泵它的流量为138.8L/min；压力为10.5MPa；液压泵输出压力为138.8L/min；压力为10.5MPa如取叶片泵的总功率为，则液压泵驱动电机所需的功率为 P=10.5 =27kW根据此数值查阅电机产品目录，最后确定选取Y200L-4三相异步电动机它的额定功率为30kW，满载转速为1470r/min。2.8.2阀类元件及辅助元件根据液压系统的工作压力和通过各个阀类元件的实际流量，可选出这些元件的型号规格，如下表2-8。表2-8元件的型号及规格序号 元件名称估计通过流量（L/min）型号规格生 产厂 家1滤油器125SU3-F1251020MPa北京天桥粉末冶金二厂2溢流阀163Y-636.3MPa3溢流阀225Y-256.3MPa4溢流阀3250YF-L32C14MPa5单向阀163I-636.3MPa6单向阀225I-256.3MPa7调速阀10L-106.3MPa8二位二通电磁阀12522D-25H6.3MPa9二位二通电磁阀26322D-63H6.3MPa10三位四通电磁阀16334D-63*6.3MPa11三位四通电磁阀22534D-25*6.3MPa12压力表开关KF3-E3B16MPa3测点13压力继电器PF-B8C14MPa8通径榆次液压件厂2.8.3.油管 各元件间连接管道的规格按元件接口处决定，液压缸进，出油管则按输入，排出的最大流量计算。为了满足所有的液压缸，则按它们中的最大流量计算，（右钻头液压缸）由于液压泵具体选定之后液压缸在各个阶段的进，出流量已与原定数值不同，所以重新计算如表2-9所示。表2-9液压缸的进，出流量快 进工 进快 退输入流量（L/min）排出流量（L/min）=（85201）/113=151=2.17=66运动速度（m/min）=17.86=0.256=5.88 根据这些数值，当油液在压力管中流速取5m/min时，则液压缸无杆腔和有杆腔相连的油管分别为和。 查液压传动式（7-8）得： 所以：=29.2mm 这两根管都按JB82760选用内径15mm、外径30mm的无缝钢管。2.8.4油箱油箱的有效容积：V=。低压系统；中压系统；高压系统；因为该系统为中压系统，所以取。即： 2.9液压系统的性能验算液压缸的有效功率为： =0.3673 液压泵的总输出功率 ： = 2.7216kW由此得液压系统的发热量为： =2.7216-0.3673=2.3543Kw得出油液温升近似值为： =24温升没有超出允许范围，液压系统中不须设置冷却器。第三章 攻丝机床液压系统设计3.1 确定动作循环从整个系统来看，该系统共由四个液压缸组成，分别为：夹紧液压缸、前动力头液压缸、后钻头液压缸、左动力头液压缸、在整个过程中，每个液压缸都有单独的动作，没有联动。其中，前动力头液压缸、后动力头液压缸、左动力头液压缸动作循环图由3-1 所示。 由零件图和工位图可知：左动力头液压缸攻M10的孔的螺纹8个。前动力头液压缸攻M14的孔的螺纹1个。后动力头液压缸攻M14的孔的螺纹1个。图3-1 液压缸动作循环图3.2. 切削用量的选择 3.2.1. 材料选择 查机械加工工艺手册得： 刀具材料选为高速刚。工件材料为铸铁，其硬度为190HB。满足要求。 查组合机床得出攻丝机床的工作部件的总质量m=500kg。其动力滑台采用平导轨，其静摩擦因素为，动摩擦因素为。 工件材料的质量m=25kg。根据组合机床的特点，查机械加工工艺手册可以得出攻丝时主轴的切削速度和每转进给量s，和螺距P又因为主轴转速由式（2-1），攻丝时的切削用量如表3-1所示。表3-1切削用量螺纹规格d（mm）切削速度（m/s）每转进给量s（mm/r）螺距P（mm）主轴转速n（r/min）100.2131.0 1.0 407140.4 1.0 1.0 332 3.3左动力头液压缸3.3.1负载计算工作负载：由切削原理课程可知，高速刚攻铸铁孔的螺纹时的轴向切削力Ft(以N计)与螺距P（以mm计）的经验算式为： 查机械加工工艺手册得： 式 ( 3 - 1 ) 根据组合机床加工特点，攻丝时的主轴转速n，每转进给量s和螺距P的值。查机械加工工艺手册得出以下数据：攻M10的螺纹： n=407r/min ; s=0.42 mm/r； P=1.0mm代入式（3-1）求得： =+=5794 N 由式（2-3）得惯性负载： = =175N阻力负载：由式（2-4）得 静摩擦阻力：=0.25145 = 1029N由式（2-5）得 动摩擦阻力：=0.1 514.5 = 514.5N由此得出液压缸在各工作阶段的负载如表3-2所示。表3-2 液压缸在各工作阶段的负载值工 况负 载 组 成负载值F（N）推力F/（N）启 动10291286加 速689.5862快 进514.5643工 进6308.57886快 退514.5643注：液压缸的机械效率 不考虑动力滑台上颠覆力矩的作用。3.3.2负载图和速度图的绘制负载图按上面数值绘制，如图3-2所示，速度图按以知数值，快进速度：，快退速度：和工进速度：。其中由主轴转速及每转进给量求出。即：=1407=407mm/min 快进行程；工进行程；快退行程图3-2组合机床液压缸的负载图和速度图（a）负载图 （b）速度图 3.3.3液压缸主要参数的确定由液压传动表11-2，和11-3可知，组合机床液压系统在最大负载约为10000N 时宜取p1=2MPa 。对于双作用单边活塞杆油缸，其活塞杆直径d可按活塞往复运动速度比来决定。既：由式（2-7）得 =0.5D 在攻丝时，液压缸回油路上是具有背压。根据液压手册中的推荐值，可取=0.4MPa。快进时由于油管中有压降存在，有杆腔的压力必须大于无杆腔，估算时可取=0.2MPa。快退时回油腔中是背压的，这时亦可按0.MPa估算。 由工进时的推力按液压传动第5章式（5-3）计算液压缸面积：即有：所以：液压缸无杆腔的工作面积；即：缸筒直径D=7.5cm活塞杆直径d=0.5D=3.75cm查液压传动与控制选出就近的标准值为： D=8cm； 的d=4cm由此得出的液压缸两腔的实际有效面积为： 3.3.4强度校核一.缸筒的校核液压缸的缸筒壁厚，和塞杆直径d和缸盖处固定螺栓的直径，在高压系统中必须进行强度校核。缸筒壁厚校核分薄壁和厚壁两种情况。当时为薄壁，壁厚按式（2-12）进行校核： ；液压缸，缸筒，港底的材料都选为HT200，查机械加工工艺手册得：其中D为缸筒内径；为缸筒试验压力，当缸的额定压力时，取；而当，取；为缸筒材料的许用应力，为材料抗拉强度，n为安全系数，一般取n=5。所以=；D=8cm =200/5=40MPa即= 3mm又因为。所以应取壁厚二活塞杆的直径d的校核活塞杆的材料选用45刚。查机械加工工艺手册得出活塞杆的直径d的校核公式为 由式（2-14）得 式中，F为活塞杆上的作用力；为活塞杆材料的许用应力=所以由式 得出d=40mm5mm即，活塞杆的直径d满足强度要求。故合格。三.螺栓的校核 液压缸盖固定螺栓直径的计算 由式（2-15）得 螺栓材料为45钢。即：它的材料屈服极限为：式中 F为液压缸负载； Z为固定螺栓个数，即：取Z=8； K为螺纹拧紧系数，k=1.121.5，取k=1.3； 取所以： 取： 根据上述D与d 的值，可估算液压缸在各个工作阶段中的压力，流量和功率，如表2-2所示。并据此绘出工况图。由式（2-16）到式（2-24）分别算出系统在快进，工进，快退时的进油腔压力，输入流量q（L/min），输入功率P（kw）。表3-3 液压缸在不同工作阶段的压力，流量和功率值工 况负载F（N）回油腔压力进油腔压力输入流 量q（L/min）输入功率P（kw） 快进启动128600.556加速8620.8720.472恒速6430.8280.42820.10.143工进78860.41.7422.0450.059快退启动128600.337加速8620.20.496恒速6430.20.43711.3040.0823.3.5 确定时间系统快进所需的时间为，由式（2-25）得 即：=0.75s系统工进所需的时间为，即 即：=3.54s系统快退所需的时间为，即 即：=1.48s3.4.前液压缸和后液压缸的设计因为前，后液压缸都是攻的孔的螺纹。所以它们所提供的动力应该相同。即它们液压缸也应相同。3.4.1负载计算工作负载：由切削原理课程可知，高速钢攻铸铁孔的螺纹时的轴向切削力Ft(以N计)由式（3-1）得： 根据组合机床加工特点，攻丝时的主轴转速n，每转进给量s和螺距P的值。查机械加工工艺手册得出以下数据：攻M14的螺纹： n=332r/min ; s=1.5 mm/r； P=1.5mm代入式2-1求得： =2026 N 由式（2-3）得惯性负载： = =175N阻力负载：由式（2-4）得 静摩擦阻力：=0.25145 = 1029N由式（2-5）得动摩擦阻力：=0.1 514.5 = 514.5N由此得出液压缸在各工作阶段的负载如表3-4所示。表3-4 液压缸在各工作阶段的负载值工 况负 载 组 成负载值F（N）推力F/（N）启 动10291286加 速689.5862快 进514.5643工 进2540.53175.6快 退514.5643注：液压缸的机械效率 不考虑动力滑台上颠覆力矩的作用。3.4.2负载图和速度图的绘制 负载图按上面数值绘制，如图3-3所示，速度图按以知数值，快进速度：，快退速度：和工进速度：。其中由主轴转速及每转进给量求出。即：=1.5332=498mm/min 快进行程；工进行程；快退行程图3-3组合机床液压缸的负载图和速度图（a）负载图 （b）速度图 3.4.3.液压缸主要参数的确定由液压传动表11-2，和11-3可知，组合机床液压系统在最大负载约为5000N 时宜取p1=1MPa 。对于双作用单边活塞杆油缸，其活塞杆直径d可按活塞往复运动速度比来决定。既： 由式（2-7）得 =0.5D在攻丝时，液压缸回油路上是具有背压。根据液压手册中的推荐值，可取=0.2MPa。快进时由于油管中有压降存在，有杆腔的压力必须大于无杆腔，估算时可取=0.1MPa。快退时回油腔中是背压的，这时亦可按0.1MPa估算。 由工进时的推力按液压传动第5章式（5-3）计算液压缸面积：即有：所以：液压缸无杆腔的工作面积；即：缸筒直径D=6.7cm活塞杆直径d=0.5D=3.35cm查液压传动与控制选出就近的标准值为： D=7cm； 的d=3.5cm由此得出的液压缸两腔的实际有效面积为： 3.4.4强度校核一.缸筒的校核液压缸的缸筒壁厚，和塞杆直径d和缸盖处固定螺栓的直径，在高压系统中必须进行强度校核。缸筒壁厚校核分薄壁和厚壁两种情况。当时为薄壁，壁厚式（2-12）进行校核： ；液压缸，缸筒，港底的材料都选为HT200，查机械加工工艺手册得：其中D为缸筒内径；为缸筒试验压力，当缸的额定压力时，取；而当，取；为缸筒材料的许用应力，为材料抗拉强度，n为安全系数，一般取n=5。所以=MPa；D=7cm =200/5=40即=1.3 mm又因为。取二.活塞杆的直径d的校核活塞杆的材料选用45刚。查机械加工工艺手册得出活塞杆的直径d的校核公式为 由式（2-14）得 式中，F为活塞杆上的作用力；为活塞杆材料的许用应力=所以由式 得出d=35mm3.1mm即，活塞杆的直径d满足强度要求。故合格。 三液压缸盖固定螺栓直径的计算 由式（2-15）得 螺栓材料为45钢。即：它的材料屈服极限为：式中 F为液压缸负载； Z为固定螺栓个数，即：取Z=8； K为螺纹拧紧系数，k=1.121.5，取k=1.3； 取所以： 取： 根据上述D与d 的值，可估算液压缸在各个工作阶段中的压力，流量和功率，如表3-4所示。并据此绘出工况图。由式（2-16）到式（2-24）分别算出系统在快进，工进，快退时的进油腔压力，输入流量q（L/min），输入功率P（kw）。表3-4 液压缸在不同工作阶段的压力，流量和功率值工 况负载F（N）回油腔压力进油腔压力输入流 量Q（L/min）输入功率P（kw）快进启动128600.409加速8620.4990.299恒速6430.4420.24215.40.062工进3175.60.20.9751.9160.031快退启动128600.446加速8620.10.432恒速6430.10.3568.6550.0522.4.5 确定时间系统快进所需的时间为，由式（2-25）得 即：=0.75s系统工进所需的时间为，即 即：=2.29s系统快退所需的时间为，即 即：=1.38s3.5. 液压系统图的拟定 3.5.1液压系统图的拟定要求根据攻丝机床攻螺纹的工作循环和对性能的要求，在拟定液压系统图时应该注意： 1.在组合基本回路时，特别注意由于组合以后，回路中存在有相互干扰的关系，有时后不能按照最初所设定的要求来动作。2.应避免系统中存在多余的回路中，完成攻螺纹动作的回路。应力求简单可靠，回路越复杂，产生事故的机会愈多，消耗的功率越大。3.要注意系统的安全可靠性，尽可能减少事故停车时间，一般在回路中采用溢流阀或其他安全阀，控制着最大载荷。4.考虑经济问题，以及建设进度等，在系统中，如过于考虑理想要求，则将增加元件设备，因而使成本增加。3.5.2液压回路的选择一调速回路的选择应当根据工况图中液压、流量和功率的变化和大小，还应该考虑系统对速度稳定性、运动平稳性和升温的要求，综合考虑各方面因素后来选择恰当的调速回路. 又因为在加工过程中因有快进、工进，它们的速度不同。因而必须有一个高速回路来实现这一过程的速度的控制。在本系统中，由于要求较高，即高速都受用出口节流高速回路来制控其速度的变化。其图如下： 二保压回路在系统中，要使车的每一个工序都能顺利进行，那么工件必须得夹紧。夹紧装置由顶尖液压缸和夹紧液压缸组成，夹紧在整个加工过程中非常重要，因此必须有一个保压回路来维持夹紧时的压力。其保压回路的图如下三换向路回在不同的工作情况下，尚油液的流向是不相同的。因此必须有一个换向回路来控制液压油的流向。在本设计中可以采用三位四通电磁换向阀来实现这一过程的控制。其图如下：四换速回路本设计中各个阶段的作动都有不同之处，为了达到做完一个过程后能进行下一个程，就必须有一个控制回路来实现。本设计中选用行程开关来实现这一个程。每当在工作时碰到一个行程开关时，行程开关都会发出一个电信号来控制下一步的工作的进行。其图如下：五卸载回路因是大批量生产，所以中间装夹工件时与加工工件之间必然有停，而我们不可能将整个系统的电繁频起停，这样会影响其整个统系的使用寿命。因而要设制一个卸载回路来解决加工中的这一问题，同时还有保压作用。其图如下：六液压回路的综合系统图的拟定把上面各路回组合画在一起，即得了综合回路。其图如下： （见大图二）3.6液压元件的选择3.6.1液压泵因为四个液压缸同时工作则在整个工作循环中的最大工作压力为它们的和，如取进油路上的压力总损失为0.2MPa，压力继电器调整压力高出系统最大工作压力值为0.1MPa。则液压泵的最大工作压力应为： 液压泵向所有液压缸提供的最大流量和为20.1+15.4+15.4=50.9L/min，若回路中的泄漏按液压缸输入的10%计算，则液压泵的总流量应为 根据以上压力和流量的数值查阅产品目录，最后确定选取 YB-63型