机械毕业设计（论文）-双面组合铣床液压系统及其夹具设计.doc

毕业设计（论文） 设计（论文）题目：双面组合铣床液压系统及其夹具设计 学 院 名 称： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 学号： 08403010340 指 导 教 师： 2012年 4 月 25日摘 要双面铣床的液压系统设计本设计关于双面铣床液压系统设计过程阐述，主要包括双面铣床夹具的设计，系统方案的确定，液压集成块与控制系统的设计和总体布局的设计几个方面的内容。 双面铣液压系统是以电动机提供动力基础，使用液压泵将机械能转化为压力，推动液压油，控制各种阀门改变液压油的流向。从而实现推动液压缸做出不同行程，不同方向的动作。完成各种设备不同的动作需要。当液压缸活塞缸推出时，实现工件夹紧，从而完成工件的双面铣。双面铣床加工时，由于零件不长，采用铣刀固定，零件移动进给的加工方式，其加工循环方式是：启动快进工进快退停止，同时要求各铣刀能单独调整。液压传动设计目的有以下几点：1综合运用液压传动课程设计以及其有关选修课程的理论知识和生产实际只是进行液压传动实践，是理论知识和生产实践机密结合起来，从而使这些知识得到进一步的巩固，加深提高和扩展。2在设计实践中学习和掌握通用液压元件，尤其是各类标准的选用原则和组合的组合方法，培养设计技能，提高学生分析和嫁接生产实际问题的能力，为今后的设计工作打下良好的基础。3通过设计，学生应在计算，绘图，运用和熟悉设计资料（包括设计手册，产品样本，标准和规范）以及进行估算方面得到实际训练。关键词 现在机械 液压传动系统 双面铣床ABSTRACTThepurposesofhydraulictransmissiondesignforgraduationareasfollowing:1.Comprehensivelyusehydraulictransmissiondesign,theoreticalknowledgeofrelatedelectivecoursesandactualproductiontopracticehydraulictransmission.Itisaconfidentialcombinationoftheoreticalknowledgeandproduction,sothattheknowledgecanbefurtherconsolidated,deepenedandexpandedbythestudents.2.Learnandmasterthecommonhydrauliccomponentsthroughthedesigningprocess,especiallytheselectionprinciplesofvariousstandardsandthemethodsofcomponentscombination,developstudentsdesignskills,improvestudentsabilityofanalyzingandsolvingtheactualproductionproblems,tomakeagoodfoundationforfuturedesigningwork.3.Studentsshouldgetpracticaltrainingincalculating,drawing,usingdesigninformation(includingtheDesignManual,productsamples,standardsandnorms),andestimatingduringthedesigningprocess. Key words: modern machinery. Hydraulic system, Double-sided milling machine目 录摘要.1一 绪论11.双面铣加工及其特点12.设计的意义目的及内容23.国内外液压传动的现状3二 铣夹具设计及其计算1 负载计算2 夹紧力的确定.3 精度设计.4 结构设计.三 液压系统的设计与计算1. 方案确定2负载分析计算3初步确定液压缸参数4拟定液压系统图5 选择液压元件四 设计小结五 参考文献绪论1.1 双面铣加工特点及其应用双面铣的工艺特点1生产率高双面铣刀是典型的多齿刀具，铣削时有几个刀齿同时参加工作，并参加参与切屑的切削刃较长，铣削的主运动是铣刀的旋转，有利于高速铣削。因此，铣削的生产率比刨削高。2容易产生振动双面铣的刀齿切入和切出时产生冲击，并将引起同时工作刀齿数的增减。在切削过程中每个刀齿的切削厚度h随刀齿位置的不同而变化，引起切削层横截表面积变化。因此，在铣削过程中铣削力是变化的，切削过程不平稳，容易产生振动，这就限制了铣削加工质量和生产率的进一步提高。3刀齿散热条件好铣刀刀齿在切离工件的一段时间内，可以得到一定的冷却，散热条件较好。 但是，切入和切出时热和力的冲击将加速刀具的磨损，甚至可能引起硬质合金刀片的碎裂。铣削方式同是加工平面，既可以端铣法，也可以用周铣法，也有不同的铣削方式，（顺铣和逆铣）。在选用铣削方式时，要注意他们各自的特点和适用场合，以保证加工质量和提高生产效率。用圆柱铣刀的圆周铣刀加工平面称为周铣法。它可以分为逆铣和顺铣，在切削部位刀齿的旋转方向相反时为逆铣，相同时为顺铣。逆铣时，每个刀齿的切削层厚度是从零到最大值。由于铣刀刃口处存在，总有圆弧存在，而不是绝对的尖锐，随意在刀齿接触工件初期，不能切入，而是在工件表面上面挤压，滑行，是刀齿与工件之间的摩擦加大，加速大剧磨损，同时也使表面质量下降。顺铣时，每个刀齿的切削层厚度是有最大减小到零，从而避免上述缺点。顺铣时，铣削力将工件压向工作台，减少了弓箭震动的可能性，尤其铣削薄而长的工件时更为有利。但是顺铣忽大忽小的水平分力与工件的进给方向是相同的，工作台进给丝杠与固定螺母之间一般都存在间隙，间隙在进给方向的前方。由于F的作用，就会是工件连同工作台和丝杠一起，向前窜动，造成进给量突然增大，甚至引起打刀。而逆铣时，水平分力F与进给方向相反，铣削过程中工作台丝杠始终压向螺母，不只因为间隙存在而引起工件窜动，目前一般铣床尚没有消除工作台丝杠与螺母之间间隙的机构，所以在产生采用逆铣法。2.铣削的应用铣削的形势很多，铣刀的类型和形状是多种多样的，再配上附件分度头，圆形工作台等的应用。致使铣削加工的范围广，主要用来加工平面，沟槽，成型面和切断等。加工精度一般可达IT8IT7，表面粗糙度可达1.63.2m。一般单件小批生产中，加工小中型工件内多用升降台式铣床。加工中大型的可以采用龙门铣床。1.2 设计的意义，目的及内容 液压传动的基本原理是在密闭的容器内，利用有压力的油液作为工作介质来实现能量转换和传递动力的。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、链条和齿轮等传动元件相类似。本设计的目的为了巩固和深化已学知识，掌握液压系统设计计算的一般方法和步骤，培养学生工程能力和综合分析问题能力，解决问题的能力；正确合理执行机构选用液压标准件水岸运用液压基本回路，组成满足基本性能要求的液压系统。 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. 液压传动系统的组成： 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。 1）动力元件（油泵） 它的作用是把液体利用原动机的机械能转换成液压力能；是液压传动中的动力部分。 2）执行元件（油缸、液压马达） 它是将液体的液压能转换成机械能。其中，油缸做直线运动，马达做旋转运动。 3）控制元件 包括压力阀、流量阀和方向阀等。它们的作用是根据需要无级调节液动机 的速度，并对液压系统中工作液体的压力、流量和流向进行调节控制。 4）辅助元件 除上述三部分以外的其它元件，包括压力表、滤油器、蓄能装置、冷却器、管件及油箱等，它们同样十分重要。 5）工作介质 工作介质是指各类液压传动中的液压油或乳化液，它经过油泵和液动机实现能量转换1.3国内外液压传动的发展概况 液压传动是根据17世纪帕斯卡指出的液体静压力传递原理而发展起来的一门新兴技术。1795年英国约瑟夫，在伦敦用水作为介质，以水压机的形式应用与工业上，诞生了世界上第一台水压机。 1905年将工作介质改为油，又得到进一步改善。 第一次世界大战后液压传动广泛应用，特别是1920年以后，进展更加迅速，液压元件大约在19世纪末到20世纪初20年间，才开始进入工业生产阶段。192年威克斯发明了压力平衡阀式叶片泵，为近代液压元件工业或液压技术的逐步建立奠定了基础。20世纪初康士坦丁尼斯克对能量波动传递进行理论及实际的研究，191哦年对业力传动方面的贡献，使得两方面领域得到了发展，1930年出现过液压万能的想法，打很快偃旗息鼓了。 第二次世界大战（1941-1945）期间，在美国机床中30%机床应用了液压传动。应该指出，日本技术的发展较欧美晚了近20多年，在1955年前后，日本发展液压技术迅速，1956年成立了液压工业会。进2030年间，日本液压技术发展很快，居居世界领先地位。我国液压技术在50年代开始起步，60年代有较大发展，70年代制定了原件型弱，设计了部分机型，近十多年技术得到普遍应用，目前应用范围较广，液压技术发展趋势主要在以下方面：1， 减少能耗，充分利用能量。2， 泄漏控制。3， 污染控制4， 主动维护。5， 机电一体化6， 液压CAD技术7， 新材料，新工艺的应用。新型材料的使用8， 纯水液压技术重新崛起9， 信息网络的建设。10，特设产品的生产，发展成套技术二铣夹具设计及其计算题目：专用双面铣床液压系统设计设计一台专用铣床，铣削阀体的的体积为150X115X115mm，铣削工件材料为灰铸铁，材料工件尺寸初步选定为152X122X122mm，查机械切削工艺参数速查手册可知洗头电机的功率为5.04KW,铣刀直径为200mm，工作台质量为480kg，工件和夹具最大质量为150kg，工作台行程为400mm，工进行程为200mm，快进快退速度为4.5m/s，工进速度为601000mm/min，Sz为0.1mm/s，其往复运动的加速和减速时间为0.05S，工作台用平导轨静摩擦系数fd=0.2，动摩擦系数fd=0.1，设设计该机床的液压系统。1负载2 夹紧力的计算铣削力的计算Pz式中，N为铣削功率（千瓦），V为铣削速度（米/分），Pz为圆周铣削力（公斤）。知道了Pz分力后，则铣刀的走刀抗力Ph，轴向抗力Po等便可用图4至图8所示的比例值来近似计算。各类切削分离比例值如下： 圆柱平铣刀，三面刃铣刀，锯片铣刀等。二 断面铣刀和立铣刀1计算所得的功率N只都是铣刀在磨损极限之内的数值。2高速钢铣刀用冷却液，而硬质合金铣刀不用冷却液。根据图6可知走到抗力Ph=106.8Kg轴向力Po=133.5Kg最大负载为Pz=268.9KgFr=2689NFr=3633N惯性负载 Fm=3精度校核4结构设计三机床液压系统的设计3.1 方案确定方案分析已知设计的是一专用铣床的液压系统，要求液压系统完成的工作循环是：启动-快进-工进-快退-停止。在设计过程中要注意的事项：在华泰的速度变化较大，滑台由工进转为快退时，为减少液压冲击，需使用背压阀等。方案一：选用柱塞缸来实现工作循环所要去的快进，工进运动，在快进和快退时要求速度相等，通过差动链接来实现。系统在工作过程环境恶劣时，有冲击可通过再回油路上加背压阀来减少对其加工工件的精度影响。为了减少空间，邮箱采用闭式油箱。从节约能源，节约成本的角度来看，可采用变量泵来实现不同工况对优良的不同需求。闭式油箱，不易于散热，要附加散热器，增加了成本。方案二：选用单杆活塞缸来实现工作循环所需要的快进，工件运动，借鉴经典的实现快进快退的链接方式差动连接来实现，而对于有大冲击，工作阻力不定对加工过程的影响，采用再回油路上接背压阀何在进油路上用调速阀和行程阀的组合来实现。为减少机床发热对加工精度的影响，减少热源，选用远离机床床身的开式油箱。方案三：选用单杆活塞缸来实现工作循环所要求的快进，工进运动，对运动的改变可以用三位四通电池换向阀，单向阀和压力继电器来实现。液压泵选用变量泵，这种方法就是在快进是油液流经阀的速度大，局部损失大，油液发热高，使液压的粘性降低，影响系统的稳定性。综合比较方案一，方案二和方案三，从经济成本，以往成功机床的例子和操作性考录后，选用方案二，方案二的具体设计过程如下。3.2 铣削功率的计算硬质合金铣刀铣削功率的计算N的计算公式见表格3，在表格3中，各个符号的定义如下：D为铣刀直径（mm）； T为铣刀直径(mm)Sz为每齿走刀量（mm/齿）B为铣削宽度（mm）Z为铣刀齿数n为铣刀每分钟转数Kn为修正系数见表格3第三栏，计算所得的N实习到磨钝后的数值，系数Cn及其指数q，x，y，u，p，f值均见表3的第二栏。各类铣刀的t及B值定义见下图。 铣削力的计算Pz式中，N为铣削功率（千瓦），V为铣削速度（米/分），Pz为圆周铣削力（公斤）。知道了Pz分力后，则铣刀的走刀抗力Ph，轴向抗力Po等便可用图4至图8所示的比例值来近似计算。各类切削分离比例值如下：一 圆柱平铣刀，三面刃铣刀，锯片铣刀等。二 断面铣刀和立铣刀1计算所得的功率N只都是铣刀在磨损极限之内的数值。2高速钢铣刀用冷却液，而硬质合金铣刀不用冷却液。根据图6可知走到抗力Ph=106.8Kg轴向力Po=133.5Kg最大负载为Pz=268.9KgFr=2689NFr=3633N惯性负载 Fm=阻力负载分析1摩擦阻力因工件组合卧式铣床，重力水平分力为0，则导轨正压力等与工件的重力，导轨的静摩擦阻力为F 导轨的动摩擦力为2惯性力工件的惯性力为3重力因为工作部件是卧是装置，所以Fg=04总负载忽略切削力产生的倾覆力距对导轨摩擦力的影响，并设液压缸的机械效率为，则液压缸在机床动作循环的各个阶段的总负载如下。启动阶段F=加速阶段快进阶段工进阶段快退阶段当机床力原切断时，摩擦阻力能够立即把惯性力抵消掉，使工件迅速停下来，制动时间在0.05S内。差液压缸机械效率为0.9，可计算出液压缸各个阶段的负载情况，如下表所示; 工况负载力计算液压缸负载N液压缸推力N启动12601326加速15741652快进630663工进33283494快退630663负载图和速度图根据机床各个循环阶段液压缸负载的计算结果和速度，可绘制出液压缸的负载图和速度图，如图示，在图中，横坐标以上为液压缸活塞前进时的曲线，以下为液压缸活塞后退的曲线。3 液压缸主要参数的确定1初选液压缸的工作压力压力的选择要根据载荷的大小和设备类型而定。还要考虑执行元件的装配空间，经济成本及元件供应情况等的限制。仔仔和一定的情况下，工作压力低，势必要加大执行元件的结构尺寸，对默写设备来说尺寸受到限制，从材料的消耗角度看也不经济，反之，压力选的太高，对泵缸阀等原件的材质密封制造精度也要求很高，必然提高设备成本。一般来说。对于固定尺寸太受限的设备，压力可可以低一些，行走机械重载的设备压力选的高一些。具体选择参考表23.4-3.表23.4-3 各种机械常用的系统压工作压力机械类型机床农业机械建筑机械液压机重型机械磨床组合机床龙门铣床拉床工作压力/Pa0.8-23-52-88-1010-1820-32查表格23.4-3可知，双面铣组合机床液压系统在最大负载为3494N时宜取P1=2MPa。2确定液压缸的主要尺寸由于铣床工作台快进和快退速度相同，因此液压缸选用单活塞式的并且在快进时采用差动连接。这种情况下液压缸无杆腔工作面积A1应为有杆腔工作面积的两倍。即A1=2A2,活塞杆直径d与缸筒直径D呈d=0.707D的关系。 在铣床加工时，液压缸回油路上必须具有被压p2，以防止加工时滑台突然前冲。根据机械设计手册中表23.4-4推荐值，背压值为p2=0.6MPa。快进是虽然做差动连接，但由于油管中有压降p存在，有杆腔的压力必须大于无杆腔，估算时回油压力损失可取p0.5MPa。快退时回油腔中是有背压的，压力损失宜取p0.5MPa。工进时，为使其平稳运动，在液压缸回路上必须加背压阀。表23.4-4 执行元件背压力系统压力背压力/MPa简单系统或轻载节流调速系统0.2-0.5回油路带调速阀系统0.4-0.6回油路设置有背压阀的系统0.5-1.5用补油泵的闭式回路0.8-1.5回油复杂的机械工程1.2-3回油路较短，且直接回油箱可忽略不计根据p1A1=p2A2+F0，可求出液压缸无杆腔的面积A1为A1= ，D=根据GB2348-1993将这些直径圆整为就近标准值D=63mmd=0.707D=0.707X63=50mm根据GB2348-1993将这些直径圆整为就近标准值d=50mm根据圆整后的液压缸内径和活塞杆直径可得液压缸无杆腔和有杆腔两腔实际有效面积分别为A1=A2=当按照最低工进速度验算液压缸尺寸时，根据样本样品可知，调速阀的最小稳定流量为qmin=0.05L/min,且液压工进速度Vmin=0.06m/min为最小速度，则而在实际设计中A1=32.112,满足最低要求根据上述D和d的值可以估算液压缸各个工作阶段中压力。流量和功率：根据液压缸的负载和速度图及液压缸的有效工作面，可以算出液压缸在工作循环各个阶段的压力，流量和负载。当液压缸做差动连接快进时，由于管路中压力损失，液压缸有杆腔的压力必须大于无杆腔，此处选管路压力损失p=0.5MPa,则有杆腔压力p2=p1+p= p1+0.5。液压缸工进时回油腔的背压p2=0.5MPa，快退时回油腔中的背压力p1=0.5MPa.液压缸差动连接快进时，其无杆腔进油压力，输入流量，输入功率和有杆腔压力分别为2工进阶段液压缸的进油压力，输入流量，和有杆腔压力分别为快退时无杆腔压力，输入流量，输入功率和有杆腔压力分别为个悲剧上述液压缸各个阶段的压力流量功率计算结果，克辉指出液压缸的工况图如图所示：工作阶段计算公式推力F（N）回油腔压力P2（MPa）工作腔压力P1（MPa）输入流量q（L/min）输入功率P（KW）快进启动 1326 1.01 快进加速 1553 0.5 1.51 快进恒速 663 0.5 0.5 8.4 0.22工进34940.51.280.1660.0150.43快退启动 1326 0 0.5 快退加速 1553 0.5 0.83 快退恒速 663 0.5 0.5 0.4-1.5 0.150.43绘制液压缸工况图根据表计算结果，绘制出液压缸的工况图液压系统图的拟定根据组合机床的设计任务和工况分析可知，该机床对调整范围和低速稳定性有一定要求，因此速度控制是该机床的主要问题。速度的接环和稳定性是该机床液压系统的设计核心。1 调速回路的选择根据液压缸工况图的功率位移曲线的值得知，滑台运动速度低，工作负载小，其次这台液压系统功率不高，进口节流调速比出口调速更能获得更低的稳定速度，固本机床液压系统采用进口节流调速方式。为了防止孔加工时工件突然前冲。再回油路上增设背压阀。因为机床液压系统选用了进口节流调速形式，故液压结构形式未开式循环回路。考虑到铣削加工中有顺铣和逆铣两种工况，必须保证滑台运动速度稳定。2速度换向回路和速度换接回路的选择本液压系统对换向平稳性要求不高，所以选用价格较低的电磁换向阀实现换向回路。为了便于差动连接，选用三位四通换向阀构成液压缸的差动连接，这种差动连接的快速运动回路，图示。当换装工件时，工作台停止运动，液压缸协和回路采用小型二位三通电磁阀控制先导性溢流阀，如a示3快速运动回路为实现工作台快速进给，选用二位三通换向阀构成液压缸的差动连接，这种差动连接的快速运动回路，结构简单，比较经济。图C中采用三位五通换向阀来实现液压缸的差动连接，结构复杂不利于控制，选择a所示回路与b一起组成快进快退回路，同样可以实现差动连接，同事盐酸回路压力损失比较简单，所以不选用c所示回路 4.压力控制回路从工况图中可以清楚的看到，在这个液压系统的工作循环内，液压系统流量不大，最大流量与最小流量之比为40，而快进时间和公斤所需时间比较小，时间差不是很大，从节省能量和经济性的角度上来看，采用定量泵，其结构简单，其采用先导式溢流阀维持液压站出口压力恒定。当换装工件时，液压泵停止运动，液压泵卸荷回路采用二位三通直动式溢流阀，实现液压泵的卸荷，从而提高系统效率，节省能量。 液压系统合成根据以上选择的液压基本回路画在一起，就可以得到如图所示的液压系统原理图。将图仔细检查一遍，可以发现，这个图是系统在工作还是存在问题的。必须经如下修改和整理1. 为解决机床停止工作系统中邮箱溜回油箱，导致空气进入系统，影响滑台的平稳性，必须在电液换向阀的出口处增设一个叠加式单向阀。2. 为了便于系统自发的快退信号起见，再液压缸出口处增设两个压力继电器。3.及上述修改得到修改后的原理图如图所示。1-电机 2-叶片泵 3-电池换向阀 4-单向阀 5-压力继电器 6-溢流阀 7-滤油器 液压元件的选定1液压泵和驱动电机液压泵的最大流量取液压系统的泄漏系数K=1.1，则有根据拟定的液压系统是采用回油节流调速，进油路压力选取考虑到系统动态压力因数的影响，液压泵的额定压力为：根据，和已选定的单项定量泵形式，查机械设计手册（四）表23.5-51选用YB-4型定量叶片泵。该泵的定量排量为4ml/r.若去液压泵的容积效率，则当泵的转速为1450r/min时液压泵的实际流出流量为由工况图可知，液压缸在快退阶段输出功率最大，这时液压泵工作压力为2.09MPa，流量为5.22L/min，如果液压泵效率为0.75，则崖崩驱动电机所需的最大输出功率P为：查阅电动机样本取Y90S-4型电机，其电功率额定功率Pn=0.75KW,额定转速为1450r/min。阀类元件及辅助元件根据阀类及辅助元件所在右路的最大工作压力和通过该元件的最大时计流量可选出这些液压元件的型号及规格见表格，表中序号与元件标号一致序号元件名称最大流量L/min型号1电机2叶片泵3电磁换向阀4叠加式双向液控单向阀5叠加式压力继电器6溢流阀7吸油滤油器管路选择各元件间接连接的规格按元件接口处尺寸决定，液压缸进出油管则按输入排出的最大流量计算。由于液压泵具体选定后液压缸在各个阶段的流量已与原定数值不同，所以重新计算如表所示。表中数值说明所选泵的型号和规格是适宜的。流量,速度快进工进快退输入流量/ L/min排除流量 L/min4.10.050.12.8运动速度 m/min4.50.0534.5根据上表中数值，当液压油在压力管路中流速为2时，按式d=2算得与液压油无杆腔相连的油管内径分别为d=2d=2这两根油管选用外径为14mm,内径10的钢管。油箱总体尺寸确定中低压的油箱容积一般去液压泵额定流量的5-7倍此处取7倍，则油箱的容积为3,6X7=25.2L由于油箱温升没有超出允许的范围，故可不按发热来计算。此处参考资料表中推荐值的范围长宽高比例1:1：13:2：1，此处取1.4:1.3:1设因子为X，则长为1.5X,高为1.4X，宽为X则X=222mm所以长为350mm。高为320mm宽为222mm磁带只成交的矩形油箱采用普通钢板焊接而成，参照书上取钢板壁厚为取邮箱壁厚为t=4mm。按照箱底厚度比箱壁厚度厚的原则：箱底厚度为：5mm按箱盖厚度应为3-4倍箱壁的原则：箱盖厚度为12mm为了易于散热和便于对油箱搬移及维护保养，取箱底离地距离为24mm。故可知油箱基体的总长宽高为：长为：L=350+8=360mm宽为：L=222+8=230mm高为：L=320+8=328mm油箱外形尺寸大致如图