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G123 组合 机床 动力 液压 系统 设计

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资料为该零件的加工工艺和夹具设计。 一份现成资料文件包括：工件零件图（cad）、工件毛坯图（cad）、夹具装配图（cad）、夹具体图（cad）、工艺卡、工序卡、说明书。 以上为资料预览概图，下载文件后为完整一套设计。【清晰，无水印，可编辑】 dwg后缀为cad图，doc后缀为word格式，png和jpg，gif后缀为资料预览图片。 有疑问可以咨询QQ：529358737

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山东英才学院2015届本科生毕业设计 山东英才学院 毕 业 设 计（论 文）题目：立式钻镗组合机床动力头液压传动机构设计学生姓名 学 院 专 业 学 号 指导教师 年 月 日毕业设计（论文）原创性声明本人郑重声明：所提交的毕业设计（论文），是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本研究做出过重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明并表示了谢意。 论文作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密，在_年解密后适用本授权书。2、不保密。（请在以上相应方框内打“”）论文作者签名： 日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日目 录摘要IAbstractII1 液压系统的设计要求11.1 液压传动系统的技术要求11.2 工作环境和工作条件12 确定液压缸的结构尺寸及工况图12.1 负载图和速度图12.1.1 负载分析12.1.2 负载图和速度图22.2 初定液压缸的结构尺寸32.2.1 初选液压缸的工作压力32.2.2 计算液压缸的结构尺寸42.3 液压缸工况图53 拟定液压回路63.1选择液压回路63.1.1 调速回路及油源形式63.1.2 快速回路及速度换接回路63.1.3 换向回路73.1.4 调压回路73.1.5 调速回路73.1.6 平衡回路83.1.7 行程终点的控制方式93.2 组成液压系统图94 计算和选择液压元件104.1 确定液压泵的规格和电机功率104.1.1 液压泵工作压力的计算104.1.2 液压泵流量的计算114.1.3 液压泵规格的确定114.1.4 电机功率的确定114.2 液压阀的选择114.3 管件的选择及计算134.3.1 管路、管接头的选择134.3.2 确定油管的内径134.4 油箱容量的计算134.5 液压缸的设计144.6 液压传动装置的总体设计144.7 液压系统的安装及配管144.7.1 液压系统安装前注意事项144.7.2 液压系统安装时注意事项145 验算液压系统技术性能155.1 液压缸的速度155.2 系统的效率165.2.1 回路中的压力损失165.2.2 液压泵的工作压力175.2.3 顺序阀的调整压力175.2.4 液压回路和液压系统的效率185.3 液压系统发热与温升验算18结 论20参考文献21致 谢22立式钻镗组合机床动力头液压传动机构设计摘 要：钻镗组合机床是机械、电气、液压等紧密联系组合成的综合体。本次设计主要针对立式钻镗组合机床液压动力头传动机构工作原理分析与设计。由于动力头采用液压驱动，设计将对动力头的主运动、进给运动、控制系统以及机械结构特点等进行分析，对动力头的主要参数和液压系统各部分元件参数将做设计计算，并将对于动力头结构与工作原理做具体的学习和论述。通过查阅关于组合机床动力头液压传动系统的资料，对现代组合机床液压系统类型、工作特点作了充分了解，并对其结构、工作原理等进行系统性分析，结合设计要求及所了解的专业知识进行逐步的设计。设计过程中，对各个步骤实现有序进行，利用相关手册完成精细计算，通过老师的指导实现设计的完成。此次设计的完成，立式钻镗组合机床的理论设计得到实践，对现代组合机床的进一步发展提供理论基础。关键词：钻镗组合机床；动力头；液压传动系统Vertical Drilling and Boring Modular Machine Tool Power Head Hydraulic Transmission Mechanism DesignAbstract： Drill boring modular machine tool is closely linked to the mechanical, electrical, hydraulic, complex. This design mainly for vertical drilling boring modular machine tool hydraulic power transmission mechanism principle analysis and design. Because of the power head adopts hydraulic drive, the design will be the main movement of power head, feed movement, control system and mechanical structure characteristics were analyzed, and the head of the main parameters and all parts of the hydraulic system components will do design calculation, and to the structure and working principle of the power head will do detailed study and discuss. Through access to information about power head hydraulic transmission system of modular machine tool, the combination of modern machine tool hydraulic system types, job characteristics are fully understand, and its structure, working principle, systematic analysis, combined with the design requirements and know the professional knowledge of the design of the step by step. Design process, for each step to realize orderly, using relevant manual completed detailed calculation, the completion of design was achieved by the guidance of the teacher. The completion of the design, the vertical auger boring modular machine tool design theory and practice, to provide theoretical basis for further development of the modern combination machine tools.Key words: drill boring modular machine tool ; power head; hydraulic transmission system221 液压系统的设计要求本组合机床用于对孔的钻、镗加工。动力头为立式布置，将采用液压驱动。本课题所设计的液压系统是立式组合机床动力头液压传动系统,主要任务是完成液压系统系统原理图和主要零件的结构及有关设计的计算。液压泵及各液压元件的选用。1.1液压传动系统的技术要求动力头工作循环为：快进工进快退原位停止；液压缸活塞的行程长度最大为320mm；液压系统的执行元件为液压缸，其运动速度大小为：快进速度：5m/min；工作速度：要求能在0.021.2m/min实现无级调速；承受最大切削力为20000N，动力头重2000N。1.2 工作环境和工作条件组合机床的液压系统应使该机床工作时运行平稳、可靠，满足工况要求，保证组合机床的可靠性和性能要求。本课题所设计的立式钻镗组合机床在普通车间使用，工作环境要求不高，对环境温度、湿度、尘埃情况没有特殊的要求。在安装液压系统时，必须保证其稳定性，这样会避免因液压系统不稳定，对机床产生直接的冲击振动，影响机床加工精度及寿命，达到机床合理的使用规律。在本次设计中该机床液压系统对重量、外形尺寸、经济性等某些条件没有特殊的要求，但是设计时我们必须符合一般的普遍设计原则以及发展趋势：重量轻、体积小、成本低、效率高、结构简单、工作可靠、使用维护方便。 2 确定液压缸的结构尺寸及工况图在明确了动力头液压系统设计要求之后，针对液压系统的性能以及动作方面的各种特性有了明确的方向，就此根据已知条件，确定液压系统的工作压力，计算液压系统中液压缸的具体参数。2.1 负载图和速度图2.1.1 负载分析根据已知条件，首先对动力头进行简要的受力分析，在本课题中，由于动力头为立式，因此，它所受到的摩擦力很小，我们忽略不计。动力头主要受以下几个力，分别为切削力、惯性阻力、重力阻力、密封阻力等，它们的值分别求得如下：1）切削力： 2）惯性阻力： 3) 重力阻力： 4) 密封阻力： 根据上述受力分析，可以算出液压缸在各种工作阶段中的负载，如表2.1所示。表2.1 液压缸各工况负载工况计算公式液压缸负载液压缸推力启动200022222.2加速2037.82264.2快进20002222.2工进2200024444.4快退-2000-2222.22.1.2负载图和速度图由任务书可知，快进速度和快退速度相等，即=5m/min，它们的行程分别为：，；工进速度，即，行程。根据这些数据以及表1-1中的求得的数据值绘制液压缸的F-l负载图和v-l速度图，分别如图1-1、1-2所示：图2-1液压缸负载图图2-2 液压缸速度图2.2初定液压缸的结构尺寸2.2.1初选液压缸的工作压力表2.2 不同负载下的工作压力表2.3各类机床常用工作压力根据计算得出各阶段负载值的最大值，通过查阅液压系统设计简明手册，以及上面表格初步选择液压缸的工作压力为。2.2.2计算液压缸的结构尺寸在设计中，要求，因此选择单杆式液压缸，使得,并且在快进时将液压缸差动连接。钻镗加工中，为防止钻孔或镗孔时工作部件突然向前冲，回油路中应有背压。通过查资料暂时取背压是。快进时，液压缸差动连接。由于液压系统管路中有压力损失，因此这时的液压缸有杆腔内的压力一定大于无杆腔内的压力。暂且估取这部分的的损失为，那么快退时，油液从液压缸无杆腔中流出时是有阻力的，因此也会有背压。此时的背压也估取为。液压缸差动连接，且，因此：所以，按照标准取液压缸活塞直径d为： 按照标准取d=80mm。由此，求得液压缸实际有效工作面积，无杆腔面积： 有杆腔面积： 通过资料查得调速阀Q-10Q-100的最小稳定流量为。验算液压缸有效工作面积为：所以，流量控制阀无论是放在进油路上还是放在回油路上，有效工作面积都能满足工作部件的最低速度要求。2.3液压缸工况图根据表2.1工作循环中各个动作阶段的负载，求出各个动作阶段的压力流量和功率值，如表2.4所示。表2.4 液压缸工作循环中的压力、流量、功率工况负载F/N液压缸回油压力输入流量q/(L/min)进油腔压力输入功率p/Kw快进启动2222.24.42加速2264.2=9.85恒速2222.225.139.770.409工进24444.460.190111.4028.540.00900.542快退启动2222.24.96加速2264.2515.67恒速2222.222.3815.580.5811 根据上表2.4中所求得的数据，绘制出液压缸的工况图，如图2-3所示。图2-3 液压缸工况图3 拟定液压回路3.1选择液压回路3.1.1调速回路及油源形式由工况图2-3可知，该机床液压系统的功率较小，速度也比较低；钻镗加工为连续切削，切削力变化小，故采用节流调速回路。为增加运动的平稳性，防止工件钻通时工作部件突然下冲，所以采用调速阀的出口节流调速回路。在工况图中还可以看出，该系统由低压大流量阶段和高压小流量阶段两个阶段组成。其中最大流量与最小流量之比为；而相应时间之比为，它们的比值很大，为了节约能源，故采用双定量泵供油。3.1.2快速回路及速度换接回路液压系统虽然越来越复杂，但是一个复杂的液压系统往往是由一些基本回路组成的。液压基本回路就是由有关液压元件组成，能够完成某一特定功能的基本回路。在本次设计中有五种回路，分别为换向回路、调压回路、调速回路、平衡回路和卸荷回路。在快速回路中，系统要求快进快退的速度相等，所以采用液压缸差动连接的方式，以保证快进快退的速度基本相等。回路中由于快进、工进之间的速度相差较大，为减小速度换接的液压冲击，采用行程阀控制的换接回路。3.1.3换向回路往复直线运动换向回路的功用是使液压缸和与之相连的主机运动部件在其行程终端处迅速、平稳、准确地变换运动方向。简单的换向回路只须采用标准的普通换向阀。 由工况图1-3可以看出，回路中的流量较小，系统工作压力相对较低，所以采用电磁换向阀的换向回路。3.1.4调压回路确定双定量泵供油的形式之后，已经解决卸荷和调压问题，工进时，低压泵卸荷，溢流阀调定出口压力，当换向阀处于中间位置时，高压泵功率不大，所以不采用卸荷回路。系统的实际工作压力由负载决定，当外负载压力小于溢流阀调定压力时，溢流阀处无溢流流量，此时溢流阀起安全阀作用，调压回路如图3-1所示。图3-1 调压回路3.1.5 调速回路调速阀调速回路由调速阀、溢流阀、液压泵和执行元件等组成。它通过改变调速阀的通流面积来控制和调节进入或流出执行元件的流量，从而达到调速的目的。这种调速回路具有结构简单、工作可靠、成本低、使用维护方便、调速范围大等优点。用流量控制阀实现速度控制的回路有三种基本方式，节流调速回路分为进口节流调速回路、出口节流调速回路、旁通节流调速回路等。本设计选用单向进油节流调速回路。用溢流阀和串联在执行元件进油路上的调速阀调节流入执行元件的油液流量，从而控制执行元件的速度。调速回路如图3-2所示。图3-2 调速回路3.1.6平衡回路平衡回路的作用在于防止垂直或倾斜放置的液压缸和与之相连的工作部件因自重而自行下落。由图3-3可见，当换向阀左位接入回路使活塞下行时，回油路上存在着一定的背压；只要将这个背压阀调得使液压缸内的背压能支承得住活塞与之相连的工作部件，活塞就可以平稳的下落。当换向阀处于中位时，活塞就停止运动，不在继续下移。这种回路在活塞向下快速运动时功率损失较大，锁住时活塞和与之相连的工作部件会因单向顺序阀和换向阀的泄漏而缓慢下落；因此它只使用于工作部件重量不大、活塞锁住时定位要求不高的场合。图3-3平衡回路3.1.7行程终点的控制方式本台机床用于钻孔和镗孔加工，因此，位置定位精度要求较高。对于镗孔加工，为保证刀具工进结束尚未退回之前，有个短暂的停留，在行程重点采用死挡板停留的控制方式，以保证对机器对工件加工的质量。3.2组成液压系统图一个完整的液压系统都是有许多的回路组合而成，所以，将以上的回路结合本课题的实际要求，采用叠加阀技术，将液压元件转换成叠加阀系列元件，并将液压系统原理图进行必要的修改和整理，得到符合要求的原理图。如图3-4所示。图3-4 液压系统原理图1-吸油滤油器 2-电动机 3-双联泵 4-溢流阀 5-压力表 6-压力继电器 7-单向调速阀 8-三位五通换向阀 9-液压缸 10-行程阀 11-单向阀 12-背压阀 13-空气滤清器 14-液位计 15-顺序阀电磁铁动作循环表如下： 元件动作1DT2DT行程阀压力继电器快进+-工进+-+-（+）快退-+（-）-停止-4 计算和选择液压元件根据系统要求和设计方案，选择合适的液压元件，对液压系统有很大的影响，所以对液压元件应合理的选择。4.1确定液压泵的规格和电机功率4.1.1液压泵工作压力的计算1）确定小流量泵的工作压力。小流量泵在各个工作期间都在向系统供油，由工况图可以看出，最大压力。在出口节流调速中，进油路比较简单，所以进油路压力损失取：那么小流量泵的最高工作压力为：2）确定大流量泵的工作压力大流量泵只有在快进快退过程中供油，从工况图可以看出，最大工作压力为，若取此时进油路上压力损失为，那么大流量泵的最高工作压力为。4.1.2 液压泵流量的计算由工况图可知，液压缸所需要的最大流量值为25.13 L/min,若取泄漏折算系数为K=1.2，那么这两个泵的总流量值为：（L/min）工进时最大流量值为11.40（L/min），考虑到溢流阀的最小稳定流量，因此，选取小流量泵的最小流量值应为14.40（L/min）。4.1.3 液压泵规格的确定 由3.1.1和3.1.2中得出压力及流量值，根据液压系统设计手册，我们可以选出液压泵的类型YB-10/12型双联叶片泵，额定功率为,排量为32 L/min。4.1.4 电机功率的确定 由工况图可以看出，液压缸最大功率，出现在压力为时、流量为22.38（L/min）的快退阶段，这时泵的输出压力为，流量为32 L/min。若取双泵的总效率为，则，电机功率为：。按照设计手册我们选用功率为1.2kw，同步转数1440r/min的电动机。4.2 液压阀的选择由以上步骤，根据系统的最高工作压力和通过各个阀的最大实际流量，通过液压系统设计手册等资料选出各个阀的规格，如表4.1所示。表4.1 液压元件一览表序号液压件名称通过最大实际流量L/min型号规格接口尺寸数量1双联叶片泵YB-10/12（10-12）L/min 6.3Mpa2溢流阀40YF-B1035L/min6.3Mpa13顺序阀12XY-25B35L/min6.3Mpa14单向阀40LF-B10C35L/min6.3Mpa15三位四通电磁换向阀6034D-63B63L/min6.3Mpa16调速阀40LF-B10C35L/min6.3Mpa17.10换向阀22I-25B25L/min6.3Mpa28二位三通机动换向阀2223C-25B25L/min6.3Mpa19压力继电器DP163B调压范围16.3Mpa111二位二通电磁换向阀2222D-25B25L/min6.3Mpa112滤油器22XU-4010040L/min100113压力表开关4K-F10D-16.3Mpa14.3管件的选择及计算4.3.1管路、管接头的选择管件包括管道和管接头。本设计系统中采用精密无缝钢管，因其能承受高压，价格低廉，耐油，抗腐蚀，刚性好；管接头采用卡套式管接头，这种管接头结构简单、性能良好、重量轻、体积小、使用方便，是液压系统中较为理想的管路连接件。4.3.2确定油管的内径油管的管径应选择合理适中，管径过大或过小会造成系统压力损失加大或产生振动和噪音，影响正常的工作。在强度保证的情况下，管壁尽量选的薄些。薄璧易于弯曲，规格较多，装接较易，采用它可减少管系接头数目，有利于解决系统的泄漏问题。根据公式求得各个油路输油管道的内径分别为：1）压油管道（m）=11.7mm按照标准取d=12mm2）吸油管道（m）=21.3mm按照标准取d=25mm3）回油管道（m）=23.3mm按照标准取d=25mm4.4油箱容量的计算油箱的作用主要是储备油，此外，因为油箱有一定的表面积，能够散发油液工作时产生的热量；同时还具有沉淀油液中的污物，使渗入油液中的空气逸出，分离水分的作用。查资料得，油箱有效容量一般为泵每分钟流量的37倍。对于固定设备，空间、面积不受限制的设备，应采用较大的容量。油箱中油液温度一般推荐3050。液压油箱有效容积V的确定，其主要依据就是保证泵有足够的流量。又因为设备停止后，设备中的那部分油液会因为重力作用而流回油箱，为防止液压油液从油箱中溢出，油箱中的液压油位不能太高，一般不应超过液压油箱高度的80%。按照推荐公式，求得油箱的体积：取 V= (L)4.5液压缸的设计液压缸是液压系统中的执行元件，它是一种把液体的压力能转换为机械能的能量转换装置。液压缸在液压系统中的作用是将液压能转变成机械能。液压缸的结构基本上可以分为缸筒、缸盖、活塞、活塞杆、密封装置、导向装置和缓冲装置等。在设计过程中，根据要求结合实际设计要求设计出结构合理，并能实现工作要求的液压缸。4.6 液压传动装置的总体设计本设计的传动系统对选用的各液压元件有较高的要求，且零件的使用寿命有限，从而需要保证装配、维修方便。同时，考虑到机床床身的体积比较大，装配时不易拆卸，所以将液压传动系统独立设置安装，以避免液压系统震动与机床震动形成共振，影响系统的性能。综合上述分析，本课题的液压传动系统设计选用集中式布置。4.7液压系统的安装及配管液压系统的安装及配管，我们在这过程中需要注意一些重要的细节，否则会对机床造成一些不必要的损伤或折寿。4.7.1液压系统安装前注意事项 1）安装场所宜在灰尘少，通风条件好，受其他机器工作影响小的地方。2）对系统外部的各个零部件、油箱、油管和过滤器等安置于最佳散热位置。3）过滤器、蓄能器等需经常维护、检修的元件，需安装在易于维修的位置。4.7.2 液压系统安装时注意事项1) 清洁度软管、油管、接头在安装前不干净，在安装之前要对其进行清洗。安装时，尽量避免使用变质油；过滤器必须保持清洁，尤其是活塞杆，轴和轴的密封尤为重要。2) 配管配管时需注意管道的热胀冷缩、管接头处的漏油与空气吸入；橡胶软管要保持合理的弯曲半径，不容许与其它机械及管道接触；管子损坏要立即更换；金属管接头在安装前必须绝对清洁。3) 加油只准用清洁的容器、软管等从油桶向油箱输送油液。4) 冲洗冲洗之前要取下精密的系统元件， 不能用系统泵作为冲洗泵，同时冲洗油箱以避免污染物滞留在系统油箱中；清洗油应采用与工作液体相同性质的油液，加入加强溶解力及防腐蚀等的添加剂；在系统进行清洗时，在排油回路中设置过滤器，以检测清洗的效果，直至基本上不再有污染物排出时，清洗结束。5 验算液压系统技术性能5.1液压缸的速度在液压系统各个组成元件确定之后，液压缸在实际工况的输入排出流量和移动速度与原来所要求的数值有所不同，因此需要重新估算。根据以上各元件确定值求算结果，估算结果如表5.1所示。表5.1 液压缸输入流量和移动速度重新估算值工序输入流量L/min排出流量L/min移动速度m/min快进工进 快退=325.2系统的效率5.2.1回路中的压力损失计算回路中的压力损失时，必须知道管道的长度和直径，管道的直径按照选定元件的接口尺寸来确定，即d=12mm，回路中进油、回油管长度暂且均按=12m，油液运动黏度。系统中有关元件的额定压力损失如表5.2所示。表5.2 液压元件在额定流量下的额定压力损失压力损失34D-63B22D-25B23C-25BI-25BQ-25BXY-25B421.5253a.快进时回路压力损失快进时，进油管中流态为层流，即=2320,所以进油管的沿程压力损失计算如下：进油管的局部压力损失估取为：=进油路上，油液只经过一个三位四通电磁换向阀，该阀的局部压力损失为：因此，求得快进时油路上的压力损失为：同样，可以判断出回油管中也是层流。因此计算出压力损失分别为：此时，回油路经过电磁阀和行程阀，回油量，阀11、8的局部损失为：由以上可求得快进时油路上的压力损失为：由此得出整个进油路上的压力损失为： b.工进时回路压力损失按照上述同样的方法计算出工进时的进油路上的最大压力损失为：回油路上最大压力损失为：整个回路上的压力损失为：C.快退时的回路压力损失 在快退时，整个回路中的压力损失为：5.2.2液压泵的工作压力小流量泵的工作压力在此时需要重新计算，即此值为溢流阀调整压力的主要依据。5.2.3顺序阀的调整压力顺序阀在快进、快退时关闭，工进时才打开，它的调整压力必须保证关得住，开得及时。，由表1.4可知，液压缸在快进和快退时回路的负载是相同的，但是压力损失不同，在快退时大流量泵的压力出现最高值，即顺序阀的调整压力为：5.2.4液压回路和液压系统的效率参照计算回路工进时的效率。此时液压缸的工作压力为： 经过阀3使大流量泵卸荷的压力损失为那么回路效率为=0.00450.27155.3液压系统发热与温升验算在本液压系统中，快进、工进和快退所占用的时间分别为：快进： 工进： 快退： 在整个工作循环过程中，快进占0.75%22%，快退占1.02%30%，工进占48%98.23%，所以，温升应该按照工进时工况进行验算。工进时，液压缸输出的有用功率为泵的输入功率为：由此，系统的发热量为：由上可求，系统温升为：由以上可以看出，系统的温升不大，主要是因为整个系统工作的间断性。在工作阶段，系统工作的间断性，给油液提供了一定的降温冷却时间，温升因此不大。结 论液压传动是现代机械传动的一门新技术，液压传动系统的传动原理就是把液压泵的机械能变为液压能，通过各个功能阀和执行器，再把液压能转化为机械能，来驱动执行部件的运动。液压传动在许多领域是其他机械传动技术不能取代的，它可以实现大吨位运动，使机构运动平稳。在当前，液压技术在实现高压，高速，大功率，低噪音，高度集