JC01-089@普通CA6140车床的经济型数控改造
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机械毕业设计全套
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JC01-089@普通CA6140车床的经济型数控改造,机械毕业设计全套
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- 1 - 一 设计 任务书 1、 设计依据： 动力滑台的工作循环是：快进 工进 快退 停止。液压系统的主要参数与性能要求如下：采用水平放置的平导轨，动力滑台可随时在任意位置停止。技术 参数如下： 静摩擦力系数：sf=0.2；动摩擦力系数：df=0.1； 工进速度：rv=0.045 minm ；移动部件总重： 11000GN ； 快退、快进的速度：12 3 . 5 m i nmvv； 工进行程：2 150mml ;快进 行程：1 200mml ； 加、减速时间 0.25ts 。 切削力： 25000t NF ； 2、 设计任务及要求 对执行元 件工况分析，确定液压系统，对系统中执行元件作选择的计算，对控制元件作出选择说明并绘制液压系统图及系统中主要液压元件配置表。 1. 递交设计计算说明书。（不少于 3000 字） 2. 一张液压系统图，其中明细表内列出元件名称及型号。 3. 注意说明书格式。 nts - 2 - 二工况分析 液压系统的工况分析是指对液压执行元件进行运动分析和负载分析，目的是查明每个执行元件在各自工作过程中的流量、压力、功率的变化规律，作为拟定液压系统方案，确定系统主要参数的依据。 （ 1） 运动分析 根据设计要求，运动循环图如下： （ 2） 负载分析 因导 轨为水平放置，若不考虑 切削力引起的倾覆力矩对导轨摩擦力的影响，需要考虑的机械负载为： 静摩擦力： 1 1 0 0 0 0 . 2 2 2 0 0fs G f s NF g动摩擦力： 1 1 0 0 0 0 . 1 1 1 0 0fd G f d NF g惯性负载：aGvma gtF gg（ 29 .8 1gms ;t 为初末速度差） 1 1 0 0 0 3 . 5 2629 . 8 1 0 . 2 5 6 0 Nnts - 3 - 液压缸各运 动阶段负载表 运动阶段 计算公式 机械负载 /N 启动 /fs mFF 2444 加速 ( ) /fd a mF F F 1513 快进 /fd mFF 1222 工进 ( ) /fd t mF F F 29000 快退 /fd mFF 1513 0.9m （油缸机械效率） 三绘制油缸的负载 图和速度图 根据液压工况负载绘制出负载图和速度图 nts - 4 - 四确定液压缸的执行元件参数，绘制工况图 1、初选液压缸的工作压力 根据液压设备的类型 ，查表 确定油缸的工作压力1p为 4MPa,油缸背压力2p为 0.6MPa。 2、 液压缸主要参数 可根据油缸的结构和连接方式，计算油缸的面积，油缸直径D 和活塞杆直径 d 计算出后按标准予以调整，然后计算油缸的面积： 为简单方便决定采用单杆活塞式液压缸，初步决定选 用差动快进回路。由于要求快进 快退的速度相等， 取 12vdD 液压缸的最大负载发生在工进阶段，据此来计算液压缸内径，由式： 212 4 4 2 9 0 0 0 147( 4 0 . 6 ) (1 0 . 5 )( ) (1 )vFD m mpp 11 1 4 7 1 0 422d D m m 查表由公式得： 221 169634A D m m2 2 22 ( ) 8 4 9 04A D d m m 3、液压缸各工况的压力、流量和功率的计算 （ 1） 工进时油缸需要的流量xQ（ L/min） 410xsQ A V A 工进时油压作用面积 2cm sV 工进时油缸的速度 / minmm nts - 5 - （ 2） 快进时油缸需要的流量 Q快 进（ L/min） 差动连接时： 412( ) 1 0Q A A V 快 进 快 进12AA、 油缸活塞腔、活塞杆截面积 2cm V快 进 油缸快进时的速度 / minmm （ 3）快退是油缸需要的流量 Q快 退（ L/min） 42 10Q A V 快 退 快 退V快 退 油缸快 退时的速度 / minmm （ 4） 工进时油缸的压力 2211xF P AP A 2P 工进时回油腔的背压，可按表选取： 系统类型 背压力 (MPa) 回油路上有节流阀的调速系统 0.2-0.5 回油路上有背压式调速阀的进给系统 0.5-1.5 采用辅助泵补油的闭式回路 1-1.5 （ 5）快进时的油缸压力 2112F A PP AA F 分别表示快速启动、加速、快进时油缸的推力， P 分别表示快速启动、加速、快进时油缸的压力。 （ 6）快退时油缸的压力 1212F A PPA nts - 6 - F 分别表示快速启动、加速、快进时油缸的推力， 1P 分别表示快速启动、加速、快进时油缸的压力。 液压缸在不同工作阶段的压力、流量和功率值 工作状况 负载F/N 回油压力2 /p MPa进油压力2 /p MPa输入流量/ / minQL 输入功率/Pkw 计算公式 快 进 差动 启动 2444 0 0.37 2112F A pp AA 1 2 1()Q A A v11P pQ加速 1513 1.14 0.75 恒速 1222 0.64 29.72 0.311 工进 29000 0.6 3.1 0.38 0.019 2211F p Ap A 12Q Av1P pQ快 退 启动 2444 0 0.41 1212F A ppA 21Q Av22P p Q加速 1513 0.6 1.41 恒速 1222 1.36 29.7 0.679 注：取差动快进时油液从有杆腔到无杆腔的压力损失 0.5p MPa 4、绘制各工况图 nts - 7 - 五拟定液压系统 1、选择液压回路 （ 1）调速回路 这 台 机床液压系统的功率小，滑台运动速度低，工作负载变化小，可采用进口节流的调速形式。为了解决进口节流调速回路在孔钻通时的滑台突然前冲现象及增加运动平稳性，回油路上要设背压阀，由于液压 系统选用了节流调速的方式，系统中油液采用开式回路。 （ 2）供油方式 从工况图中可以看到，在这个液压系统的工作循环内，液压缸交替地要求油源提供低压大流量和高压小流量的油液。快进与工进速度比 也 是 流量比 3.5/0.015=78，若采用单个定量泵供油，则工进时溢流损失过大，系统效率下 降，宜选用国内比较成熟的产品 双联式定量叶片泵作为油源。 （ 3）快速回路 因为设计要求快进快退速度相等，为使结构简单，并尽量减小油泵的流量，同时采用差动连接和双泵供油两种快速回路来实现快进。 （ 4）速度换接回路 由于快进转为工进时的速 度变化很大，为速度转换平稳，防止冲击和震动，选用二位二通机动换向阀来实现快进和工进的转换。利用二位二通机动换向阀 通断前后系统压力的变nts - 8 - 化控制液控顺序阀来切断差动回路，二位二通机动换向阀的通断由工作台的撞块来控制。 （ 5） 换向回路 为了保证换向平稳起见，可采用电液换向阀式换向回路，因为是差动连接，换向阀必须是三位五通电液换向阀，以获得不同的回油方式。 2、液压系统合成 将选定的基本回路组合起来，增添隔离差动回路的单向阀 7，防止停机时空气侵入 系统的单向阀 2 等，可组成如下图， 为了测量小泵溢流阀、大泵卸荷阀、背压 阀及液压缸出口处压力，设置1 2 3,p p p三个测压点，并选用多路压力开关，使用一个压力表就能测量个点的压力。 nts - 9 - 电磁铁动作表 电磁铁 动作 1YA 2YA 行程阀 快进 + - - 工进 + - + 快退 - + + 制动 - - - 六 .确定油泵的容量和电机功率 1、油泵的工作压力与流量计算 进油路的压力可取 23 / 0 . 3p k g f c m M P a ，泵的工作压 力m a xpp p p ，其中maxp 泵工作所需的最大油压 2( / )kgf cm ，泵的流量maxpQQ g，其中maxQ 泵工作所需最大流量（ /minL ） 漏油系数，（取系统漏油系数为 1.15），沿程总压力损失0 .5p M P a ，调速 阀压降 0.5MPa,可得泵的工作压力和流量如表所示： 液压泵工作压力和流量表 工作阶段 计算公式 溢流阀溢流量（ 1/ minL ） 液压泵输出压力（ MPa） 液压泵输出流量（ 1/ minL ） 差动快进 1pp p p 1p p yq q q0 1.14 34.18 工进 3 3.6 3.45 快退 0 1.9 34.16 注：取溢流阀的最小溢流量 ： 3 / m inyqL根据上表 可知： nts - 10 - 快进、快退是的大小泵同时供油：12 3 4 . 1 6 / m i nppq q L工进时的小泵单独供油：1 3 .4 5 / m i npqL去溢流阀调整压力比泵的工作压力高 0.5MPa,则小泵溢流阀调整压力为：1 ( 3 . 6 0 . 5 ) 4 . 1Ypp p p M P a M P a 大泵卸荷阀调整压力应大于快退压力，即： (1 . 9 0 . 5 ) 2 . 4xpp p p M P a M P a 取压力储备 25%，则小泵的 额定压力为： 111 . 2 5 1 . 2 5 4 . 1 5 . 1p n Yp p M P a 根据上述讨论产品样本，选定液压泵型号为：1YB 4/16;额定压力： 6.3MPa；额定转速： 960r/min；容积效率： 0.9 ；双泵总效率： 0.75p ，则 小泵额定流量 31 4 1 0 9 6 0 0 . 9 / m i n 3 . 4 6 / m i n 3 . 4 5 / m i npnq L L L 大泵额定流量 32 3 6 1 0 9 6 0 0 . 9 / m i n 3 1 . 1 / m i npnq L L 大小泵流量和 12 ( 3 . 4 5 3 1 . 1 ) 3 4 . 5 6 3 4 . 1 6 / m i np n p nq q L 能够满足快进、快退要求。 2、电动机选择 首先分别计算各工作阶段的电机功率 快进阶段 大小泵同时供油 631 1 21 3() 1 . 1 4 1 0 3 4 . 5 6 1 0 0 . 8 86 0 0 . 7 5 1 0pppp q qP k w 电 机工进阶段 工进阶段为小泵供油，大泵卸荷。取大泵卸荷压力2 0 .3pp M Pants - 11 - 6 3 6 31 1 2 22 3() 4 . 1 1 0 3 . 4 6 1 0 0 . 3 1 0 3 1 . 1 1 0 0 . 5 26 0 0 . 7 5 1 0Y p p ppp q p qp k w 电 机快退阶段 快退阶段为大小泵同时供油。有 3123 3() 1 . 9 3 4 . 5 6 1 0 1 . 4 66 0 0 . 7 5 1 0p p ppp q qP k w 电 机由于总功率不大，按功率选择电机。查表选用型号为 Y100L-6的电机。额定功率 1.5kw。满载转速 940r/min, 满足使用要求。 七 .其他控制元件的选择 1、控制阀 根据各液压元件在工作中的最高压力和最大流量，可以选定各元件的规格型号。为统一起见，所有阀额定压力都选6.3MPa，额定流量则根据各元件的最大流量选定。由于快退时 三 位 五 通 换 向 阀 的 流 量 为 泵 流 量 的 两 倍 ， 达34.56*2=69.12L/min,若选用 40 L/m 的规格，压力损失过大，故选用 80 L/m 的， 期于阀的选用与次类似。由于本系统决定采用集成块配置，故全部选用板式元件。如表 7.1 2、油管直径 因为采用的集成块配置，内油路由集成块内的孔道实现，只须根据液压阀连接油口的尺寸决定钻孔直径。 集成块与液压缸的外油管根据最大流量计算如下：（取 V=3m/s） 3m a x4 4 3 4 . 6 1 0 1 5 . 66 0 3qd m mv 查样本，选用内径 15mm，外径 19mm 的 10号冷拔钢管，壁厚nts - 12 - 为 2mm。 取 10 号钢的许用应力 50MPa ，以溢流阀的调整压力作为油管的工作压力 ，则强度为 m a x 4 . 1 1 5 0 . 6 1 5 22 2 5 0Pd mm 故强度够。 3 油管容量 本系统为中低压系统，取油箱容积 V 为额定流量的 6 倍，则 6 2 9 . 7 1 7 8 . 2VL 液压元件明细表 （ 7.1） 序号 元件名称 最大流量L/min1 型号 额定流量L/min1 额定压力MPa 额定压降 MPa 1 双联叶片泵 34.6 1 4 /16YB31.1 6.3 - 2 单向阀 34.6 I-40B 40 6.3 0.2 3 三位五通电液阀 69.2 35DY-63BY 80 6.3 0.2 4 二位二通行程阀 69.2 22C-63B 80 6.3 0.2 5 调速阀 0.38 Q-10B 0.045 6.3 0.2 6 单向阀 69.2 I-80B 80 6.3 0.2 7 单向阀 29.7 I-40B 40 6.3 0.2 8 顺序阀 0.2 XY-10B 10 6.3 0.2 9 背压阀 0.2 B-10B 10 6.3 - 10 溢流阀 31.1 1 40YB40 6.3 0.2 11 单向阀 31.1 I-40B 40 6.3 0.2 12 溢流阀 3.46 1 10YB10 6.3 - 13 滤油器 34.6 3 2 1 0 0XU B 32 6.3 0.3-0.6 14 压力表开关 - K-6B - 6.3 - 15 压力继电器 - 1 63DP B- 6.3 - nts - 13 - 八 .液压系统性能验算 1、 压力损失及调定压力的确定 因为快退时，油管中油液的流量最大，故只需验算快退时的压力损失。 管内雷诺数计算 管内液压油的流速为 max24qv d 进油路流速 324 3 4 . 5 6 1 0 0 . 0 7 /6 0 0 . 1 0 5v m s 回油路流速 324 6 9 . 1 2 1 0 0 . 4 1 /6 0 0 . 0 6v m s 拟选用 HL-32普通液压油，设环境温度为 250C ，从产品手册查得油的黏度为 622 7 1 0 /ms 进油路雷诺数为 Re vd=272 回油路雷诺数为 Re=911 进回油路的雷诺数都小于临界值 2300，可见管内为层流。 沿程压力损失进油路 2 1 1 . 62Lvp M P ad 回油路 2 2 0 2
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