毕业论文：组合机床液压系统设计.doc

攀枝花学院学生课程设计（论文）题 目： 液压传动课程设计 组合机床液压系统设计 学生姓名： 刘青松 学 号：200641209138所在院(系)： 机电工程学院 专 业： 机械设计制造及自动化 班 级： 06级机制4班 指 导 教 师： 杨光春 职称： 高级工程师 2009年6月30日攀枝花学院教务处制攀枝花学院本科学生课程设计任务书题目组合机床液压系统设计1、课程设计的目的运用理论中学习的知识，理论联系实际，把知识运用到实际生产时实践中来，设计一台专用铣床液压系统。2、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）设计一台专用铣床的液压系统，工作台要求完成：工件夹紧快进工进快退原位停止、工件松开液压泵卸荷。动力滑台采用平面导轨，其静、动摩擦系数分别为0.2、0.1，往复运动的加、减速度时间0.05S，系统的参数如下:运动部件的重量4500N 快进快退的速度0.065m/s工进速度114 mm/s 快进行程400mm工进行程220mm 最大切削力9000N夹紧缸行程30mm 夹紧力 30000N3、主要参考文献1 王积伟液压传动北京：机械工业出版社，20062 俞启荣机床液压传动北京：机械工业出版社，19833 席伟光机械设计课程设计北京：高等教育出版社，20034 李壮云中国机械设计大典南昌：江西科学技术出版社，20025 王文斌机械设计手册北京：机械工业出版社，20044、课程设计工作进度计划 1.用三天的时间进行查阅资料，初步计算，请教老师等设计准备。 2.用两天的时间进行计算、设计、画图。 3两天的时间自己查找问题、老师审核、交图等工作。指导教师（签字）日期年 月 日教研室意见：年 月 日学生（签字）： 接受任务时间： 年 月 日注：任务书由指导教师填写。课程设计（论文）指导教师成绩评定表题目名称评分项目分值得分评价内涵工作表现20%01学习态度6遵守各项纪律，工作刻苦努力，具有良好的科学工作态度。02科学实践、调研7通过实验、试验、查阅文献、深入生产实践等渠道获取与课程设计有关的材料。03课题工作量7按期圆满完成规定的任务，工作量饱满。能力水平35%04综合运用知识的能力10能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题，能正确处理实验数据，能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。05应用文献的能力5能独立查阅相关文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。06设计（实验）能力，方案的设计能力5能正确设计实验方案，独立进行装置安装、调试、操作等实验工作，数据正确、可靠；研究思路清晰、完整。07计算及计算机应用能力5具有较强的数据运算与处理能力；能运用计算机进行资料搜集、加工、处理和辅助设计等。08对计算或实验结果的分析能力（综合分析能力、技术经济分析能力）10具有较强的数据收集、分析、处理、综合的能力。成果质量45%09插图（或图纸）质量、篇幅、设计（论文）规范化程度5符合本专业相关规范或规定要求；规范化符合本文件第五条要求。10设计说明书（论文）质量30综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学。11创新10对前人工作有改进或突破，或有独特见解。成绩指导教师评语指导教师签名： 年月日摘 要目前，液压系统被广泛应用在机械、建筑、航空等领域中，成为一种新型的动力源。由于液压元件的制造精度越来越高，再配合电信号的控制，使液压系统在换向方面可以达到较高的频率。不管是在重型机械和精密设备上都能满足要求。液压系统本身有较多的优点，比如：在同等的体积下，液压装置产生的动力更大；由于它的质量和惯性小、反映快，使液压装置工作比较平稳；能够实现无级调速，特别是在运动中进行调速；液压装置自身能实现过载保护；实现直线运动远比机械传动简单。但是它液压传动对温度的变化比较敏感，不宜在很高或很低的温度下工作。液压系统应用在机床上，实现对工作台和夹紧工件的循环控制起着重要的作用。对铣削类组合机床，运用液压来控制运动循环，结构简单，所占空间小，而且能满足较大的切削负载要求。关键词：液压系统，组合机床，运用目 录摘要1 方案的确定1 1.1整体性分析1 1.2拟定方案1 1.3比较方案并确定方案12工况分析22.1运动参数分析22.2动力参数分析22.3负载图和速度图的绘制33液压缸尺寸和所需流量33.1液压缸尺寸计算33.2确定液压缸所需流量43.3夹紧缸的有效面积、工作压力和流量的确定44拟定液压系统图54.1确定执行元件类型54.2换向方式确定54.3调速方式的选择64.4快进转工进、一工进转二工进控制方式的选择64.5终点转位控制方式64.6快速运动的实现和供油部分的设计64.7夹紧回路的确定65选择液压元件的确定辅助装置75.1选择液压泵75.2电机的选择85.3选择阀类元件85.4确定油管尺寸106油箱的设计10 6.1油箱容量的确定10 6.2估算油箱的长、宽、高10 6.3确定油箱壁厚10 6.4确定液位计的安装尺寸10 6.5隔板尺寸的计算11 6.6油箱其他附件的选择117液压系统的性能验算117.1验算系统压力损失和确定压力阀调定值117.2油液温升验算13结论15参考文献16题目二：组合机床液压系统设计设计一台专用铣床的液压系统，工作台要求完成：工件夹紧快进工进快退原位停止、工件松开液压泵卸荷。动力滑台采用平面导轨，其静、动摩擦系数分别为0.2、0.1，往复运动的加、减速度时间0.05S，系统的参数如下：运动部件的重量（N） 4500快进快退的速度（m/s） 0.065工进速度（mm/s） 114 取12快进行程（mm） 400工进行程（mm） 220最大切削力（N） 9000夹紧缸行程（mm） 30夹紧力（N） 300001 方案的确定1.1整体性分析要求此液压系统实现的工作循环是：工件夹紧 工作快进 工作台工进 工作台快退 工作台原位停止 工件松开 液压泵卸荷。运动部件重4500N，工作台快进、快退的速度3.9m/min，工进的速度60720mm/min，最大行程620mm，工进行程220mm。最大切削力9000N。夹紧缸行程30mm,夹紧力30000N。对于铣削专用机床的液压系统而言，加工的零件需要精度高，定位准确。所以整个系统的设计要求定位精度高，换向速度快。在设计阀的时候，考虑这些方面变的尤其重要，要考虑到工作在最低速度时调速阀的最小调节流量能否满足要求。在行程方面，应该比要求的工作行程大点，包括工作行程、最大行程和夹紧缸行程，主要是考虑到在安全方面和实际运用中。在压力方面也要考虑到满足最大负载要求。而且在液压系统能满足要求的前提下，使液压系统的成本较低。1.2 拟定方案方案一 液压系统中工作台的执行元件为伸缩缸，工件的夹紧用单杆活塞缸；工作台采用节流阀实现出油口节流调速，用行程阀实现工作台从快进到工进的转换，在工进回路上串接个背压阀；为了防止工件在加工过程中松动，在夹紧进油路上串接个单向阀；工作台的进、退采用电磁换向阀；夹紧缸的夹紧与放松用电磁阀控制。方案二 液压系统中工作台的执行元件为单杆活塞缸，工件的夹紧也采用单杆活塞缸；工作台采用调速阀实现进油口节流调速，也采用行程阀实现工作台从快进到工进的转换，工进时，为了避免前冲现象，在回路上串接个背压阀；夹紧缸上串接个蓄能器和单向阀，避免工件在加工过程中松动；工作台的进、退换向采用电液换向阀，工作台快进时，采用差动连接；夹紧缸的夹紧与放松用电磁阀控制。1.3比较方案并确定方案单杆活塞缸比伸缩缸结构简单，价格便宜，易维护，而且也能满足要求；调速阀的性能比节流阀稳定，调速较好，用于负载变化大而运动要求稳定的系统中；采用出油口调速回路中油液通过节流阀产生的热量直接排回油箱散热；夹紧缸进油口处串接蓄能器，更好的保证工件的夹紧力，使工件在加工过程中始终在夹紧状态。电液换向阀的信号传递快，配合液压动力的输出力大、惯性小、反映快的优点使控制灵活、精度高、快速性好。综上比较选择方案二较好。2 工况分析2.1运动参数分析首先根据主机要求画出动作循环图（图一）。快进工进快退放松夹紧图一2.2动力参数分析计算各阶段的负载 工作负载：由已知条件可知切削力。惯性负载：（参考机床的工作台加速时间，取=0.2s）阻力负载：静摩擦阻力 动摩擦阻力（滑动导轨：铸铁对铸铁启动低速时,v0.16m/s）表1 液压缸在各个工作阶段的负载值其中=0.9工况负载组成负载值（N）推力（N）夹紧4500快 进起动9001000加速599.23665.81快进450500工进工进945010500快退4505002.3负载图和速度图的绘制负载图按上面的数值绘制，如图2所示。速度图按已知数值，工进的速度。3 液压缸尺寸和所需流量3.1液压缸尺寸计算3.1.1工作压力的确定：工作压力可根据负载和主机类型确定，由（书）表113得出：3.1.2计算液压缸尺寸：由于铣床工作台快进和快退速度相同，因此选用单杆活塞式液压缸，并使,快进时采用差动连接，因管路中有压力损失，快进时回油路压力损失取Pa，快退时回油路压力损失亦取Pa。工进时，为使运动平稳，在液压缸回路油路上须加背压阀，背压力值一般为Pa,选取背压Pa。根据,可求出液压缸大腔面积为 (3-1) (3-2)根据GB2348-80圆整成就近的标准值，得D=63mm，液压缸活塞杆直径，根据GB2348-80就近圆整成标准值d=50mm。3.1.3缸径、杆径取标准值后的有效工作面积：无杆腔有效面积 活塞杆面积 有杆腔有效面积 3.2确定液压缸所需流量 3.3夹紧缸的有效面积、工作压力和流量确定3.3.1确定夹紧缸的工作压力：根据最大夹紧力，由液压传动中的表11-2（书）取工作压力。计算夹紧缸有效面积、缸径和杆径：夹紧缸面积 夹紧缸直径 取标准值 活塞杆直径，一般取。（不符合标准）取标准值=32mm3.3.2计算夹紧缸的流量：液压缸回油路上有背压P2 ，保证速度平稳。根据现代机械设备设计手册中推荐值，取P2=0.8MPa，快进时液压缸虽做差动连接，但油管中有压降，取=0.5MPa。快退市油腔中有被压，这时可取=0.6MPa根据上述计算数据，可估算液压缸在各个工作段中的压力、流量和功率，如下表所示： 表2工况推力F/N回油腔压力 进油腔压力输入流量输入功率计算式夹紧450001.80.0750.135快进启动100000.803 加速665.810.299恒速5000.2970.7650227工进105000.80.3880.0040.002快退启动100000.011加速665.810.61.62恒速5000.61.630.4490.7334 拟定液压系统图4.1确定执行元件类型：4.1.1工作缸：根据组合机床特点和要求，所以选用无杆腔面积等于两倍的有杆腔面积的差动液压缸。4.1.2夹紧缸：由于结构上的原因和为了有较大的有效工作面积，也采用单杆活塞液压缸。4.2换向方式确定为了便于工作台在任意位置停止，使调整方便，所以采用三位换向阀；为了便于组成差动连接，应采用三位五通电液换向阀。阀的中位机能的选择对保证系统工作性能有很大作用，为了满足本专机工作位置的调整方便性和采用液压夹紧的具体情况，决定采用“Y”型中位机能。4.3调速方式的选择在组合机床的液压系统中，进给速度的控制一般采用节流阀或调速阀。根据洗削类专机工作时对低速性能和速度负载特性都有一定的要求，因此决定采用调速阀进行调整。为了便于实现压力控制，采用进油节流调速，同时为了满足低速进给时平稳性，以及避免出现前冲现象，在回路上设有背压阀。4.4快进转工进为了保证转换平稳、可靠、精度高，采用行程阀控制快进转工进的控制。4.5终点转换控制方式的选择采用行程开关和加死挡块控制。4.6快速运动的实现和供油部分的设计因为快进、快退和工进的速度相差比较大，为了减少功率损耗，采用变量泵。4.7夹紧回路的确定由于夹紧回路的压力大于进给系统压力。为了防止夹紧系统的主压力下降，在夹紧系统串接个单向阀和蓄能器。夹紧缸不用中间停留，故采用二位阀控制即可，这里采用二位五通电磁换向阀。为了实现夹紧后才能让工作台快进的顺序动作，和保证进给系统工作时夹紧系统压力始终不低于最小夹紧压力，所以在夹紧回路上安装个压力继电器实现顺序控制。当压力继电器动作时，工作台进给。根据上述分析，画出液压系统草图，如下图所示：5 选择液压元件和确定辅助装置5.1选择液压泵取液压系统的泄漏系数K=1.1则液压泵的最大流量，即=14.03L/min。根据拟定的液压系统是采用回油路节流调速，进油路压力损失选取，故液压泵工作压力为： 。 (5-1)考虑到系统动态压力因素的影响，液压泵的额定工作压力为：. (5-2)根据、和已选定的单向定量泵型式，查手册书（二）选用型定量叶片泵。该泵额定排量为16mL/r,额定转速960r/min，其额定流量为。5.2电动机的选择 最大功率在快退阶段，如果取液压泵的效率为为0.75，驱动液压泵最大输入功率为：（W） (5-3)查电工手册选取750W的电动机。5.3选择阀类元件各类阀可通过最大流量和实际工作压力选择，阀的规格如下表所示：表3序号元件名称估计通过流量L/min额定流量L/min额定压力MPa额定压降MPa型号、规格1过滤器3063160.02XU-63X80-J2变量叶片泵10636.3YBP3单向阀2663160.2AF3-Ea10B4单向阀0.363160.2AF3-Ea10B5溢流阀36316YF3-Ea10B6二位五通电磁换向阀0.363160.525E-25B7蓄能器NXQA-L2.5/10-H8液控顺序阀66316XF3-E10B9背压阀66316YF3-E10B10压力继电器DP1-6311单向阀1363160.2AF3-Ea10B12三位五通电液换向阀5080160.535DYF3Y-E10B13单向阀2463160.2AF3-Ea10B14行程阀4163160.3AXQF-E10B15调速阀11.10.0750160.5QCI-63B16调速阀2120.0750160.5QCI-63B17二位二通电磁阀1363160.32WE10O1019二位二通手动换向阀2WMM10AB5.4确定油管尺寸5.4.1油管内径的确定可按下式计算：泵的总流量为1.29L/min，但快速时，部分回油管流量可达12.2L/min，故按12.2L/min计算：V取3.9m/s 取标准值d=6.3mm，壁厚为1mm的紫铜6 油箱的设计6.1油箱容量的确定中压系统中，油箱有效容积可按泵每分钟内公称流量的57倍来确定，即油箱的容积V=（57 查机械设计手册得油箱的标准值为63L。6.2估算油箱的长、宽、高设油箱的长、宽、高比值范围为1：1：13：2：1，则根据油箱的容量可算出油箱的长、宽、高分别为a=b =c=400mm,由于在选择油箱的容量时系数选的较大，在此就不在考虑油箱的壁厚，即油箱的壁厚包括在上面计算的长、宽、高中。6.3确定油箱壁厚400L以下容量的油箱箱壁厚取3mm。箱底厚度应大于箱壁，取箱底厚度为6mm，箱盖厚度应为箱壁的34倍，取箱盖厚度为9mm。6.4确定液位计的安装尺寸在设计液位计时，要考虑液位计的显示最大刻度与最小刻度之间的差值和油箱的高度。油箱内的液面高度为油箱高度的80%，所以：选择液位计XYW100，最大刻度与最小刻度之间为70mm。安装时，液位计的中心位置与上述的液面高度在同一水平面。6.5隔板的尺寸计算隔板的长度由油箱的内部尺寸可以确定，主要计算隔板的高度。隔板的高度一般为油箱内液面高度的3/4。但是也要考虑到当油箱内的油液降到最低位置时，液压油也能流入到吸油腔，避免液压系统吸入空气。所以隔板的高度为回油腔一侧的隔板要考虑吸油腔快速吸油时，油箱底部的沉淀杂质不能流入吸油腔中，再此取隔板离油箱底的尺寸为130mm。6.6油箱其它附件的选择油箱的其它附件可根据中国机械设计大典上选择。 7 液压系统性能的验算7.1 回路中压力损失回路压力损失计算应在管道布置图完成后进行，必须知道管道的长度和直径。管道直径按选定元件的接口尺寸确定，即d=12mm,长度在管道布置图未完成前暂按进油管、回油管均为L=2m估算。油液运动粘度取，在此设计中主要验算工进和快退工况时的压力损失。7.1.1 工进时压力损失进油管路压力损失：首先判别进油管液流状态，由于雷诺数 (6-1)故为层流。管路沿层压力损失： (6-2)取管道局部损失油液流经单向阀和三位五通换向阀的压力损失按下面公式计算，有关数据见表5-1 (6-3)工进时进油路总压力损失：(Pa) (6-4)工进时回油路压力损失：因回油管路流量为 (6-5) 液流状态经判断为层流（，于是沿程压力损失： (6-6)局部压力损失： (6-7)回油路中油液流经调速阀和三位五通换向阀时的压力损失计算方法同上，即 (6-8)工进时回油路总压力损失 (6-9)将回油路中压力损失折算到进油路上，就可求出工进时回路中整个压力损失 (6-10)7.1.2 快退时压力损失快退时进油路和回油路中经检查都是层流，进油路压力损失为： (6-11)进油路中油液流经单向阀、三位五通换向阀、单向调时压力损失计算方法同前 (6-12)快退