多工位平面拉床液压传动系统分析与设计 - 副本.doc

武汉纺织大学数控08课程设计论文摘 要拉床主要应用于对通孔、平面以及成形表面的加工。虽然拉刀的机构复杂、成本高，但是其加工效率高、加工精度高而且有较细的表面粗糙度，因此在机械加工中占有相当重要地位。因拉削时拉床受到的切削力非常大，所以它通常是由液压驱动的。就着液压传动的各种优点如：工作平稳；大范围内能实现无级调速，还可以在运转中进行调速等优点，使得液压系统在拉床上的应用更使其体现出了更高的价值。正如本次研究的多工位平面拉床液压传动系统对缩短加工时间，提高加工自动化和加工效率有着非常重要的意义。本文不仅对液压传动系统做了必要的介绍，而且针对多工位平面拉床液压传动进行了详细的参数的计算、系统设计、阀块选择、油箱设计、管道设计和结构的组成，并使其符合加工零件的要求。关键词： 多工位拉床； 液压传动系统； 液压泵； 液压缸； 液压油箱。2ABSTRACTBroaching machine is mainly used for through-hole, flat, and forming the surface of the processing.Although the agency broach complicated and costly, but the processing of high efficiency, high machining accuracy and surface roughness are smaller, and therefore occupies a very important machining status. When broaching broaching machine because the cutting force are very large, it is usually driven by hydraulic pressure. On the hydraulic transmission of a variety of advantages such as: steady work; within a wide range to achieve stepless speed regulation, can also be carried out in the operation of the advantages of speed, the hydraulic system makes the application of bed in the drawing to reflect more a higher value. As this study of multi-plane hydraulic broaching machine drive system to shorten processing time and improve the efficiency of processing automation and processing has a very important significance. This article not only to the hydraulic drive system to do the necessary to introduce, but also multi-plane hydraulic broaching machine carried out a detailed calculation of the parameters, system design, valve block selection, fuel tank design, piping design and structure of the composition, and bring them into conformity with the requirements of the target performance and economy.Keywords：Multi-broaching machine; hydraulic drive system; hydraulic pump; hydraulic cylinder; hydraulic tank. 目 录1. 绪论21.1 所属领域及发展情况21.2 本课题研究的意义、目的及内容32. 明确设计要求，进行工况分析32.1明确设计要求32.2 进行工况分析33. 确定液压缸的主要参数53.1.推送缸主要参数计算53.2 夹紧缸主要参数计算83.3 升降缸主要参数计算113.4 拉加工缸主要参数计算134. 初步拟定液压系统方案164.1 总体分析164.2 具体工作步骤分析184.3 拟定系统方案图194.4 执行元件工况分析和工况图205. 液压元件的计算和选择245.1 液压泵的选择245.2 电动机的选择255.3 液压控制阀的选择255.4 过滤器的选择 275.5 密封圈的选择276. 液压系统的计算286.1 系统效率的计算286.2 发热温升估算281. 绪论1.1 所属领域及发展情况随着近五十年来的科学技术的进步与发展，液压技术已成为包括传动.控制和检测在内，对现代机械装备的技术进步有重要影响的基础技术和基础学科；随着近二十年来的电子技术.计算机技术和信息技术的迅速发展，液压技术不仅是一种控制手段，作为连接微电子技术和大功率控制对象之间的桥梁，成为现代控制工程中重要的.不可缺少的环节和手段。例如，国外90%的数控加工中心.95%以上的自动线都采用了液压技术。因而液压传动技术水平已成为衡量一个国家工业化水平的重要标志，世界上各先进国家都对液压技术的发展给予了高度重视。最开始在机床上的应用，后来用于军事，然后转入工业。六十年代后，随着原子能、空间技术、电子技术等诸方面的发展，液压有了更广泛的应用：如在工程机械中的挖掘机、装载机、推土机、起重机、吊车；冶金工业中的高炉加料机、转炉的倾动、电炉的旋转；农业中的拖拉机、收割机；轮船上的液压舵、消摆设置；动力机械中的水轮机和汽轮机的调节装置；汽车行业的变速装置、高空作业装置；轻工业中的塑料注射机、橡胶硫化机、造纸机；国防中的飞机、坦克、火炮和各种机床装置也广泛的用到了液压。这些都是液压发展逐渐转为成熟的标致。当前液压技术向高压.高速.大功率.高效率.低噪声.高可靠性.高集成化方向发展，并取得重大发展，同时在完善比例控制.伺服控制.数字控制和机电一体化也了许多重大成果。新材料和新介质方向的研究也为液压技术的发展和完善提供了新的动力。当前液压技术的发展主要集中在以下6个方面：发展集成.交合.小型化和轻量化液压元件。发展高性能的液压控制元件，适应机电一体化主机发展的需要。以环境保护.安全和满足可持续发展为目标的绿色开发研究。提高元件和系统的可靠性。以提高效率.降低能耗为目标的系统匹配设计理论.方法和计算机对液压系统进行自动适应控制手段研究。技术标准化研究。1.2 本课题研究的意义、目的及内容国内外机械加工的发展趋势是不断发展新技术并提高自动化程度，从而提高加工效率及加工质量。自动化程度的高低对加工效率和加工质量起着重要的作用，由于液压传动所借助的管道连接可以方便灵活的布置传动机构，体积小，重量轻，单位输出功率大；传动平稳，惯性小，响应速度高；可方便的实现无极调速，且调速范围大；而且液压元件属于标准化、系列化、通用化的产品，操作简单、安全方便易于实现自动化。因此，液压在自动化中扮演着非常重要的角色。本课题研究的主要内容是多工位平面拉床液压传动系统的设计。在确定了拉床的行程、快进工进速度、往复运动和加速时间等参数后，通过计算设计出满足要求的、合理、经济的液压系统。多工位平面拉床是高效率、高精度的专用加工设备，其液压系统的设计及优化直接影响铣床的加工精度。随着液压工业的发展，液压技术在各种机械中发挥着越来越重要的作用。由于液压系统的组成、功能日益复杂，因而发生故障的机率也随之增多。由于液压传动往往用于转动和直线运动，是机床的主要部分。因此，对专用铣床其液压系统的设计尤为重要。且能通过本次课程设计对所学内容灵活掌握，融会贯通，并获得综合运用所学知识进行液压系统设计的基本能力，且在设计过程中，培养独立思考、深入钻研，主动的、创造的进行设计的能力1。2. 明确设计要求，进行工况分析2.1 明确设计要求参阅设计任务书，对加工对象、箱体结构尺寸、工作顺序、技术参数以及技术要求做到充分的了解，方便工况分析。2.2 进行工况分析2.2.1 计算工作载荷查1 P243表9-3和9-4初定工作载荷Ft=150000N，工作压力Pt=10MPa.2.2.2 计算惯性载荷参考2中的P59公式Fm=. （2-1）Fm= 2.2.3 计算动、静摩擦力动摩擦系数: 静摩擦系数: 动摩擦力： （2-2）静摩擦力： （2-3）2.2.4 计算液压缸在各个工况下的载荷和驱动力取机械效率（1）送推共建进入夹具体所受载荷： 则驱动力： （2-4） （2）夹紧工件所受载荷：则驱动力： （3）推送机构退回所受载荷和驱动载荷很小，忽略。（4）拉刀架下降，定位所受载荷：则驱动力：(5)拉刀加工所受载荷：选定工作载荷F5=Ft=150000N则驱动力：（6）完成拉削加工，拉刀架上升所受载荷：则驱动力：（7）拉刀退回所受载荷和驱动载荷很小，忽略。（8）推送机构前伸，扣夹工件所受载荷和驱动载荷很小，忽略。（9）松夹工件所受载荷和驱动载荷很小，忽略。（10）从夹具体拖回工件所受载荷：则驱动力：3. 确定液压缸的主要参数3.1 推送缸主要参数计算3.1.1 缸的主要结构参数计算推送缸运动简图见图3-1, 图3-1 推送缸运动简图参考3P104面公式, （3-1）初选P=10bar. 则查3P104 （3-2） 参考4P17-246面表17-5取标准值D=90mm则A1= 恒定时查3P105 （3-3） 取标准值d=63mm查3P106A2= （3-4）则A2= 3.1.2 缸的壁厚和外径计算和校核查5P205 （3-5）其中Pmax=1.5P=1.5MPa采用45#钢无缝钢管调质处理，屈服强度s=353MPa.取安全系数n=4,则=所以取=10mm.则外径D1=D+2=110mm.3.1.3 活塞缸的稳定性校核活塞杠的行程L=700mm,活塞杠稳定性校核公式是，其中nk=2.活塞杠直径为d=63mm,材料为优质45号碳钢，属于中碳钢，实验常数490MPa, ,m=85,则：参考7P242面（戈登-金兰公式） （3-6）则 故，该活塞杠稳定性很好。附：推送缸F-t，V-t工况图见3-2。图3-2 速度、负载工况图3.2 夹紧缸主要参数计算3.2.1 缸的主要结构参数计算夹紧缸运动简图见图3-3，图3-3 夹紧缸运动简图,初选P=50bar.则取标准值D=50mm则A1= 恒定时 取标准值d=20mm则A2= 3.2.2 缸的壁厚和外径计算和校核壁厚参照材料力学第二强度理论计算公式： 其中Pmax=1.5P=7.5MPa采用45#钢无缝钢管调质处理，屈服强度s=353MPa.取安全系数n=4,则=所以取=5mm.则外径D1=D+2=60mm.3.2.3 活塞缸的稳定性校核活塞杠的行程L=50mm,活塞杠稳定性校核公式是，其中nk=2.活塞杠直径为d=63mm,材料为优质45号碳钢，属于中碳钢，实验常数490MPa, ,m=85,则：采用（戈登-金兰公式）来计算进行校核。则故，该活塞杠稳定性很好。附：夹紧缸F-t，V-t工况图见图3-4，图3-4 夹紧缸速度、工况图3.3 升降缸主要参数计算3.3.1 缸的主要结构参数计算升降缸运动简图见3-5，图3-5 升降缸运动简图,初选P=50bar.则取标准值D=160mm则A1= 恒定时取标准值d=110mm则A2= 3.3.2 缸的壁厚和外径计算和校核壁厚参照材料力学第二强度理论计算公式：其中Pmax=1.5P=7.5MPa采用45#钢无缝钢管调质处理，屈服强度s=353MPa.取安全系数n=4,则=所以取=20mm.则外径D1=D+2=200mm.3.3.3 活塞缸的稳定性校核活塞杠的行程L=230mm,活塞杠稳定性校核公式是，其中nk=2.活塞杠直径为d=110mm,材料为优质45号碳钢，属于中碳钢，实验常数490MPa, ,m=85,则：采用（戈登-金兰公式）6来计算进行校核。则故，该活塞杠稳定性很好。附：升降缸F-t，V-t工况图见3-6，图3-6 升降缸速度、负载工况图3.4 拉加工缸主要参数计算3.4.1 缸的主要结构参数计算拉加工缸运动简图见图3-7，图3-7 拉加工缸运动简图,初选P=100bar.则取标准值D=160mm则A1= 恒定时取标准值d=100mm则A2= 3.4.2 缸的壁厚和外径计算和校核壁厚参照材料力学第二强度理论计算公式：其中Pmax=1.5P=15MPa采用45#钢无缝钢管调质处理，屈服强度s=353MPa.取安全系数n=4,则=所以取=20mm.则外径D1=D+2=200mm.3.4.3 活塞缸的稳定性校核活塞杠的行程L=550mm,活塞杠稳定性校核公式是，其中nk=2.活塞杠直径为d=100mm,材料为优质45号碳钢，属于中碳钢，实验常数490MPa, ,m=85,则：采用（戈登-金兰公式）来计算进行校核。则故，该活塞杠稳定性很好。附：拉刀加工缸F-t，V-t工况图见图3-8，图3-8 拉加工缸速度、负载工况图4. 初步拟定液压系统方案4.1 总体分析由系统要求可知，本液压系统需要四个缸来完成各个工步的加工动作。缸1用来完成推送工件的工作，油路采用进油节流调速回路，见图4-1；缸2用来完成夹紧工件的工作，油路采用进油节流调速回路，且该回路具有保压作用，见图4-2；缸3用来完成拉刀架升降工作，油路采用进油节流调速回路，且设置平衡回路，见图4-3；缸4用来完成拉刀加工的工作，油路采用调速阀保持流量，退刀时采用进油节流调速回路见图4-4。 图4-1 推送缸回路 图4-2 夹紧缸回路 图4-3 升降缸回路 图4-4 加工缸回路4.2 具体工作步骤分析（1）、推送工件进入夹具体当接通二位二通电磁阀的时候，此时9DT和1DT得电，压力油经三位四通电磁阀左位，进入单向调速阀，然后进入推送缸无杠腔，推动推送缸前进。（2）、夹紧工作当推送缸到达适当位置的时候，碰上行程开关2J，行程开关2J发出电信号给控制电磁阀，此时10DT和3DT得电，9DT和1DT断电。液压油经过二位二通电磁阀，再通过三位四通电磁阀左位，进入单向调速阀，然后进入夹紧缸无杠腔，执行夹紧动作，并通过压力继电器来控制压力。（3）、推送机构退回当夹紧缸触碰到行程开关4J，行程开关4J发出电信号给控制电磁阀，使得2DT和9DT得电，10DT和3DT断电。此时液压油经过二位二通电磁阀和三位四通电磁阀右位，进入单向调速阀，然后进入推送缸有杠腔，执行退回动作。（4）、拉刀架下降，定位当推送缸退回到特定位置，触碰到行程开关1J，行程开关1J发出电信号给5DT和11DT，2DT和9DT断电。此时液压油经过三位四通电磁阀左位，进入到单向调速阀，然后进入升降缸无杠腔，执行下降动作。（5）、拉刀加工当下降缸下降到特定位置时，触碰到行程开关6J，此时行程开关6J就发出电信号给三位四通电液阀，使得8DT和12DT得电，5DT和11DT断电。此时液压油经过三位四通电液阀和单向调速阀，进入到液压缸有杠腔，执行拉刀加工动作。（6）、完成切削加工，拉刀架上升当完成切削加工工作后，触碰到行程开关8J，此时行程开关8J发出电信号给三位四通电磁阀，使得6DT和11DT得电，8DT和12DT断电。此时液压油经过三位四通电磁阀和平衡阀，进入到液压缸有杠腔，执行拉刀架上升动作。（7）、拉刀退回当完成上升动作后，触碰到行程开关5J，此时行程开关5J发出电信号给三位四通电液阀，使得7DT和12DT得电，6DT和11DT断电。此时液压油经过三位四通电液阀和单向调速阀，进入到液压缸无缸腔，执行拉刀退回动作。（8）、推送机构前伸，扣夹工件当完成拉刀回退动作后，触碰到行程开关7J，此时行程开关7J发出电信号给三位四通电磁阀，使得1DT和9DT得电，7DT和12DT断电。此时液压油经过三位四通电磁阀和单向调速阀，进入到液压无缸腔，执行扣夹动作。（9）、松夹工件当完成扣夹动作后，触碰到行程开关2J，此时行程开关2J发出电信号给三位四通电磁阀，使得4DT和10DT得电，1DT和9DT断电。此时液压油经过三位四通电磁阀和单向调速阀，进入到液压有缸腔，执行松夹动作。（10）、从夹具体拖回工件当完成松夹动作后，触碰到行程开关3J，此时行程开关3J发出电信号给三位四通电磁阀，使得2DT和9DT得电，4DT和10DT断电。此时液压油经过三位四通电磁阀和单向调速阀，进入到液压有缸腔，执行退回动作。4.3 拟定系统方案图具体系统方案图见图4-5，图4-5 系统方案图4.4 执行元件工况分析和工况图4.4.1 工况分析（1）推送工件进入夹具体已知：F=5818.1N,V=3.5cm/s, , 参考8P156 （4-1） （4-2） （4-3）无杠流量： 无杠压力： 有杠流量：有杠压力： 无杠功率： 有杠功率：（2）夹紧工件已知：F=9696.84N,V=4cm/s, , 无杠流量：无杠压力：有杠流量：有杠压力：无杠功率：有杠功率：（3）推送机构退回因为受力不大，暂不分析。（4）拉刀架下降，定位已知：F=101731.26N,V=2.4cm/s, , 无杠流量：无杠压力：有杠流量：有杠压力：无杠功率：有杠功率：（5）拉刀加工已知：F=157894.7N,V=4cm/s, , 无杠流量：无杠压力：有杠流量：有杠压力：无杠功率：有杠功率：（6）完成切削加工，拉刀架上升已知：F=101607.58N,V=4.5cm/s, , 无杠流量：无杠压力：有杠流量：有杠压力：无杠功率：有杠功率：（7）拉刀退回因受力不大，暂不计算。（8）推送机构前伸，扣夹工件因受力不大，不做计算。（9）松夹工件因受力不大，不做计算。（10）从夹具体拖回工件已知：F=5941.79N,V=7cm/s, , 无杠流量：无杠压力：有杠流量：有杠压力：无杠功率：有杠功率：4.4.2 绘制出四个缸的工况图推送缸的工况图见图4-6：图4-6 推送缸工况图夹紧缸工况图见图4-7，图4-7夹紧缸工况图升降缸工况图见图4-8：图4-8升降缸工况图拉刀缸工况图见图4-9：图4-9拉加工缸工况图5. 液压元件的计算和选择5.1 液压泵的选择5.1.1 液压泵的最大工作压力Pp参考9P285. （5-1）其中取5bar,P1=108.96bar. 取Pp=115bar.5.1.2 液压泵的最大流量参考10P255由工况分析可知液压泵的最大流量为=67.2.考虑各原件流量损失，取=75.得，5.1.3 液压泵的选择查机械设计手册4版4卷4选取齿轮泵的型号为：CB50，排量48ml/r.额定压力10Mpa，最大工作压力12.5Mpa,额定转速1500 r/min，6.9kg.5.2 电动机的选择根据功率来选择原动机电动机。参考11P204面表7-24。由11P201, （5-2）得；所以选取电动机的型号是Y160M-4，额定功率11kw,转速1460r/min,最大转矩2.2Nm。5.3 液压控制阀的选择液压控制阀在液压系统中的功用是通过控制调节液压系统中油液的流向、压力和流量，使执行器及其驱动的工作机构获得所需要的运动方向、推理（转矩）以及运动速度（转速）等。任何一个液压系统，无论其如何简单，都不能缺少液压阀；同一工艺目的的液压机械设备，通过液压阀的不同组合使用使用，可以组成油路结构截然不同的多种液压系统方案，因此，液压阀是液压技术中品种和规格最多，应用最广泛的原件。然而，所设计的液压系统，将来能否按照既定要求正常可靠的运行，在很大程度上取决与其中所采用的各种液压阀的性能的优劣以及参数匹配是否合理，这个是相当重要的。5.3.1安装形式的选择本液压传动系统选择板式连接的液压空空管制法。在采用版式连接时，为减少连接管路，需设计专用的阀块，将阀门集中装在中间的集成阀块上12。5.3.2控制方式的选择。方向控制阀主要是通过二位二通电磁阀，三位四通电磁阀和三位四通电液阀来控制。5.3.3规格的选择。阀的选择主要是根据通径大小和公称压力来选择的。通径是根据其在液压系统中的实际通流量及工作压力来选择，对于公称压力的大小取决与阀门的实际工作压力。对于压力阀和流量阀，允许的最大流量可高于公称流量的10%，对换向阀允许通过的流量还要受阀的功率特性限制，即阀的技能和工作压力有关。公称压力应大于阀的实际工作压力。液压控制阀的实际工作压力因其在液压系统中的安装位置不同而异，如安装在进油路上的液压阀其实际最高工作压力等于系统的最高压力，安装在回油路上的液压阀其最高工作压力一般低于系统的最高压力。然而，当液压系统为回油节流调速回路时，安装在回油路上的流量阀的最高工作压力可能大于系统的最高工作压力13。通过上面对液压系统的分析和计算来选择阀门，列出元件明细表见表5-1。附表5-1 元件明细表名 称额定流量通径额定压力型号溢流阀63 L/min10 mm10MPaYF3-E10B二位二通电磁换向阀40 L/min10mm16MPa22D-10B三位四通电液换向阀63 L/min10mm16MPa34DYF3-E10B单向调速阀50L/min10mm16MPaAQF3-E10B单向顺序阀63