组合钻床动力滑台液压传动系统毕业设计

1、i 摘摘 要要 本设计主要是计算和设计组合钻床动力滑台液压传动系统，液压系统应用在机床中， 可以实现机床自动进给，而且可以使运动更平衡，加工精度更高，效率更高，从而实现 机床的自动化。钻孔组合机床是以系列化，标准化的通用部件为基础，配以少量的专用 部件组成的专用机床，适于对产品大批大量，一面或多面同时成组多加工的高效机加工 设备。液压动力滑台是其重要组成部件。通过本题目设计训练，使我们全面熟悉加工工 艺，刀具，切削用量，组合机床，液压动力滑台组成和工作原理。在此基础上，完成给 定参数的动力滑台液压系统设计。 关键字：关键字：组合机床；液压传动系统；动力滑台 ii abstract this d

2、esign primarily for the design of hydraulic driving system of modular machine tools power sliding feed table. application in machine tool hydraulic system, can realize automatic fee ding machine. and can make machine motion more balance, accuracy of higher, more efficient, enabling automation of mac

3、hine tools. bore modular machine tool is to serialization, standardiza tion based on the generic part, together with a small number of special components for special m achines, suitable for a large number of large, or at the same time into a set of parallel processing of high efficient machining equ

4、ipment. hydraulic power sliding feed table is its important comp onents. through this topic design training, so that we become familiar with the process, cutting t ools, cutting, combination machines, hydraulic power sliding stand composition and working pri nciple.on this basis, to complete a given

5、 parameter design of hydraulic system of power sliding f eed table. keywords: combination machine; hydraulic systems; power sliding feed table iii 目目 录录 摘 要.i abstract.ii 1 绪 论.1 1.1 机床在国民经济的地位 .1 1.2.1 组合机床的国内现状.1 1.2.2 国外组合机床现状.3 1.3 液压技术及其在工程机械中的应用 .4 1.4 液压系统的设计过程 .4 1.5 本论文的主要内容 .5 1.5.1 液压系统概述

6、.5 1.5.2 液压站的工作原理.5 1.5.3 液压站设计的目的和意义.5 1.6 本章小结 .5 2 设计要求及工况分析.6 2.1 设计要求 .6 2.2 负载与运动分析 .6 2.2.1 计算切削阻力.6 2.2.2 计算摩擦阻力.7 2.3 工况分析 .7 2.4 本章小结 .8 3 液压系统主要参数确定.9 3.1 初选液压缸工作压力及方案拟定.9 3.2 计算液压缸主要尺寸.9 3.3 本章小结 .13 4 拟定液压系统原理图.14 4.1 主体方案的确定 .14 4.2 基本回路确定 .14 4.3 液压系统原理图综合 .16 4.4 本章小结 .17 5 计算和选择液压元件

7、.18 5.1 确定液压泵的规格和电动机功率 .18 5.2 液压缸结构的选择 .19 5.3 确定其它元件及辅件 .20 5.4 本章小结 .22 iv 6 液压缸设计基础.23 6.1 液压缸的轴向尺寸 .23 6.2 主要零件强度校核 .23 7 验算液压系统性能.27 7.1 验算系统压力损失 .27 7.2 验算系统发热与温升 .29 7.3 本章小结 .30 8 液压站设计.31 8.1 液压站的选择 .31 8.2 液压站的设计 .31 8.3 液压控制装置采用块式集成设计流程 .31 8.4 管路选择、布置与连接 .32 8.5 液压泵与电动机的连接 .33 8.6 本章小结

8、.33 9 电气原理图的设计.34 9.1 电气控制回路简介 .34 9.2 继电接触式电气控制 .34 9.3 本章小结 .39 10 液压系统常见故障诊断与排除.40 结 论.41 致 谢.42 参考文献.43 附 录.44 1 1 绪绪 论论 1.1 机床在国民经济的地位机床在国民经济的地位 现代社会中，人们为了高效、经济地生产各种高质量产品，日益广泛的使用各种机 器、仪器和工具等技术设备与装备。为制造这些技术设备与装备，又必须具备各种加工 金属零件的设备，诸如铸造、锻造、焊接、冲压和切削加工设备等。由于机械零件的形 状精度、尺寸精度和表面粗糙度，目前主要靠切削加工的方法来达到，特别是形

9、状复杂、 精度要求高和表面粗糙度要求小的零件，往往需要在机床上经过几道甚至几十道切削加 工工艺才能完成。因此，机床是现代机械制造业中最重要的加工设备。在一般机械制造 厂中，机床所担负的加工工作量，约占机械制造总工作量的 40%60%，机床的技术性能 直接影响机械产品的质量及其制造的经济性，进而决定着国民经济的发展水平。可以这 样说，如果没有机床的发展，如果不具备今天这样品种繁多、结构完善和性能精良的各 种机床，现代社会目前所达到的高度物质文明将是不可想象的。图 1-1 为常见组合钻床 的外观图。 。 图图 1-1 常见组合钻床的外外观图常见组合钻床的外外观图 1.2 组合机床的国内、外现状 世

10、界上第一台组合机床于 1908 年在美国问世，30 年代后组合机床在世界各国得到迅 速发展。至今，它已成为现代制造工程（尤其是箱体零件加工）的关键设备之一。 现代制造工程从各个角度对组合机床提出了愈来愈高的要求，而组合机床也在不断 吸取新技术成果而完善和发展。 1.2.1 组合机床的国内现状组合机床的国内现状 我国加入 wto 以后，制造业所面临的机遇与挑战并存、组合机床行业企业适时调整 战略，采取了积极的应对策略，出现了产、销两旺的良好势头，截止 2005 年 4 月份，组 合机床行业企业仅组合机床一项，据不完全统计产量已达 1000 余台，产值达 3.9 亿以上， 较 2004 年同比增长

11、了 10以上，另外组合机床行业增加值、产品销售率、全员工资额、 出口交费等经济指标有不同程度的增长，新产品、新技术较去年年均有大幅度提高，可 见行业企业运营状况良好。 （1） 行业企业产品结构的变化 组合机床行业企业主要针对汽车、摩托车、内燃机、工程机械、军工业、能源、轻 工业以及家电行业提供专用设备，随着我国加入 wto 后于世界机床进一步接轨，组合机 床行业企业产品开始向数控化、柔性化转变。从近两年企业生产情况来看，数控机床与 加工中心的市场需求量上升，而传统的钻、镗、铣组合机床则有下降趋势，中国机床工 具工业学会的机床工具行业企业主要经济指标报表时统计数据显示，仅从几个全国 大型重点企业

12、情况看，2003 年生产数控机床 890 台，产值 16187 万元，生产加工中心 148 台，产值 5770 万元；2004 年生产数控机床 985 台，产值 25838 万元，生产加工中心 159 台，产值 7099 万元；而 2005 年，截至 4 月份，数控机床、加工中心、产值已接近 2003 年全年水平，故市场在向数控、高精度制造技术和成套工艺装备方面发展。 （2） 行业企业的快速转变 “九五”后期，在组合机床行业企业的 50 多家组合机床分会会员中，仅有两家企业 实行了股份改造，一家企业推出国有转为民营，其余的都是国有企业。而从 2001 年至 2002 年，不到两年的时间，就先后

13、有十几家企业实行股份制改造，一些小厂几乎全部推 出国有转为民营，现在一些国家重点国有企业也酝酿股份制改造，转制已势不可挡， “民 营经济在经历了从北歧视，被藐视到不可小视和现在高度重视 4 个阶段后，焕发勃勃生 机。 ”组合机床行业企业正在以股份制、民营化等多种形式快速发展。 （3） 组合机床技术装备现状与发展趋势 组合机床及其自动线时集机电与一体是综合自动化的较高的制造技术和成套工艺装 备。它的特征是高效、高质、经济实用，因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军 工、轻工、家电行业。我国的传统组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液 压控制，它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型的箱

14、体类和轴类零件（近年研制 的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额） ，完成钻孔、扩孔、铰孔，加工各种螺纹、 镗孔、车端面和凸台，在孔内镗各种形状槽，以及铣削平面和成型面等。组合机床分类 繁多，有大型组合机床和小型组合机床，有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、 复合式，还有多工位回转台组合机床等；随着技术的不断进步，一种新型的组合机床 柔性组合机床越来越受人们亲睐，它应用多为主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀 具的自动系统，并能灵活适应多种加工的可调可变的组合机床。另外，近年来组合机床 加工中心、数控组合机床、机床辅机等在组合机床行业中所占份额也越来越大。 由于组合机床及其自动线是一种技术

15、综合性很高的高技术专用产品，是根据用户特 殊要求而设计的，它涉及到加工工艺、刀具、测量、控制、诊断监控、清洗、装配和试 漏等技术。我国组合机床及其组合机床自动线总体技术水平比发达国家相对落后，国内 所需的一些高水平组合机床及自动线几乎都从国外进口。工艺装备的大量进口势必导致 投资规模的扩大，并使产品生产成本提高。因此，市场要求我们不断开发新技术、新工 艺、研制新产品，由过去的“刚性”机床结构，向“柔性”化方向发展，满足用户需求， 真正成为刚柔兼备的自动化装置。 1.2.2 国外组合机床现状国外组合机床现状 80 年代以来，国外组合机床技术在满足精度和效率要求的基础上，正朝着综合成套 和具备柔性

16、的方向发展。组合机床的加工精度、多品种加工的柔性以及机床配置的灵活 多样方面均有新的突破性进展，实现了机床工作程序软件化、工序高度集中、高效短节 拍和多功能通道监控。组合机床技术的发展趋势是： （1）广泛应用数控技术 国外主要的组合机床生产厂家都有自己的系列化完整的数控组合机床通用部件，在 组合机床上不仅一般动力部件应用数控技术，而且夹具的转位或转角、换箱装置的自动 分度与定位也都应用数控技术，从而进一步提高了组合机床的工作可靠性和加工精度。 广州标致汽车公司有法国雷诺公司购置的缸盖加工生产线，就是由三台自动换箱组合机 床组成的，其全部动作均为数控，包括自动上下料的交换工作台、环形主轴箱库、动

17、力 部件和夹具的运动，其节拍时间为 58 秒。 （2）发展柔性技术 80 年代以来，国外对中大批量生产，多品种加工装备采取了一系列的可调、可变、 可换措施，时加工装备具有了一系列的柔性。如先后发展了转塔动力头、可换主轴箱等 组成的组合机床;同时根据加工中心的发展，开发了二坐标、三坐标模块化的加工单位， 并以此为基础组成了柔性加工自动线（ftl） 。这种结构的变化，既可以实现多品种加工 要求的调整变化快速灵敏，又可以使机床配置更加灵活多样。 （3）发展综合自动化技术 汽车工业的大发展，对自动化制造技术提出了许多新的要求，大批量生产的高效率， 要求制造系统不仅能完成一般的机械加工工序，而且能完成零

18、件从毛坯进线到成品下线 的全部工序，以及下线后的自动码垛、装箱等。德国大众汽车公司 kassel 变速箱厂 1987 年投入使用的造价 9000 万马克的齿轮箱和离合器壳生产线，就是这种综合自动化制造系 统的典范。该系统由两条相似对称布置的自动线组成，三班制工作，每条线日生产 2000 件，节拍时间为 40 秒。全线由 12 台双面组合机床、18 台三坐标加工单位、空架机器人、 线两端的毛坯库和三坐标测量机组成，可实现三种零件的加工。空架机器人完成工件下 线的码垛装箱工件。随着综合自动化技术的发展，出现了一批专门从事装配、试验、检 测、清洗等装备的专业生产厂家，进一步提高了制造系统的配套水平。

19、 （4）进一步提高工序集中程度 国外为了减少机床数量，节省占地面积，对组合机床这种工序集中程度高的产 品，继续采取各种措施，进一步提高工序集中程度。如采用十字滑台、多坐标通用部件、 移动主轴箱、双头镗孔车端面头等组合机床或在夹具部位设置刀库，通过换刀加工实现 工序集中，从而可最大限度地发挥设备的效能，获取更好的经济效益。 1.3 液压技术及其在工程机械中的应用液压技术及其在工程机械中的应用 液压传动时利用液体（液压油）作为工作介质传递能量和进行的传动形式。液压系 统利用液压泵将动力源的机械能转换液体的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量， 经过各种控制阀和管路的传递，借助于液压执行元件（缸和

20、马达）把液体压力能转换成 机械能，从而驱动工作机构，实现直线往复运动和回转运动。液压技术广泛应用于工程 机械当中之际，高的工作效率、减小液压元件的体积和质量、加大输出功率以及液压元 件的模块化设计已经成为前沿的液压技术的关键技术所在。而这些正是液压系统的比其 它窗洞系统的优越性之所在。在工作装置中，广泛的采用新材料、新结构，是工作装置 的工作强度、刚度、耐磨性得到很大程度的提高，自重减轻；同时，在设计和制造过程 中普遍采用 cad、cam 技术和优化技术。液压系统的工作压力进一步的提高。 传动系统、转向系统，乃至工作装置的操纵控制系统进一步的完善和电子化，利用 电子技术进行操作、监控和保护，及

21、采用机电液一体化技术。其中的自动控制技术的应 用越来越普遍。主要包括：监测和识别工作对象与工作条件；根据识别结果和工作目标， 自行作出决策；响应决策，实现自动伺服控制。这样使工程机械的作业精度和作业效率 得到明显的提高，作业安全性也得到了进一步保障。近年来液压技术在提高系统的工作 压力、增大系统的功率、加大流量以及模块化设计方面也取得了巨大的发展，特别是在 闭式系统应用于行走工程机械和其它机械时的效率高、无极调速和简便的操纵的优点表 现的更为突出。由管式配置发展到板式配置、再发展到箱式配置、再到集成块配置、直 到目前的叠加式配置和插装式配置等等，更好的满足了占用尽可能少的空间，传递尽可 能多的

22、功率。液压元件的结构也不断地朝着小型化、集成化模块化的方向发展，不仅使 液压组件的结构日趋紧凑，工作可靠性强、而且使用操纵方便，便与维修和保养。 1.4 液压系统的设计过程液压系统的设计过程 （1）确定合适采用液压传动系统的原机传动系统 （2）拟定系统的液压传动图根据传动的工作方式，合理选择液压元件；然后根据各个元 件的性能要求和动作顺序，列出可以实现动作的各种基本回路以及其方案图，对其各个 方面的性能进行分析、比较，然后进行方案的确定。带各个系统的最终方案确定后，按 国标中的规定符号和机械制图中的规定绘制正式的系统原理图，在图中标注出各个 液压元件的型号、规格和标准元件及辅助元件一览表。 （

23、3）液压系统的主要元件的设计 计算和型号的选择，包括泵的流量、出口压力、输出扭矩等参数的计算与选择，液压马 达的转速、输出扭矩及外形尺寸的选择；油管的选用；液压元件的规格选取；系统的实 际工作压力的验算；发热量的验算及是否需要采用冷却回路；油箱容积的设计计算以及 滤油器等附件的选择。 （4）液压系统的总体匹配验算以及液压装置的总体布局和结构设 计。 （5）绘制液压系统工作图，并撰写该部分的说明书（毕业设计论文） 。 1.5 本论文的主要内容本论文的主要内容 1.5.1 液压系统概述液压系统概述 液压系统主要有以下几部分组成： （1）能源装置 把机械能转换成流体压力能的装置，一般最常见的是液压泵

24、或空气压缩 机。 （2）执行装置 把流体的压力能转换成机械能的装置，一般指做直线运动的液压缸、做 回转运动的液压马达等。 （3）控制调节装置 对液压系统图中流体的压力、流量和流动方向进行控制和调节的装 置。如溢流阀、节流阀、换向阀等。 （4）辅助装置 指除以上三种以外的其他装置，如邮箱、过滤器、分水过滤器、油雾器、 蓄能器等，它们对保证液压系统可靠和稳定地工作起重大作用。 （5）传动介质 传动能量的流体，即液压油或压缩空气。 1.5.2 液压站的工作原理液压站的工作原理 电机带动油泵旋转，泵从油泵中吸油后打油，将机械能转化为液压油的压力能，液 压油通过集成块（或阀组合）液压阀实现了方向、压力、

25、流量调节后经外接管路传输到 液压机械的油缸或油马达中，从而控制了液动机方向的变换、力量的大小及速度的快慢， 推动各种液压机械做功。 1.5.3 液压站设计的目的和意义液压站设计的目的和意义 通过液压站的设计使我们了解各阀的作用，了解各阀的安装位置。 本设计是为了：实现某汽车发动箱加工自动线上的一台单面多轴钻孔机床定位（插 定位销）夹紧动力滑台快进工进快退原位停止夹具松开拔定位销。 1.6 本章小结本章小结 本章节主要介绍了组合机床在当制造业的重要地位以及其国内外的现况和本次论文 的主要内容。 2 2 设计要求及工况分析设计要求及工况分析 2.1 设计要求设计要求 技术参数：某汽车发动机箱体加工

26、自动线上的一台单面多轴钻孔机床，其卧式动力 滑台（导轨为水平导轨，其静摩擦系数 2 . 0 s f ，动摩擦系数 1 . 0 d f ）切削加工时的进 给运动;工件的定位和夹紧均采用液压方式，实线自动控制。利用液压和电气配合实线自 动循环。要求实现定位(插定位销) 夹紧动力滑台快进工进快退原位停止夹 具松开拔定位销。 表表 2-1 主要技术参数：主要技术参数： 工件情况动力滑台 切削用量 钻孔直径 d/mm 数 量 主轴转速 n/(r/min) 进给量 s/(mm/r) 工 况 行程 l/mm 速度 v/(m/s) 运动部 件重量 g/n 启动、制 动时间 d:13.914n1:360s1:0

27、.147 快 进 l1:100 d:8.52n2:550s2:0.096 工 进 l2:50 箱体材料：ht200 硬度：230hb 快 退 l3:50 98000.2 2.2 负载与运动分析负载与运动分析 2.2.1 计算切削阻力计算切削阻力 钻孔时，其轴向切削阻力可用以下公式计算： 6 . 0 8 . 0 5 . 25hbdsfe 式中： e f 钻削力（n） ； d孔径（mm） ； s每转进给量（mm/r） ； hb铸铁布氏硬度 选择切削用量：钻 9 . 13 孔时，主轴转速 1 n =360r/min,每转进给量 1 s =0.147mm/r;钻 mm5 . 8 孔时，主轴转速 2 n

28、 =550r/min,每转进给量 2 s =0.096mm/r。则 6 . 08 . 0 22 6 . 0 8 . 0 11 )( 5 . 252)( 5 . 2514hbsdhbsdfe = 6 . 08 . 06 . 08 . 0 240096, 05 . 8 5 . 252240147 . 0 9 . 13 5 . 2514 n =30500n 2.2.2 计算摩擦阻力计算摩擦阻力 静摩擦阻力： ngff ss 196098002 . 0 动摩擦阻力: ngff dd 98098001 . 0 2.2.3 计算惯性阻力： nn g v g g mafm500 2 . 0 1 . 0 8

29、. 9 98000 1 2.2.4 计算工进速度。工进速度可分别按加工 9 . 13 和 mm5 . 8 孔的切削用量计算， 即 smmsmmsnv/88 . 0 /147 . 0 60 360 111 88 . 0 /096 . 0 60 550 222 smmsnv 2.2.5 计算快进、工进时间和 l 快退时间 快进： ss v l t1 1 . 0 10100 3 1 1 1 工进： ss v l t 8 . 56) 1 . 0 10100 ( 3 1 1 1 快退: 1 . 0 1050100 3 1 21 3 v ll t =1.5s 设液压缸的机械效率 cm=0.9，得出液压缸在

30、各工作阶段的负载和推力，如表 2- 2： 表表 2-2 动力滑台液压缸各阶段的负载和推力计算结果动力滑台液压缸各阶段的负载和推力计算结果. 工况计算公式 液压缸负载 f/n 液压缸推力 f0=f/cm/n 启 动 加 速 快 进 工 进 反向启动 加 速 快 退 f=fs f= fd+ fa f= fa f= fd+ ft f=fs f= fd+ fa f= fa 1960 1480 980 31480 1960 1480 980 2180 1650 1090 35000 2180 1650 532 2.3 工况分析工况分析 根据液压缸在上述各阶段内的负载和运动时间，即可绘制出负载循环图 f-

31、t 和速度 循环图-t，如图 2-1 和图 2-2 所示。 图图 2-1 液压缸的液压缸的 f-t 图图 图图 2-2 液压缸液压缸 v-t 2.4 本章小结本章小结 本章节主要介绍了本次设计的主要技术参数工作情况图的分析过程。 3 3 液压系统主要参数确定液压系统主要参数确定 3.1 初选液压缸工作压力初选液压缸工作压力及方案拟定及方案拟定 方案设计时整个液压系统设计中的重要一步。它从作用原理结构组成上体现了主机 对液压系统提出了许多要求。其主要工作包括两项内容：一是根据主机对液压系统的各 项要求，选择液压回路，进行方案设计；二是把选出的液压回路有机的组成液压系统。 3.1.1 根据要求可确

32、定液压缸为差动式液压缸。根据要求可确定液压缸为差动式液压缸。 为了满足工作台快速进退速度相等，并减小液压泵的流量，将液压缸的无干腔作为 主工作腔，并在快进时差动连接，经负载分析和计算可知液压缸驱动的最大负载是在工 进阶段为 31480n 由参考表 2-1 和表 2-2，初选液压缸的工作压力。mpap4 1 3.1.2 方案拟定方案拟定 对设计液压系统进行分析，已知设计的时汽车发动机箱体钻孔组合机床液压系统， 要求液压系统完成工作循环是：定位（插定位销）夹紧快进快退原位停止松 开工件；在设计过程中要注意液压设计的注意事项：在滑台速度变化较大，当滑台由工 进转为快退时，一减少液压冲击，需使用被压阀

33、等。 方案：选用单杆活塞缸来实现工作循环所要求的快进、工进运动，借鉴经典的实现 快进、快退的链接方式，差动连接方式，而对于有大冲击，工作阻力不定对加工过程的 影响，采用使用在回油路上街背压阀和在进油路上用调速阀、行程阀的组合来实现。对 于工况分段情况很大，借鉴同类机床多数采用双泵供油以求节约能源。为减少热变形对 加工精度的影响，减少热源选用开式油箱。 3.2 计算液压缸主要尺寸计算液压缸主要尺寸 3.2.1 进给液压缸主要尺寸进给液压缸主要尺寸 鉴于动力滑台快进和快退速度相等，这里的液压缸可选用单活塞杆式差动液压缸 （a1=2a2） ，快进时液压缸差动连接。工进时为防止孔钻通时负载突然消失发生

34、前冲现象， 液压缸的回油腔应有背压，参考表 3-3 选此背压力为 p2=1mpa。 表表 3-1 按负载选择工作压力按负载选择工作压力 负载/ kn50 工作压力 /mpa 0.8 1 1.522.5334455 表表 3-2 各种机械常用的系统工作压力各种机械常用的系统工作压力 机 床 机械类型 磨床 组合机 床 龙门刨 床 拉 床 农业机械 小型工程机 械 建筑机械 液压凿岩机 液压机 大中型挖掘 机 重型机械 起重运输机 械 工作压力 /mpa 0.823528 81 0 10182032 表表 3-3 执行元件背压力执行元件背压力 系统类型背压力/mpa 简单系统或轻载节流调速系统0.

35、20.5 回油路带调速阀的系统0.40.6 回油路设置有背压阀的系统0.51.5 用补油泵的闭式回路0.81.5 回油路较复杂的工程机械1.23 回油路较短且直接回油可忽略不计 表表 3-5 按速比要求确定按速比要求确定 d/d 2/1 1.151.251.331.461.612 d/d0.30.40.50.550.620.71 注：1无杆腔进油时活塞运动速度； 2有杆腔进油时活塞运动速度。 进而由表 3-4 可确定工进时的背压力为 pb=0.51.5,我们取 pb=0.6mpa， m =0.9 根 据差动缸定义有， 21 2aa 表表 3-4 按工作压力选取按工作压力选取 d/d 工作压力/

36、mpa5.05.07.07.0 d/d0.50.550.620.700.7 所以 2 )2( 1 1211 a ppapap f bb m )(1094 10) 2 6 . 0 4(9 . 0 31448 ) 2 ( 24 6 2 1 1 m p p f a cm 液压缸内径 m a d109 . 0 109444 4 1 mm d d80 2 11 2 由 gb2348-2003 圆整为 d=0.11m d=0.08m. 根据所确定的 d 和 d 算出液压缸无杆腔有效作用面积 2 2 2 1 95 4 11 4 cmda 。 液压缸有杆腔有效作用面积 22222 2 7 . 44811 44

37、 cmdda 液压缸活塞杆有效作用面积： 2 21 3 . 50 cmaaa 差动连接快进时，液压缸有干腔压力 2 p 必须大于无干腔压力 2 p ，其差值估取 mpappp5 . 0 12 ，并注意到启动瞬间液压缸尚未移动，此时；另外，取快退0p 时的回油压力损失为 0.7mpa。 根据计算出的液压缸的尺寸，可估算出液压缸在工作循环中各阶段的压力、流量和 功率，如表 1-7 所列，由此绘制的液压缸工况图如图 1-3 所示。 工况图计算： 快进时： 启动时进油腔压力 mpa aa paf p48 . 0 21 2 1 加速时进油腔压力 mpa a paf p77 . 0 2 1 恒速时进油腔压

38、力： mpa a paf p66 . 0 2 1 恒速时输入流量 ： s m avq 3 1 5 . 0 恒速时输入功率 ： kwqpp33 . 0 1 工进时： 进油腔压力 mpa a paf p96 . 3 1 22 1 输入流量 s m vaq 3 2 21 1083 . 0 输入功率 kwqpp33 1 快退时： 启动进油腔压力 mpa a apf p48 . 0 2 12 1 加速进油腔压力 mpa a apf p86 . 1 2 12 1 恒速进油腔压力 mpa a apf p73 . 1 2 12 1 恒速输入流量 s m avq 3 3 45 . 0 恒速输入功率 kwqpp7

39、8 . 0 1 表表 3-6 液压缸在各阶段的压力、流量和功率值液压缸在各阶段的压力、流量和功率值 注：1. p 为液压缸差动连接时，回油口到进油口之间的压力损失，取 p=0.3mpa。 2 快退时，液压缸有杆腔进油，压力为 p1，无杆腔回油，压力为。 2 p 工况 推力 f0/n 回油腔压 力 p2/mpa 进油腔压 力 p1/mpa 输入流量 q10-3/m3/s 输入功率 p/kw 计算公式 启 动 1960 0.27 加 速 14801.270.56 快 进 恒 速 9801.160.450.50.33 21 20 1 aa paf p 121 )(aaq qpp 1 工进314480

40、.63.52 0.8310-2 33 1 220 1a apf p p 21 aq qpp 1 启 动 1960 0.30 加 速 14800.71.6 快 退 恒 速 9450.61.480.45780 2 120 1a apf p 32 aq qpp 1 图图 3-1 液压缸的工况图液压缸的工况图 3.2.2 夹紧液压缸主要尺寸夹紧液压缸主要尺寸 (1).夹紧缸的内径和活塞杆直径 根据 选 60005000 夹 fpap 5 1016 夹 夹紧缸内径 d 为：mm p f d64m064 . 0 101614 . 3 50004 4 5 夹 夹 取 d=63mm 符合缸径尺寸系列 根据活塞

41、杆工作中受压，活塞杆直径适当取大径 活塞杆直径: d=0.5= mm 5 . 31635 . 0 取 d=32mm (2).计算夹紧缸的压力和流量 进油腔压力 1 p 为 pa a f p 5 2 1 10) 3 . 1916( 063 . 0 4 14 . 3 60005000 夹 输入流量 q 为 s m s mm auq 3 632 10 2 . 3310 2 . 3363 4 14 . 3 5 . 1 16 夹 由于定位缸的负载少，行程短，原始数据中又未给出具体的定位力，所以定位缸的 内径和活塞杆直径，取夹紧缸直径的 0.8 倍，压力和流量计算从略结 论 结论是一篇论文的收束部分，是以

42、研究成果为前提，经过严密的逻辑推理和论证所 得出的最后结论。在结论中应明确指出论文研究的成果或观点，对其应用前景和社会， 经济价值等加以预测和评价，并指出今后进一步在本研究方向进行研究工作的展望与设 想.结论应写得简明扼要，精练完整，逻辑严谨，措施得当，表达准确，有条理性。 论文主要工作完成如下： （1）结论是一篇论文的收束部分，是以研究成果为前提，经过严密的逻辑推理和论 证所得出的最后结论。在结论中应明确指出论文研究的成果或观点，对其应用前景和社 会，经济价值等加以预测和评价，并指出今后进一步在本研究方向进行研究工作的展望 与设想.结论应写得简明扼要，精练完整，逻辑严谨，措施得当，表达准确，

43、有条理性。 （2）结论是一篇论文的收束部分，是以研究成果为前提，经过严密的逻辑推理和论 证所得出的最后结论。在结论中应明确指出论文研究的成果或观点，对其应用前景和社 会，经济价值等加以预测和评价，并指出今后进一步在本研究方向进行研究工作的展望 与设想.结论应写得简明扼要，精练完整，逻辑严谨，措施得当，表达准确，有条理性。 3.3 本章小结本章小结 本章节主要介绍了各个液压缸的技术参数和确定过程。 4 4 拟定液压系统原理图拟定液压系统原理图 4.1 主体方案的确定主体方案的确定 由表 3-2 可知，本系统属于速度变化不大的小功率固定作业系统，因而首先考虑性 能稳定的双定量泵供油，差动缸差动快进

44、和高速阀进口节流高速的开式系统方案。这样， 既满足液压缸工进的高压小流量要求，既考虑了节能问题，又兼顾了工作可靠性问题。 4.2 基本回路确定基本回路确定 根据设计题目验算结果确定回路基本形式。 4.2.1 供油回路供油回路 按主题方案，因为快进、快退、工进的速度相差很大，为了减少功率损耗，采用双 联泵，工进时中压小流量泵供油，并控制液控卸荷阀，使低压大流量泵卸荷；快进时， 两台泵同时供油，此时两天泵的流量全部进入液压缸。供油回路采用双定量泵供油回路， 见图 4-1。 图图 4-1 双定量泵供油回路图双定量泵供油回路图 4.2.2 选择调速回路选择调速回路 由图 4-2 可知，这台机床液压系统

45、功率较小，滑台运动速度低，工作负载为阻力负 载且工作中变化小，故可选用进口节流调速回路。为防止孔钻通时负载突然消失引起运 动部件前冲，在回油路上加背压阀。由于系统选用节流调速方式，系统必然为开式循环 系统。 （1）调速方式选择 由于机床液压系统调速是关键问题，因此首选调速回路。由工况图可知：所设计的 液压系统功率较小，工作负载为阻力负载变化小，故采用进口节流调速回路。为防止钻 通时负载消失造成的前冲现象，回油路上要设置背压阀。 （2）快速回路和速度换接方式的选择 本系统已选定差动链接回路。由于快进转工进时，速度变化大，故选用行程阀来实 现速度平稳换接。而工进转快退则利用压力继电器来实现，其调整

46、压力要大于液压缸的 最大工作压力。 除考虑上述主要回路外，还需要考虑换向问题。考虑到快退运动时，无杆腔回油量 较大，故宜选用电液换向阀，但随着液压技术的发展，也可以用大流量电磁换向阀来代 替电液换向阀，但随着液压技术的发展，也可以用大流量电磁换向阀来代替电液换向阀。 图图 4-2 进油口节流调速回路进油口节流调速回路 4.2.3 选择速度换接回路选择速度换接回路 由于本系统滑台由快进转为工进 时，速度变化大（v1/v2=0.1/(0.810-3）=125) 为减少速度换接时的液压冲击，选用行程阀制的换接回路，如图 4-3。 图图 4-3 行程阀换接回路行程阀换接回路 4.2.4 选择快速运动和

47、换向回路选择快速运动和换向回路 本系统已选定液压缸差动连接和双泵供油两种快速运动回路实现快速运动。考虑到 从工进转快退时回油路流量较大，故选用换向时间可调的电液换向阀式换向回路，以减 小液压冲击。由于要实现液压缸差动连接，所以选用三位五通电液换向阀，如图 4-4 所 示。 4.2.5 方向控制回路方向控制回路 为了满足液压缸停止，启动，换向和液压缸差动控制，图 4-3 给出了利用三位五通 电液换向阀为主的方向控制回路。图中的单向阀建立了电液换向阀所需的控制压力。 4.2.6 选择定位夹紧回路选择定位夹紧回路 此回路采用顺序阀控制的顺序动作回路，图 4-4 所示。 这种回路采用了单向自控顺序阀对

48、两缸进给和退回双向顺序控制，起到先定位，夹 夹紧再松开，后拔定位销原位停止的功能。紧再松开，后拔定位销原位停止的功能。 图图 4-4 顺序动作回路顺序动作回路 4.3 液压系统原理图综合液压系统原理图综合 将上面选出的液压基本回路组合在一起，并经修改和完善，就可得到完整的液压系 统工作原理图，如图 4-5 所示。在图 3-5 中，为了解决滑台工进时进、回油路串通使系 统压力无法建立的问题，增设了单向阀 10。为了避免机床停止工作时回路中的油液流回 油箱，导致空气进入系统，影响滑台运动的平稳性，图中添置了一个单向阀 8。考虑到这 台机床用于钻孔（通孔与不通孔）加工，对位置定位精度要求较高，图中增

49、设了一个压 力继电器 15。液压系统图见附录 1。 表表 4-1 电磁铁动作表电磁铁动作表 工作循环1ya2ya3ya4ya 缸定位+- 缸夹紧+- 缸快进+-+- 缸工进+-+- 缸停留+-+- 缸快退+-+ 缸松开-+- 缸拔定位销- 原位停留- 4.4 本章小结本章小结 本章节主要阐述了液压系统的确定过程以及各个回路的设计确定过程。 5 5 计算和选择液压元件计算和选择液压元件 5.1 确定液压泵的规格和电动机功率确定液压泵的规格和电动机功率 5.1.1 计算液压泵的最大工作压力计算液压泵的最大工作压力 小流量泵在快进和工进时都向液压缸供油，由表 7 可知，液压缸在工进时工作压力 最大，

50、最大工作压力为 p1=3.96mpa 速阀进口节流调速回路中，选取进油路上的总压力损 失p=0.8mpa，考虑到压力继电器的可靠动作要求压差 pe=0.5mpa，则小流量泵的最高 工作压力估算为 mpapppp ep 26.55.08.096.3 1 1 大流量泵只在快进和快退时向液压缸供油，由表 7 可见，快退时液压缸的工作压力 为 p1=1.86mpa 时大。考虑到快退时进油不通过调速阀，故其进油路压力损失比前者小， 现取进油路上的总压力损失p=0.4pa，则大流量泵的最高工作压力估算为 mpappp p 26 . 2 4 . 086 . 1 1 2 5.1.2 计算液压泵的流量计算液压泵

51、的流量 由表 2-6 可知，液压缸快进时所需最大流量为 0.502410-3 m3/s ，若取回路泄漏 系数 k=1.1，因此，选择双联泵的总流量应满足液压缸快进时的流量要求，并考虑系统泄 漏量，则两个泵的总流量为 smqkqp/1055. 0105024. 01 . 1 333 max1 考虑到溢流阀的最小稳定流量为 2/min，工进时的流量为 8.3-5 m3/s =0.5l/min， 则小流量泵的流量最少应为。 min 5 . 2 l 5.1.3 确定液压泵的规格和电动机功率确定液压泵的规格和电动机功率 根据以上压力和流量数值查阅手册可知，并考虑液压泵存在容积损失，最后确定选 取 yb2

52、.5/30,速为 min/960r ，容积效率 9 . 0 vp 时，双联泵同时供油流量为 smqtp/10501. 0 33 ；而 min/ 4 . 32%9036lqq vptpp 。 由表 2-6 得知，液压缸在快退时输入功率最大，若取液压泵总效率 p=0.8，这时液 压泵的驱动电动机功率为 w qp p pp i 2069 8 . 0 1077 . 0 1015 . 2 36 根据此数值查阅产品样本，选用规格相近的 y800l-2 机，其额定功率为 0.75kw,转速 为 2800r/min。 5.2 液压缸结构的选择液压缸结构的选择 液压缸结构简单、工作可靠、应用广泛，其结构基本可分

53、为缸体组件、活塞组件、 密封装置、缓冲装置以及排气装置等组成。 5.2.1 缸体和缸盖组件缸体和缸盖组件 缸体是液压缸的主体，它要承受很大的液压力，因此应具有足够的强度和刚度。缸 体材料普遍采用冷拔或热轧无缝钢管，较厚壁毛坯仍用铸件或锻件，其内孔一般采用镗 削、铰孔、滚压等精密加工工艺制造，内孔表面加工公差和粗糙度要求较高，以使活塞 及其密封件能力滑动和保证密封效果，减少磨损。 （1）确定缸筒与缸盖的连接方式 缸体和缸盖的连接方式可根据缸筒和缸盖的材料、工作压力、用途及使用环境进行 选择。两者的连接方式有焊接、螺纹连接、法兰连接、拉杆连接、半环连接、钢丝链接 本次设计的进给液压缸选用拉杆连接，

54、夹紧液压缸和定位液压缸选用法兰连接。 （2） 缸筒的材料 液压缸缸筒一般要求具有足够的强度和冲击韧性，对焊接的缸筒还要求有良好的焊 接性能。材料可根据液压缸的参数、用途和毛坯的来源进行选择，缸筒选用材料有 20、35、45 钢 25crmoal、铝合金 zl105 等。缸筒的毛坯一般选用退火的冷拔或热轧无缝 钢管。由于本次设计的液压缸时机床液压缸选用 45 缸为缸筒材料。 5.2.2 活塞组件活塞组件 活塞组件由活塞与活塞杆组成主要是传递液压力和运动；它们之间的连接方式有多 种：焊接，卡簧、螺母等连接方式，本次设计为了拆卸方便采用螺母连接。 5.2.3 密封组件密封组件 液压缸中的密封，是指活

55、塞、活塞杆和端盖等处的密封，它是以防止液压系统油液 的内外泄漏和防止外界杂物侵入的。密封设计的好坏，对液压缸的性能有着重要的影响， 常见的密封形式有间隙密封、活塞环密封、密封圈密封等，本次设计采用密封圈密封。 5.2.4 缓冲装置缓冲装置 当液压缸带动质量较大的移动部件，以较快的速度运动时，惯性较大。在行程终端 时如果活塞与缸盖直接发生撞击，将造成冲击和噪声以致引起事故或影响工作精度。为 此在大型、高速或高精度的液压缸中常设有缓冲装置。其工作原理是使活塞在接近缸盖 时，增大液压缸的回油阻力，使缓冲油腔内产生足够的缓冲压力，降低活塞的运动速度， 避免活塞撞击缸盖。 5.2.5 排气装置排气装置

56、液压缸长期停止使用后会渗入空气，油液中也可能混有空气，在这种状态下运行， 工作部件运动的平稳性较差，因此，一般的液压系统在开始工作前应该使系统中的空气 排出，为此可在液压缸的最高部位安装排气装置。该装置通常有两种形式，一种是在缸 的最高部位安装一个排气塞，开机时先拧开排气塞，使活塞全程空载往返数次，缸内空 气即可通过排气塞锥部环形缝和小孔排出，然后拧紧排气塞。另外一种方法是在缸的最 高部位开排气孔，再用管道连接至排气阀，本次设计采用排气阀排气。 5.3 确定其它元件及辅件确定其它元件及辅件 5.3.1 确定阀类元件及辅件确定阀类元件及辅件 根据系统的最高工作压力和通过各阀类元件及辅件的实际流量

57、，查阅产品样本，选 出的阀类元件和辅件规格如表 4-1 所列。其中，溢流阀 4 按小流量泵的额定流量选取， 调速阀 13 选用 q6b 型，其最小稳定流量为 0.03 l/min，小于本系统工进时的流量 0.5l/min。 表表 5-1 液压元件规格及型号液压元件规格及型号 序号元件名称 通过的最 大流量 q/l/min 型号 额定流量 q/l/min 额定压 力/mpa 额定 压降 /mpa 1液压缸- 2行程阀62 22c- 100bh 1006.30.2 3单向节流阀 17.5 4压力继电器5.1yf3-e10b1016 5 三位五通电液 换向阀 k6b 14 6液压缸23.9 af3-

58、 ea10b 63160.2 7单向顺序阀57.4 af3- ea10b 63160.2 8压力继电器22.2xy63b63160.3 9液压缸1yf3-e10b1016 10单向顺序阀23.9 af3- ea10b 63160.2 11 三位四通电磁 换向阀 57.4 35dy 100by 63160.3 12单向阀57.4 af3- ea10b 63160.2 13减压阀1 axqf- e10b 616 14压力表开关50.4 22c 100bh 63160.3 15溢流阀 pfb8l 14 16单向阀 - 17单向阀57.4 35dyf3y -e10b 63160.3 18过滤器1xf3

59、-e10b63160.3 19双联叶片泵57.4 af3- ea10b 63160.2 20溢流阀1xf3-e10b63160.3 21顺序阀57.4 af3- ea10b 63160.2 22背压阀 pfb8l 14 23单向阀 - 注：此为电动机额定转速为 2800r/min。 5.3.2 确定油管确定油管 在选定了液压泵后，液压缸在实际快进、工进和快退运动阶段的运动速度、时间以 及进入和流出液压缸的流量，与原定数值不同，重新计算的结果如表 4-2 各工况实际运 动速度、时间和流量。 表表 5-2 各工况实际运动速度、时间和流量各工况实际运动速度、时间和流量 快进工进快退 min/61 3

60、.50 )305 . 2(95 )( 21 211 1 l aa qqa q pp min/5 . 0 1 lq min/ 5 . 32 305 . 2 211 l qqq pp min/ 9 . 28 95 7 . 44 5 . 61 1 2 12 l a a qq min/24 . 0 95 7 . 44 5 . 0 1 2 12 l a a qq min/69 7 . 44 95 5 . 32 2 1 12 l a a qq sm aa qq v pp /108 . 0 10) 7 . 4495(60 10)305 . 2( 4 3 21 21 1 sm a q v /108 . 0 1