设计一台钻镗两用组合机床的液压系统.

1、攀枝花学院学生课程设计（论文）题目：液压传动课程设计钻镗组合两用组合机床液压系统学生姓名：*学号：*所在院 (系)： 机电工程学院专业：机械设计制造及其自动化班级： 09机制 1班指 导 教 师：*职称：教授2012年6 月 18日攀枝花学院教务处攀枝花学院本科学生课程设计任务书题目钻镗组合机床的液压系统1、课程设计的目的学生在完成液压传动与控制课程学习的基础上，运用所学的液压基本知识，根据液压元件、各种液压回路的基本原理，独立完成液压回路设计任务；从而使学生在完成液压回路设计的过程中，强化对液压元器件性能的掌握，理解不同回路在系统中的各自作用。能够对学生起到加深液压传动理论的掌握和强化实际运

2、用能力的锻炼。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）设计一台用成型铣刀在加工件上加工出成型面的液压专用铣床，工作循环：手工上料自动夹紧工作台快进铣削进给工作台快退夹具松开手工卸料。系统参数如附表序号 A 列数据 。题号（）完成设计计算，拟定系统方案图，确定各液压元件的型号及尺寸，设计液压缸。3、主要参考文献1 液压传动 ，机械工业出版社， 王积伟、章宏甲、黄宜主编， 2006 年 12 月第二版；2 机械设计手册，软件版本，化学出版社出版，2008 版；3机械设计手册（第二版），化学工业出版社，1983 年 7 月第二版内容学时4、课程设计工明确机床对液压系统的要求，进

3、行工作过程分析4作进度初步确定液压系统的参数，进行工况分析和负载图的编制14计划确定液压系统方案，拟订液压系统图4确定液压制造元件的类型并选择相应的液压元件，确定辅助装置4液压系统的性能验算2液压油箱的结构设计，制图及编制技术文件12合计1 周指导教师（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。题目名称评分项目分得评价内涵值分工01学习态度6作02科学实践、调研7表现03课题工作量720%04综合运用知识的能力1005应用文献的能力5能设计（实验）能力，方力065案的设计能力水平07计算及计算机应用能535%力对计算或实验结果的08分析能力

4、（综合分析能10力、技术经济分析能力）成插图（或图纸）质量、09篇幅、设计（论文）规5果范化程度质10设计说明书（论文）质30量量45%11创新10遵守各项纪律，工作刻苦努力，具有良好的科学工作态度。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。按期圆满完成规定的任务，工作量饱满。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。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。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

5、思路清晰、完整。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。具有较强的数据收集、分析、处理、综合的能力。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。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。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：年月日攀枝花学院课程设计（论文）摘要摘要作为一种高效率的专用机床，组合机床在大批、大量机械加工生产中应用广泛。本次课程设计将以组合机床动力滑台液压系统设计为例， 介绍该组合机床液压系统的设计方法和设计步骤，其中包括组合机床动力滑台液压系统的工况分析、主要

6、参数确定、液压系统原理图的拟定、液压元件的选择以及系统性能验算等。组合机床是以通用部件为基础， 配以按工件特定外形和加工工艺设计的专用部件和夹具而组成的半自动或自动专用机床。组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。组合机床通常采用多轴、多刀、多面、多工位同时加工的方式，能完成钻、扩、铰、镗孔、攻丝、车、铣、磨削及其他精加工工序，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。液压系统由于具有结构简单、动作灵活、操作方便、调速范围大、可无级连读调节等优点，在组合机

7、床中得到了广泛应用。关键词:结构简单、动作灵活、操作方便、调速范围大、可无级连读调节等优点I攀枝花学院课程设计（论文）摘要ABSTRACTAs a kind of high efficiency of the machine, combined machine tool in large numbers, large mechanical processing production is widely used. The curriculum design will be the combination machine tool hydraulic system power design as

8、 an example, introduces the combination of machine hydraulic system design methods and design steps, including the combination machine tool hydraulic system power condition analysis, determination of main parameters of hydraulic system principle diagram,develop, the choice of hydraulic components an

9、d system performance checking 。 Combination machine generally adopts multi axis, multi knife, multi-process,polygonal or multi-station simultaneously processes, and production efficiency ratio general machine tool high several times to several times. Combination of machine tool has the advantages of

10、 high efficiency and low cost, the large, mass production to be widely applied, and can be used to compose the automatic production line. Combination machine tool commonly used multiple axes, knives, polyhedral, multi-station simultaneous processing way, can complete the drilling, expanding, hinge,

11、boring, cars, milling, grinding, tapping and other finishing processes, production efficiency than the general machine tool high several times to several times 。Key words：Simple structure, flexible movement, convenient operation, wide rangeof speed regulation, stepless speed eII攀枝花学院课程设计（论文）摘要I攀枝花学院

12、课程设计（论文）目录目录摘要 .11 钻镗液压机床的设计 .21.1机床的设计要求 .21.2机床的设计参数 .22 执行元件的选择 .32.1分析系统工况 .32.1.1 工作负载 .32.1.2 惯性负载 .32.1.3 阻力负载 .32.2负载循环图和速度循环图的绘制 .32.3主要参数的确定 .52.3.1初选液压缸工作压力 .52.3.2确定液压缸主要尺寸 .62.3.3计算最大流量需求 .73 拟定液压系统原理图 .103.1速度控制回路的选择 .103.2换向和速度换接回路的选择 .103.3油源的选择和能耗控制 .113.4压力控制回路的选择 .134 液压元件的选择 .164

13、.1确定液压泵和电机规格 .164.1.1计算液压泵的最大工作压力 .164.1.2计算总流量 .164.1.3电机的选择 .174.2阀类元件和辅助元件的选择 .174.2.1阀类元件的选择 .174.2.2过滤器的选择 .184.2.3空气滤清器的选择 .194.3 油管的选择 .194.4油箱的设计 .214.4.1油箱长宽高的确定 .214.4.2隔板尺寸的确定 .214.4.3各种油管的尺寸 .22I攀枝花学院课程设计（论文）目录5验算液压系统性能 .235.1验算系统压力损失 .错误! 未定义书签。5.1.1判断流动状态 .错误! 未定义书签。5.1.2计算系统压力损失 .错误!

14、未定义书签。5.2验算系统发热与温升 .266设计总结.287参考文献.298 致谢II攀枝花学院课程设计（论文）绪论绪论随着科学技术和工业生产的飞跃发展， 国民经济各个部门迫切需要各种各样的质量优、性能好、能耗低、价格廉的液压机床产品。 其中，产品设计是决定产品性能、质量、水平、市场竞争能力和经济效益的重要环节。产品的设计包括液压系统的功能分析、工作原理方案设计和液压传动方案设计等。这些设计内容可作为液压传动课程设计的内容。很明显，液压系统设计本身如果存在问题，常常属于根本性的问题，可能造成液压机床的灾难性的失误。因此我们必须重视对学生进行液压传动设计能力的培养。作为一种高效率的专用机床，组

15、合机床在大批、大量机械加工生产中应用广泛。本次课程设计将以组合机床动力滑台液压系统设计为例， 介绍该组合机床液压系统的设计方法和设计步骤，其中包括组合机床动力滑台液压系统的工况分析、主要参数确定、液压系统原理图的拟定、液压元件的选择以及系统性能验算等。组合机床是以通用部件为基础， 配以按工件特定外形和加工工艺设计的专用部件和夹具而组成的半自动或自动专用机床。组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。组合机床通常采用多轴、多刀、多面、多工位同时加工的方

16、式，能完成钻、扩、铰、镗孔、攻丝、车、铣、磨削及其他精加工工序，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。液压系统由于具有结构简单、动作灵活、操作方便、调速范围大、可无级连读调节等优点，在组合机床中得到了广泛应用。1攀枝花学院课程设计（论文）钻镗液压机床的设计1 钻镗液压机床的设计1.1 机床的设计要求设计一台钻镗两用组合机床的液压系统。钻镗系统的工作循环时快进工进快退停止。液压系统的主要参数与性能要求如下：最大切削力 17000N，移动部件总重量 24000N；最大行程 421mm（其中工进行程188mm）；快进、快退的速度为 4.55m/min ，工进速度应在（ 20120）mm/min范围内无级

17、调速；启动换向时间t 0.05s ，采用水平放置的导轨，静摩擦系数fs 0.2 ；动摩擦系数 fd 0.1 。1.2 机床的设计参数系统设计参数如表 1 所示，动力滑台采用平面导轨，其静、动摩擦系数分别为 fs = 0.2 、fd = 0.1 。l1=233mm， l2=188mm，l3=421mm其主要设计参数如表 1-1表 1-1设计参数参数数值切削阻力（ N）17000滑台自重 (N)24000快进、快退速度 (m/min)4.55工进速度 (mm/min)20120最大行程 (mm)421工进行程 (mm)188启动换向时间（ s）0.052攀枝花学院课程设计（论文）执行元件的选择2

18、执行元件的选择2.1 分析系统工况工作负载钻镗两用组合机床的液压系统中，钻镗的轴向切削力为Ft 。根据题意，最大切削力为 17000N，则有Ft=17000N2.1.2惯性负载惯性负载Fm m v24004.553640Nt60 0.052.1.3阻力负载静摩擦阻力Ffs0.2240004800动摩擦阻力Fsd0.1240002400N由此可得出液压缸的在各工作阶段的负载如表2-1表 2-1工况负载组成负载值 F启动FFfs4800N加速FFfdFm6040N快进FFfd2400N工进FFfdFt19400N快退FFfd2400N注： 1、此处未考虑滑台上的颠覆力矩的影响。2.2 负载循环图和

19、速度循环图的绘制根据表 2-1 中计算结果，绘制组合机床动力滑台液压系统的负载循环图如图2-1 所示。3攀枝花学院课程设计（论文）执行元件的选择图 2-1图 2-1 表明，当组合机床动力滑台处于工作进给状态时，负载力最大为22778N，其他工况下负载力相对较小。所设计组合机床动力滑台液压系统的速度循环图可根据已知的设计参数进行绘制，已知快进和快退速度V1=V2=4.55m/min、快进行程 L1=421-188=233mm、工进行程 L2=188mm、快退行程 L3=421mm，工进速度 V2=100mm/min。根据上述已知数据绘制组合机床动力滑台液压系统的速度循环图如图2-2 所示。4攀枝

20、花学院课程设计（论文）执行元件的选择2-2 组合机床液压系统速度循环图2.3 主要参数的确定初选液压缸工作压力所设计的动力滑台在工进时负载最大，其值为 22778N，其它工况时的负载都相对较低，参考表 2-2 和表 2-3 按照负载大小或按照液压系统应用场合来选择工作压力的方法，初选液压缸的工作压力 p1=3MPa。表 2-2按负载选择工作压力负载 /KN<5510102020303050 >50工作压力 /MPa<0.81.522.53344551表 2-3各种机械常用的系统工作压力机 床农业机械液压机小型工程机械大中型挖掘机机械类型磨床组合机床龙门刨床拉床建筑机械重型机械

21、液压凿岩机起重运输机械工作压力 /MPa0.823528810101820325攀枝花学院课程设计（论文）执行元件的选择确定液压缸主要尺寸由于工作进给速度与快速运动速度差别较大，且快进、快退速度要求相等，从降低总流量需求考虑， 应确定采用单杆双作用液压缸的差动连接方式。通常利用差动液压缸活塞杆较粗、 可以在活塞杆中设置通油孔的有利条件， 最好采用活塞杆固定，而液压缸缸体随滑台运动的常用典型安装形式。 这种情况下， 应把液压缸设计成无杆腔工作面积 A1 是有杆腔工作面积 A2 两倍的形式，即活塞杆直径d 与缸筒直径 D呈 d = 0.707D 的关系。工进过程中， 当孔被钻通时， 由于负载突然消

22、失， 液压缸有可能会发生前冲的现象，因此液压缸的回油腔应设置一定的背压( 通过设置背压阀的方式 ) ，执行元件的背压力如表 2-4 ，从表中选取此背压值为 p2=0.8MPa。表 2-4 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0.20.5统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快进时液压缸虽然作差动连接 （即有杆腔与无杆腔均与液压泵的来油连接），但连接管路中不可避免地存在着压降P，且有杆腔的压力必须大于无杆腔，估算时取 P 0.5MPa。快退时回油腔中

23、也是有背压的，这时选取被压值p2 =0.6MPa。工进时液压缸的推力计算公式为F A1P1 A2P2 A1P1 A12P2，式中： F 负载力A1液压缸无杆腔的有效作用面积A2液压缸有杆腔的有效作用面积p1液压缸无杆腔压力p2液压有无杆腔压力因此，根据已知参数，液压缸无杆腔的有效作用面积可计算为A1F( P1P2 2 )0.0075m26攀枝花学院课程设计（论文）执行元件的选择液压缸缸筒直径为164 A4 0.0075 10D98mm由于有前述差动液压缸缸筒和活塞杆直径之间的关系，d = 0.707D，因此活塞杆直径为 d=0.707× 98=69.2 ，根据 GB/T2348199

24、3 对液压缸缸筒内径尺寸和液压缸活塞杆外径尺寸的规定，查表 2-5 和表 2-6 圆整后取液压缸缸筒直径为D=100mm，活塞杆直径为 d=70mm。表 5按工作压力选取 d/D工作压力 /MPa5.05.07.07.0d/D0.50.550.620.700.7表 6按速比要求确定 d/D2/11.151.251.331.461.612d/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。此时液压缸两腔的实际有效面积分别为：A1D 27.9 10 3 m24A2(D 2d 2 ) 4 4 10 3 m2计算最大流量需求工作台在快进过程中，液

25、压缸采用差动连接，此时系统所需要的流量为q快进 =（ A1- A2） V1=17.75 L min工作台在快退过程中所需要的流量为q 快退 =A2×v2=18.2L/min工作台在工进过程中所需要的流量为q 工进 =A1×v1=1.69.5 L/min其中最大流量为快退流量为18.2L/min 。根据上述液压缸直径及流量计算结果， 进一步计算液压缸在各个工作阶段中的压力、流量和功率值，如表 3 所示。7攀枝花学院课程设计（论文）执行元件的选择表 2-5各工况下的主要参数值回油腔进油腔输入流推力量输入功工况压力压力计算公式F /Nq/L.mi率 P/KwP2/MPaP1/MP

26、an-1启480001.75P1 =错误 ! 未找到动引用源。快加60402.562.06q=(A-A)v112进速P=pq1恒24001.621.1217.750.20p2 =p1+p速0.045P1 =(F+p2A2)/A 1工进19400.82.860.160120.950.272q=A vP=p1q起480001.2动+p A )/AP =(F2121快加60400.62.6723退速q=A vP=pq恒124000.61.7918.20.326速把表 2-5中计算结果绘制成工况图，如图 2-3所示。8攀枝花学院课程设计（论文）执行元件的选择1-nim?图 2-3 组合机床液压缸工况图

27、9攀枝花学院课程设计（论文）拟定液压系统原理图3 拟定液压系统原理图根据组合机床液压系统的设计任务和工况分析， 所设计机床对调速范围、 低速稳定性有一定要求，因此速度控制是该机床要解决的主要问题。速度的换接、稳定性和调节是该机床液压系统设计的核心。 此外，与所有液压系统的设计要求一样，该组合机床液压系统应尽可能结构简单，成本低，节约能源，工作可靠。3.1 速度控制回路的选择工况图 2-3 表明，所设计组合机床液压系统在整个工作循环过程中所需要的功率较小，系统的效率和发热问题并不突出，因此考虑采用节流调速回路即可。虽然节流调速回路效率低，但适合于小功率场合，而且结构简单、成本低。该机床的进给运动

28、要求有较好的低速稳定性和速度 - 负载特性，因此有三种速度控制方案可以选择， 即进口节流调速、 出口节流调速、 限压式变量泵加调速阀的容积节流调速。钻镗加工属于连续切削加工， 加工过程中切削力变化不大， 因此钻削过程中负载变化不大， 采用节流阀的节流调速回路即可。 但由于在钻头钻入铸件表面及孔被钻通时的瞬间， 存在负载突变的可能， 因此考虑在工作进给过程中采用具有压差补偿的进口调速阀的调速方式， 且在回油路上设置背压阀。 由于选定了节流调速方案， 所以油路采用开式循环回路， 以提高散热效率， 防止油液温升过高。3.2 换向和速度换接回路的选择所设计多轴钻床液压系统对换向平稳性的要求不高，流量不

29、大，压力不高，所以选用价格较低的电磁换向阀控制换向回路即可。为便于实现差动连接， 选用三位五通电磁换向阀。为了调整方便和便于增设液压夹紧支路，应考虑选用 Y 型中位机能。 由前述计算可知， 当工作台从快进转为工进时， 进入液压缸的流量由 17.75 L/min 降为 1.69.5 L/min ，可选二位二通行程换向阀来进行速度换接，以减少速度换接过程中的液压冲击， 如图 3-1 所示。由于工作压力较低， 控制阀均用普通滑阀式结构即可。 由工进转为快退时， 在回路上并联了一个单向阀以实现速度换接。 为了控制轴向加工尺寸， 提高换向位置精度， 采用死挡块加压力继电器的行程终点转换控制。10攀枝花学

30、院课程设计（论文）拟定液压系统原理图a.换向回路b.速度换接回路图 3-1换向和速度切换回路的选择3.3 油源的选择和能耗控制表 2-5 表明，本设计多轴钻床液压系统的供油工况主要为快进、 快退时的低压大流量供油和工进时的高压小流量供油两种工况， 若采用单个定量泵供油， 显然系统的功率损失大、 效率低。在液压系统的流量、 方向和压力等关键参数确定后，还要考虑能耗控制， 用尽量少的能量来完成系统的动作要求， 以达到节能和降低生产成本的目的。11攀枝花学院课程设计（论文）拟定液压系统原理图在图 4 工况图的一个工作循环内， 液压缸在快进和快退行程中要求油源以低压大流量供油， 工进行程中油源以高压小

31、流量供油。 其中最大流量与最小流量之比，q max18.20.16114 而快进和快退所需的时间t 1 与工进所需的时间 t2q min分别为：t1(l1 )(l 3)(60233)(60 421)1000)=8.62sv1v2(4.551000(4.55t 2l2(60 188)(20 120)(94564)sv2上述数据表明， 在一个工作循环中， 液压油源在大部分时间都处于高压小流量供油状态， 只有小部分时间工作在低压大流量供油状态。 从提高系统效率、 节省能量角度来看， 如果选用单个定量泵作为整个系统的油源， 液压系统会长时间处于大流量溢流状态，从而造成能量的大量损失，这样的设计显然是不合理的。如果采用单个定量泵供油方式， 液压泵所输出