半自动液压专用铣床液压系统设计【含CAD图纸】
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本科毕业设计开题报告题 目：铣床液压系统设计 系 别： 机电系 专 业： 机械设计制造及其自动化 姓 名： 学 号： 指导教师： 年 月 日- 14 -本科毕业设计开题报告系别机电系专业机械设计制造及其自动化班级姓名学号联系方式题目铣床液压系统设计一、选题背景 铣床是一种主要用于金属切削的机床。于1818年由美国数位机械工程师共同发明的。铣床是用于切削平面，或者用特殊的形状的铣刀铣出成型表面、螺旋槽或齿轮的齿形等。铣床分为卧式铣床、立式铣床、龙门铣床、仿形铣床、和万能铣床等。由于铣床具有较高的工作效率以及加工出来的零件精度高等特点，现在已成为各行业中不可缺少的设备，特别是数控铣床。这种铣床更是用于国防、航空、汽车、拖拉机、造船、机床和工具制造部分发展品种、推进技术高招的重要设备。铣床拥有量已占机床量得1/10以上。而液压系统优点多应用也很广泛，一般用于液压传动。在一般工程机械、加工机械、压力机械、机床等，行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等，发电厂涡轮调速装置、测量浮标、升降旋转舞台等，军事工业用的火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置等。土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装置、河床升降装置、桥梁操纵机构等。随着现代加工行业在我国的迅速发展，数控铣床在制造业仲应用越来越广泛，所以数控铣床的研制和推广是加速机械工业技术革命的有效途径之一，成为了推动生产发站内信的重要设备。液压技术作为实现现代传动与控制的关键基础技术之一，已成为各行各业重要的技术基础。而液压元件及其控制已发展成为综合的液压工程技术。利用液压技术可在较宽范围内进行无级调速，具有良好的换向及转接功能，易于实现工作循环等优点，完成工件及刀具的夹紧，控制进给速度和驱动主轴作业。易管现代数控机床、加工中心等先进制造设备中采用机电伺服系统，但采用液压传动与控制仍然是现代金属切削机床自动化的重要途径。据1995年全国第三次工业普查统计，我国液压、气动和密封件工业乡及乡以上年销售收入在100万元以上的国营、村办、私营、合作经营、个体、“三资”等企业共有1300余家，其中液压约700家，气动和密封件各约300余家。按1996年国际同行业统计，我国液压行业总产值23.48亿元，占世界第6位；气动行业总产值4.19亿元，占世界第10位。二、课题设计2.1课题的内容 本课题主要研究的是铣床液压系统的设计，重点在于液压设计，设计过程所要完成的是对工作缸的参数设计和结构设计，液压阀块的设计、液压站的设计、和每个过程中的标准件、常用件的选择和设计，最后要进行验算，查验压力损失和系统温升是否符合要求，最后要得出结论，此系统是否为最优系统，效率的高低，加工的难易程度都要考虑进去。 课题要求设计的内容1、完成系统的传动原理图。2、根据拟定的原理图，完成所有参数、尺寸的计算、查表和确定相应的元器件规格型号。3、完成设计的最终原理图、油箱结构图及液压缸装配图和零件图（折合2张0 # 以上图纸）。4、完成设计说明书（至少50页）。2.2课题的目的 1、巩固和深化已学知识，掌握液压系统设计计算的一般方法和步骤，培养相对于的工程设计能力和综合分析问题、解决问题能力；2、正确和你地确定执行机构，选用标准液压元件；能熟练地运用液压基本回路、组合成满足基本性能要求的液压系统；3、熟悉并会运用有关的国家标准、部颁标准、设计手册和产品样本等技术资料。对以后在计算、制图、运用技术资料以及经验估算、考虑技术决策、CAD技术等方面的进行一次奠定基础训练，以提高这些技能的水平。2.3课题的意义 铣床是现代工业生产必不可少的，而且液压不单单推动了铣床，更推动了社会的发展。结合课本上的知识，通过动手动脑，去完成这份设计。在拥有专业知识的帮助下，我通过专业书本的辅助，学会了： 1、学会了液压系统的设计过程，进而推广到其他液压系统的设计。 2、学会了如何查表。 3、学会了如何结合其他科目的知识去增加这份毕业设计的看点，譬如：通过Plc、机械制图等知识来完善来增加看点。三、课题研究现状3.1国外研究现状 在美国、日本和德国等发达国家，它们将机床改造作为新的经济增长行业，生意盎然，正处在黄金时代。由于机床以及技术的不断进步，机床改造是个“永恒”的课题。在美国、日本、德国，用数控技术改造机床和生产线具有广阔的市场，己形成了机床和生产线数控改造的新的行业。在美国，机床改造业称为机床再生 (Remanufacturing)业。从事再生业的著名公司有:Bertsche工程公司、ayton机床公司、Devlieg-Bullavd(得宝)服务集团、US设备公司等。美国得宝公司己在中国开办公司。在日本机床改造业称为机床改装(Retrofitting)业。从事改装业的著名公司有：大限工程集团、岗三机械公司、千代田工机公司、野崎工程公司、滨田工程公司、山本工程公司等。而现在国外现状偏向于：1、高速高精与多轴加工成为数控机床的主流，纳米控制已经成为高速高精加工的潮流。2、多任务和多轴加工数控机床越来越多地应用到能源、航空航天等行业。3、机床与机器人的集成应用日趋普及，且结构形式多样化，应用范围扩大化，运动速度高速化，多传感器融合技术实用化，控制功能智能化，多机器人协同普及化。4、智能化加工与监测功能不断扩充，车间的加工监测与管理可实时获取机床本身的状态信息，分析相关数据，预测机床的状态，提前进行相关的维护，避免事故的发生，减少机床的故障率，提高机床的利用率。5、最新的机床误差检测与补偿技术能够在较短的时间内完成对机床的补偿测量，与传统的激光干涉仪相比，对机床误差的补偿精度能够提高34倍，同时效率得到大幅度提升。6、最新的CAD/CAM技术为多轴多任务数 控机床的加工提供了强有力的支持，可以大幅度提高加工效率。7、刀具技术发展迅速，众多刀具的设计涵盖了整个加工过程，并且新型刀具能够满足平稳加工以及抗振性能的要求。 图（1）为P800M型高速五面加工数控铣床是由德国Metrom公司生产的，它结构新颖、布局紧凑。机床首次采用5杆并联机构和5环驱动的主轴部件，在并联运动机构设计 图（1）P800M型高速五面加工数控铣床 图（2）德国马泰克matec-30P理论上有所突破，从而实现主轴部件偏转角大于90，能够真正进行5面加工。P800M型高速五面加工数控铣床工作空间大，占地面积小，机床的外形尺寸为2300mmx2000mmx2500mm，工作台直径达8001200mm，有效加工空间为600mmx600mmx450mm。图（2）为德国马泰克matec-30P是由德国梅萨德利希机床有限公司生产的。该机床适合于高质量要求的机械和模具等的生产。科学设计的龙门尺寸结构保证了加工中工件轮廓外形的稳定和表面质量。由于卓越的稳定性和排屑性能,该机床广泛用于各种加工和焊接工业领域。 3.2国内研究现状我国是机床生产大国，又是使用大国。数控机床是机械工业发展的关键产品，我国的数控机床在机床产品中的比例总体水平低。但是我国是发展中国家，许多企业财力薄弱，不可能花费大量的资金添置许多全新的数控机床，同时大量的通用机床不可能全部淘汰。 因此，把普通机床改造为数控机床则不失为是一条提高数控化率的有效途径，机床改造花费少，改造针对性强，时间短，改造后的机床大多能克服原机床的缺点和存在的问题，生产效率高。所以现在的国内现在偏向于：1、低技术水平的产品竞争激烈，互相靠压价促销；2、高技术水平、全功能产品主要靠进口；3、配套的高质量功能部件、数控系统附件主要靠进口；4、应用技术水平较低，联网技术没有完全推广使用；5、自行开发能力较差，相对有较高技术水平的产品主要靠引进图纸、合资生产或进口装。图（3）为数控铣床XK1060其机身及主要构件均为高强度铸铁，金相组织稳定，确保机床长期使用的稳定性。可用于航天航空，汽车零件，机械加工及模具制造领域，能适应从粗加工到精加工的加工要求，可完成铣、镗等多种工序。3.3国内外数控机床技术发展的趋势1、 高速度与超精度化 速度和精度是数控机床 图（3）数控铣床XK1060的两个重要指标，它直接关系到加工效率和产品的质量。高速度、超精度加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩 短生产周期和提高市场竞争能力。2 、高可靠性 随着数控机床网络化应 用的发展，数控机床的高可靠性已经成为数控系统制 造商和数控机床制造商追求的目标。3、 多功能化 在零件加工过程中有大量的无用时间消耗在工件搬运、上下料、安装调整、换刀和主轴的升、降速上，为了尽可能降低这些无用时间，人们希望将不同的加工功能整合在同一台机床上，因此数控机床实现了一机多能，以最大限度 图（4）M2-550微型多功能机床地提高设备利用率。如图（4）M2-550微型多功能机床4 、多轴化 随着 5轴联动数控系统和编程软件的普及，5轴联动控制的加工中心和数 控铣床已经成为当前的一个开发热点。如图（5）VS 1580五轴联动数控加工中心5、 网络化 数控机床的网络化，主要指机床通过所配装的数控系统与外部的其它控制系统或上位计算机进行网络连接和网络控制。数控机床一般首先面向生产现场和企业内部的局域网，然后再经由因特网通向企业外部， 图（5）VS 1580五轴联动数控加工中心这就是所谓 Internet/Intranet 技术。6 、柔性化、智能化 数控机床向柔性自动化系统发展的趋势是：从点(数控单机、加工中心和数控复合加工机床)、线(FMC、FMS、FTL、FML)向面(工段车间独立制造岛、FA)、体(CIMS、 分布式网络集成制造系统)的方向发展，另一方面向注重应用性和经济 性方向发展。柔性自动化技术是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段，是各国制造业发展的主流趋势，是先进制造领域的基础技术。其重点是以 提高系统的可靠性、实用化为前提，以易于联网和集成为目标；注重加强单元技术的开拓、完善；CNC单机向高精度、高速度和高柔性方向发展。7 、绿色化 21世纪的金切机床必须把环保和节能放在重要位置，即要实现切削加工工 艺的绿色化。目前这一绿色加工工艺主要集中在不使用切削液上，这主要是因为切削液既污染环境和危害工人健康，又增加资源和能源的消耗。8、体系开放化向未来技术开放：由于软硬件接口都遵循公认的标准协议，只需少量的重新 设计和调整，新一代的通用软硬件资源就可能被现有系统所采纳、吸收和兼容， 图（6）西马特微型多功能车床钻铣床MJ9515这就意味着系统的开发费用将大大降低而系统性能与可靠性将不断改善并处于 长生命周期。9、极端化（大型化和微型化）国防、航空、航天事业的发展和能源等基础产业装备的大型化需要大型且性能良好的数控机床的支撑。如图（6）西马特微型多功能车床钻铣床MJ9515四、课题设计方案 因为在我国油压机械设备需求越来越多，所以液压系统的速度和工作效率成为了现在液压系统的主要竞争方面，所以现在为了快速运动和提高工作进给速度，以及提高工作的需要，社会的需要，最终决定设计的方案为：设计速度控制回路。4.1设计方案选型与分析一、调速方案方案一：节流调速 图（7）为节流调速原理图节流调速，采用定量泵供油，由流量控制阀改 变流入和流出执行元件的流量以调节速度，这种系统称阀控系统。如图（7）其优点是：能量损失较小，结构简单，控制简单，使用维护方便。而缺点是：效率较低，发热大。方案二：容积调速容积调速，采用变量泵或变量马达，以改变泵或马达的排量调节速度。这种系统称泵控系统。如图（8）其优点是：效率高，发热小，使用维护方便。缺点是：结构相对复杂 方案三：容积节流调速容积节流调速，采用压力反馈式变量泵供油，由流量控制阀改变流入或流出执行元件的流量，进而调节速度， 图（8）为容积调速原理图同时又使变量泵的流量与通过流量控制阀的流量相适应。 其优点是：没有溢流损失，效率较高，速度稳定性相对好。缺点是：会有节流损失。如图（9）方案的确定：选用以上那种!二、快进方案方案一：液压缸差动连接快速调速差动连接是，活塞无杆端面比有杆端面的受压面积大（大杆的面积），（这面积差 图（9）为容积节流调速原理图是差动的根本原因。）在两端面受 压力（压强）相同时，无杆端面的总压力大，会将活塞推着向有杆端移动，这就是差动。这时，将有杆腔排出的油导入无杆腔，就在泵油的基础上增加了流量，能使活塞更快移动，形成差的快速。这种油路的连接方法。 其优点是：活塞杆伸出时能获得较快的速度,即使泵的流量较小.但这时油缸的出力较小,不适合重载.油缸设计合理时,不需要调节,就可以使活塞杆伸出和回缩时速度相等。缺点：噪声大。如图（10） 图（10）为液压缸差动连接原理图方案二：采用蓄能器的快速调速 蓄能器是，液压或气动系统中的一种能量储蓄装置。它在适当的时机将系统中的能量转变为压缩能或位能储存起来，当系统需要的时，又将压缩能或位能转变为液压或气压等能而释放出来，重新补供给系统。当系统瞬间压力增大时，它可以吸收这部分的能量，以保证整个系统压力正常。如图（11） 其优点是：反应灵敏，工作可靠。缺点是：制造困难，密封性要求高。 图（11）为蓄能器快速调速原理图方案三：双泵供油快速调速 双泵供油是，用两个泵来提供动力，其中一个为大流量泵，用以实现快速运动；另外一个是小流量泵，则用以实现工作进给。其优点是：功率损耗小，系统效率高，应用较为普遍。而缺点是：系统结构复杂。如图（12）图（12）为双泵供油快速调速4.2方案的确定以上方案，每个都有它们的优点，而且它们几个可以是说是各抒己见。所以最后选择的调速方法是容积节流调速没有溢流损失，效率较高，速度稳定性相对好。缺点是：会有节流损失。而选择的快速调速方法是液压缸差动连接快速调速。要对比起来，工作效率高而且油的循环利用，速度的调节也比较好，而且结构相对双泵供油，容积调速等方式简单，制造难度比蓄能器低，而且反应灵敏。很符合现在社会的发展需要和工业生产需要。4.3方案的特点及创新这方案的主要特点是，液压缸差动连接可以满足现在工业对机床对机床生产的需要，而且还可以提高工作的效率，还缩短了工作的时间等等的优点，这是它最重要的特点，但是创新点还是有很多的，不管什么事物都是两面的，有优点也有缺点，而它的创新点就取决于：1、改善它的泄漏性。2、降低工作时的噪声。这两方面可以更容易提高液压系统的使用广泛性和提高工作时对环保的保护。4.4方案的想法与构思经过上述的方案选择，方案的构思后，最终的液压原理图最终还是有了初步的草图，而它工作的工步是：1、纵向工进（夹紧）横向快进横向一工进横向二工进2、横向快退纵向快退停止 为了达到以上的工步，最终选择的横向快进方式是：差动连接。使用差动连接有利于提高工作效率。如图（13）横向一工进可以选用的调速方式有：方案一、使用二位二通电磁换向阀加一个调速阀，这样的目的是可以更方便的控制液压的操作，以及更好的控制液压流动的速度和液压回路的自动顺序动作。方案二、使用二位二通电液换向阀和一个调速阀，电液换向阀一般适用于大流量的液压设备，而且具有换向以及节流的作用。4.5液压回路控制在现在的社会环境，基本上电动化是驱动社会进步的一个前进动力，所以应该适当加一些电动化的控制有利于制造的自动化。而现在Plc控制应用广泛，所以最终打算增加一点Plc控制。图（13）横向一工进的液压原理图而最终选用的是方案一，因为这里并不算流量特别大，所以选择方案一。如图（14）横向二工进最终选择的液压回路方法是：加一个调速阀。如图（15）图（14）横向一工进液压原理图图（15）横向二工进液压原理图五、预期结果由于现在的铣床比较多，而且液压系统驱动铣床都已经是主流了，更何况现在社会要求的是一种效率。所以为了适应国际市场和社会发展的趋势，就要出现规模更小，反应速度更快，工作效率更高的液压系统。而对于自己设计的产品定位希望可以得到一些新的创新，而且最好的还是提高它的性价比，而且降低生产的成本。六、设计主要步骤一
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