毕业设计单面多轴钻孔组合机床的设计

1、 摘 要本次设计主要是对液压系统分析计算及选择液压元件等等的流程完成最终设计。经过这次的毕业设计一方面进一步加深对所学理论知识的运用，另一方面知道了自己在哪些方面缺乏，学会运用自己所学和书本结合解决一些设计中的问题。组合机床以其独特的优点在机械设计中占有独特的地位。我们这次的课题是单面多轴钻孔组合机床的设计，先介绍组合机床的开展史及国内外的现状，其次就是单面多轴组合机床的设计内容:根据设计任务书先依据液压系统设计的根本原理拟出合理的液压系统原理图。确定机床设计的主要结构及其工作循环确定液压执行元件的运动方式及其工作范围，并确定液压执行元件的负载和运动负载的大小及其变化范围。根据这些工况确定液压

2、执行元件的主要参数，再依据液压系统设计的根本原理确定系统类型和选择液压回路，将所初选的根本回路组合起来，再检查系统在工作中还存在的问题进行修改和整理，最后拟出合理的液压系统原理图。通过系统主要参数的计算确定了液压元件的规格。再依据液压缸的设计流程设计出液压缸的主要尺寸并画出它的装配图，根据任务书依次设计并画出液压泵的装配图，这里面有许多小的重要的细节，像泵、电动机、液压阀的选择及管道尺寸确实定。当液压泵站图绘制出时，图上有些零件表达不清楚时就要用剖视的方法展现出它的内部结构，即集成块的设计。最后确定出液压油箱的容积及油箱所需尺寸而绘制出油箱零件图。以上都是液压系统的设计。最终还有PLC系统的设

3、计，如流程图、接线图、梯形图、指令表的设计及绘制。最后对所设计的系统进行调试。关键词：组合机床；液压系统；液压元件；电动机；PLC。1 绪 论1.1 机床在国民经济的地位及其开展简史现代社会中，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、尺寸精度和外表粗糙度，目前主要靠切削加工的方法来到达，特别是形状复杂、精度要求高和外表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

4、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开展水平。可以这样说，如果没有机床的开展，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，现代社会目前所到达的高度物质文明将是不可想象的。 机床是人类在长期生产实践中，不断改良生产工具的根底上生产的，并随着社会生产的开展和科学技术的进步而渐趋完善。最原始的机床是木制的，所有运动都是由人力或畜力驱动，主要用于加工木料、石料和陶瓷制品的泥坯，它们实际上并不是一种完整的机器。现代意义上的用于加工金属机械零件的机床，是

5、在18世纪中叶才开始开展起来的。当时，欧美一些工业最兴旺的国家，开始了从工场手工业向资本主义机器大工业生产方式的过度，需要越来越多的各种机器，这就推动了机床的迅速开展。为使蒸汽机的创造付诸实用，1770年前后创制了镗削蒸汽机汽缸内孔用的镗床。1797年创造了带有机动刀架的车床，开创了用机械代替人手控制刀具运动的先声，不仅解放了人的双手，并使机床的加工精度和工效起了一个飞跃，初步形成了现代机床的雏型。续车床之后，随着机械制造业的开展，其他各种机床也陆续被创制出来。至19世纪末，车床、钻床、镗床、刨床、拉床、铣床、磨床、齿轮加工机床等根本类型的机床已先后形成。 上世纪初以来，由于高速钢和硬质合金等

6、新型刀具材料相继出现，刀具切削性能不断提高，促使机床沿着提高主轴转速、加大驱动功率和增强结构刚度的方向开展。与此同时，由于电动机、齿轮、轴承、电气和液压等技术有了很大的开展，使机床的转动、结构和控制等方面也得到相应的改良，加工精度和生产率显著提高。此外，为了满足机械制造业日益广阔的各种使用要求，机床品种的开展也与日俱增，例如，各种高效率自动化机床、重型机床、精密机床以及适应加工特殊形状和特殊材料需要的特种加工机床相继问世。50年代，在综合应用电子技术、检测技术、计算技术、自动控制和机床设计等各个领域最新成就的根底上开展起来的数控机床，使机床自动化进入了一个崭新的阶段，与早期开展的仅适用于大批大

7、量生产的纯机械控制和继电器接触器控制的自动化相比，它具有很高柔性，即使在单件和小批生产中也能得到经济的使用。 综观机床的开展史，它总是随着机械工业的扩大和科学技术的进步而开展，并始终围绕着不断提高生产效率、加工精度、自动化程度和扩大产品品种而进行的，现代机床总的趋势仍然是继续沿着这一方向开展。 我国的机床工业是在1949年新中国成立后才开始建立起来的。解放前，由于长期的封锁统治和19世纪中叶以后帝国主义的侵略和掠夺，我国的工农业生产非常落后，既没有独立的机械制造业，更谈不上机床制造业。至解放前夕，全国只有少数城市的一些规模很小的机械厂，制造少量简单的皮带车间、牛头刨床和砂轮等；1949年全国机

8、床产量仅1000多台，品种不到10个。 经过50多年的建设，我国机床工业从无到有，从小到大，现在已经成门类比拟齐全，具有一定实力的机床工业体系，能生产5000多种机床通用品种，数控机床1500多种；不仅装备了国内的工业，而且每年还有一定数量的机床出口。我国机床行业的开展是迅速的，成就是巨大的。但由于起步晚、底子薄，与世界先进水平相比，还有较大差距。为了适应我国工业、农业、国防和科学技术现代化的需要，为了提高机床产品在国际市场上的竞争能力，必须深入开展机床根底理论研究，加强工艺试验研究，大力开发精密、重型和数控机床，使我国的机床工业尽早跻身于世界先进行列。1.2 组合机床的国内外现状 世界上第一

9、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开展。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开展。 国内组合机床现状 我国参加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，截至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个亿以上，较2004年同比增长了10%以上，另外组合机床行业增加值、产品销售率、全员工资总额、出口交费值等经济指标

10、均有不同程度的增长，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、农机、工程机械、化工机械、军工、能源、轻工及家电行业提供专用设备，随着我国参加WTO后与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。从近两年是企业生产情况来看，数控机床与加工中心的市场需求量在上升，而传统的钻、镗、铣组合机床那么有下降趋势，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?是统计数据显示，仅从几个全国大型重点企业生产情况看，2003年生产数控机床890台，产值16187万元，生产加工中心148台

11、，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、高精制造技术和成套工艺装备方面开展。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，一家企业退出国有转为民营，其余的都是国有企业。而从2001至2002年，不到两年的时间，就先后有十几家企业实行股份制改造，一些小厂几乎全部退出国有转为民营，现在一些国家重点国有企业也在酝酿股份制改造，转制已势不可档，“民营经济在经历了从被歧视，被藐视

12、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开展。3组合机床技术装备现状与开展趋势 组合机床及其自动线是集机电于一体是综合自动化度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，因而被广泛应用与工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电行业。我国的传统的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拟大的大中型的箱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。组合机床的分类繁多，

13、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；随着技术的不断是进步，一种新型的组合机床柔性组合机床越来越受人们是亲昧，它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换，配以可编程序控制器PLC、数字控制NC等，能任意改变工作循环控制和驱动系统，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

14、技术。我国组合机床及其组合机床自动线总体技术水平比兴旺国家相对落后，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，并使产品生产本钱提高。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“柔性化方向开展，满足用户需要，真正成为刚柔兼备的自动化装备。 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根底上，正朝着综合成套和具备柔性的方向开展。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

15、床技术的开展趋势是： 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。广州标致汽车公司由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、动力部件和夹具的运动,其节拍时间为58秒。 2开展柔性技术 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,使加工装备具有了一定的柔性。如先后开展了转

16、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开展,开发了二坐标、三坐标模块化的加工单元,并以此为根底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开展综合自动化技术 汽车工业的大开展,对自动化制造技术提出了许多新的需求,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。德国群众汽车公司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

17、对称布置的自动线组成,三班制工作,每条线日产2000件,节拍时间为40秒。全线由12台双面组合机床、18台三坐标加工单元、空架机器人、线两端的毛坯库和三坐标测量机组成,可实现3种零件的加工。空架机器人完成工件下线的码垛装箱工作。随着综合自动化技术的开展,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。 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成机床或在夹具部位设置刀库,通过换刀加工实现工序

18、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。 液压传动简介 液压传动 ， 是根据 17 世纪帕斯卡 提 出的液体静压力传 动 原 理 而开展起来的一门新兴技术 ， 是工农业生产中广为应用的一门技术。如今，流体传动技术水平的上下已成为一个国家工业开展水平的 重要 标志。 在伦敦用水作为工作介质 , 以水压机的形式将其应用于工业上 , 诞生了世界上第一台水压机。 1905 年将工作 介质水改为油 , 又进一步得到改善。 第一次世界大战 (1914 - 1918) 后液压传动广泛应用 , 特别是 1920 年以后 , 开展更为 迅速。液压元件大约在 19 世纪末 20 世纪初的 20

19、年间 , 才开始进入正规的工业生产阶段。 1925 年维克斯 (F.Vikers) 创造了压力平衡式叶片泵 , 为近代液压元件工业或液压传动 的逐步建立奠定了根底。 20 世纪初康斯坦丁·尼斯克 (G · Constantimsco) 对能量波动传递所进行的理论及实际研究 ;1910 年对液力传动 ( 液力联轴节、液力变矩器等 ) 方面的奉献，使这两方面领域得到了开展。 液压传动有许多突出的优点，因此它的应用非常广泛，如一般工。业用的塑料加工机械、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；钢铁工业用的冶金机械、提升装置、轧辊调整装置等；土木水利工程

20、用的防洪闸门及堤坝装置、河床升降装置、桥梁操纵机构等；发电厂涡轮机调速装置、核发电厂等国；船舶用的甲板起重机械绞车、船头门、舱壁阀、船尾推进器等；特殊技术用的巨型天线控制装置、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。 目前 , 它们分别在实现高压、高速、大功率、高效率、低噪声、长寿命、高度集成化、小型化与轻量化、一体化和执行件柔性化等方面取得了很大的进展。同时 , 由于与微电子技术密切配合 , 能在尽可能小的空间内传递尽可能大的功率并加以准确的控制 , 从而更使得它们在各行各业中发挥出了巨大作用。 应该特别提及的是

21、, 近年来 , 世界科学技术不断迅速开展 , 各部门对液压传动提出 了更高的要求。液压传动与电子技术配合在一起 , 广泛应用于智能机器人、海洋开发、宇宙航行、地震予测及各种电液伺服系统 , 使液压传动的应用提高到一个崭新的高度。目前，液压传动开展的动向 , 概括有以下几点 : 1. 节约能源 , 开展低能耗元件 , 提高元件效率 ; 2. 开展新型液压介质和相应元件 , 如开展高水基液压介质和元件 , 新型石油基液压介质 ; 3. 注意环境保护 , 降低液压元件噪声 ; 4. 重视液压油的污染控制 ; 5. 进一步开展电气液压控制，提高控制性能和操作性能 ; 6. 重视开展密封技术，防止漏油

22、; 7. 其它方面，如元件微型化、复合化和系统集成化的趋势仍在继续开展，对液压系统元件的可靠性设计、逻辑设计，与电子技术高度结合，对故障的早期诊断、预测以及防止失效的早期警报等都越来越准确.一、液压传动的主要优点与机械传动、电气传动相比，液压传动具有以下优点：(1)液压传动的各种元件、可根据需要方便、灵活地来布置；(2)重量轻、体积小、运动惯性小、反响速度快；(3)操纵控制方便，可实现大范围的无级调速(调速范围达2000：1)；(4)可自动实现过载保护；(5)一般采用矿物油为工作介质，相对运动面可自行润滑，使用寿命长；(6)很容易实现直线运动；(7)容易实现机器的自动化，当采用电液联合控制后，

23、不仅可实现更高程度的自动控制过程，而且可以实现遥控。二、液压传动的缺点(1)液压系统中的漏油等因素，影响运动的平稳性和正确性，使得液压传动不能保证严格的传动比。(2)液压传动对油温的变化比拟敏感，温度变化时，液体粘性变化，引起运动特性的变化，使得工作的稳定性受到影响，所以它不宜在温度变化很大的环境条件下工作。(3)为了减少泄漏，以及为了满足某些性能上的要求，液压元件的配合件制造精度要求较高，加工工艺较复杂。(4)液压传动要求有单独的能源，不像电源那样使用方便。(5)液压系统发生故障不易检查和排除。总之，液压传动的优点是主要的，随着设计制造和使用水平的不断提高，有些缺点正在逐步加以克服。液压传动

24、有着广泛的开展前景。 液压技术的应用及研究方向 主要的开展动向是： 1正向着高压、高速、大功率、高效、低噪声、经久耐用、高度集成化的方向开展； 2与计算机科学相结合，新型液压元件和液压系统的计算机辅助设计CAD、计算机辅助测试CAT、计算机直接控制CDC、计算机实时控制技术、机电一体化技术、计算机仿真技术和优化技术； 3与其他相关科学结合，如污染控制技术、可靠性技术等方面也是当前液压技术开展和研究的方向； 4开辟新的应用领域。 液压系统HYDRAULIC SYSTEM 液压传动(Hydraulic transmission)、执行元件ACTUATOR、液压缸CYLINDER、液压马达MOTOR

25、、液压回路CIRCUIT、液压泵PUMP、阀VALVE、液压控制(Hydraulic control)、流量控制阀FLOW VALVE、泄漏损失(Spillage)'压力损失(Pressure loss).液压伺服系统(Hydraulic servo)1.4 课题设计的目的和意义传统的组合机床大都采用继电接触控制，这种控制方式动作频率低，可靠性差且因为固定接线形式，改变控制程序不方便、灵活性差，因此，不能满足程序经常改变的控制要求，基于此，采用PLC控制，可以增加系统控制的灵活性和通用性，使操作更为简单、性能更加可靠。因此，课题设计的目的和意义在于，PLC控制方式的采用，提高了控制系统

26、的灵活性、通用性、可靠性。1.5 设计内容依据机械设计、机械原理、液压传动、机床电气控制及可编程序控制器PLC、电子技术、自动控制，以任务书的要求为根本目标。本文的研究工作主要包括：液压系统的设计及相关传动元件的计算与选型；液压站的结构形式设计；集成块的设计；液压缸的设计；PLC控制系统的总体设计；其论文各章节内容如下：1 绪论 主要介绍本文设计的目的和意义，提出课题的研究内容和研究意义。2 液压传动的设计与计算 主要是通过初步拟定液压系统原理图对相关液压元件进行计算和选择。 3 液压站的设计 主要是通过分析液压系统的工作原理和所选的相关液压元件，选择液压装置的结构形式，进行油路块的设计。4集

27、成块的设计 它是将液压阀安装在六面集成块上，集成块一方面起安装底板作用，另一方面起内部油路通道作用，故集成块又称为油路块或通道块。5 液压缸的设计 液压缸是将液压能变为机械能、作往复直线运动或摆动的液压执行元件。6 PLC控制系统的设计 主要是确定组合钻床自动循环的动作流程以及PLC的选型和程序的编程。1.6 本章小结本章主要阐述了单面多轴组合钻床液压系统PLC控制系统设计的内容、目的、意义、背景及开展趋势，提出了本课题的研究目标。2 液压系统的设计与计算2.1 液压传动的的概况及概念 液压传动液压传动相对于机械传动来说，是一门比拟新的学科，它具有结构紧凑、传动平稳、输出功率大、易于实现无级调

28、速及自动控制等特点，因此开展很快，而目前液压技术正在向高压、高速、大流量、大功率、低噪声、长寿命、高度集成化和模块化、提高高可靠性技术及污染技术控制的方向开展。所谓液压传动就是以液体作为工作介质并以压力能的方式来进行能量的传递和控制的一种传动形式它既可以传传递力，又可以传递运动，因此又称其为容积式液压传动 液压系统的组成 液压系统由以下五个局部组成： (1) 动力元件液压泵 将机械能转换为液压能的装置，给整个系统提供压力油。 (2执行元件液压缸或液压马达 将液压能转换为机械能的装置，可克服负载做功。 (3控制元件各种阀类 可控制和调节液压系统的压力、流量及液流方向，以改变执行元件输出的力、速度

29、及运动方向。 (4辅助元件油管、管接头、油箱、过滤器、蓄能器和压力表等，起连接、储油、过滤、储存压力能和测量油液压力等作用的辅助元件。 (5工作介质传递压力的工作介质 通常为液压油，同时还可以起润滑、冷却和防锈的作用。 液压系统的应用本设计是在所学液压知识的根底上，讨论液压传动系统设计和计算的程序、内容和方法。在此讨论的是静态的、经验的设计方法。传统的静态设计可以提供一个能实现预期功能即满足力和速度要求的传动系统，而系统仅仅能实现所预期的功能是不够的。系统的动作质量及动作发生的时间历程也是很重要的，而且对于现代机械设备往往显示出更为突出的地位，目前，在一般工业系统的设计中，进行液压系统的动态分

30、析，通常只用于飞机、军事、航天和一些机床设备中的那些本钱昂贵的液压系统。随着液压技术特别是计算机技术的迅速开展，一些更完备的设计理论和方法正在不断地完善和充实，现代设计方法和手段，如液压系统的计算机，辅助设计将的得到大力推广和应用。液压传动具有显著的优点，它的体积小、重量轻、结构紧凑，惯性小，可以快速启动和频繁换向，且能传递较大的力和转矩；能方便的实现无极调速，且调速范围大；传递运动均匀平衡、方便可靠，负载变化时速度较稳定；易于实现过载保护，用液压传动实现直线运动一般比机械传动简单。2.2 液压传动系统的设计内容与步骤液压传动系统的设计是整个设计的一局部，它的任务是根据机器的用途、特点和要求，

31、利用液压传动的根本原理，拟定出合理的液压系统图，在经过必要的计算来确定液压系统的参数，然后按照这些参数来选用液压元件的规格并进行系统的结构设计，它与主机的设计是密切相关的。液压机床驱动具有众多优点，其中一个是液压驱动在广泛的范围内提供无限变化的速度。另外，它能像改变速度一样容易来改变驱动的方向，像许多其它类型的机床一样，许多复杂的机械装置能够被简单化或者由于液压驱动的使用完全被取消，而且，液压驱动具有柔性和缓冲性，除了运动平稳外，通常可见工件的外表光洁度也得到大大的改善，刀具进刀量可以加大而不致损伤，并且可以持续更长时间。在设计过程中将通过全面方案论证，确定一部机器或机器的某一局部的传动方式采

32、用液压传动后，那么考虑液压传动系统设计的根本内容和一般流程。其流程如下： (1)明确对液压系统的要求 (2)分析主机工况，确定液压系统的主要参数； (3)进行方案设计，初拟液压系统原理图； (4)计算和选择液压元件； (5)验算液压系统的性能； (6)绘制正式系统工作图，编制技术文件。 在实际设计工作中，上述内容和步骤并不是固定不变的往往会随系统的简繁、借鉴的多寡、设计人员经验不同，在做法上会有穿插、交叉、反复或省略。 明确对液压系统的设计要求 液压系统的设计必须能全面的满足主机的各项功能和技术性能。因此在拿到设计任务书后首先要了解主机设计人员对液压局部提出的要求。通过调研，一般应明确以下要求

33、点： 主机的用途、类型、工艺过程及总体布局，要求用液压传动完成的动作和空间位置的限制； 对液压系统动作和性能的要求，如工作循环，运动方式往复直线运动或旋转运动、同步、顺序或互锁等要求，自动化程度，调速范围，运动平稳性和精度负载状况，工作行程等； 工作环境：如温度、湿度、污染、腐蚀及易燃等情况； 其他要求：如可靠性，经济性等。工况分析首先根据条件，绘制运动部件的速度循环图，如图1-1所示。然后计算各阶段的外负载并绘制负载图。液压缸所受外负载F包括三种类型，即F=Fw+Ff+Fa式中Fw工作负载，对于金属切削机床来说，即为沿活塞运动方向的切削力，在本例中Fw为18000Fa运动部件速度变化时的惯性

34、负载；Ff导轨摩擦阻力负载，启动时为静摩擦阻力，启动后为动摩擦阻力，对于平导轨Ff下式求得Ff； G运动部件重力； FRn垂直于导轨的工作负载，事例中为零； f Ffs×15000=3000N Ffa×15000=1500N上式中Ffs为静摩擦 Ffa为动摩擦Fa=· 式中 g重力加速度；t加速或减速时间，一般t=0.010.5s；vt时间内的速度变化量。那么Fa=×1531N根据上述计算结果，列出各阶段所受的外负载，并画负载循环图。工作循环外负载FN工作循环外负载FN启动加速F= Ffs+ Fa4531工进F= Ffa +F25000+1500=265

35、00快进F= Ffa1500快退F= Ffa1500拟定液压系统原理图（） 确定供油方式考虑到该机床在工作进给时负载较大，速度较低。而在快进、快退时负载较小，速度较高。从节省能量、减少发热考虑，泵源系统宜选用双泵供油或变量泵供油。现采用带压力反响的限压式变量叶片泵。（） 调速方式的选择在中小型专用机床的液压系统中，进给速度的控制一般采用节流阀或调速阀。根据钻削类专用机床工作时对低速性能和速度负载特性都有一定要求的特点，决定采用限压式变量泵和调速阀组成的容积节流调速。这种调速回路具有效率高、发热小和速度刚性好的特点，并且调速阀装在回油路上，具有承当负切削力的能力。（） 速度换接方式的选择本系统采

36、用电磁阀的快慢速换接回路，它的特点是结构简单、调节行程比拟方便，阀的安装比拟容易，但速度换接的平稳性较差。假设要提高系统的换接平稳性，那么可改用行程阀切换的速度换接回路。最后把所选择的液压回路组合起来，即可组合成图2-1所示的液压系统原理图。液压系统的计算和选择液压元件1 确定液压泵的压力和选择泵的规格 1 泵的工作压力确实定。考虑到正常工作中进油管路有一定的压力损失，所以泵的工作压力为 =+p 式中 液压泵最大工作压力 执行元件最大工作压力 p进油管路中的压力损失，初算时简单系统可取0.20.5 MPa,复杂系统取0.51.5 MPa，现取0.5 MPa +p=4+0.5MPa=4.5 MP

37、a2泵的流量确定，液压泵的最大流量应为 pmax式中 液压泵的最大流量； pmax同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值。如果这时溢流阀正在进行工作，尚须加溢流阀的最小溢流量23； =3选择液压泵的规格根据以上算得再查阅有关手册，现选取YBX-16限压式变量叶片泵，该泵的根本参数为：每转排量=16，泵的额定压力=6.3MPa，电动机转速=1450，容积效率=0,85，总效率=0.7。4与液压泵匹配的电动机的选定。首先分别计算出快进与工进两种不同工况时的功率，取两者较大值作为选择电动机规格的依据。由于在慢进时泵输出的流量减小，泵的效率急剧降低，一般当流量在0.21范围内时，可取=0.030.1

38、4。同时还应注意到，为了使所用选择的电动机在经过泵的流量特性曲线最大功率点时不致停转，需进行验算，即 2式中 所选电动机额定功率； 限压式变量泵的限定压力； 压力为时，泵的输出流量。首先计算快进时的功率，快进时的外负载为1500N，进油路的压力损失定为0.3MPa，由式可得 =+p =MPa快进时所需电动机功率为 P工进时所需电动机功率p为 P选用Y801-4型额定功率0.55 kw，额定转速1400 (2) 确定管道尺寸 油管内径尺寸一般可参照选用的液压元件接口尺寸而定，也可按管路允许流速进行计算。本系统主油路流量为差动时流量q=47,压油管的允许流速取v=4,那么内径d为 d=4.=15.

39、8假设系统主油路流量按快退时取q=24,那么可算的油管内径d=11.26。综合诸因素，现取油管的内径d为12。吸油管同样可按上式计算q=24、,取吸油管内径d为25。(3)液压油箱容积确实定 由本系统为中压液压系统，液压油箱有效容量按泵的流量的5-7倍来确定现选用容量为250L的油箱。该液压系统中进、回油管的内径均为12，各段管道的长度分别为：AB=0.3m,AC=1.3m,AD=1.7m,DE=2m,选用L-HL32液压油，考虑到油的最低温度为15，查的液压油的运动粘度v=150cst=1.5,油的密度=920/。1压力损失的验算 1工作进给时油路压力损失。运动部件工作进给时的最大速度为1.

40、2m/min,进给时的最大流量为0.9L/min,那么液压油在管内流速为 =/min =796/min=13.2/s管道流动雷诺数为 2300,可见油液在管道内流态为层流，其沿程阻力系数=7进油管道BC的沿程压力损失为=0.7Pa=9351Pa查的换向阀压力损失=0.05 Pa忽略油液通过管接头、油路板等处的局部压力损失，那么进油路总压力损失为 =+ 2工作进给时的压力损失。由于选用单活塞杆液压缸，且液压缸有杆腔的工作面积为无杆腔的工作面积的二分之一，那么回油管道的流量为进油管道的二分之一，那么 V2=6.1/s =14回油管道的沿程压力损失为=查换向阀3的压力损失调速阀2的压力损失回油路压力

41、损失为 =+=0.04+0.025+0.025+0.53变量泵出口处的压力PP PP = += 40×Pa(4)快进时的压力损失快进时液压缸为差动连接，自汇流点A至液压缸进油口C之间的管路AC中，流量为液压泵出口流量的两倍即40，AC段管路的沿程压力损失为V2=693=554=×同样可求管道AB段及AD段的沿程压力损失和为V2=339=271查产品样本知，流经各阀的局部压力损失为：4EW6E50/AG24的压力损失×3EW6A/AG24的压力损失×据分析在差动连接中，泵的出口压力Pp为Pp=2+ =Pa×快退时压力损失验算从略。上述验算说明，无

42、需修改原设计。2系统温升的验算 在整个工作循环中，工进阶段所占的时间最长，为了简化计算，主要考虑工进时的发热量。一般情况下，工进速度大时发热量较大，由于限压式变量泵在流量不同时，效率相差极大，所以分别计算最大，最小时的发热量，然后加以比拟，取数值大者进行分析。当V=3/min时q=v=××pa,那么有： =FV=26500×××此时的功率损失为 输出=FV=26500×××可见在工进速度低时，功率损失为0.144kw,发热量最大。假定系统的散热状态一般，取k=10×kw/· 油箱的散热面积A为

43、系统的温升为 t= 验算说明系统的温升在温升许可范围内。2.4 本章小结本章主要阐述了液压系统的设计与要求,通过计算选择了相关的液压元件并对其进行了相关的验算,拟定出了液压系统原理图。 3 液压站的设计液压站是现代液压技术中应用最为广泛的结构形态,既是各类液压系统设计过程的归宿,又是保证主机完成其工艺目的和长期可靠工作的重要装置。正确合理地设计和使用液压站，对于提高液压系统乃至整个液压设备的工作品质和技术经济性能，具有重要意义。其根本设计框图如图3-1。 液压站油箱集成块电动机过滤器液压泵联轴器图3-1 液压站设计框图3.1 液压站的结构设计液压站结构设计时应该注意的是，液压装置中各部件、元件

44、布置要均匀、便于装配、调整、维修和使用，并且要适当的注意外观的整齐和美观。液压泵与电动机可装在液压油箱的盖上，也可装在液压油箱之外，主要考虑液压油箱的大小与刚度。在阀类元件的布置中，行程阀的安放位置必须靠近运动部件。手动换向阀的位置必须靠近操作部位。换向阀之间应留有一定的轴向距离，以便进行手动调整或装拆电磁铁，压力表及其开关应布置在便于观察和调整的地方。液压泵与机床相联的管道一般都先集中接到机床的中间接头上，然后再分别通向不同部件的各执行机构中去，这样做有利于搬运、装拆和维修。硬管应贴地或沿着机床外形壁面敷设。相互平行的管道应保持一定的间隔，并用管夹固定。随工作部件运动的管道可采用软管、伸缩管

45、或弹性管。软管安装时应防止发生扭转，以免影响使用寿命。 液压泵组的安装方式液压泵组是指液压泵及驱动泵电动机和联轴器及传动底座组件等。1轴间的连接方式其在确定液压泵与原动机的轴间连接和安装方式时，首先要考虑液压泵轴的径向和轴向负载的消除或防止问题。 直接驱动型连接 直接驱动型连接可采用联轴器或花键实现。由于液压泵的传动轴在结构上一般不能承受额外的径向和轴向载荷，因此液压泵最好由原动机经联轴器直接驱动，并且使泵轴与驱动轴之间严格对中，轴线的同轴度误差不大于0.08mm。原动机与液压泵之间的联轴器宜采用带非金属弹性元件的挠性联轴器。 间接驱动型连接 如果液压泵不能经联轴器由原动机直接驱动，而需要通过

46、齿轮传动、链传动或带传动间接驱动时，液压泵的传动轴所受的径向载荷不得超过泵制造厂的规定值，否那么带动泵轴的齿轮、链轮或带轮应架在另外设置的轴承上。此种连接方式也应满足规定的同轴度要求。基于此，在本次设计中原动机与液压泵之间的联轴器我们选用LX7弹性柱销联轴器。2轴间的安装方式安装方式分为立式和卧式两种。 1立式安装 立式安装为钟罩形立式安装，通过液压泵上的轴端法兰实现泵与钟形罩的连接，钟形罩再与带法兰的立式电动机连接，依靠钟形罩的止口保证液压泵与电动机的同轴度。这种结构型式紧凑、美观，同时电动机与液压泵的同轴度能保证，吸油条件好，漏油可直接回液压油箱，并节省占地面积。安装和拆卸均较方便。 2)

47、 卧式安装 常见的卧式安装有角形支架卧式安装、脚架钟形罩卧式安装以及支架钟形罩卧式，这几种安装液压泵及管道都安装在液压油箱外面，安装维修方便，散热条件好，但有时电动机与液压泵的同轴度不易保证。综上所述，为了保证电动机与液压泵的同轴度，便于安装和拆卸，节省占地面积，本设计中选用钟罩形立式安装。其安装结构如图3-2所示。图3-2 钟罩形立式安装 油箱的设计液压油箱的作用是贮存液压油，别离液压油中的杂质和空气，同时还起到散热的作用。 1液压油箱有效容积确实定液压油箱在不同的工作条件下，影响散热的条件很多，通常按压力范围来考虑。液压油箱的有效容量v可概略确实定为：该系统为中压系统p=6.3MP取：V=

48、(57)=200L280L取V=250L式中 V 液压油箱的有效容积 液压泵的额定流量 2液压油箱的外形尺寸液压油箱的有效容积确定后，需设计液压油箱的外形尺寸，一般尺寸为长：宽：高=1：1：11：2：3，为提高冷却效率，在安装位置不受限制时，可将液压油箱的容量予以增大。 (3) 液压油箱的结构设计 液压油箱简称油箱，它往往是一个功能组件，在液压系统中的主要功能是存储液压油液、散发油液热量、溢出空气及消除泡沫和安装元件等。油箱的制造一般采用焊接和铸造两种方式之一，多数油箱采用焊接技术获得。在一般设计中，液压油箱多采用钢板焊接的别离式液压油箱，很少采用机床床身底座作为液压油箱。因此，在此设计中采用

49、了焊接的方式获得油箱。其工艺样图如图3-3所示。如图3-3 油箱工艺样图油箱的工作图样是油箱加工和安装的依据。通常油箱应包括箱顶、箱壁、隔板、放油螺塞、吊耳、支脚等零件。(4)油箱的制造工艺a.材料 通常油箱的箱顶、箱壁、箱底和隔板的常用材料为Q235A钢板，伺服系统的油箱宜采用不锈钢板，箱壁和箱顶所采用板材的平直度应符合GB/T11841996中的12级，且应无严重锈蚀。清洗孔法兰盖板可采用HT200经切削加工后用螺钉联接在油箱侧壁上，吊耳常用材料为25钢。箱顶和箱壁常用可拆连接。b.焊接前后的考前须知 油箱焊接前，板边要加工出坡口。焊接时，板间应留有适量的缝隙。焊接前，必须清楚板材焊接部位

50、及周围的氧化层和铁锈。如果是分层焊接，没焊完一层，必须用钢丝刷刷净焊层，进行检查，有无夹渣、气孔、咬边等现象。如果有，可用气开工具等挖去后补焊，然后再焊另一层。箱体焊接时应尽量用夹具将板材定位、固定并检查其几何尺寸与形位公差。c.焊接后的油箱须彻底清理以便去除所有泥土、切削、毛刺和氧化皮。轻度锈蚀可用钢丝刷或砂轮机清理，严重锈蚀和氧化的外表应喷丸处理。5油箱各零件的作用 1隔板作用 增长液压油流动循环时间，除去沉淀的杂质，别离、去除水和杂质，调节温度，吸收液压油压力的波动及防止液面的波动。安装型式 把隔板设置成低于液压油面，其高度为最低油面的2/3，使液压油从隔板的上方流过。 2吸油管与回油管

51、 回油管出口 回油管出口型式，有直口、斜口、弯管直口、带扩散器的出口等几种形式，斜口应用的较多，一般为斜口。为了防止液面波动，可将回油管出口设计为斜口。回油管必须放置在液面以下，一般距离液压油箱底面的距离大于300mm，回油管出口绝对不允许放在液面以上。 吸油管 吸油管前设置了滤油器，其精度为100200目的线隙式滤油器。滤油器应有足够的容量，防止阻力太大。滤油器与箱底间的距离应不小于20mm。吸油管应插入液压油面以下，防止吸油时卷入空气或因流入液压油箱的液压油搅动油面，致使油中混入气泡。 吸油管与回油管的方向 为了使油液流动具有方向性，要综合考虑隔板、吸油管和回油管的配置，尽量把吸油管和回油

52、管用隔板隔开。为了不使回油管的压力波动涉及吸油管，吸油管及回油管的斜口方向应一致，而不是相对着。 3防止杂质进入 为了防止液压油被污染，液压油箱应做成完全密封性的。在结构上应注意以下几点： 不要将配置管简单的插入液压油箱，这样空气、杂质和水分等便会从其周围的间隙浸入。同时应尽量防止将液压泵直接装在液压油箱顶盖上。 在结合面上需衬入密封填料、密封胶和液态密封胶，以保证可靠的密封性。如在液压油箱的上盖可直接焊上。为保证液压油箱通大气并净化抽吸空气，需配置空气滤清器。空气滤清器通常设计成既能过滤空气又能加油的结构。 4顶盖及清洗孔 顶盖 在液压油箱顶盖上装设电动机、阀组、空气滤清器时，必须十分牢固。

53、液压油箱同它们的结合面要平整光滑。同时，不允许有阀和管道泄露在油箱盖上的液压油流回油箱内。 清洗孔 液压油箱的清洗孔，应最大限度的易于清扫液压油箱内的各个角落和取出油箱内的元件。 5液面指示为观察液压油箱内的液面情况，应在油箱的侧面安装液面指示计，液位计通常带有温度计且刻有上、下液面限位线。液位计的下刻线至少应比吸油过滤器或吸油管口上缘高出75mm，以防吸入空气。液位计的上刻线对应着油液的容量。液位计与油箱的连接处有密封措施。 6箱底、放油塞、支脚应在油箱底部最低点设置放油塞，以便油箱清洗和油箱更换。为此，箱底应朝向清洗孔和放油塞倾斜，倾斜坡度通常为1/251/20这样可以促使沉积物聚集到油箱

54、中的最低点。为了便于搬迁、放油和散热，应将油箱架起来。油箱应设有支脚。 其它元件的选择 1线隙式滤油器XU40x80J一般安装于回油路或泵吸油口处，这种滤油器阻力小，通流能力大，但不易清洗，一般用于中、低压系统，结构简单，过滤效果好，通油能力大。2管道10MP,经过加热冷却处理后，紫铜管软化，装配时可按需要进行弯曲，但价贵且抗振能力较弱。查?简明手册?表4-7，可得管子外径D=27壁厚S=2mm。卡套式管接头 利用卡套变形卡住管子进行密封，装拆方便，但对管子尺寸精度要求较高，工作压力<40MP，具有结构先进，性能良好，工作压力高、重量轻、体积小和使用方便等优点，因此在本次设计中我们选用的

55、管接头为M27X2 e=39.3 s=34。3排油孔螺塞为了换油及清洗箱体时排出油污，在箱座底部油池低处设有排油孔，平时排油孔用螺塞及封油垫封住。排油孔螺塞材料一般用Q235，封油垫材料可用石棉橡胶纸，排油孔螺塞的直径可按箱座壁厚的34倍选取，M=24X1.5。3.2 集成块的设计结构特征 块式集成是液压系统目前应用最为普遍的一种集成方式，它是将液压阀安装在六面集成块上，集成块一方面起安装底板作用，另一方面起内部油路通道作用，故集成块又称为油路块或通道块。集成块通常是按典型液压系统的各种根本回路，做成通用化的正方体或长方体，典型集成块四周除一面安装通向液压执行器的管头外，其余三面安装标准的板式液压阀及少量叠加阀或插装阀，这