液压系统课程设计专用双行程铣床

1、华中科技大学机械学院液压系统课程设计专用双行程铣床体制0803班目录一、设计内容2二、负载剖析与计算2三、液压系统原理图设计剖析41.液压缸参数计算52.确立液压泵的流量、压力和选择泵的规格83.液压阀，过滤器，油管及油箱的选择94.液压系统的验算11四、PLC控制系统设计131.各电磁铁动作次序表132.PLC控制连结图143.继电器-接触器控制梯形图154.PLC控制梯形图165.指令语句表17六、感觉与收获18参照资料18一、设计内容设计一专用双行程铣床。工件安装在工作台上，工作台来去运动由液压系统实现。双向铣削。工件的定位和夹紧由液压实现，铣刀的进给由机械步进装置达成，每一个行程进刀一

2、次。要求机床的工作循环为：手工上料按电钮工件自动定位、夹紧工作台来去运动铣削工件若干次拧紧铣削夹具松开手工卸料（泵卸载）。工作台来去运动速度（m/min）v01/v02（8）/4)。取快进、快退最迅速度为16m/min。工作台来去运动的行程（100270）mm，最大行程定为500mm。定位缸的负载200N，行程100mm，动作时间1s；夹紧的缸的负载2000N，行程15mm，动作时间1s。二、负载剖析与计算取液压缸的机械效率m为。计算液压缸驱动力F0=Fm（N）依据公式2-1,计算液压缸驱动力得定位液压缸的驱动力为F0=200217N0.92得夹紧液压缸的驱动力为20002174NF0=0.9

3、2切削负载（F01/F02）：13000/6500N；工作台液压缸总负载F=Fm+Ff+FaFm为工作负载，Fa为惯性负载，Ff为摩擦阻力负载Fm=13000/6500N，Fa不作考虑，Ff设动摩擦为2500N，静摩擦为5000N。由公式2-1，工作台液压缸的工作推力FmF14130N/7065Nm快进、快退时外负载F=2500N，启动加快是外负载F=5000N，工作缸的外负载为2-12-2F=Fm+2500N=15500N/9000N表1铣床要求的工作参数动力零件快动力零件切削负载（）工进快退速度v2进，快退摩擦（）（）快进速度v1速度v01v02阻力（）（mmin）（mmin）（mmin）

4、250014130/7065168)/4)16表2液压缸在各工作阶段的负载值工况液压缸负载F（N）液压缸驱动力F0=Fm（N）快进25002717.工进1550016848工进90009783快退25002717定位200217夹紧20002174依据要求，作出系统的工作循环图以下：图1工作循环图依据上述计算结果各工作阶段所受的外负载，并画出负载循环图。v/(m/min)图2速度循环图F/(N)图3负载循环图三、液压系统原理图设计剖析1）确立供油方式：依据设计背景要求，供油方式采纳限压式变量泵，变量泵选择用带压力反应的限压式变量叶片泵。2）调速方式的选择：调速阀调速。3）速度换接方式的选择采纳

5、电磁阀的快慢速换接回路，特色是构造简单、调理行程比较方便，但速度换接的安稳性较差。若要提升系统的换接安稳性，则可改用行程阀切速的速度换接回路。4）夹紧回路的选择用二位四通阀来控制夹紧、松开换向动作时，为了防止工作时忽然失电而松开，应当用失电夹紧方式。考虑到夹紧时间可调理和当进油路压力瞬时降落时还能保持夹紧力，所以接入节流阀调速和单向阀保压。在该回路中还装有减压阀，用来调理夹紧力的大小和保持夹紧力的稳固。图4液压系统原理图液压缸参数计算1）参照GB2348-80，铣床液压系统的工作压力选为5MPa。2）因为要求工作台双向挪动速度相等，快进，快退速度相等，故工作液压缸采纳单缸双杆式。夹紧和定位缸均

6、选单缸单杆式。（3）计算工作液压缸内径D和活塞杆直径d，最大负载为16848N，取背压P2为，试取d/D=。将数据代入式D=4F3-1(P1P2)(10.72)得D=4168489.6710-2m，依据液压缸内尺寸系列3.14(51060.5106)(10.72)GB2348-80，液压缸内径圆整为标准系列直径D=100mm，按d/D=，取d=70mm。4）计算夹紧缸和定位缸内径D和活塞杆直径d。按工作要求的夹紧力由一个夹紧缸供给，考虑到夹紧力的稳固，夹紧缸的工作压力应低于进给液压缸的的工作压力，现取夹紧缸的工作压力为2Mpa，回油背压力为，取液压缸的机械效率m为。取d/D=代入下式D=4F/

7、m3-2p212p11dp1D得D=3.984x10-2m，按液压缸内尺寸系列GB2348-80，和活塞杆直径系列GB2348-80，取夹紧液压缸的D和d分别为40mm及28mm。取定位缸工作压力为2Mpa，回油背压力为，取液压缸的机械效率m为。取d/D=代入式3-2，得D=1.260 x10-2m，取定位液压缸的D和d分别为12mm及8mm。（5）按最低工进速度验算液压缸的最小稳固速度，Amin=qmin3-3vminAAmin，qmin是由产品样本查得的最小稳固流量min。vmin0.4m/min得A1.25cm2，调速阀安装在回油路上，液压缸的有效工作面积应选用液压缸有杆腔的实质面积，A

8、=D2d240.035cm2，可见知足要求。43）计算在各工作阶段液压缸所需要的流量q快进4(D2-d2)v快进3.14(120.72)16064.056L/min4q快退4(D2-d2)v快退3.14(120.72)26064.056L/min43.14q工进Imax(D2-d2)v工进Imax(120.72)8032.028L/min44q工进max(D2-d2)v工进max3.14(120.72)4016.014L/min，44q夹紧4D2v夹紧3.140.420.1560=1.130L/min，41q定位4D2v定位3.140.122160=0.678L/min。41表3液压缸在各工作

9、阶段的压力，流量和功率工况计算公式负载回油腔压力进油腔压力输入流量功率F(N)p2（MPa)p1(MPa)Q(L/min)P(KW)快进p2p2717p1FAp2QAv,Pp1Q工进p2pb16848p1FAp2QAv,Pp1Q工进p2pb9783p1FAp2QAv,Pp1Q快退p2p27176406p1FAp2QAv,Pp1Q液压缸的进油腔压力，输入流量和功率用图示分别表示以下：（此中各工作阶段的运动时间为：快进t1，工进一t2，工进二t3，快退t4。）图5进油腔压力争图6输入流量图图7功率图确立液压泵的流量、压力和选择泵的规格1）泵的工作压力的确定。因为油管有必定的压降，所以泵的工作压力为

10、ppp1p3-4取为，故pp=。pp是系统的静态压力，考虑到系统在各样工况的过渡阶段出现的动态压力常常超出静态压力。此外考虑到必定的压力贮备量，并保证泵的寿命，所以选泵的额定压力pn(1.251.6)pp。选用pp=。2）泵的流量确立。液压泵的最大流量应为qpKLq，KL为泄露系数，一般取为，max现取为KL=。qp=。3）选择液压泵的规格。依据以上计算的pp和qp查阅机械设计手册，依据需求采纳YBX-D50（V3）限压式变量叶片泵，该泵的基本参数为：每转排量50ml/min，泵的额定压力为10Mpa，电动机额定转速1450r/min，流量为min，驱动功率10kW，总效率10.72。4）与液

11、压泵般配的电动机的选定。泵的机械效率为10.72，电机的工况条件下，取机械效率为20.75。电机所需功率为P1pp1Q1(p1p1p2)Q13-51212快退和快进时，进油腔压力为，此中p1=是进油路压力损失，p2=是压力继电器靠谱动作需要的压力差，Q164.06103/60m3/s1.07103m3/s，推出，P14320W；工进时，电机所需功率，依据公式3-5，此中p1=是调速阀所需最小压力，p2=是压力继电器靠谱动作需要的压力差，Q232.03103/60m3/s0.534103m3/s，得，P25647W；由以上计算可知，最大功率出此刻工进阶段，Pmax=5647W，则电动机的功率应为

12、Np5912W。据此查样本采纳Y2-132M-4三相异步电动机，电动机额定功率为，额定转速为1440r/min。液压阀，过滤器，油管及油箱的选择1)液压阀及过滤器的选择依据液压系统的最高工作压力和经过各个阀类元件和协助元件的最大流量，可选出这些元件的型号及规格，列表以下：编号元件名称预计经过流量(L/min)元件型号规格1XU线隙式滤油器70XU-B2001002油箱500L3冷却器4三相异步电动机Y2-132M-45变量叶片油泵70YBX-D50（V3）10MPa6溢流阀20YF-L20B570MPa7指针式压力计Y-10010MPa8减压阀20JF-L10G7MPa9单向阀I-1010L/

13、min10背压阀40B-63B11三位四通换向阀9034D-63B7MPa12三位四通换向阀9034D-63B7MPa13蓄能器HXQ-C16DHXQ-C16D14单向次序阀X2F-L10E3MPa15单向次序阀X2F-L10E3MPa16液压缸20 x1820 x1417液压缸50 x2850 x3618调速阀Q-H2032MPa19调速阀Q-H2032MPa20两位二通换向阀9022D-63B7MPa21三位四通换向阀9034D-63B7MPa22液压缸100 x70100 x7023指针式压力计Y-10010MPa24指针式压力计Y-10010MPa25指针式压力计Y-10010MPa2

14、6指针式压力计Y-10010MPa27指针式压力计Y-10010MPa28指针式压力计Y-10010MPa油管的选择依据选定的液压阀的连结油口尺寸确立管道尺寸。因为系统在液压缸工进速度最快时，流量最大，实质最大流量约为：Qmax64L/min，则泵的流量为额定流量L/min，连结液压缸的出入油路油管的直径选择公称通径为20mm。所以，按产品样本标准JB827-66，JB/Z95-67，采纳公称通径为20mm的管件。3)油箱容积的选择中压系统的油箱容积一般取液压泵额定流量的57倍，这里取6倍，即V6Qr，此中Qr为液压泵每分钟排出压力油的体积。得，V=400L。液压系统的验算(1)系统压力损失验

15、算因为系统的详细管路部署还没有清楚，整个回路的压力损失没法估量，仅只有阀类元件对压力损失所造成的影响能够看得出来，供调定压力值时参照。因为快进时的油液流量比快退时的流量大，所以其压力损失也就比快退时的大。所以一定计算快进时进油路与回油路的压力损失。假定液压系统采纳N32号液压油，考虑最低工作温度为15，由手册查出此时油的运动粘度2s，油的密度900Kgm3，液压元件采纳集成块式的配置形式，Q取L/min，即Q0.00107m3s。判断雷诺数Re：Revd1041.2732Q1043-6d此处d取20mm，即d0.020m，代入数据，得Re4542300，则进油回路中的流动为层流。沿程压力损失p

16、：选用进油管长度为l1.5m，则进油路上的流体速度为：vQ3.41m/s3-7d24压力损失为p64lv20.1Mpa3-8Red10704.8Pa2局部压力损失：因为采纳集成块式配置的液压装置，所以只考虑进油路上的阀类元件和集成块内油路的压力损失。经过各阀的局部压力损失按式pps(q)23-9qs计算，结果列表以下：表5各阀局部压力损失编元件名称额定流量qs实质流量q额定压力损失实质压力损失号（L/min）p（MPa）ps（MPa）（L/min）1三位四通换向阀1006411三位四通换向阀10022两位两通换向阀1001602三位四通换向阀100211若集成块进油路的压力损失pj0.03MP

17、a，因为油路一次最多经过三个换向阀，故进油路的总压力损失为：ppppj(0.10.410.03)Mpa0.54Mpa3-10也就是说，初选的进油管压力损失略大于实质油路压力损失。及元件的参数选择是基本合理的，知足要求。这说明液压系统的油路构造以系统发热及温升验算在整个工作循环中，工进阶段用的时间都较长，而快进快退时系统的功率较大，所以系统的发热量大小没法判断，故计算以下：快进时液压泵的输入功率P1(1.180.10.256*20.1)*106*64/1000/602018W，而快进时液压缸的输出功率：PFv250016/60W667W3-11111系统的总发热功率：1P1P11351W3-12

18、发热量Q11t113511.875J2533J3-14热工进时液压泵的输入功率P2(4.710.10.256*20.1)*106*64/1000/605783W，而工进时液压缸的输出功率：P2F2v2130008/60W1733W，系统的总发热功率：2P2P24050W，发热量Q2热2t240502.05J8302.5J。综合以上可知，发热量最大的阶段是工进阶段，即取max8302.5W。假定油箱三个边长的比率在1：1：1到1：2：3范围内，且油面高度为油箱高度的80%,A3.28m2，假定通风优秀，取油箱散热系数CT15103Kw/(m2C)，则利用式TCTA3-15可得油液温升为：T175

19、.2C。设环境温度为T220C，则热均衡温度为：T1T2T188.75C3-16T15570C。所以油箱散热需要加装专用冷却器。再验算，取CT110103Kw/(m2C)，则利用式3-15，可得油液温升为：T23C。设环境温度为T220C，则热均衡温度为：T1T2T43C。T1T15570C。所以加装冷却器后油箱工作温度没有超出最高同意油温，散热能够知足要求。四、电控系统的设计（采纳PLC控制方式）(1)各电磁铁动作次序表此中表中的符号含义：ON：电磁铁动作OFF：电磁铁不动作表6各电磁铁动作次序表工作阶段1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA定位、夹紧OFFOFFOFFONOFFOFFO

20、FF快进OFFONOFFONOFFOFFOFF工进往OFFOFFOFFONOFFOFFON工进复OFFOFFOFFONOFFONOFF来去4次工进往OFFOFFOFFONONOFFON工进复OFFOFFOFFONONONOFF来去4次快退ONOFFOFFONOFFOFFOFF松开夹具OFFOFFONOFFOFFOFFOFF(2)PLC控制连结图图中各符号的含义：1SB：启动/复位按钮2SB：急停按钮3SB：快进、工进KM：中间继电器1Y7Y：各电磁阀1x3x：地点开关图8PLC外面接线控制电路继电器-接触器控制梯形图图9继电器-接触器控制梯形图PLC控制梯形图图10PLC控制梯形图指令语句表表

21、7指令语句表1LDI404急停41LD402II工进往2LD400启动42OR4373OR43043ANI4034ANIFR44ANI4615OUT43045OUT4376OUT7146LD4037LD430定位夹紧47OUT4518ANI40148K59OUT43449LD451II工进复10LD434快进50OR43611AND40551ANI40212OR43252OUT43613ANI40253LD7114OUT43254RST46015CJP70155LD40316LD402I工进往56OUT46017OR43757K4记数来去4次18ANI40358LD40319ANI46059ANI46120OUT43760CJP70221LD40361LD402快退22OUT45062OR43123K563ANI40124LD450I工进复64OUT43125OR43664LD401夹具松开卸荷26ANI40265OUT43327OUT43666END28LD71记数来去4次RST460LD403OUT