本科综合设计说明书钻孔组合机床动力滑台液压系统设计.doc

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1、学校代码： 10128学 号：200820101132 本科综合设计说明书（题 目：钻孔组合机床动力滑台液压系统设计学生姓名：*学 院：机械学院系 别：机械系专 业：机械设计制造及其自动化班 级：机制081指导教师：二 一 一 年 七 月摘 要制造业是一个国家或地区经济发展的重要支柱，其发展水平标志着该国家或地区的经济实力、科技水平、生活水准和国防实力。而制造业的生产能力主要取决于制造装备机床的先进程度。组合机床是自动化程度相对较高的金属切削专用机床，当动力滑台配以不同的动力头、主轴箱和刀具时，可以对工件完成钻孔、扩孔、绞孔、镗孔、攻螺纹、铣平面等加工任务。动力滑台、夹具的动作由液压系统设计完

2、成。动力滑台是组合机床上实现进给运动的一种通用部件，配上动力头和主轴箱后可以对工件完成各种孔加工、端面加工等工序。钻孔组合机床动力滑台液压系统是完成组合机床各项功能的重要组成部分之一，其结构的合理性直接影响到钻孔组合机床的工作性能和可靠性能。本文在结合典型液压传动系统和一些具体参数并综合所学知识对钻孔组合机床动力滑台液压系统进行了新的设计与分析，主要设计液压系统原理图，并对液压系统在机床中的装配进行了一些必要的设计。其设计的基本思路基于以下要求：1.全面而准确的满足整机工艺和技术要求。2.结构简单，使用和维护容易。3.传动平稳，符合国家噪声标准要求。4.无泄露，无污染，高效节能。5.所有元件和

3、零、部件的标准化、系列化、通用化程度高。6.自动化程度高、造价与整机相适应。设计验算结果说明，设计的工作装置满足设计要求。在AUTO CAD软件下绘制的液压系统原理图有利于为新产品设计和改型设计提供参考。关键词：钻孔组合机床；动力滑台；液压系统；AUTO CAD；差动；工进。AbstractMachine Tool is a relatively high degree of automation of metal cutting machine tools , when coupled with different power sliding table power head , the s

4、pindle and tool box , the workpiece can be completed drilling , reaming , boring , tapping , plane milling and other processing tasks . power slide , clamp action by the hydraulic system is completed .Drilling Machine Tool power sliding hydraulic system is the completion of the combination machine f

5、eatures an important part of its structure a reasonable combination of a direct impact on drilling performance and machine reliability . In this paper , combined with the typical parameters of the hydraulic system and a number of specific and comprehensive knowledge of the combination drilling machi

6、ne hydraulic system , power sliding a new design and analysis , the main hydraulic system design , and hydraulic system in the machine tool assembly some necessary design .The basic ideal of the design based on the following requirements :。1.A comprehensive and accurate to meet the whole process and

7、 technical requirements .2.Simple structure and easy maintenance .3.Smooth transmission , in line with national noise standards .4.No leakage , non-polluting , energy-efficient .5.All components and parts and components standardization , serialization , universal high .6.High degree of automation ,

8、cost compatible with the machine .Checking the results of the design specification , design of working device to meet design requirements . AUTO CAD software in the next schematic drawing of the hydraulic system is conducive to the design of new or modified product design to provide a reference .Key

9、words : Drilling Machine Tool power sliding hydraulic system design ; Design parameters and checking ; AUTO CAD drawing differential; work into. 目 录引 言1第一章 概论21.1组合机床加工方式21.2组合机床的发展史21.3组合机床部件分类21.4组合机床的发展31.5设计要求3第二章 负载计算42.1钻削钻削轴向负载力 42.2 滑台对导轨的摩擦力42.3 惯性力4第三章 液压系统主要参数确定6第四章 液压系统组成及原理图设计94.1 主题方案的

10、确定94.2 基本回路确定94.21 供油回路94.2.2 压力控制回路104.2.3 方向控制回路104.2.4速度控制回路104.2.4夹紧控制回路114.3液压系统原理图综合12第五章 液压原件选型145.1液压泵的选择145.2液压泵驱动电机的选择145.3液压控制元件及辅助元件的选择155.4液压管路的确定165.5油箱容积V的计算16第六章 主要部件差动液压缸强度和稳定性的校核176.1主要零件强度的校核176.1.1缸筒壁厚=10mm176.1.2缸底厚度1=15186.1.3杆径d196.2液压缸稳定性计算196.3根据上述计算确定动力滑台简图如下所示20第七章 液压系统性能验

11、算217.1回路压力损失验算217.2估算系统效率217.2.1运动持续时间计算217.2.2估算效率217.3估算系统发热效率227.4计算温升22结 论23参考文献24谢 辞25引 言组合机床（transfer and unit machine）组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定形状和加工工艺设计的专用部件和夹具，组成的半自动或自动专用机床。是由一些通用部件及少量专用部件组成的高效自动化或半自动化专用机床,可以完成钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、攻丝、车削、铣削及精加工等多道工序。组合机床的控制系统多采用机械、液压、电气或气动相结合的控制方式,而电气环节控制起着中枢联接作用。钻孔组合机床凭

12、借其高效性、实用性、经济型等优点在现代的机械发展应用得到广泛的应用。钻孔组合机床采用多轴、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。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，以缩短设计和制造周期，在大批、大量生产中得到广泛应用。钻孔组合机床的分析设计的涵盖很多方面，在主要对其中的动力滑台进行设计与分析，钻孔组合机床中机床的动力滑台采用液压系统驱动。在整个设计分析过程中主要涉及到以下内容：1.明确钻孔组合机床动力滑台液压系统的设计的目的与意义，同时整理出相关的参考资料。2.根据任务书中所给出的原始数据、技术参数、设计要求、图纸量、工作量要求等，结合相关

13、实例设计分析过程进行计算与校核，最后根据相关资料选取标准件。3. 确定液压系统的基本回路，包括供油回路、方向控制回路、压力控制回路、速度控制回路，最后利用CAD绘制液压系统原理图。第一章 概论1.1组合机床加工方式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。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此，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一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，来实现钻

14、孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件(如飞轮、汽车后桥半轴等)的外圆和端面加工。1.2组合机床的发展史二十世纪70年代以来，随着可转位刀具、密齿铣刀、镗孔尺寸自动检测和刀具自动补偿技术的发展，组合机床的加工精度也有所提高。铣削平面的平面度可达0.05毫米/1000毫米，表面粗糙度可低达2.50.63微米；镗孔精度可达IT76级，孔距精度可达O.03O.02微米。专用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。在专用机床中某些部件因重复使用，逐步发展成为通用部件，因而产生了组合机床。最

15、早的组合机床是1911年在美国制成的，用于加工汽车零件。初期，各机床制造厂都有各自的通用部件标准。为了提高不同制造厂的通用部件的互换性，便于用户使用和维修，1953年美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协商，确定了组合机床通用部件标准化的原则，即严格规定各部件间的联系尺寸，但对部件结构未作规定。1.3组合机床部件分类通用部件按功能可分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件五类。动力部件是为组合机床提供主运动和进给运动的部件。主要有动力箱、切削头和动力滑台。1.4组合机床的发展为了使组合机床能在中小批量生产中得到应用，往往需要应用成组技术，把结构和工艺相似的零件集中在一台组

16、合机床上加工，以提高机床的利用率。这类机床常见的有两种，可换主轴箱式组合机床和转塔式组合机床。组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动，以简化结构、缩短生产节拍；采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统，以提高工艺可调性；以及纳入柔性制造系统等。1.5设计要求钻孔组合机床动力滑台液压系统设计的原始数据、技术参数以及设计要求：快进速度 =快退速度 =；快进行程 ，工进行程 。往复运动加速和减速时间应在 ；动力滑台的运动部件（滑台、动力头、主轴箱及刀具）总质量 ；滑台导轨静摩擦系数 ，动摩擦系数 。对 的孔加工的主轴转速选用，进给量，对孔加工的主轴转速选用 ，进给量，工进速度。采

17、用双联定量泵供油方式。第二章 负载计算2.1钻削钻削轴向负载力 （2-1）将已知条件带入式得 （2-2）2.2 滑台对导轨的摩擦力运动部件对导轨的法向力 G=mg=15009.81N=14715N （2-3） 静摩擦阻力 Fs=Gfs=147150.2N =2943N （2-4）动摩擦阻力 Fd=Gfd=147150.1N=1471.5N （2-5）2.3 惯性力 （2-6） 根据上述计算,可确定工作循环中的负载力如下:滑台的启动负载 F=Fs=2943 N （2-7）滑台的加速负载 F= Fd+ Fm=1471.5 N+600 N=2071.5 N (2-8)滑台的快进负载 F= Fd=14

18、71.5 N (2-9)滑台的工进负载 F= Fd+ Fl=1471.5 N+66213.7N=67685.2N (2-10)滑台的快退负载 F= Fd=1471.5N (2-11)根据已知数据和计算数据可画出负载图和速度图负载图 2-1 速度图2-2第三章 液压系统主要参数确定根据要求可确定液压缸为差动式液压缸。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，Fl=67685.2N。由表3-1和表3-2取工作压力为6.3MP。进而由表3-3确定工进时背压阀压力为Pb=1MPa。这样，满足负载要求的缸筒内径D和活塞杆d计算如下（取=0.9）表3-1负载 / kN5510102020303

19、04050工作压力/MPa0.81.01.522.5334455表3-2设备磨床插床车床绗磨床拉床农机工程机械船用类型牛头刨床组合机床齿轮加工机床铣床镗床龙门刨汽车工业小型工程机械冲压机械液压支架重型机械工作压力/MPa1.26.3242510101616321425表3-3液压系统背压/MPa液压系统背压/MPa中低压系统、轻载节流调速系统0.20.5装有补油泵的闭式回路系统11.5有背压阀或回油节流调速回路0.51.5多路换向阀的中高压系统1.23根据差动定义有A1=2A2 (3-1) (3-2) (3-3) (3-4)由GB/T23481993圆整为D=0.125m，d=0.09m。据所

20、确定的D和d算出液压缸无杆腔有效作用面积，液压缸有杆腔有效作用面积，液压缸活塞杆有效作用面积。由计算所得的和可以算出液压缸驱动滑台在工作循环中各阶段的实际压力、流量和功率，见表3-4所示，并且画出工况图，如图3-1。图3-1表3-4液压缸工作循环中压力，流量及功率工作循环负载回油腔压力进油腔压力输入流量输入功率算式快进启动294300.482加速2071.50.804恒速1471.50.7050.5090.36工进67685.216.230.02820.176快退启动294300.519加速2071.512.442恒速1471.52.3360.4731.105注：取液压缸机械效率，则液压缸驱动

21、力按 。第四章 液压系统组成及原理图设计根据设计要求可知，本液压系统不仅考虑滑台的主运动，又涉及夹紧和松开的设计。4.1 主题方案的确定由表3-4可知，本系统设计属于速度变化不多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、差动缸差动快进和调速阀进口节流调速的开式系统方案。这样，即可满足液压缸快进和快退的低压大流量要求，又可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等问题。4.2 基本回路确定4.21 供油回路按照主题方案，供油回路选择双联定量泵供油方式，见图4-1。 图4-14.2.2 压力控制回路由图4-1，卸荷阀控制大流量泵q2的压力。溢流阀控制小流

22、量泵q1的压力，即液压缸在工进时的压力。为使液压缸平稳运行，回路中设置了直动式溢流阀作为可调背压阀。当执行原件处于停止运动的待命状态，保压状态，为了避免频繁启动泵，对泵和电网的冲击，应用不停泵的换向中位卸荷回路。如图4-2。图4-24.2.3 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，利用图4-2三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。4.2.4速度控制回路根据设计需求，主液压缸需要具有快进、工进和快退功能。快进将由双泵供油和差动回路实现。工进将由小泵供油，调速阀进口节流调速控制。速度换接回路由二位二通机动换向阀来切换。速度控制回路见

23、图4-3。4.2.4夹紧控制回路钻孔机床具有夹紧工件的要求，加工完应松开。根据设计要求，采用图4-4所示回路。根据设计要求，夹紧时间不长，即保压时间不长，要求夹紧稳定，加工时不发生错位。也就需求保压压力较高的系统。因此采用换向阀中位闭死回路，其保压压力p由减压阀调定。 图4-44.3液压系统原理图综合将已经确定的基本回路按原理组织在一起。并根据设计要求，最后确定系统原理图如图4-5所示，工作循环见表4-1，（表中“+”为对应电磁铁得电发出控制信号；“|+”为对应压力继电器在该动作的后半期发出控制信号；“下位”为对应的换向阀下位工作；“上位”对应的换向阀上位工作；“”为对应的液压泵、调速阀工作）

24、。图4-5表4-1第五章 液压原件选型5.1液压泵的选择根据计算结果表3-4得液压缸最大工作压力为6.23MPa，考虑到回路压力损失，同时为使压力继电器可靠工作，应使工作压力高出0.5MPa。 (5-1)是在工进时出现的，因此也是小泵的工作压力，由溢流阀调定。快进和快退时由和同时向液压缸供油。但是快退时比快进时的工作压力大。所以，大泵的工作压力应为快退时与进油路总压力损失之和。（5-2）液压缸快进时所需流量最大。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 （5-3）工进时由小流量泵供油。因此，小流量泵的流量应为通过调速阀的流量与通过溢流阀的最小流量之和 （5-4）查

25、【2】表17-5-33选取型号PV2R12-6/33的双联泵在转速960r/min（16r/s），容积效率时，双联泵同时供油流量；。工进时小泵实际流量。5.2液压泵驱动电机的选择由表3-4，液压缸快退时要求输入功率为最大。此时，双联泵流量为0.642，工作压力为3.042MPa，取泵的总效率为，电动机效率为： （5-5） 因此，可选额定功率为，转速为的Y132S-6交流电动机。5.3液压控制元件及辅助元件的选择根据液压控制元件和辅助元件选择原则，查液压气动速查手册，液压工程师技术手册。该系统选的主要元件见表5-1。表5-15.4液压管路的确定液压管路的确定主要是确定其内径和壁厚，内径应与所连接

26、元件的通径一致。压力管道取流速；回油管取流速。大腔进油管内径（5-6）差动管内径（5-7）回油管内径 （5-8）查手册取标准值、；壁厚的普通无缝钢管（YB231-70）。5.5油箱容积V的计算（5-9）根据，并取标准值。第六章 主要部件差动液压缸强度和稳定性的校核选取材料为45#钢，查手册=500MPa.根据上述计算D=125mm，d=90mm。活塞杆宽度B=（0.6 -1.0）D。活塞有效行程取决于主机运动机构的最大行程。导向套滑动面长度的取值：当D80mm时，C=(0.6-1.0)d。钢筒长度(20-30)D。导向长度，其中=(150+40)mm=190mm。（6-1）B=0.8D=0.8

27、125mm=100mm (6-2) C=0.8d=0.890=72mm (6-3)(20-30)D=(20-30) 125=2500mm-3450mm (6-4)取=500mm图6-1为液压缸主要零件轴向尺寸间关系6.1主要零件强度的校核6.1.1缸筒壁厚=10mm因为方案是低压系统，校核公式,(6-5)式中： 缸筒壁厚（）；实验压力 ,其中是液压缸的额定工作压力；D缸筒内径 ；缸筒材料的许用应力。，为材料抗拉强度（MPa）,n为安全系数，取n=5。(6-6)因此满足要求6.1.2缸底厚度1=15该缸底为平底缸有底孔，见图6-2其中d0=22mm，D2=D-21则(6-7)(6-8)其中6.1

28、.3杆径d （6-9） 式中 F杆承受的负载； 杆材料的许用应力，根据相关资料取=100。（6-10）6.2液压缸稳定性计算液压缸承受的负载F超过某临界值时将会失去稳定性。稳定性可用下式校核： （6-11）式中 nc稳定性安全系数 ，-4，取nc=4。查文献【1】表4-5表4-6取，取=80 ，取= ，取= 。（6-12） （6-13）=40 （6-14） （6-15） （6-16）式中 L安装长度（m）； rc活塞杆横截面的最小回转半径（m）； 材料柔性系； 液压缸支承末端系数； E活塞杆材料的弹性模量，可取E=； J活塞杆横截面惯性矩，对于实心杆；对于空心杆，D为杆的外径，d为杆的内径；材

29、料强度决定的试验值，=； A活塞杆横截面积； 系数。6.3根据上述计算确定动力滑台简图如下所示第七章 液压系统性能验算7.1回路压力损失验算回路中压力损失包括沿承损失、局部损失和阀口损失。本系统较为简单，根据经验，压力损失不超过。根据计算所选的泵和压力控制阀均留有足够的调节余量，满足工作需求。故验算从略。7.2估算系统效率7.2.1运动持续时间计算 快进 （7-1） 工进（7-2）快退 （7-3）则工进占循环时间为 （7-4）即本系统效率，发热和温升可概略用工进时数来代表。7.2.2估算效率工进阶段回路效率（7-5）其中为大泵通过油控顺序阀谐和时产生的压力损失前面计算取泵的总效率=0.75。液

30、压缸总效率=0.96.则 =0.241 （7-6）可见工进时液压系统效率低，主要由于溢流损失和节流损失造成的。7.3估算系统发热效率工进工况时液压泵的输入功率（7-7）工进时发热功率 =530.15W （7-8）7.4计算温升油箱散热面积A为 （7-9）取油箱的散热系数，则温升为（7-10）此温度不大于一般机床油液和油箱允许温升（35）所以不需要强制性散热。结 论通过此次课程设计做到了根据课堂讲授内容，做相应的自主练习，消化课堂所讲解的内容；通过独立完成课程设计初步具备了的自主设计简单液压系统的能力、同时练习了用计算辅助设计软件在机械设计，机械制造中的相关应用。此次课程设计题目为钻孔组合机场动

31、力滑台液压设计。钻孔组合机床时系列化，标准化通用部件为基础，配以少量的专用部件组成加工的高效机床，适于对产品大批量，一面或多面同时加工的高效机加工设备。在课程设计中完成了设计训练，较全面熟悉了加工工艺，刀具，切削用量，组合机床，液压动力滑台和工作原理。设计中全面认识掌握了各液压元件的工作原理，使用范围等。参考文献1 雷秀.液压与气压传动M.北京:机械工业出版社.20052 成大先主编机械设计手册第四版北京：化学工业出版社.20023 张利平.液压气动技术速查手册第一版.北京：化学工业出版社.2007.34 王益群，高殿荣.液压工程师技术手册第一版.北京：化学工业出版社.2010.3谢 辞通过此次课程设计，学到了很多无法独立完成，学习的知识。雷秀老师的指导是完成本课题的关键。在此向老师致意最诚挚的感谢。