《立式组合机床的液压系统设计6.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《立式组合机床的液压系统设计6.doc（30页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、攀枝花学院本科学生课程设计任务书题目组合机床液压系统设计1、课程设计的目的在完成液压传动课程学习的基础上，运用所学的液压基本知识，理论联系实际，把知识运用到实际生产时实践中来，设计一台专用铣床液压系统。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）设计立式组合机床的液压系统，工作台要求完成：快进工进快退原位停止、工件松开液压泵卸荷。动力滑台采用平面导轨，其静摩擦系数为f =0.2，动摩擦系数为f=0.1，往复运动的加（减速）的时间=0.05，系统的参数如下:滑台的重量为135000N 快进快退的速度6m/min滑台工进速度50 mm/s 快进行程100mm工进行程50mm 切削
2、负载为33000N3、主要参考文献1 王积伟液压传动北京：机械工业出版社，20102 席伟光机械设计课程设计北京：高等教育出版社，20033 李壮云中国机械设计大典南昌：江西科学技术出版社，20024 王文斌机械设计手册北京：机械工业出版社，20044、课程设计工作进度计划 1.用三天的时间进行查阅资料，初步计算，请教老师等设计准备。 2.用两天的时间进行计算、设计、画图。 3两天的时间自己查找问题、老师审核、交图等工作。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。课程设计（论文）指导教师成绩评定表题目名称评分项目分值
3、得分评价内涵工作表现20%01学习态度6遵守各项纪律，工作刻苦努力，具有良好的科学工作态度。02科学实践、调研7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。03课题工作量7按期圆满完成规定的任务，工作量饱满。能力水平35%04综合运用知识的能力10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。05应用文献的能力5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。06设计（实验）能力，方案的设计能力5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
4、，数据正确、可靠；研究思路清晰、完整。07计算及计算机应用能力5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。08对计算或实验结果的分析能力（综合分析能力、技术经济分析能力）10具有较强的数据收集、分析、处理、综合的能力。成果质量45%09插图（或图纸）质量、篇幅、设计（论文）规范化程度5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。10设计说明书（论文）质量30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。11创新10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： 年月日摘 要目前，液压系统
5、被广泛应用在机械、建筑、航空等领域中，成为一种新型的动力源。由于液压元件的制造精度越来越高，再配合电信号的控制，使液压系统在换向方面可以达到较高的频率。不管是在重型机械和精密设备上都能满足要求。液压系统本身有较多的优点，比如：在同等的体积下，液压装置产生的动力更大；由于它的质量和惯性小、反映快，使液压装置工作比较平稳；能够实现无级调速，特别是在运动中进行调速；液压装置自身能实现过载保护；实现直线运动远比机械传动简单。但是液压传动对温度的变化比较敏感，不宜在很高或很低的温度下工作。液压系统应用在机床上，实现对工作台和夹紧工件的循环控制起着重要的作用。对铣削类组合机床，运用液压来控制运动循环，结构
6、简单，所占空间小，而且能满足较大的切削负载要求。关键词 液压系统，组合机床，运用AbstractHydraulic system itself has many advantages, such as: under the same volume, the hydraulic equipment have more power; Due to its quality and inertia small, reflect fast, make the hydraulic equipment work smoothly; Can realize stepless speed regulation,
7、 especially in motion control of motor speed; Hydraulic device itself can achieve overload protection; To achieve linear motion than simple mechanical transmission. Hydraulic transmission is more sensitive to changes in temperature,however, should not work at very high or very low temperatures.Appli
8、cation on the machine tool hydraulic system, to implement the workbench and clamping workpiece cycle control plays an important role. To use milling combination machine tools, hydraulic loop to control the movement, simple structure, take up little space, and can satisfy the requirement of larger cu
9、tting load.Keywords hydraulic system, a combination of tools, use of 目 录摘要ABSTRACT1 方案的确定4 1.1整体性分析4 1.2拟定方案4 1.3比较方案并确定方案42工况分析52.1运动参数分析52.2动力参数分析52.3负载图和速度图的绘制73液压缸尺寸和所需流量83.1液压缸尺寸计算83.2确定液压缸所需流量83.3夹紧缸的有效面积、工作压力和流量的确定94拟定液压系统图104.1确定液压传动系统的类型104.2液压回路的选择10 4.2.1调压回路11 4.2.2调速回路11 4.2.3平衡回路12 4.2
10、.4换向回路13 4.2.5卸荷回路134.3确定执行元件类型144.4换向方式确定144.5调速方式的选择144.6快进转工进、一工进转二工进控制方式的选择144.7终点转位控制方式144.8快速运动的实现和供油部分的设计145选择液压元件的确定辅助装置175.1选择液压泵175.2电机的选择175.3选择阀类元件175.4确定油管尺寸186油箱设计196.1油箱容量的确定19 6.2估算油箱的长、宽、高19 6.3确定油箱壁厚19 6.4确定液位计的安装尺寸19 6.5隔板尺寸的计算19 6.6油箱其他附件的选择197液压系统的性能验算207.1回路中压力损失207.2确定泵的工作压力23
11、7.3液压系统的效率237.4液压系统的发热温升验算24结论25参考文献26题目五：组合机床液压系统设计试设计立式组合机床的液压系统，已知切削负载为33000N，滑台工作速度为50mm/min,快进和快退速度为6m/min，滑台（包括动力头）的重量为135000N,往复运动的加速（减速）的时间为 =0.05 S,滑台用平面导轨，静摩擦系数 fs=0.2，动摩擦系数fd=0.1，快进行程为100mm,工进行程为50mm。1 方案的确定1.1整体性分析要求此液压系统实现的工作循环是：工作快进 工作台工进 工作台快退 工作台原位停止 。滑台的重量为135000N,快进快退的速度6m/min,滑台工进
12、速度50 mm/s，快进行程100mm，工进行程50mm ，切削负载为33000N。对于立式组合机床的液压系统而言，加工的零件需要精度高，定位准确。所以整个系统的设计要求定位精度高，换向速度快。在设计阀的时候，考虑这些方面变的尤其重要，要考虑到工作在最低速度时调速阀的最小调节流量能否满足要求。在行程方面，应该比要求的工作行程大点，包括工作行程、最大行程和夹紧缸行程，主要是考虑到在安全方面和实际运用中。在压力方面也要考虑到满足最大负载要求。而且在液压系统能满足要求的前提下，使液压系统的成本较低。1.2 拟定方案方案一 液压系统中工作台的执行元件为伸缩缸，工件的夹紧用单杆活塞缸；工作台采用节流阀实
13、现出油口节流调速，用行程阀实现工作台从快进到工进的转换，在工进回路上串接个背压阀；为了防止工件在加工过程中松动，在夹紧进油路上串接个单向阀；工作台的进、退采用电磁换向阀；夹紧缸的夹紧与放松用电磁阀控制。方案二 液压系统中工作台的执行元件为单杆活塞缸，工件的夹紧也采用单杆活塞缸；工作台采用调速阀实现进油口节流调速，也采用行程阀实现工作台从快进到工进的转换，工进时，为了避免前冲现象，在回路上串接个背压阀；夹紧缸上串接个蓄能器和单向阀，避免工件在加工过程中松动；工作台的进、退换向采用电液换向阀，工作台快进时，采用差动连接；夹紧缸的夹紧与放松用电磁阀控制。1.3比较方案并确定方案单杆活塞缸比伸缩缸结构
14、简单，价格便宜，易维护，而且也能满足要求；调速阀的性能比节流阀稳定，调速较好，用于负载变化大而运动要求稳定的系统中；采用出油口调速回路中油液通过节流阀产生的热量直接排回油箱散热；夹紧缸进油口处串接蓄能器，更好的保证工件的夹紧力，使工件在加工过程中始终在夹紧状态。电液换向阀的信号传递快，配合液压动力的输出力大、惯性小、反映快的优点使控制灵活、精度高、快速性好。综上比较选择方案二较好。2 工况分析2.1运动参数分析首先根据主机要求画出动作循环图（图一）。快进工进快退图一2.2动力参数分析计算各阶段的负载 工作负载：由已知条件可知切削力=33000N。惯性负载：=27551.02N（参考机床的工作台
15、加速时间，取=0.05s）阻力负载：静摩擦阻力 动摩擦阻力（滑动导轨：铸铁对铸铁启动低速时,v0.16m/s）表1 液压缸在各个工作阶段的负载值其中=0.9工况负载组成负载值（N）推力（N）起动2700030000加速4105145612快进1350015000工进4350048334快退13500150002.3负载图和速度图的绘制负载图按上面的数值绘制，如图2所示。速度图按已知数值，工进的速度。3 液压缸尺寸和所需流量3.1液压缸尺寸计算3.1.1工作压力的确定：工作压力可根据负载和主机类型确定，由（书）表113得出：3.1.2计算液压缸尺寸：由于立式组合机床工作台快进和快退速度相同，因此
16、选用单杆活塞式液压缸，并使,快进时采用差动连接，因管路中有压力损失，快进时回油路压力损失取Pa，快退时回油路压力损失亦取Pa。工进时，为使运动平稳，在液压缸回路油路上须加背压阀，背压力值一般为,选取背压Pa。根据,可求出液压缸大腔面积为 根据GB2348-80圆整成就近的标准值，得D=220mm，液压缸活塞杆直径，根据GB2348-80就近圆整成标准值d=160mm。3.1.3缸径、杆径取标准值后的有效工作面积：无杆腔有效面积 活塞杆面积 有杆腔有效面积 3.2确定液压缸所需流量 3.3液压缸的工作压力、流量、功率确定液压缸回油路上有背压P2 ，保证速度平稳。根据现代机械设备设计手册中推荐值，
17、取P2=0.8MPa，快进时液压缸虽做差动连接，但油管中有压降，取=0.5MPa。快退市油腔中有被压，这时可取P2=0.6MPa根据上述计算数据，可估算液压缸在各个工作段中的压力、流量和功率，如下表所示：表2工况推力F/N回油腔压力 进油腔压力输入流量输入功率计算式快进起动3000001.926 加速457362.704恒速150001.184120.6362.381工进483340.81.6481.9010.052快退起动3000001.675加速457360.63.828恒速150000.62.111107.4423.7804 拟定液压系统图液压传动系统的草图是从液压系统的工作原理和结构组
18、成上来具体体现设计任务所提出的各项要求，它包括三项内容：确定液压传动系统的类型、选择液压回路和组成液压系统。确定液压传动系统的类型就是在根据课题提供的要求下，参照立式组合机床液压系统的具体特点，选择适合的系统类型。选择液压回路就是在根据课题提供的要求和液压传动系统具体运动特点，选择适合本课题的液压回路。组成液压系统就是在确定各个液压回路的基础上，将各个液压回路综合在一起，根据课题的实际要求，对液压系统草图进行适当的调整和改进，最终形成一个合理有效、符合课题设计要求的液压传动系统原理图。4.1 确定液压传动系统的类型液压传动系统的类型究竟采用开式还是采用闭式，主要取决于它的调速方式和散热要求。一
19、般的设计，凡具备较大空间可以存放油箱且不另设置散热装置的系统，要求尽可能简单的系统，或采用节流调速或容积-节流调速的系统，都宜采用开式。在开式回路中，液压泵从油箱吸油，把压力油输送给执行元件，执行元件排出的油则直接流回油箱。开式回路结构简单，油液能得到较好的冷却，但油箱的尺寸大，空气和赃物易进入回路；凡容许采用辅助泵进行补油并通过换油来达到冷却目的的系统，对工作稳定和效率有较高要求的系统，或采用容积调速的系统都宜采用闭式。在闭式回路中，液压泵的排油管直接与执行元件的进油管相连，执行元件的回油管直接与液压泵的吸油管相连，两者形成封闭的环状回路。闭式回路的特点是双向液压泵直接控制液压缸的换向，不需
20、要换向阀及其控制回路，液压元件显著减少，液压系统简单，用油不多而且动作迅速，但闭式回路也有其缺点，就是回路的散热条件较差，并且所用的双向液压泵比较复杂而且系统要增设补、排油装置，成本较高，故应用还不普遍。本课题设计的液压传动系统类型采用开式液压系统，系统的结构简单。4.2 液压回路的选择液压机械的液压系统虽然越来越复杂，但是一个复杂的液压系统往往是由一些基本回路组成的。液压基本回路就是由有关液压元件组成，能够完成某一特定功能的基本回路。在本设计中选择五种回路，分别为调压回路、调速回路、平衡回路、换向回路和卸荷回路。4.2.1 调压回路调压回路的功用在于调定或限制液压源的最高工作压力，也就是说能
21、够控制系统的工作压力，使它不超过某一预先调定好的数值，或使工作机构在运动过程中的各个阶段具有不同的工作压力。调压控制回路包括连续调压回路、多级调压回路、恒压控制回路等。液压源工作压力级的多少，压力在调节、控制或切换方式上的差异，是这种回路出现多种结构方案的原因，也是对它进行评比、选择时要考虑的因素。该设计选择溢流阀单级调压回路，溢流阀开启压力可通过调压弹簧调定，如果调定溢流阀调压弹簧的顶压缩量，便可设定供油压力的最高值。系统的实际工作压力有负载决定，当外负载压力小于溢流阀调定压力时，溢流阀处无溢流流量，此时溢流阀起安全阀作用。图示4-1油路可靠，价格便宜。 图4-1 调压回路4.2.2 调速回
22、路调速阀调速回路由调速阀、溢流阀、液压泵和执行元件等组成。它通过改变调速阀的通流面积来控制和调节进入或流出执行元件的流量，从而达到调速的目的。这种调速回路具有结构简单、工作可靠、成本低、使用维护方便、调速范围大等优点。用流量控制阀实现速度控制的回路有三种基本方式，节流调速回路分为进口节流调速回路、出口节流调速回路、旁通节流调速回路等。本设计选用单向进油节流调速回路。用溢流阀和串联在执行元件进油路上的调速阀调节流入执行元件的油液流量，从而控制执行元件的速度。基本回路如图4-2所示：图4-2 调速回路4.2.3 平衡回路平衡回路的功用在于防止垂直或倾斜放置的液压缸和与之相连的工作部件因自重而自行下
23、落。下图是一种使用单向顺序阀的平衡回路。由图可见，当换向阀左位接入回路使活塞下行时，回油路上存在着一定的背压；只要将这个背压阀调得使液压缸内的背压能支承得住活塞与之相连的工作部件，活塞就可以平稳的下落。当换向阀处于中位时，活塞就停止运动，不在继续下移。这种回路在活塞向下快速运动时功率损失较大，锁住时活塞和与之相连的工作部件会因单向顺序阀和换向阀的泄漏而缓慢下落；因此它只使用于工作部件重量不大、活塞锁住时定位要求不高的场合。图4-3 平衡回路 4.2.4换向回路往复直线运动换向回路的功用是使液压缸和与之相连的主机运动部件在其行程终端处迅速、平稳、准确地变换运动方向。简单的换向回路只须采用标准的普
24、通换向阀。 4.2.5 卸荷回路卸荷回路的功用是在液压泵驱动电机不须频繁启闭的情况下，使液压泵在零压或很低压力下运转，以减少功率损失，降低系统发热，延长液压泵和电机的使用寿命。如图4-4所示。图4-4 卸荷回路4.3确定执行元件类型：根据组合机床特点和要求，所以选用无杆腔面积等于两倍的有杆腔面积的差动液压缸。4.4换向方式确定为了便于工作台在任意位置停止，使调整方便，所以采用三位换向阀；为了便于组成差动连接，应采用三位五通电液换向阀。阀的中位机能的选择对保证系统工作性能有很大作用，为了满足本专机工作位置的调整方便性和采用液压夹紧的具体情况，决定采用“Y”型中位机能。4.5调速方式的选择在组合机
25、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。根据洗削类专机工作时对低速性能和速度负载特性都有一定的要求，因此决定采用调速阀进行调整。为了便于实现压力控制，采用进油节流调速，同时为了满足低速进给时平稳性，以及避免出现前冲现象，在回路上设有背压阀。4.6快进转工进为了保证转换平稳、可靠、精度高，采用行程阀控制快进转工进的控制。4.7终点转换控制方式的选择采用行程开关。4.8快速运动的实现和供油部分的设计因为快进、快退和工进的速度相差比较大，为了减少功率损耗，采用变量泵。根据上述分析，画出液压系统草图，如下图所示：修改后的系统图:5 选择液压元件和确定辅助装置5.1选择液压泵取液压系统的泄
26、漏系数K=1.1则液压泵的最大流量即。根据拟定的液压系统是采用回油路节流调速，进油路压力损失选取，故液压泵的最高工作压力为： 考虑到系统动态压力因素的影响，液压泵的额定工作压力为： 根据、和已选定的单向定量泵型式，查机械设计手册选用YB-C148B型定量叶片泵。该泵额定排量为153.0mL/r,额定转速1000r/min，其额定流量为136.3L/min。5.2电动机的选择 最大功率在快退阶段，如果取液压泵的效率为为0.75，驱动液压泵最大输入功率为： 查机械设计手册.单行本电机与电器选取11kw的电动机YCT225-4A。5.3选择阀类元件各类阀可通过最大流量和实际工作压力选择，阀的规格如下
27、表所示：表3序号元件名称估计通过流量L/min额定流量L/min额定压力MPa额定压降MPa型号、规格1过滤器1404002.50.062XU-B4001002 变量叶片泵136.37YB-C148B3单向阀60150250.2S25A114单向阀60150250.2S25A115三位五通电液换向阀120200250.535DYF3Y-E15B6单向阀30140250.2AF3-Ea10B7单向阀60140250.2AF3-Ea10B8调速阀350.07140250.5QCI-63B9行程阀40140250.3AXQF-E10B10压力继电器DP1-6311调速阀350.07140250.5Q
28、CI-63B12单向阀30140250.2AF3-Ea10B13液控顺序阀6014025XF3-E10B14背压阀614025YF3-E10B15溢流阀314025YF3-Ea10B5.4确定油管尺寸5.4.1油管内径的确定可按下式计算：系统最大流量为228.08L/min，故按228.08L/min计算：V取5m/min取标准值d=32mm，外径为、内径为的无缝钢管。6 油箱的设计6.1油箱容量的确定中压系统中，油箱有效容积可按泵每分钟内公称流量的57倍来确定，取=5，即油箱的容积， 查机械设计手册得油箱的标准值为800L。6.2估算油箱的长、宽、高设油箱的长、宽、高比值范围为1：1：13：
29、2：1，则根据油箱的容量可算出油箱的长、宽、高分别为a=b =c=930mm,由于在选择油箱的容量时系数选的较大，在此就不再考虑油箱的壁厚，即油箱的壁厚包括在上面计算的长、宽、高中。6.3确定油箱壁厚800以上容量的油箱箱壁厚取4mm。箱底厚度应大于箱壁，取箱底厚度为6mm，箱盖厚度应为箱壁的34倍，取箱盖厚度为12mm。6.4确定液位计的安装尺寸在设计液位计时，要考虑液位计的显示最大刻度与最小刻度之间的差值和油箱的高度。油箱内的液面高度为油箱高度的80%，所以：mm选择液位计XYW1000，最大刻度与最小刻度之间为700mm。安装时，液位计的中心位置与上述的液面高度在同一水平面。6.5隔板的
30、尺寸计算隔板的长度由油箱的内部尺寸可以确定，主要计算隔板的高度。隔板的高度一般为油箱内液面高度的3/4。6.6油箱其它附件的选择油箱的其它附件可根据中国机械设计大典上选择。 7 液压系统性能的验算7.1 回路中压力损失回路压力损失计算应在管道布置图完成后进行，必须知道管道的长度和直径。管道直径d=32mm,长度在管道布置图未完成前暂按进油管、回油管均为L=4m估算。油液运动粘度取。在此设计中主要验算工进和快退工况时的压力损失。 7.1.1工进时压力损失进油管路压力损失：首先判别进油管液流状态，由于雷诺数 故为层流。管路沿层压力损失： 取管道局部损失油液流经单向阀、三位五通换向阀的压力损失按下面
31、公式计算， 工进时进油路总压力损失： 此值小于0.5MPa,所以是安全的。 工进时回油路压力损失：因回油管路流量为 液流状态经判断为层流。于是沿程压力损失：局部压力损失： 回油路中油液流经调速阀和三位五通换向阀时的压力损失计算方法同上，即 工进时回油路总压力损失 将回油路中压力损失折算到进油路上，就可求出工进时回路中整个压力损失 7.1.2 快退时压力损失快退时进油路和回油路中经检查都是层流，进油路压力损失为：进油路中油液流经单向阀、三位五通换向阀、单向调时压力损失计算方法同前快退时进油路总压力损失：快退时回油路中压力损失：由于,则有液流状态经判断为层流局部压力损失：回油路总压力损失： 将回油
32、路中的压力损失折算到进油路上去，可得到快推时回油路中的整个压力损失： 这个数值比原来估计的数值小，因此不必重算。7.2 确定液压泵工作压力 工进时，负载压力 液压泵工作压力 快退时，负载压力： 液压泵的工作压力： 根据，则溢流阀调整压力取。7.3 液压系统的效率由于在整个工作循环中，工进占用时间最长，因此，系统的效率可以用工进时的情况来计算。工进速度为50mm/min，则液压缸的输出功率为液压泵的输出功率： 工进时液压回路效率： 液压系统效率,取液压泵效率，液压缸效率取，于是 7.4 液压系统的发热温升验算液压系统总发热功率计算液压泵输入功率： 液压缸有效功率： 系统总发热功率： 油液温升近似
33、值 温升没有超出允许范围，液压系统中不需要设置冷却器。 至此，该铣床液压系统设计计算宣告全部结束。结 论经过对组合机床的液压系统的设计，上述设计结果可以实现该课题所给的要求，即组合机床在铣削加工零件时需要的动作循环。液压传动课程的设计，使我对液压系统有进一步的认识，进一步掌握了液压元件的工作原理和在所设计液压系统时对液压元件的选用。在设计过程中，对其它所学课程的知识加深和巩。参考文献1 王积伟液压传动北京：机械工业出版社，20062 席伟光机械设计课程设计北京：高等教育出版社，20033 李壮云中国机械设计大典南昌：江西科学技术出版社，20024 王文斌机械设计手册北京：机械工业出版社，2004
