毕业设计（论文）多轴钻床总体设计.doc

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1、1 总体设计 1.1概述 据有关资料报道，在一些工业发达的国家，设备的平均役龄控制在1020年之间，设备的“技术老化”期短于10年，10年役龄以内的设备数量能够达到设备总数的50%左右，由此可见，设备更新速度相当快，一是用技术更为先进的新设备来代替技术性能“老化”了的旧设备；另一是进行有效的技术改造，使旧设备适应新的生产需要。 一般，普通单轴摇臂钻床只在主轴上装一个钻头，进行单孔钻削。如果大批量生产中也用这种方法加工，不仅生产率低，而且劳动强度大。为提高劳动生产率，在钻床主轴上装一个多轴头架，可以同时加工工件上的几个孔。 可以看出，改装后的多轴钻床，可以同时完成多个孔的钻、扩、铰等工序。工艺范

2、围可以满足一般加工情况的孔类钻削要求。多轴头架可以起到提高生产效率、降低成本、提高孔系加工精度等作用。此外该装置具有结构简单、操作方便、应用范围广等特点，值得推广。 这种齿轮式多轴头架的润滑性能好，不易生热，适应于在较高转速下工作，但是结构复杂一些，尤其钻孔主轴比较多时，更显的比较突出。机床的总体设计，就是针对具体的被加工零件，在选定的工艺和结构方案的基础上，进行方案和图纸的设计。这些图纸包括：被加工零件工序图，加工示意图，生产率计算卡片，机床联系尺寸图等。 本次设计的题目为多轴钻床，多轴钻床是为加工汽车轮辐，为汽车轮辐外侧的扩孔而专门设计的专用机床，由底座、液压立式滑台、立体床身、动力头以及

3、多轴箱、专用夹具等有关部件组成。 专用机床区别于普通机床的基本特点就是它是专为某一固定工序服务的。因此，多轴钻床机床又属于工艺装备。由于专用机床是为某一固定的，所以专用机床的先进程度、种类、型式和规格都取决于工艺需要。只有定出先进合理的工艺，才能设计出合理的专用机床。在生产中用机械加工方法直接改变毛坯的形状，尺寸和材料性能，使之成为零件的过程，叫做机械加工工艺过程。设计时，工艺方案的制定是否合理，对生产效率和产品质量有着极大的影响。制定工艺方案时，应首先分析生产类型。生产类型是衡量生产规模的标志。 本次毕业实习是在强力车轮公司，该公司是一家专门生产车轮轮辐的公司，常年为一汽和东风二汽等大型的汽

4、车制造公司生产轮辐。其生产特点具有年产量大，产品种类单一，生产过程不断重复，机器设备广泛采用专用和高效率设备。刀具多为专用的和标准的；工人操作技术可以低一点；生产周期短；还有大多数工作地点及工序内容经常不变等等。 生产类型不同，生产组织，生产管理，车间布置以及毛坯、设备、工具、加工方法和工人熟练程度等方面的要求程度均有所不同。在大量生产下，每个工序任务比较稳定，因此，有条件采用高效率专用机床和工夹具，劳动效率可大大提高，产品成本也可降低。但产量小的情况下，如果仍使用这些高效率的专用机床和工装夹具，由于加工对象经常改变，势必造成机床调整的复杂化，降低机床利用率，提高加工成本。所以制定的工艺过程应

5、与生产类型相适应，以取得合理的经济效果。 1.2工艺方案的制定在生产中用机械加工方法直接改变毛坯的形状，尺寸和材料性能，使之成为零件的过程，叫做机械加工工艺过程。设计时，工艺方案的制定是否合理，对生产效率和产品质量有着极大的影响。制定工艺方案时，应首先分析生产类型。生产类型是衡量生产规模的标志。生产类型不同，生产组织，生产管理，车间布置以及毛坯、设备、工具、加工方法和工人熟练程度等方面的要求程度均有所不同。在大量生产下，每个工序任务比较稳定，因此，有条件采用高效率专用机床和工夹具，劳动效率可大大提高，产品成本也可降低。但产量小的情况下，如果仍使用这些高效率的专用机床和工装夹具，由于加工对象经常

6、改变，势必造成机床调整的复杂化，降低机床利用率，提高加工成本。所以制定的工艺过程应与生产类型相适理的经济效果 1.2.1 制定工艺方案的原始条件分析在制定工艺方案时，首先对产品的装配图进行研究分析，熟悉该产品的用途性能及工作条件，明确该工件在产品中的地位和作用，然后对工件的工作图进行分析和工艺审查。从零件图，图1中可见，图纸比较完整，技术要求也一般，没什么难以加工的结构。根据机床所完成的工序，对轮辐的8个孔扩孔，而这8个孔在同一平面上沿圆周均匀分布。扩孔后，只需保证其位置精度，其他没有特殊要求，用一般扩孔钻进行扩孔就可以达到要求。工件的材料为碳结构钢（Q235B），无特殊要求，在进行加工前无热

7、处理，没有硬度要求。与该零件结构相同的还有几种，但其8个孔的沿圆周均布及中心距是不变的，只需更换一下钻头，同样适合在这台设备上加工，便于有效的利用设备。但由于厂内的实际需要及经济实力以及生产规模的制约，工件在机床间的流动还主要靠人工搬运，所以不考虑流水线生产。 1.2.2 工艺基准的选择定位基准在选择基准时尽量选择设计基准作为定位基准，这样可避免由于设计基准和定位基准不重合所引起的定位误差。如图1-1所示： 图1-1： 扩孔前的零件图 图1-2:多轴箱钻床布局图由于8个孔均布，则选择任意两对称孔为定位基准用浮动销定位，则只剩下Z向的一个自由度，选择N面均匀支承。当工件不断向上进给时，压向G面的

8、压料半板和N面的均匀支承便限制了Z的自由度，随着进给的继续进行钻头下钻，浮动销被钻头下压，钻头变成为新的定位装置。1.2.3 工艺路线的制定（1） 制定工艺过程由于本工序仅需一次扩孔可完成，故工艺过程比较简单，其工艺过程如下： 钻（扩孔）：按图纸要求对823.5进行扩孔至826.50.2（精度无特别要求）； 检验：按图纸要求，检查各孔的位置精度。（2） 绘制工序简图 被加工零件工序图的作用和要求被加工零件工序图是根据选定的工艺方案，表示在一台机床上或一条流水线上完成的工艺内容，加工部位的尺寸及精度，技术要求，加工用定位基准，夹压部位，以及被加工零件的材料、硬度和在本机床加工前毛坯形状的图纸。它

9、是在原有的工件图基础上，以突出本机床或自动线加工内容，加上必要说明绘制的。它是机床设计的主要依据，也是制造使用时调整机床，检查精度的重要技术文件。工件工序图所包含的内容：a 在图上表示出被加工零件的形状，尤其要设置中间导向时，应表示出工件内部筋的布置和尺寸，以便检查工件装进夹具是否相碰，以及刀具通过的可能性；b 在图上表示加工基面以及夹压方向及位置，以便依次进行夹具的支承，定位及夹压系统的设计；c 在图上表示加工表面的尺寸，精度，光洁度，位置尺寸及精度和技术条件（包括对上道工序的要求及本机床保证的部分）；d 图中还应注明被加工零件的名称、编号、材料、硬度以及被加工部位的余量；e 为了使工序图清

10、晰明了和突出本机床的加工内容，绘制时对本机床的加工部位用粗实线表示，其尺寸打上方框，其余部位用细实线表示。（3） 如图1-2所示：被加工零件加工示意图：扩圆柱孔图1-3：扩孔示意图备注： 被加工零件名称及编号：汽车轮辐8.5-20-I，STR扩孔。材料及硬度：碳结构钢Q235B 重 量：2025kg 加工余量26.5-23.5=3.0mm则每个孔的直径上加工余量为3.0mm 技术条件a 本机床加工前应保证零件图上的所有尺寸；b 本机床保证：加工后各对称孔的中心距不变；加工后的孔的尺寸为26.50.2；其余尺寸不变。1.3刀具的选择及切削用量的确定1.3.1 刀具与工艺方案的关系专用机床刀具，是

11、专用机床主要组成部分之一。刀具的选用、设计、制造正确与否，对机床的加工精度和效率有着重要影响。在专用机床上常采用多刀，复合刀具及特种刀具，从而使工序集中，机床结构简化，提高产品质量和生产效率。1.3.2 刀具的选择原则（1）如果条件允许，应该首先选取标准刀具；（2）为提高工序集中程度，或达到更高的精度，可采用复合刀具。但在确定复合刀具结构时，应尽可能采用组装式复合刀具。1.3.3 切削用量的确定（1） 切削速度式中： D工件或刀具的外径（mm）；n工件或刀具的每分钟转速（转/每分）。（2） 吃刀深度式中： D待加工表面直径（mm）d已加工表面直径（mm）2 机床总体布局2.1机床总体布局的要求

12、（1）保证给定的工艺过程要求,最大限度地考虑机床部件的通用化；（2）保证机床的刚度，精度，抗振性和稳定性，力求减轻机床的重量；（3）保证机床结构简单，且尽量采用较短的传动链，以提高传动精度和传动效率；（4）保证良好的加工工艺性，以便于机床的加工和装配；（5）保证生产安全，便于操作、调整和维修；（6）对于生产效率和自动化程度较高的机床和专用机床，应力求便于自动上、下料或纳入自动线，并便于排除铁屑；（7）尽可能减小机床的战地面积；（8）机床外形美观，大方;(9) 其它特殊要求。2.2机床总体布局方案分析在方案的拟订当中，起决定作用的是正确分析与确定机床的总体布局方案。上面叙述了各种因素对机床总体布

13、局的影响，然而就同一类机床来说，尚需对专用机床的支承部件、传动部件和执行部件等三大部分的布局进行方案分析。2.2.1 同类机床总体布局方案分析：2.2.1.1 支承部件的布局： 支承部件通常是由床身、立柱、底座、横梁、横臂等组成，这些部件或者单独使用，或者组合起来，用做机床的支承。这些部件安放位置的不同，就形成了不同的支承形式。常见的支承形式有以下几种：（1）、横“一”字支承。支承部件是床身或床身与底座的结合。由这种支承部件组成的机床称为卧式机床。（2）、竖“一”字支承。支承部件是立柱，或床身和立柱的组合。由这种部件所组成的机床，称之为立式机床。（3）、倒“丁”字机床。支承部件是床身和立柱的组

14、合。有它组成的机床称为复合式机床。（4）、侧开口行支承。支承部件是床身（或底座），立柱、横梁的组合。有它组成的机床称为单臂式机床。（5）、方框形支承。机床的支承部件由床身、横梁以及两个立柱组合而成，形成封闭的方框，其所组成的机床，称之为龙门式机床。2.1.1.2、上述机床有如下特点：（1）、立式机床、占地面积小；、动运自由度大；、操作方便，操作者可站在机床的前面，左面，右面操作；、当工作件较长时，机床的重心偏高，易造成加工时工件的振动。（2）、卧式机床的特点：、占地面积较大；、机床的重心低；有利于减少机床的振动；、机床的执行部件可以在纵横两方面移动。（3）、单臂式机床的特点； 可加工横向尺寸较

15、大的工件，但受力时横梁相当于悬臂梁，机床的刚度地较低。横梁越大，则可加工的横向尺寸越大，但刚度也就越低。（4）、龙门机床的特点： 它的支承部件组成了封闭的方框。因此，大大提高了机床的刚度。但龙门式机床的支承部件较多，结构复杂庞大布局时要特别注意，避免支承部件对操作者视线的妨碍。（5）、复合式 根据多面同时加工的需要所配置的形式。就同一类机床而言，确定机床配置部件的形式时，应注意下面问题：、机床的支承部件要有足够的刚度和较好的受力情况；、力求结构简单，维修方便；、保证较高的加工质量和生产效率；、要保证操纵的方便性、习惯性。（6）传动部件的布局：机床上的传动方案主要可分为集中传动和分离传动，无级变

16、速与齿轮变速。执行元件的布局：执行部件一般指安装刀具与工件的部件，如主轴部件，工作台部件及刀架等，2.1.1.3 汽车轮辐扩孔加工专用机床总体布局方案分析：1、单位提出的设计任务：（1）、设计为加工汽车轮辐的专用机床；（2）、在该机床上完成对零件图上十个螺栓空的扩孔加工；（3）、各孔的精度、光洁度、无特殊要求，只需保证各孔的位置度；（4）、毛坯的材料是碳结构钢Q235B；（5）、要求大批量生产。2、工艺分析：（见上）3、机床总体布局方案的确定（三方案）（1）、卧式机床：考虑到零件的夹具设计，采用卧式机床将导致零件装夹难度的增加；（2）、悬臂式机床：考虑到零件的横向尺寸不大，所以没有必要采用该形

17、式的机床；（3）、立式机床：立式机床运动自由度大，操作方便，足可以满足该零件的加工。战地面积小，动运自由度大，操作方便，操作者可站在机床的前面，左面，右面操作。综上所述，决定采用立式机床这一形式。2.3 运动联系分析本次设计的为立式钻床，该钻床采用主运动和动力源为机械联系。其传动系统如图2-1所示：图2-1：主运动传动系统1电动机，2标准减速器，3联轴器，4大齿轮，5小齿轮十个，6工作轴十根，7大齿轮轴。该机床的主运动（主轴旋转）的驱动力为机械的，由电动机经主轴箱变速传递为钻头的旋转。扩孔时，由液压驱动的工件向上做进给运动，整个扩孔过程便由两个简单的运动组成，即主轴带动钻头的主运动和液压推动工

18、件的进给运动。此机床由于机械、液压的联合作用，实现了较多的自动化动作，从而使生产率高，自动化程度高，占地面积小等特点。3 主轴箱及传动件的设计3.1主轴箱传动系统设计的一般要求1.在保证主轴的强度、刚度、转速和转向要求的前提下，力求是传动轴和轮为最少。应尽量用一根传动轴带动多根主轴；当齿轮啮合中心距不符合要求时，可采用齿轮变位的方法来凑中心距： 当 时，采用正常齿轮； 时，采用修正齿轮。式中：A实际中心矩； M为模数；、分别为两啮合齿轮齿数。2.在保证有足够强度的前提下，主轴、传动轴和齿轮的规格要尽可能少，以减少各类零件的品种；3.通常应避免通过主动主轴带动主轴，否则将增加主动主轴的负荷；4.

19、最佳传动比为11.5，但允许采用到33.5；5.尽可能避免升速传动，必要的升速最好放在传动链的最末一、二级，以减少功率损失。3.2 动力部件的选择动力部件是用以实现切削刀具的旋转和进给运动（动力头）只用于进给运动（动力滑台），是组合机床最主要的通用部件。选用何种动力部件，应当根据具体的加工工艺，机床型式，使用条件，生产条件来确定。例如：对于一般的多轴钻床和镗孔机床，可用机械或液压动力头，对于铣削、镗端面孔机床、精镗等机床，应用动力滑台配以相应的铣头，镗孔车端面头，精镗等；立式机床宜采用动力滑台或机械动力头等。总之，选用合适的动力部件，使机床具有先进的工艺水平和技术水平，以及良好的工艺效果。3.

20、3 电动机的选择计算3.3.1 电动机功率的估算3.3.1.1 钻头扩孔时的扭矩及轴向力的估算扭矩公式：轴向力公式：式中： 为钻头直径。 为工件扩孔前直径。 （查机械制造手册辽宁出版社）工件的材料为Q235碳结构钢 ， ， ， ， ， ， 。（以上轴向力、力矩公式和数值来自专用机床设计与制造黑龙江人民出版社 P679） ，则： 3.3.1.2 切削功率的计算： 专用机床设计与制造刀具转速：刀具直径。则有： 则8根钻头的总功率为：3.3.1.3 求减速器的输出功率其中：联轴器的效率；滚动轴承的效率；圆柱齿轮的效率。3.3.1.4 计算所需电动机的输出功率减速器的输出功率： ；单级标准件速器的效率

21、为： ；则：新编机械设计师手册上所需电动机的输出功率为： （取工况系数）3.3.2 选择电动机的型号3.3.2.1电动机选择时要考虑的问题：（1）由于一般生产单位多采用三相交流电源，故无特殊要求时均应选用三相交流电动机。其中以三相异步带能动机应用最多，常用为Y系列三相异步电动机。（2）电动机的功率选择是否合适，对电动机的正常工作和经济性都有影响。功率选的过小不能保证工作机的正常工作，或使电动机因超载而过早损坏；功率选的过大则电动机的价格高，能力又得不到充分的发挥，而且由于电动机经常不在满载下运转，其效率和功率因数都较低而造成能源的浪费（3）电动机的同步转速愈高，磁极对数愈少，外廓尺寸愈小，价格

22、愈低。但是电动机转速相对于工作机转速过高势必使总传动比加大，致使传动装置结构复杂，外廓尺寸增加，制造成本提高。而选用较低转速的电动机，其优缺点刚好相反。因此，在确定电动机的转速时，应进行分析比较，权衡利弊，按最佳方案选择。3.3.2.2 电动机功率的选择考虑到减速器的降速比不宜过大，所以初步选择电动机的转速 再根据所须电动机功率为。查简明机械设计手册 续表选用三相异步电动机，型号为Y160L-8，其输出功率P=7.5kw但是，根据现场使用情况输出功率7.5kw有点小，应选用输出功率为11kw的电动机，其型号为Y180L-8。其主要性能参数如表3-1所示。表3-1：电机的主要性能参数电动机的功率

23、P7.5 kw电动机满载转速n730 r/min堵转转矩 / 额定转矩2.0电动机的效率0.86电动机的重量175kg3.3.2.3 电动机的安装型式选用基本结构型式，机座不带底脚，端盖有凸缘。安装结构型式为，制造范围（机座号）为80-315。其示意图如图3-1所示：图3-1：电动机的安装示意图主要安装型式尺寸如下表3-2所示。表3-2：电动机的安装尺寸电动机轴伸直径D48mm电动机轴伸长度E18mm轴伸上键槽的尺寸14mm9mm电动机法兰外径尺寸350mm电动机法兰内径尺寸250mm电动机法兰螺栓孔均不圆直径300mm法兰螺栓孔的数量和直径419电动机的总高度L78mm3.4减速器的选择电动

24、机额定功率为，电动机的转速考虑到降速比不宜过大，这样功率损失比较严重。所以选择单级减速器，另外如果降速比过小，减速器输出的转速将会比较高，这样会使主轴箱的速比加大， 从而使大小齿轮的齿数比加大，这样的话工作轴的转速就会升高。综合考虑后，选择的标准减速器的型号为：NGWL 3 19 GB372484NGW行星齿轮减速器L表示立式3机座号1表示单级减速器9第9种传动比，公称传动比i=8JB372484标准号所选单级减速器高速轴许用输入功率为11.2kw大于电动机的额定11kw减速器与电动机的连接是直连式，减速器的主要外形和安装尺寸如表3-3所示。表3-3：减速器的主要外形和安装尺寸法兰外径430m

25、m法兰内径330mm法兰上螺栓均布的圆周直径380mm法兰上螺栓孔的直径和个数n-618mm法兰的厚度6mm减速器轴伸直径d70mm减速器轴伸长度l85mm轴与键的总高度t74.5mm键的宽度b20mm减速器的重量120kg减速器的长度L按所配电机确定3.5 齿轮齿数的确定由被加工零件的工作图可以看出：十根扩孔钻分布的圆周直径为。即十个小齿轮的分布圆直径也是d=336mm。主轴箱里齿轮的分布简图如图3-2所示： 图3-2：主轴箱大小齿轮的分布1大齿轮分度圆直径；2小齿轮分度圆直径；3十个小齿轮的分布圆直径。初选齿轮的模数为m=3mm（厂方经现场实践，要求至少用此模数）由公式： 式中： 小齿轮齿

26、数；小齿轮齿数。带入数据得齿数和：+=112大齿轮的转速（经过减速器）式中：电动机转速n=730r/min标准减速器的公称传动比i=8查阅手册资料，扩孔钻的转速一般在200r/min左右，不超过28r/min，这也是小齿轮的转速。所以取小齿轮的转速即：大小齿轮的传动比查机械制造装备设计表3-6，可选：小齿轮的齿数：=29； 大齿轮的齿数：=112-27=83。4 液压系统的设计4.1液压系统设计要求的提出根据工厂的实际生产和加工情况，以及厂方提出的具体要求，在设计多轴钻床液压系统的时候重点考虑以下技术要求：（1） 加工对象为8孔汽车轮辐；（2） 其为成批生产，为提高效率，系统应能满足自动化要求

27、；（3） 工作台快进速度为0.072m/s，工进速度为；（4） 系统发热量小；（5） 维修方便。4.2 液压系统方案设计4.2.1 概述根据主机的工作情况、主机对液压系统的技术要求、液压系统的工作条件和环境环境条件以及成本、经济性、经济性、供货情况等诸多因素，进行全面、综合的设计，从而拟定出一定各方面比较合理的、可实现的液压系统的方案。其内容包括：油路循环方式的分析与选择，油源形式的分析与选择，液压回路的分析、选择与合成，液压系统原理图的拟定、设计与分析。4.3 工况分析与初定液压系统的主要参数4.3.1 工况分析为了使设计的液压系统合理、实用，必须对其进行工况分析，以明确机构在运动过程中的运

28、动规律和负载的大小及其变化规律。多轴钻床的液压系统主要是在多轴钻床工作时，活塞杆推动工作台进给和后退。下面将对机构进行运动分析和负载的分析以便确定所设计的液压系统的主要参数。4.3.1.1 负载分析液压缸推动工作台做直线往复运动，其克服的主要负载有：工作负载 ；摩擦负载 ；惯性负载 ；重力负载 ；弹簧压力 。受力示意图如图5-1所示：图4-1：液压系统受力示意图1液压缸推力；2摩擦负载；3重力负载；4摩擦负载；5工作负载；6弹簧压力。（1） 工作负载多轴钻床的工作负载即为扩削时钻头产生的轴向力，参考同组同学的计算结果：式中： 单个钻头扩削时所受轴向力（2）摩擦负载摩擦负载主要包括两个方面，一个

29、是工作台的8个滑块与方形柱面之间产生的摩擦力，二是液压缸密封装置的摩擦阻力。其中，滑块与方形柱面间的摩擦力包括两个部分，动摩擦和静摩擦。式中： 作用在单个柱面的预紧力 柱面与滑块间的摩擦系数取 ，则： 液压缸密封装置的摩擦阻力计入液压缸的机械效率中，（取液压缸的机械效率）。（3） 惯性负载惯性负载是活塞，活塞杆，夹具和工件，工作台在加速和制动的过程中的惯性力，其平均值：式中：重力加速度启动或制动时间时间内的速度变化值运动部件的重量则：（4） 重力负载工作台及其上部件垂直作用在液压缸活塞杆上的力，（5） 弹簧压力弹簧的压力值界于零到最大值之间，计算其最大值，式中：弹簧的弹性系数弹簧的最大压缩工作

30、台液压缸在各工况阶段的负载值列于表4中表4各阶段负载值工况负载计算公式液压缸负载F（N）液压缸推力F0（N）启动39564164加速3999428快进39404147工进65186861反向启动-4160-4227反向加速-3957-4165快退-3908-4114负载循环图如图42所示：图42：负载循环图4.3.2运动分析根据给定条件，快进，快退速度为.，其行程分别为：和，工进速度为，给出速度循环图如图5所示：图43：速度循环图4.4 液压缸的设计计算与选定4.4.1 初选液压缸的工作压力根据液压缸推力为：6865，查机床设计手册并参照同类机床，初选液压缸的工作压力为。4.4.2 确定液压缸

31、的尺寸由于多轴钻床工作台运动速度较为简单，因此选用单活塞杆液压缸。管路中有压力损失，又因管路相对不复杂，快进时回油路压力损失取，快退时回油路压力损失取，快退时，因工作台的重力负载和惯性负载，在液压缸进油回路上加背压阀，取背压值为。根据，参照同类机床取液压缸内径，根据公式，可求出液压缸活塞杆的直径为：将其圆整为就近的标准值，得，于是液压缸的实际有效工作面积为： 4.4.3 液压缸工作循环中各阶段的压力，流量和功率计算表4：各工况压力流量及功率计算值工况计算公式液压缸（）快进启动395609.40.41376加速39992.59.5恒速39402.59.4工进651805.60.003720.2快

32、退启动-416005.90.41198加速-395755.5恒速-390854.6 4.4.4 绘制液压缸工况图根据表4计算结果，分别绘制，和图，如图44所示。图4-4：，和图4.5 确定液压系统图4.5.1 液压系统原理图设计4.5.1.1油路循环方式的分析与选择液压系统油路循环方式分为开式和闭式两种，它们各自的特点及其相互比较见表4-3。开式系统闭式系统油液循环方式 开式闭式散热条件较方便，但油箱较大较复杂、须用辅泵换油冷却抗污染性较差，但可采用压力油箱或呼吸器来改善较好，但油液过滤要求较高系统效率 管路压力损失较大。用节流调速时效率低管路压力损失较小，容积调速时，效率较高限速、制动形式用

33、平衡阀进行能耗限速，用制动阀进行能耗制动，引起油液发热液压泵由电动机拖动时限速及制动过程中拖动电机能向电网输电，回收部分能量，即是再生限速（可省去平衡阀）及再生制动其他对泵的自吸性能要求高对主泵的自吸性能要求低 表43：开式系统与闭式系统的比较油路循环方式的选择主要取决于液压系统的调速方式和散热条件。一般来说，凡备有较大空间可以存放油箱且不需另设散热装置的系统。要求结构尽可能简单的系统，采用节流调速或容积一节济调速 的系统，均宜采用开式系统。例如，泵向多个液压执行元件供油且功率较小的机器（如组合机床、磨床等）、内燃机驱动的机器（如铲车、高空作业车、液压汽车起重机，装载机及挖掘机等）以及固定式机

34、械。凡允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，对工作稳定性和效率有较高要求的系统、采用容积调速的系统，都宜采用闭式系统，对工作稳定性大且换向频繁的机构（如一些起重机的旋转、运行机构及龙门刨床，拉床的工作台等）、重力下降机构（如不平衡类型的起升、动臂摆动机构等）、要求结构特别紧凑的运动式机械（如液压汽车平板车、拖拉机、矿车及飞机等）。大型货轮的舵、工程船舶调距桨等系统也常用闭式系统。开式系统油路组合方式的分析与选择：当系统有多个液压执行元件时，开式系统按油路的不同连接方式，又可分为串联、并联、独联以及它们的组合复联等。（1） 串联 串联方式除第一个液压执行元件的进油口和最后一个执行

35、元件的回油口分别与液压泵和油箱连接外，其余压执行元件的进、出口依次相连。这种连接方式的特点是多个液压执行元件同时动作时，其运动速度不随外负载而变，故轻载时可多个液压执行远件同时动作；但液压泵的压力负担重，受原动机功率限制，故重载时不宜多个液压执行元件同时动作。另外，系统的压力损失也较大。串联连接方式适用于中小型工程机械液压系统、单泵供油的工程机械的行走机构，以保证行走的直线性。（2） 并联 在并联连接方式中，液压泵与所有液压执行元件的进油口相连，而其回油口都接油箱。 这种连接方式的特点是多个液压执行元件同时动作时，负载小的液压执行元件的速度会增大，但液压泵的压力负担轻，为任一液压执行远件的负载

36、压力与其相应回路的压力损失之和。并联连接方式适用于多个液压执行元件不要求同时动作；或要求同时动作但功率较小，或工作时间较短的，如机床、机械手等；也常用于大型工程机械的双液压泵双回路系统。4.5.2 选择液压回路4.5.2.1 调速回路由工况图41可知，该多轴钻床液压系统功率小，因此选用节流调速方式，工进时用进油路节流阀来保证速度稳定，快退时利用节流阀产生背压，在回油路上产生阻尼作用。前面介绍的三种基本回路其速度的稳定性均随负载的变化而变化，对于一些负载变化较大，对速度稳定性要求较高的液压系统，可采用调速阀来改善起速度-负载特性。采用调速阀也可按其安装位置不同，分为进油节流、回油节流、旁路节流三

37、种基本调速回路。 其工作原理与采用节流的进油节流阀调速回路相似，在这里当负载F变化而使p1变化时，由于调速阀中的定差输出减压阀的调节作用，使调速阀中的节流阀的前后压差p保持不变，从而使流经调速阀的流量q1不变，所以活塞的运动速度v也不变。由于泄漏的影响，实际上随负载F的增加，速度v有所减小。在此回路中，调速阀上的压差p包括两部分：节流口的压差和定差输出减压口上的压差。所以调速阀的调节压差比采用节流阀时要大，取p585Pa，。这样泵的供油压力pB相应地比采用节流阀时也要调得高些，故其功率损失也要大些。这种回路其他调速性能的分析方法与采用节流阀时基本相同。综上所述，采用调速阀的节流调速回路的低速稳

38、定性、回路刚度、调速范围等，要比采用节流阀的节流调速回路都好，所以在多轴钻床的液压系统中应用调速阀进行速度（流量）的调节。4.5.2.2 换向回路和卸荷回路多轴钻床工作台采用单活塞杆液压缸驱动，由工况图知，系统压力和流量都不大，同时考虑工作台工作一个循环后须换装工件。为方便工作台的，选用三位四通型电磁换向阀，并由电气行程开关实现自动换向，换向阀应用中间位置卸荷，活塞可以在行程上的任何位置锁紧。由于滑阀内部的泄露，再加上快退时受负的负载，故不能有效锁紧，但可以用在这种锁紧要求不高的场合下，这种系统比较简单和廉价。4.5.2.3 压力控制回路由于液压系统流量较小，钻床工作台进给时，采用进油路节流调

39、速。故选用内反馈限压式变量叶片泵供油比较简单，经济。维持液压泵出口压力恒定。4.5.3 液压系统合成根据以上选择的液压基本回路，合成图5-5所示的定量泵节流调速液压系统。图4-5：液压系统原理图1.油箱 2.内反馈控制回路 3.变量叶片泵 5. 三位四通电磁换向阀6.两段式调速阀 7.液压缸 8.电磁芯 9.电动机 8.液压系统的工作原理：图4-6支撑杆如图所示的多轴钻床工作台液压传动原理图，液压泵3由电动机带动，从油箱1中吸油，然后将具有压力能的油液输送到管路，油液通过管路流至三位四通换向阀5，换向阀有三个不同的工作位置，因此通路情况不同。当阀芯处于中间位置时，同向液压缸的油路被堵死，液压缸

40、不能通压力油，所以工作台停止不动。若将阀芯向左推，这时压力油流入液压缸的左腔，压力油流入换向阀，活塞7在液压缸下腔压力油的作用下推动工作台向上运动，液压缸上腔的油通过换向阀流回油箱。若将换向阀5的阀芯右推（右端工作位置），活塞带动工作台向下移动。因此换向阀5的工作位置不同时，就能改变压力油的通路，使液压缸不断换向，以实现工作台所需要的往复运动。根据加工要求的不同，工作台的移动速度可以通过两段式调速阀6来调节，利用改变两段式调速阀开口的大小来调节通过的流量，以控制工作台的运动速度。工作台运动时，由于工作情况的不同，要克服的阻力也不同，不同的阻力都是由液压泵输出油液的压力能来克服的，系统的压力可通

41、过内反馈限压式变量叶片泵3来调节。当系统中的油压升高到稍高于溢流阀的调定压力值时，溢流阀上的钢球被顶开，油液经溢流阀排回油箱，这时油压不再升高，维持稳定值。为保持油液的清洁，设置了过滤器8，将油液中的污物杂质去掉，使系统能够正常工作。4.6 液压元件的计算与选择4.6.1计算液压泵的工作压力泵的工作压力按下列公式确定：式中：执行元件最大工作压力系统进油路压力损失。初算，由于系统管路简单且采用节流阀调速，取，考虑到系统的动态压力因素影响，液压泵的额定工作压力为：4.6.2计算液压泵的流量泵的流量应按执行元件的工况图上的最大流量和系统的泄露量来确定式中：K液压系统泄露系数系统的最大流量根据，和选定

42、限压式变量泵型式，查手册选用型反馈式变量叶片泵。4.6.3确定液压泵电动机的功率在一个工作循环中，液压泵压力和流量变化不是很大，则电机的功率为：查电工手册选取1kw的电动机。4.6.4选择控制阀依据系统的最高压力和通过阀的最大流量来选取控制阀，查手册选取标准元件如表所示。选取各三位四通阀的主要技术参数如4-4所示：表4-4：三位四通阀的主要技术参数序号控制元件名称型号规格技术数据实际流量系统流量的压力损失1三位四通电磁换向阀34DY-63M2P=泄荷两段式调速阀的型号和主要技术参数如图4-6所示：图4-7：两段式调速阀的型号和主要技术参数4.6.5选择油管和管接头（） 油管在整个液压系统中，处

43、在不同位置的油管应相应地采用不同类型的油管，以便取得较好的效果。因为油管的选择是否恰当，对液压系统的工作可靠性、安装合理性和维修方便性等都有影响。同时不同类型的有关具有不同的特性和最佳使用场合，比如钢管，它能承受高压、耐油、抗腐蚀性和钢性好的特点。主要使用于中、高压系统。而铜管它易弯曲，承受的压力也较高，但价格高，抗振能力弱，只用于液压装置配接不方便的地方。至于软管，主要用于两个相对运动之间的连接。这里我们在液压系统的连接中，在进油管路上选用焊接钢管。钢的价格低廉，性能好，使用也最广泛，在换向阀与液压缸之间亦才用钢管连接。 油管尺寸：根据所选择的液压系统所选择的元器件确定其管道尺寸，由调速阀的

44、规格查得为16mm。4.6.6 油箱的设计 油箱的作用及设计要求合理确定油箱容量是保证液压系统正常工作的重要条件，参照同类机床和有关技术资料，拟出油箱的作用及设计要求：油箱在液压系统中主要用于储存系统所需要的油液，散发热量；分离混进油液中的空气和沉淀油中的污物。考虑设计要求： 有足够的刚度，防止扭曲，以安装其他元件。 设置漏油边，以便在元件时，防止油液漏到地面。 设置油箱清洗盖，其开口大小可以触及到箱内各个角落。 油箱底为倾斜式，并在最底处设置放油塞，以便排空和清洗油箱。 为改善油箱散热，便于清晰和搬运，油箱有一定的离地高度。 设置液位计，以便在外面观察液面高低和液位的变化情况。 设置空气滤清器，以便油箱内通气和净化抽吸的空气，但必须注意滤清器 空气流量要大于油箱最大的浮动体积。该滤清器亦为加油口，故需配置过滤器。 进入油箱的吸油管及回油管应尽量阁开，吸油管离箱底应（管径），距箱边不小于3D。回油管要伸入液面以下，距箱底，以防止回油时带进空气。油管的排口面向箱壁，管端斜切成45。 选择开式油箱：应用广泛，油箱内液面与大气相通，为减