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1、 攀枝花学院本科课程设计（论文） 专用铣床液压系统设计学生姓名： 王伟程 学生学号： 201110601152 院（系）： 机械工程学院 年级专业： 11级机制 1 班 指导教师： 张勇 二0一四年 六 月 攀枝花学院教务处制附件2:攀枝花学院本科学生课程设计任务书题目专用铣床液压系统设计1、课程设计的目的 通过对此次液压系统的设计，在完成液压回路设计的过程中，强化对液压元器件性能的掌握，理解不同回路在系统中的各自作用。能够对学生起到加深液压传动理论的掌握和强化实际运用能力的锻炼。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）1 明确机床对液压系统的要求，进行工作过程分析。2
2、初步确定液压系统的参数，进行工况分析和负载图的编制。3 确定液压系统方案，拟订液压系统图。工作压力的确定。工作压力和流量的确定。4 选择液压元件和确定辅助装置。换向方向的确定。快进转工进控制方式的选择。终点控制方式的选择。快速运动的实现和供油部分的设计。夹紧回路的确定。5 液压系统的性能验算，回路压力损失验算。6. 液压装置的结构设计，绘制工作图及编制技术文件。要求学生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，根据液压元件、各种液压回路的基本原理，独立完成液压回路设计任务。3、主要参考文献1 王积伟，章宏甲，黄谊.主编. 液压传动. 机械工业出版社.2006.122 成大先. 主
3、编.机械设计手册单行本机械传动. 化学工业出版社2004.13 张利平液压传动系统及设计 M北京：化学工业出版社，20054 路甬祥主编.液压气动技术手册.北京.机械工业出版社.20025 雷天觉主编.液压工程手册.北京.机械工业出版社.19904、课程设计工作进度计划明确机床对液压系统的要求，进行工作过程分析2学时；初步确定液压系统的参数，进行工况分析和负载图的编制12学时；确定液压系统方案，拟订液压系统图8学时；选择液压元件和确定辅助装置8学时；液压系统的性能验算2学时；液压装置的结构设计，绘制工作图及编制技术文件8学时，合计1周指导教师（签字）日期年 月 日教研室意见：年 月 日学生（签
4、字）： 接受任务时间： 年 月 日注：任务书由指导教师填写。附件3: 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
5、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，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
6、，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 随着科学技术和工业生产的飞跃发展，国民经济各个部门迫切需要各种各样的质量优、性能好、能耗低、价格廉的液压机床产品。其中，产品设计是决定产品性能、质量、水平、市场竞争能力和经济效益的重要环节。产品的设计包括液压系统的功能分析、工作原理方案设计和液压传动方案设计等。这些设计内容可作为液压传动课程设计的内容。很明显，液压系统设计本身如果存在问题，常常属于根本性的问题，可能造成液压机床的灾难性的失误。因此我们必须重视对学生进行液压传动设计能力的培养。 作为一种高效率的专用铣床，专用铣床在大批
7、、大量机械加工生产中应用广泛。本次课程设计将以专用铣床液压系统设计为例，介绍该组合机床液压系统的设计方法和设计步骤，其中包括专用铣床的液压系统的工况分析、主要参数确定、液压系统原理图的拟定、液压元件的选择以及系统性能验算等。目前专用铣床主要是端面、双面组合镗铣床、重型台式铣镗床、对头铣镗床、万能铣镗床他们广泛用于大、中、小型金属，非金属材料的零件加工，适应安装各种类型通用及专用工具，可加工平面、凸台、孔、导轨面，燕尾槽及T型槽等，能进行强力高速切削，是机械加工的理想设备。关键词 专用铣床，液压传动系统，设计ABSTRACT With the rapid development of scien
8、ce and technology and industrial production, all sectors of the national economy urgently needs a wide variety of excellent quality, good performance, low power consumption, cheaper prices hydraulic machine tools. Among them, the product design is to determine the important aspects of product perfor
9、mance, quality, market competitiveness and economic efficiency. Product design, including functional hydraulic system analysis, program design and working principle of hydraulic transmission scheme design. These design elements can be used as hydraulic drive curriculum content. Obviously, the hydrau
10、lic system design itself if there is a problem, often belonging to the fundamental problems that may result in catastrophic failure of the hydraulic machine. Therefore, we must pay attention to the students ability to design hydraulic transmission.As a special high efficiency milling machine, millin
11、g machine dedicated in large, large number of machining a wide range of production applications. The curriculum design will be dedicated milling machine hydraulic system design as an example, the combination of hydraulic system design methods and design steps, including special conditions milling ma
12、chine hydraulic system analysis to determine the main parameters of the hydraulic system schematic formulation, hydraulic component selection and system performance checking and so on.Currently dedicated mainly end face milling, boring and milling machine combination sided, heavy-duty desktop millin
13、g and boring, boring and milling head, universal milling and boring they are widely used in large, medium and small metallic, non-metallic materials, parts processing, adaptation and installation of all types of generic special tools, machine plane, bosses, holes, rail surface, the dovetail slot and
14、 T-slot, etc., can be a powerful high speed cutting machining is the ideal equipment.Key words Special milling machine, hydraulic system ，design目 录摘 要IABSTRACTII绪论11 设计题目21.1设计题目22 工况分析22.1负载分析22.2运动分析43 确定液压缸的参数53.1初选液压缸的工作压力53.2确定液压缸的尺寸53.3液压缸工作循环中各阶段的压力、流量和功率的计算值63.4绘制液压缸工况图.64 液压系统图的拟定94.1 制定液压回
15、路方案94.1.1.油源型式及压力控制94.1.2.调速回路104.1.3.换向回路与快速运动回路及连接方式104.1.4.辅助回路104.2 拟定液压系统图115 液压元件的选择115.1 液压泵及驱动电机的选择115.1.1.液压泵的最高工作压力计算115.12液压泵的流量计算115.1.3.确定液压泵的规格125.1.4确定液压泵驱动功率及电机的规格、型号135.2 阀类元件及辅助元件的选择135.3油管的选择145.4 油箱的计算146 液压系统性能的验算146.1 验算系统压力损失并确定压力阀的调整值146.1.1快进146.1.2 工进146.1.3快退146.2 油液温升验算15
16、参考文献18总结19致谢20绪论1 设计题目1.1设计题目设计一台专用铣床，铣头驱动电机的功率为7.8千瓦，铣刀直径为120mm，转速350转/分，如工作台质量为410公斤，工件和夹具的质量为150公斤，工作台的行程为400mm，工进行程为100mm，快进快退速度为4.1米/分，工进速度为60-1000毫米/分，其往复运动的加速（减速）时间为0.05秒，工作台用平导轨静摩擦系数，动摩擦系数，试设计该机床的液压系统。设计参数铣头驱动电机的功率（KW）： P=7.8 铣刀直径（mm）： D=120 工作台质量（Kg）： M=410 工件和夹具的质量（Kg）： M=150 工作台快进、快退速度（m/
17、min）：V= 4.1工进速度 (mm/min) V= 60-1000工作台液压缸快进行程（mm）： L1=400 工作台液压缸工进行程（mm）： L2=100 工作台导轨面静摩擦系数： 工作台导轨面动摩擦系数： ， 往复运动的加速（减速）时间（t）：Dt=0.05 2 工况分析2.1负载分析 铣床工作台液压缸快进阶段，启动时的外负载是导轨静摩擦阻力，加速时的负载是导轨动摩擦阻力和惯性力，恒速时是动摩擦阻力，在快退阶段的外负载是动摩擦阻力，铣床工作台液压缸在工进阶段的外负载是工作负载，即刀具铣削力及动摩擦阻力。根据给定条件，先计算工作台运动中惯性力，工作台与导轨的动摩擦阻力和静摩擦阻力 (2-
18、1)(N) (2-2)(N) (2-3)其中，(N)(N)(N)由铣头的驱动电机功率可以求得铣削工作负载： (2-4)其中所以，（N）同时考虑到液压缸密封装置的摩擦阻力（取液压缸的机械效率），工作台的液压缸在各工况阶段的负载值列于表2-1中，负载循环图如图2-1所示。表2-1 铣床工作台液压缸外负载和推力计算结果工况负载计算公式液压缸负载F(N)液压缸推力（N）起动11201244加速15291699快进560622工进41094566反向起动11201244反向加速15291699快退560622 图2-1液压缸负载循环图 .2.2运动分析根据给定条件，快进、快退速度为0.081m/s，其行
19、程分别为294mm和426mm，工进速度为601000mm/min（即0.0010.0167m/s），工进行程134mm，绘出速度循环图如图2-2所示 图2-2 液压缸速度循环图初选液压缸的设计压力为Pa.3.2确定液压缸的尺寸 由于铣床工作台快进和快退速度相同，因此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Pa,选取背压Pa。确定液压缸尺寸取液压缸无杆腔作工作腔列液压缸力的平衡方程：专用铣床液压缸力的平衡图根据,可求出液压缸大腔面积为 (3-1
20、) (3-2)根据GB2348-80圆整成就近的标准值，得D=120mm，液压缸活塞杆直径，根据GB2348-80就近圆整成标准值d=85mm，于是液压缸实际有效工作面积为 (3-3) (3-4)3.3液压缸工作循环中各阶段的压力、流量和功率的计算值表3-1 液压缸在不同阶段的压力、流量和功率值工况推力F/N回油腔压力进油腔压力P1MPa输入流量qL/min输入功率P/kw计算公式快进起动124400.24加速16990.94恒速622 0.7220.50.25工进456632.050.66110.0230.38快退起动124400.21加速16990.61.4恒速6221.224.6 0.4
21、93.4绘制液压缸工况图根据表3-1计算结果，分别绘制p-L、Q-L和P-L图，如图3-1所示 p-L图 Q-L图P-L图4 液压系统图的拟定4.1 制定液压回路方案4.1.1.油源型式及压力控制 这台机床液压系统功率很小，滑台运动速度低，工作负载变化小，可以采用进口调速回路的形式。为了解决进口调速回路在负载变化时的突然前冲现象，回油路上要设置背压阀。由于液压系统选用了节流调速的方式，系统中的油液循环必定是开式的。从系统压力流量表1-3中可以看到，在液压系统的工作循环内，液压缸要求压力变化不大。快进、快退所需的时间和工进所需的时间分别为： （4-1） （4-2）所以工进时间占总时间的比率为：
22、（4-3）因此从节能和节约成本的角度考虑，采用单个液压泵就可以满足系统的工作要求 工况图表明，系统的压力和流量均较小，故可采用单定量泵供油油源和溢流阀调压的方案，如图4-1所示：4.1.2.调速回路 铣床加工零件时，有顺铣和逆铣两种工作状态，故选用单向调速阀的回油节流调速，如图4-3所示。由于已经选用节流调速回路，故系统必然为开式循环。4.1.3.换向回路与快速运动回路及连接方式 换向回路选用了三位四通“O”型中位机能的电磁换向阀实现液压缸的进退和停止，如图4-2所示。采用二位三通电磁换向阀实现液压缸快进时的差动连接，如图4-4所示。由于本机床工作部件终点的定位精度无特殊要求，故采用行程控制方
23、式即活动挡块压下电气行程开关，控制换向阀电磁铁的通断电以及死挡铁即可实现自动换向和速度换接。4.1.4.辅助回路 在液压泵进口设置一过滤器以保证吸入液压泵的油液清洁，出口设一单向阀以保护液压泵，在该单向阀与液压泵之间设一压力表及其开关，以便溢流阀调压和观察，如图4-5所示。 图4-1液压油源的选择 图4-2换向回路 图4-3 速度换接回路图4-4 差动回路图4-5 辅助回路4.2 拟定液压系统图 在制定个液压回路方案的基础上，经整理所得到的液压系统原理图如图。由电磁铁动作顺序表更容易了解系统的工作原理及各工况下的油液流动路线。5 液压元件的选择5.1 液压泵及驱动电机的选择5.1.1.液压泵的
24、最高工作压力计算 液压缸在整个工作循环中的最大工作压力出现在工进阶段，其值为2.05MPa，由于进油路元件较少，故液压缸间的进油路上的压力损失估取为0.5MPa，则泵的最大工作压力应为：5.1.2液压泵的流量计算 泵的供油流量按液压缸的快进（恒速时）阶段的流量q=4.03L/min进行估算。由于系统流量较小，故取泄漏系数K=1.3，则液压泵供油流量应为 =1.3*20.5=17.7(L/min)5.1.3.确定液压泵的规格 根据系统所需流量，拟初选液压泵的转速为1450 r/min，泵的容积效率为=0.8，由此可得泵的排量参考值为=1000/（n1*）=1000*4.03/(1450*0.8)
25、=4.474()根据以上压力和流量数值查阅产品样本，最后确定选取YB1-6型叶片泵，泵的额定压力为=14MPa,液压泵的理论排量为: ，容积效率=0.8，泵的额定转速为1800r/min。输出流量为， 比系统所需的流量稍大。5.1.4确定液压泵驱动功率及电机的规格、型号 由于液压缸在快退阶段的输入功率最大，这时液压泵的工压力为1.507MPa、流量为4.03L/min。取泵的总效率，则液压泵的驱动电机的所需功率为： （5-1）根据此数值按JB/T8680.11998，查阅电动机产品样本选取Y801-4型三相异步电动机，其额定功率为，额定转速。用此转速驱动液压泵时，泵的实际输出流量为6.67L/
26、min，仍能够满足系统工作时各工况对流量的要求。5.2 阀类元件及辅助元件的选择根据阀类及辅助元件所在的油路的最大工作压力和通过该元件的最大实际流量，可以选出这些液压元件的型号及规格见表5-1，表中序号与图4-6中标号相同。表5-1 元件的型号及规格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34.56632.50.02XU-B16X100 2定量叶片泵29.2534.5614HUPVC-F30-A1-O23异步电机Y100L2-44溢流阀34.56636.3YF3-10B5压力表开关6.3AF6EP30/Y636单向阀 34.568
27、0160.2AF3-Ea10B7三位四通电磁阀4.586160.534DF3-E4B8单向调速阀4.266.316AQF3-6aB9二位三通电磁换向阀4.26106.323D-10B10液压缸自行设计5.3油管的选择各元件间连接管道的规格按元件接口处尺寸决定，液压缸进、出口油管则按输入、排出的最大流量计算。由于液压泵具体选定之后液压缸在各个阶段的进、出流量由节流阀与调速阀决定，故液压缸在各个阶段的进、出流量均可调整到与原定数值相同，进出液压缸无杆腔的流量，在快退和差动工况时为，所以管道流量按计算。液压缸在各阶段的进、出流量及流速表5-2：表5-2 液压缸的进、出流量及流速流量流速快进工进快退输
28、入流量L/min排出流量L/min运动速度m/min由表中数据可知所选液压泵的型号、规格是适宜的。由表3-1可知，该系统中最大压力小于3MPa，油管中流速取2.53m/s；所以当油液在压力管中流速取3m/min时，公式 （5-3）可算得与液压缸无杆腔相连的油管内径分别为：故可取内径为的管道。故可取内径为管道。5.4 油箱的计算油箱容积公式 (5-4）估算，当取为6时，求得其容积为：按JB/7938-1999规定，取标准值V=250L 6 液压系统性能的验算6.1 验算系统压力损失并确定压力阀的调整值由于系统的油路布置尚未具体确定，整个系统的压力损失无法全面估算，故只能先按式估算阀类元件的压力损
29、失，待设计好管路布局图后，加上管路的沿程损失和局部损失即可。但对于中小型液压系统，管路的压力损失甚微，可以不予考虑。压力损失的验算应按一个工作循环中不同阶段分别进行。6.1.1 快进滑台快进时，液压缸差动连接，由表5-1和表5-2可知，进油路上油液通过单向阀6电磁换向阀7的流量是34.56L/min，然后与有杆腔的回油汇合，以76.03L/min通过行程阀7并进入无杆腔,从而进油路上的总压降为：(6-1)此压力值不大，不会会使压力阀打开，故可保证从节流阀流出的油液全部进入液压缸。回油路上，液压缸有杆腔中的油液通过电液换向阀9的流量是34.56L/min，然后与液压泵的供油合并，经行程阀7流入无
30、杆腔。由此可算出快进时有杆腔压力与无杆腔压力之差。 (6-2)此值小于原估计值0.5MPa（见表3-1），所以是偏安全的。6.1.2 工进工进时，油液在油路上通过单向阀6和电磁换向阀7的流量为0.6611L/min，在调速阀8处的压力损失为0.5MPa；油液在回油路上通过换向阀2的流量是0.366L/min，在背压阀4处的压力损失为0.5MPa，通过顺序阀10的流量为（0.366+6.67）L/min，因此这时液压缸回油腔的压力为: (6-3)可见此值小于原估计值0.8MPa。故可按表3-1中公式重新计算工进时液压缸进油腔压力，即： (6-4)此值与表3-1中数值2.330MPa相近。溢流阀4
31、的调压应为: (6-5)6.1.3快退快退时，油液在进油路上通过单向阀6、电磁换向阀7的流量为34.56L/min，油液在回油路上通过换向阀2和单向阀3的流量为34.56L/min.因此进油路上总压降为： (6-6)此值较小，液压泵驱动电机的功率是足够的。所以快退时液压泵的最大工作压力应为： (6-7)因此大流量液压泵卸荷的顺序阀11的调节器压应大于2.286MPa。6.2 油液温升验算液压系统总发热功率计算液压泵输入功率： (6-8)工进时液压缸有效功率： (6-9)系统总发热功率： (6-10)温升近似值如下： (6-11)温升没有超出允许的范围，液压系统中不需要设置冷却器。 总 结一个星
32、期的时间，课程设计终于完成了。在这个过程中我对书本有了更深的了解，学到了很多有价值东西，能达到这样的效果是所有曾经指导过我的老师，帮助过我的同学，对我的教诲、帮助和鼓励的结果。我要在这里对他们表示深深的谢意！液压传动课程设计是液压传动课程的一个重要环节，它可以让我们进一步巩固和加深学生所学的理论知识，通过设计把课程中所获得的理论知识在设计实践中加以综合运用，使理论知识和生产实践密切的结合起来。本次设计是我们学生首次进行完整综合的液压系统设计，它让我树立了正确的设计思想，培养了我对机械工程液压设计的独立工作能力；让我具有了初步的液压构件选型与组合和确定传动方案的能力；为我今后的设计工作打了良好的
33、基础。此次课程设计，让我感觉做一个大学生原来也可以这么辛苦。但是，所有的这一切，都是值得的，它让我感觉大学是如此的充实。参考文献1 王积伟，章宏甲，黄谊.主编. 液压传动. 机械工业出版社.2006.122 成大先. 主编.机械设计手册单行本机械传动. 化学工业出版社2004.13 张利平液压传动系统及设计 M北京：化学工业出版社，20054 路甬祥主编.液压气动技术手册.北京.机械工业出版社.20025 雷天觉主编.液压工程手册.北京.机械工业出版社.1990致 谢本论文是在张勇老师的悉心指导下完成的。张老师对液压设计方面有着渊博的知识，在张老师孜孜不倦的指导下使我们在整个设计过程中学到了许多在课本上无法学到的知识。我们学会了对液压系统的设计。老师严谨的治学态度，渊博的知识，敏锐的洞察力，和孜孜不倦的教导使我们受益匪浅。有了老师的细心帮助，我少出很多的错误，少走很多的弯路。并且在这段期间和老师多了很多的接触，使我们建立了十分友好的师生情义。这使我感到我们既是师生关系，又是知心的朋友。老师在学业上给了我很大的帮助，在此论文完成之际，我谨向辛苦教导我的老师表示崇高的敬意和衷心的感谢。最后，向所有曾在学习、生活和工作等各方面给与我关心、支持、和帮助的辅导员、老师、同学和朋友表示我衷心的感谢！
