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毕业设计半自动液压专用铣床液压系统设计精品半自动液压专用铣床液压系统 摘 要 本次毕业设计的是半自动液压专用铣床的液压设计，专用铣床是根据工件加工需要，以液压传动为基础，配以少量专用部件组成的一种机床。在生产中液压专用铣床有着较大实用性，可以以液压传动的大小产生不同性质的铣床。此次设计主要是将自己所学的知识结合辅助材料运用到设计中，巩固和深化已学知识，掌握液压系统设计计算的一般步骤和方法，正确合理的确定执行机构，选用标准液压元件，能熟练的运用液压基本回路，组成满足基本性能要求的液压系统。在设计过程中最主要的是图纸的绘制，这不仅可以清楚的将所设计的内容完整的显示出来，还能看出所学知识是否已完全掌握了。 整个设计过程主要分成六个部分：参数的选择、方案的制定、图卡的编制、专用铣床的设计、液压系统的设计以及最后有关的验算。主体部分基本在图的编制和液压系统的设计两部分中完成的。 关键词 专用铣床，液压传动，回路，夹具 I - - 沈阳工程学院毕业设计 Abstract The graduation design is semi-automatic hydraulic special milling machine, hydraulic design special milling machine is based on needs of work, based on hydraulic transmission, match with a few special parts of a machine tool. During production has great practical hydraulic special milling machine, can with hydraulic drive size produces different nature of the milling machine. This design is mainly with my own knowledge will be applied to design of auxiliary materials, strengthening and deepening prior knowledge of hydraulic system design calculation, the general procedure and method to determine the correct method of actuator, choose standard hydraulic components, can skilled using hydraulic basic circuit, composition satisfy basic performance requirements of the hydraulic system. In the design process of the main is drawing, which not only can clearly drawn designed by the completeness of the contents will show out, still can see whether the knowledge already complete mastery. The whole design process mainly divided into six parts: parameter selection, plan formulation, the figure card planning, special milling machine design, hydraulic system design and final relevant calculating. Theme part includes graph preparation and hydraulic system design Key Words Special milling machine, hydraulic transmission, loop, fixture II - - 半自动液压专用铣床液压系统 目 录 中文摘要 . I Abstract . II 1 引 言 . - 2 - 1.1 设计目的及要求 . - 2 - 1.2 设计的内容及步骤 . - 2 - 1.3 设计任务 . - 3 - 2.负载与工况分析 . - 5 - 2.1分析工况及设计要求 . - 5 - 2.2工作负载 . - 5 - 2.3摩擦负载 . - 5 - 2.4 惯性负载 . - 6 - 2.5运动时间 . - 6 - 3.确定液压系统的主要参数 . - 8 - 3.1初选液压缸工作压力 . - 8 - 3.2计算液压缸的主要尺寸 . - 8 - 4.拟定液压系统原理图 . - 11 - 4.1选择基本回路 . - 11 - 4.1.1选择调速回路 . - 11 - 4.1.2选择油源方式 . - 11 - 4.1.3选择快速运动和换向回路 . - 11 - 4.1.4选择速度换向回路 . - 12 - 4.1.5选择调压和卸荷回路 . - 12 - 4.2组成液压系统 . - 12 - 5计算和选择液压件 . - 14 - 5.1确定液压泵的规格和电动机功率 . - 14 - 5.1.1计算液压泵的最大工作压力 . - 14 - 5.1.2计算液压泵的流量 . - 14 - 5.1.3确定液压泵的规格及电动机功率 . - 14 - 5.2确定其他元件及辅件 . - 15 - 5.2.1确定阀类元件及辅件 . - 15 - 5.2.2确定油管 . - 15 - 6.验算液压系统性能 . - 18 - 6.1验算系统压力损失 . - 18 - 6.2验算系统发热与温升 . - 20 - 结论 . - 22 - 致谢 . - 23 - 参考文献 . - 24 - - - 1 - - 沈阳工程学院毕业设计 1 引 言 1.1 设计目的及要求 设计的目的 随着制造业的发展，数控机床的应用越来越广泛，相关数控机床控制技术方面文章本也很多，但对传统控制的了解论述不是很多。在该设计过程中，学生可以通过掌握的数控机床机械本体、液压等知识设计专用铣床液压系统，为学生走向“机电液类”的工作岗位做好铺垫。 1.掌握液压系统设计计算的一般方法和步骤，培养学生工程设计能力和综合分析问题、解决问题能力； 2.正确合理地确定执行机构，选用标准液压元件；能熟练地运用液压基本回路、组成满足基本性能要求的液压系统； 3.熟悉并会运用有关的国家标准、部颁标准、设计手册和产品样本等技术资料。对学生在计算、制图、运用设计资料以及经验估算、考虑技术决策、CAD技术等方面的基本技能进行一次训练，以提高这些技能的水平。 设计的要求 1.设计时必须从实际出发，综合考虑实用性、经济性、先进性及操作维修方便。如果可以用简单的回路实现系统的要求，就不必过分强调先进性。并非是越先进越好。同样，在安全性、方便性要求较高的地方，应不惜多用一些元件或采用性能较好的元件，不能单独考虑简单、经济； 2.独立完成设计。设计时可以收集、参考同类机械的资料，但必须深入理解，消化后再借鉴。不能抄袭； 3.在课程设计的过程中，要随时复习液压元件的工作原理、基本回路及典型系统的组成，积极思考。不能直接向老师索取答案。 4.液压传动课程设计的题目均为中等复杂程度液压设备的液压传动装置设计。 1.2 设计的内容及步骤 设计内容 1. 液压系统的工况分析，绘制负载和速度循环图； 2. 进行方案设计和拟定液压系统原理图； 3. 计算和选择液压元件； 4. 验算液压系统性能； 5. 绘制正式工作图，编制设计计算说明书。 设计步骤 以一般常规设计为例，课程设计可分为以下几个阶段进行。 1.明确设计要求 阅读和研究设计任务书，明确设计任务与要求；分析设计题目，了解原始数据和工作条件。 参阅与本课题相关内容，明确并拟订设计过程和进度计划。 - - 2 - - 半自动液压专用铣床液压系统 2.进行工况分析 做速度-位移曲线，以便找出最大速度点； 做负载-位移曲线，以便找出最大负载点。 确定液压缸尺寸 确定液压缸尺寸前应参照教材选择液压缸的类型，根据设备的速度要求确定d/D的比值、选取液压缸的工作压力，然后计算活塞的有效面积，经计算确定的液压缸和活塞杆直径必须按照直径标准系列进行圆整。计算时应注意考虑液压缸的背压力，背压力可参考下表选取。 系 统 类 型 回路上有节流阀的调速系统 回路上有背压阀或调速阀的进给系统 采用辅助泵补油的闭式回路 背 压 力 0.20.5 0.51.5 11.5 绘制液压缸工况图 液压缸工况图包括压力循环图、流量循环图和功率循环图，绘制目的是为了方便地找出最大压力点、最大流量点和最大功率点。 3.进行方案设计和拟定液压系统原理图 方案设计包括供油方式、调速回路、速度转接控制方式、系统安全可靠性及节约能量等性能的方案比较，根据工况分析选择出合理的基本回路，并将这些回路组合成液压系统，初步拟定液压系统原理图。 选择液压基本回路，最主要的就是确定调速回路。应考虑回路的调速范围、低速稳定性、效率等问题，同时尽量做到结构简单、成本低。 4.计算和选择液压组件 计算液压泵的工作压力 计算液压泵的流量 选择液压泵的规格 计算功率，选择原动机 选择控制阀 选择液压辅助元件 5.验算液压系统性能 验算液压系统的效率 验算液压系统的温升 6.设计总结与答辩 完成答辩前的准备工作。 参加答辩。 1.3 设计任务 设计一台用成型铣刀在加工件上加工出成型面的液压专用铣床，工作循环：手工上料自动夹紧工作台快进铣削进给工作台快退夹具松开手工卸料。 设计参数 设计参数见下表。其中： 工作台液压缸负载力：FL=28 - - 3 - - 沈阳工程学院毕业设计 夹紧液压缸负载力：Fc=4.8 工作台液压缸移动件重力：G=1.5 夹紧液压缸负移动件重力：Gc=55 工作台快进、快退速度：V1=V3=5.6 夹紧液压缸行程：Lc=10 工作台工进速度：V2=45 夹紧液压缸运动时间：tc=1 工作台液压缸快进行程：L1=250 工作台液压缸工进行程：L2=70 导轨面静摩擦系数：s=0.2 导轨面动摩擦系数：d=0.1 工作台启动时间：Dt=0.5 - - 4 - - 半自动液压专用铣床液压系统 2.负载与工况分析 2.1分析工况及设计要求 机床工况由题可知为： 按设计要求，希望系统结构简单，工作可靠，估计到系统的功率不会很大，且连续工作，所以决定采用单个定量泵，非卸荷式供油系统；考虑到铣削时可能有负的负载力产生，故采用回油节流调速的方法；为提高夹紧力的稳定性与可靠性，夹紧系统采用单向阀与蓄能器的保压回路，并且不用减压阀，使夹紧油源压力与系统的调整压力一致，以减少液压元件数量，简化系统结构；定位液压缸和夹紧液压缸之间的动作次序采用单向顺序阀来完成，并采用压力继电器发讯启动工作，以简化电气发讯与控制系统，提高系统可靠性。 2.2工作负载 定位液压缸 已知负载力 R200N 加紧液压缸 已知负载力 R4000N (3)工作液压缸 工作负载即为切削力FL=28000N 2.3摩擦负载 摩擦负载即为导轨的摩擦阻力: 静摩擦阻力Ffs=msG=0.2´1500=300N- - 5 - - 沈阳工程学院毕业设计 动摩擦阻力Ffd=mdG=0.1´1500=150N2.4 惯性负载 Fi=GDv15000.1=´N=76.53N gDt9.80.22.5运动时间 快进 L1250´10-3 t1=s=0.0446s v15.3 工进 L270´10-3 t2=s=93.33s -3v20.75´10 快退 L1+L2(250+70)´10-3 t3=s=3.44s v30.093设液压缸的机械效率hcm=0.9，得出液压缸在各个阶段的负载忽然推力如表1所示 表1 液压缸各阶段的负载和推力 工况 启 动 加 速 快 进 工 进 反向启动 加 速 负载组成 液压缸负载F/N 300 226.5 150 28150 300 226.5 液压缸推力=F/hcm/N 337 254 169 31629 337 254 F=Ffs F=Ffd+Fi F=Ffd F=Ffd+FL F=Ffs F=Ffd+Fi - - 6 - - 半自动液压专用铣床液压系统 快 退 F=Ffd 150 169 根据液压缸在上述各阶段内的负载和运动时间，即可绘出负载循环图F-t和速度循环图。如图1所示。 332823181383-2t/s100500-50-100t/s图1 - - 7 - - 沈阳工程学院毕业设计 3.确定液压系统的主要参数 3.1初选液压缸工作压力 所设计的动力滑台在工进时负载最大，在其他工况负载都不太高，参考表2和表3，粗选液压缸的工作压力p1=4MPa。 3.2计算液压缸的主要尺寸 鉴于动力滑台快进和快退速度相等，这里的液压缸可选用单活塞杆式差动液压缸A=2A2，快进时液压缸差动连接。工进时为防止孔钻通时负载突然消失发生前冲现象，p=0.6MPa液压缸的回油腔应有背压，参考表4选背压力为2。 表2 按负载选择工作压力 负载/KN 工作压力/MPa 机械类型 <5 <0.81 510 1.52 机 床 磨床 组合机床 龙门刨床 拉床 1020 2.53 2030 34 3050 45 >50 >=5 液压机 大中型挖掘机 重型机械 起重运输机械 2032 表3 各种机械常用的系统压力 农业机械 小型工程机械 建筑机械 液压凿岩机 1018 工作压力/MPa 0.82 35 28 810 表4 执行元件背压力 系统类型 简单系统或轻载节流调速系统 回油路带调速阀的系统 回油路设置由背压阀的系统 用补油泵的闭式回路 回油路较复杂的工程机械 回油路较短且直接回油 工作压力/MPa d/D 1.15 0.3 <=5.0 0.50.55 1.25 0.4 1.33 0.5 5.07.0 0.620.70 表6 按速比要求确定d/D 1.46 0.55 1.61 0.62 背压力/MPa 0.20.5 0.40.6 0.51.5 0.81.5 1.23 可忽略不计 表5 按工作压力选取d/D >=7.0 0.7 2 0.71 v1/v2 d/D 注：v1无杆腔进油时活塞运动速度； - - 8 - - 半自动液压专用铣床液压系统 v2有杆腔进油时活塞运动速度。 由式p1A1-p2A2=Fhcm得 F=31448=94´10-4m2 0.60.9´(4-)´1062A1=hcm(p1-p2)2则活塞直径D=4A1p=4´94´10-4pm=0.109m=109mm 参考表5表6，得d0.71，D=77mm.圆整后取标准数值得D=110mm.d=80mm. 由此求得液压缸两腔的实际有效面积为A1=pD24=p´0.1124m2=95´10-4m2 A2=p(D2-d2)4=p´(0.112-0.82）4m2=44.7´10-4m2因为活塞杆总行程为320mm，而活塞杆直径为110mm，l/d=320/110=2.9<10,不稳定性校核需进行 根据计算出的液压缸的尺寸，可估算出液压缸在工作循环中各阶段的压力流量和功率，如表7所列由此绘制的液压缸工况图如图2所示。 表7 液压缸在各阶段的压力流量和功率值 工况 推力F0/N回油腔压力p2/MPa 进油腔压力p1/MPa 输入流量q´10-3/103/s 输入功率P/KW 0.33 0.033 计算公式 快 进 启动 加速 恒速 337 254 169 31629 0.43 0.77 0.66 3.96 0.5 p1=F0+A2Dp np1+Dp p1+Dp 0.6 q=(A1-A2)v1p=p1q 工进 0.84×10-2 p1=F0+p2A2A1q=A1v2p=p1q快进 启动 加速 恒337 0.49 p1=254 169 0.5 0.5 1.43 1.31 0.45 - - 9 - - 0.59 F0+p2A1A2q=A2v3p=p1q沈阳工程学院毕业设计 速 注：1.Dp为液压缸差动连接时，回油口到进油口之间的压力损失，取Dp=0.5MPa; 2.快退时液压缸有杆腔进油，压力为p1，无杆腔回油，压力为p2。 0.50.84pqPt10t2t3图2- - 10 - - 半自动液压专用铣床液压系统 4.拟定液压系统原理图 4.1选择基本回路 4.1.1选择调速回路 由图2可知这台机床液压系统功率较小，滑台运动速度低，工作负载为阻力负载且工作中变化小，故可选用进口节流调速回路。为防止孔钻通时负载突然消失发生前冲现象，在液压缸的回路上加背压阀。由于系统选用节流调速方式，系统必然为开路循环系统。 4.1.2选择油源方式 从工况图可以清楚看出，在工作循环内，液压缸要求油源提供快进快退行程的低压大流量和工进行程的高压小流量的油源。最大流量与最小流量之比(t+t)/t=(1+1.5)/56.8qmin/qmax=0.5/(0.84´10-2)»60，其相应的时间之比132=0.044这表明在一个工作循环中的大部分时间都处于高压小流量工作，从提高系统效率节省能量角度来看，选用单定量泵油源显然是不合理的，为此可选用限压式变量泵或双联叶片泵作为油源。考虑到前者流量突变时液压冲击较大，工作平稳性差，且后者可双泵同时向液压缸供油实现快速运动，最后确定选用双联叶片泵，如图3a所示。 a b c 图3 4.1.3选择快速运动和换向回路 本系统已选定液压缸差动连接和双泵供油两种快速运动回路实现快速运动。考虑到从工进转快进快退时回路流量较大，故选用换向时间可调的电液换向阀式换向回路，以减小液压冲击。由于要实现液压缸差动连接，所以选用三位五通电液换向阀，如图3b所示。 - - 11 - - 沈阳工程学院毕业设计 4.1.4选择速度换向回路 由于本系统滑台由快进转为工进时，速度变化大，为减少速度换向时的液压冲击，选用行程阀控制的换向回路，如图3c所示。 4.1.5选择调压和卸荷回路 在双泵供油的油源形式确定后，调压和卸荷问题都已基本解决。即滑台工进时，高压小流量泵的出口压力由油源中的溢流阀确定，无需另设调压回路。在滑台工进和停止时，低压大流量泵通过液控顺序阀卸荷，高压小流量泵在滑台停止时虽为卸荷，但功率损失较小，故可不许再设卸荷回路。 4.2组成液压系统 143452YA-1YA-+动作+快进工进快退622YA810131YA1271119图4- - 12 - - 半自动液压专用铣床液压系统 将上面选出的液压基本回路组合在一起，并经修改和完善，就可得到完整的液压系统工作原理图，如图4所示，在图4中，为了解决滑台工进时进回油路串通使系统压力无法建立的问题，增设了单向阀6。为了避免机床停止工作时回路中的油液流回油箱，导致空气进入系统，影响滑台运动的平稳性，图中添设了一个单向阀13。考虑到这台机床用于钻孔加工，对位置定位精度要求较高，图中增设了一个压力继电器14。当滑台碰上死挡块后，系统压力升高，它发出快退信号，操纵电液换向阀换向。 - - 13 - - 沈阳工程学院毕业设计 5计算和选择液压件 5.1确定液压泵的规格和电动机功率 5.1.1计算液压泵的最大工作压力 小流量泵在快进和工进是都向液压泵供油，由表7可知，液压泵在工进时工作压力最大，最大工作压力p1=3.96MPa，如在调速阀进口节流调速回路中，选取进油路上的中压Dpe=0.5MPa力损失P=0.6MPa，考虑到压力继电器的可靠动作要求压差，则小流量泵的最高工作压力估算为p1=1.43MPapp1³p1+åDp+Dpe=(3.96+0.6+0.5)MPa=5.06MPa大流量泵只在快进和快退是想液压缸供油，由表7可见，快进时液压缸的工作压力为，比快进时大。考虑到快退时进油不通过调速阀，故其进油路压力损失比前者小。现去进油路上的总压力损失为P=0.3MPa，则大流量泵的最高工作压力估算为pp2³p1+åDp=(1.43+0.3)MPa=1.73MPa5.1.2计算液压泵的流量 0.5´10-3m3/s由表7可知，油源向液压缸输入的最大流量为，若取回路泄露系数-33-33qp³Kq1=1.1´0.5´10m/s=0.55´10m/s=33L/minK=1.1，则两个泵的总流量为考虑到溢流阀的最小稳定流量为3L/min，工进时的流量为量泵的流量最少应为3.5L/min。 5.1.3确定液压泵的规格及电动机功率 0.84´10-5m3/s=0.5L/min，则小流根据以上压力和流量数值查阅产品样本，并考虑液压泵存在容积损失，最后确定选取PV2R12-6/33型双联叶片泵，其小流量泵和大流量泵的排量分别为6mL/r和33mL/r，当液压泵的转速积效率np=940r/min时，其理论流量分别为5.6L/min和31L/min，若取液压泵容hv=0.9，则液压泵的实际输出流量为qp=qp1+qp2=L/min=(5.1+27.9)L/min=33L/min 由于液压缸在快退时输入功率最大，若取液压泵总功率P³ppqphp=0.8，这时液压泵的驱动电动机功率为hp1.73´106´33´10-3=KW=1.19KW360´0.8´10根据此数值查阅产品样本，选用规格相近的Y100L-6型电动机，其额定功率为1.5KW，额定转速为940r/min。 5.2确定其他元件及辅件 5.2.1确定阀类元件及辅件 根据系统的最高工作压力和通过各阀类元件及辅件的实际流量，查阅产品样本，选出的阀类元件和辅件规格如表8所列。其中，溢流阀9按小流量泵的额定流量选取，调速阀4选用Q-6B型，其最小稳定流量为0.03L/min，小于本系统工进时的流量0.5L/min。 表8 液压元件规格及型号 序号 元件名称 通过的最大流量规格 型号 PV2R12-6/33 35DY-100BY 22C-100BH Q-6B 100B 100B XY63B B10B Y10B 100B XU-80×200 k-6B 100B PF-D8L 额定流量qn/L/min 5.1/27.91 100 100 6 100 100 63 10 10 100 80 - 100 - 额定压力pn/MPa 16 6.3 6.3 6.3 6.3 6.3 6.3 6.3 6.3 6.3 6.3 - 6.3 - 额定压降Dpn/MPa - 0.3 0.3 - 0.2 0.2 0.3 - - 0.2 0.02 - 0.2 - q/L/min 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 双联叶片泵 三位五通电液换向阀 - 70 62.3 <1 70 29.3 28.1 <1 5.1 27.9 36.6 - 70 - 行程阀 调速阀 单向阀 单向阀 液控顺序阀 背压阀 溢流阀 单向阀 滤油器 压力表开关 单向阀 压力继电器 1注：此为电动机额定转速为940r/min时的流量。 5.2.2确定油管 在选定了液压泵后，液压缸在实际快进工进和快退运动阶段的运动速度时间以- - 15 - - 沈阳工程学院毕业设计 及进入和流出液压缸的流量，与原定数值不同，重新计算的结果如表9所列。 表9 各工况实际运动速度时间和流量 快进 工进 快退 q1=A1(qp1+qp2)A1+A2q1=0.5L/min q1=qp1+qp2=(5.1+27.9)L/min =33L/min95´(5.1+27.9)L/min 95-44.7=62.3L/minq2=q1A2A1q2=q1=0.5´A2A1q2=q1=33´A2A144.7L/min 95=29.3L/min=6