机械毕业设计（论文）-铣床液压进给机构的设计【全套图纸】

无锡太湖学院 毕毕业业设设计计（论论文文） 题目：题目： 普通铣床液压进给结构改造普通铣床液压进给结构改造 信机 系系 机械工程及自动化专专 业业 学 号： 学生姓名： 指导教师： （职称：副教授 ） （职称： ） 2013 年 5 月 25 日 I 无锡太湖学院无锡太湖学院 信信 机机 系系 机械制造及自动化机械制造及自动化 专业专业 毕毕 业业 设设 计计论论 文文 任任 务务 书书 一、一、 题目及专题题目及专题 1、题目 铣床液压进给机构的设计 2、专题 二、二、 课题来源及选题依据课题来源及选题依据 课题来源为无锡某机械有限公司。要求学生能够结合常规普通铣床与零 件加工工艺，针对实际使用过程中存在的金属加工机床的驱动及工件夹紧问 题，综合所学的机械理论设计与方法、液压与气动传动等知识，对普通铣床驱 动、夹紧装置进行改进设计，从而实现金属加工机床驱动与夹紧的半自动控制。 在设计液压系统装置时，在满足产品工作要求的情况下，应尽可能多的采 用标准件，提高其互换性要求，以减少产品的设计生产成本。 三、三、 本设计（论文或其他）应达到的要求本设计（论文或其他）应达到的要求 该部件工作时，能运转正常； 熟悉有关标准、规格、手册和资料的应用； 拟定工作机构和传动系统的运动方案，并进行多方案对比分析； 对专用机床的液压系统具有初步分析能力和改进设计的能力； 5、理论联系实际的工作方法和独立工作能力深化和提高； II 6、设计绘制零件工作图若干； 7、编制设计说明书 1 份。 四、 接受任务学生： 机械 91 班 姓名 五、 开始及完成日期： 自 2012 年 11 月 7 日至 2013 年 5 月 25 日 六、 设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师 签名 签名 签名 教研室主任 科学组组长 签名 系主任 签名 2013 年 5 月 III 摘摘 要要 随着科技步伐的加快，液压技术在各个领域中得到了广泛应用，液压系统已成为现 代金属机械加工机床中最关键的部分之一。本文主要研究的是液压传动系统，液压传动 系统的设计需要与主机的总体设计同时进行。设计时，必须从实际情况出发，有机地结 合各种传动形式，充分发挥液压传动的优点，力求设计出结构简单、工作可靠、成本低、 效率高、操作简单、维修方便的液压传动系统。 关键词关键词：机械加工、液压传动、总体设计 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 IV Abstract With the development of the modern technology, the hydraulic technology has been widely used in the most field of the mechanism. The hydraulic system is the main structure of the modern machining tools. This paper gives design of the system of the hydraulic drives. The design of the hydraulic drives should be processed with the general arrangement of the machine synchronously. We should combine the advantage of the various types of mechanism drives and elaborate the simplest, reliable, lower cost, efficient and more convenience structure of the hydraulic drives. Keywords: Machining operation Hydraulic transmission General arrangement V 目目 录录 摘 要 .III AbstractIV 1 绪论 1 1.1 本课题的研究内容和意义 1 1.2 国内外的发展概况 1 1.3 本课题应达到的要求 1 2 液压传动的基本概念和特点 .2 2.1 液压传动的基本概念 .2 2.2 液压传动的特点 .2 2.4 液压系统的设计原则与策略 .3 2.5 液压系统绿色设计原则 .3 2.6 设计目的 .3 2.6.1 设计内容及要求 .4 2.7 设计中应注意的问题 .5 3 液压系统的设计 .6 3.1 液压系统的设计与计算 .6 3.1.2 液压缸的负载计算69 3.1.3 确定系统的工作压力 .9 3.2 确定液压泵规格和电动机功率及型号 12 3.2.1 确定液压泵规格 .12 3.3 确定各类控制阀 14 3.4 确定油箱容积与结构 .16 3.4.1 油箱容积的确定 16 3.4.2 油箱的结构设计 16 VI 3.4.3 油箱的防噪音问题 17 3.5 液压站结构设计 .18 3.6 选择液压油 .18 4 液压缸及液压装置的结构设计 .19 4.1 确定液压缸的结构形式（类型、安装方法、密封形式、缓冲结构、排气等） .19 4.2 计算液压缸主要零件的强度和刚度 .19 4.3 完成液压缸的结构设计和部分零件图 .23 4.4 选择装配方案 .25 4.5 绘制部件装配图 .25 5 液压系统的验算 .26 5.1 执行元件输出力或力矩及最低最高速度的校核 .26 5.2 管路系统压力损失计算 .26 5.3 压力阀调整压力的确定 .27 5.4 系统热平衡计算与油箱容积的验算 .27 6 结论与展望 29 6.1 结论 29 6.2 不足之处与展望 29 致 谢 .30 参考文献 .31 VII 普通铣床液压进给结构改造 1 1 绪论绪论 1.1 本课题的研究内容和意义本课题的研究内容和意义 液压进给结构对于普通铣床来说是很重要的，本课题主要研究普通铣床上的液压进 给结构的改造。改进液压进给结构便于铣床更好的运作，能提高铣床的工作效率以及经 济效益。从蓝天到水下，从军用到民用，从重工业到轻工业，到处都有液压传动及控制 技术的应用。国外生产的95%的工程机械、90%的数控加工中心、95%的自动生产线都采 用了液压传动与控制技术。所以很有必要改进液压进给结构。 1.2 国内外的发展概况国内外的发展概况 机械工业即机器制造工业，机械工业素有“工业的心脏”之称。它是其他经济部门的生 产手段，也可说是一切经济部门发展的基础。它的发展水平是衡量一个国家工业化程度 的重要标志。为促进民族地区的现代化，必须加速发展机械工业。它是国民的装备部， 是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。普通铣床作为一种专用高 效自动化技术设备，已成为大批量机械产品实现高效、 高质量和经济性生产的关键型装 备，是集机电于一体的综合自动化程度较高的制造技术和成套工艺装备。普通铣床的技 术性能和综合自动化水平，在很大程度上决定了这些工业部门产品的生产效率、产品质 量和企业生产组织的结构，也在很大程度上决定了企业产品的竞争力。普通铣床在全世 界有广泛的应用，液压进给结构在国内外铣床方面都得到了广泛的运用。由于液压技术 的应用对机电产品的质量和生产水平的提高起到了极大的促进和保证作用，因而再用液 压技术的程度已成为衡量一个国家工业水平的标志。可以预见，随着科学技术的不断发 展，液压技术将会在许多工业部门中发挥越来越大的作用。 1.3 本课题应达到的要求本课题应达到的要求 由于液压技术的诸多优点，使其发展很快，特别是经过最近半个世纪的飞速发展， 液压技术已成为包括传动、控制、检测在内的对现代机械装备技术进步有重要影响的基 础技术，其应用遍布各个工业领域。因此设计出结构简单、工作可靠、成本低、效率高、 操作简单、维修方便的液压传动系统已变得异常重要。 无锡太湖学院学士学位论文 2 2 液压传动的基本概念和特点液压传动的基本概念和特点 2.1 液压传动的基本概念液压传动的基本概念 任何一部机器都有传动系统，借组它以达到对动力进行传递和控制的目的，按照传 动所采用的机构或工作介质的不同可分为机械传动、电气传动和流体传动。 流体传动是以液体（液体、气体）为工作介质进行能量转换、传递和控制的传动形 式。以液体为工作介质时为液体传动；以压缩空气为工作介质时为气体传动。 液体传动又分为性质截然不同的两种传动形式：液压传动和液力传动。液压传动主 要利用液体静压能来传递运动和动力，其工作原理基于物理学中的帕斯卡原理，也称静 夜传动或容积式传动。液力传动主要利用液体动能来传递运动和动力，其工作原理基于 流体力学中的动量矩定理。 2.2 液压传动的特点液压传动的特点 液压传动与其他传动方式相比主要有以下特点： （1）液压传动必须用具有一定压力的液体作为介质。 （2）传动过程中必须经过两次能量转换。首先，液压泵把机械能转化为液体的压力 能；然后油液输出液压缸，又通过液压缸把油液的压力能转换成驱动外界负载运动的机 械能。 （3）液压传动必须在密封的容积内进行，而且容积要发生变化。如果容积不密封， 则不能形成压力；如果容积不变化，则不能实现传递速度的要求。因此，有人把液压传 动叫做“容积式液力传动”。 2.3 液压技术的应用液压技术的应用 由于液压技术的诸多优点，使其发展很快，特别是经过最近半个世纪的飞速发展， 液压技术已成为包括传动、控制、检测在内的对现代机械装备技术进步有重要影响的基 础技术，其应用遍布各个工业领域。从蓝天到水下，从军用到民用，从重工业到轻工业， 到处都有液压传动及控制技术的应用。国外生产的 95%的工程机械、90%的数控加工中心、 95%的自动生产线都采用了液压传动与控制技术。由于液压技术的应用对机电产品的质量 和生产水平的提高起到了极大的促进和保证作用，因而再用液压技术的程度已成为衡量 一个国家工业水平的标志。可以预见，随着科学技术的不断发展，液压技术将会在许多 工业部门中发挥越来越大的作用。1 普通铣床液压进给结构改造 3 2.4 液压系统的设计原则与策略液压系统的设计原则与策略 液压系统是液压机械的一个组成部分，液压系统的设计要同主机的总体设计同步进 行。着手设计时，必须从实际出发，有机地结合各种传动形式，充分发挥液压传动的有 点，力求设计出结构简单、工作可靠、成本低、效率高、操作简单、维修方便的液压传 动系统。 2.5 液压系统绿色设计原则液压系统绿色设计原则 该设计原则是在传统液压设计中通常依据的技术原则、成本原则和人机工程学原则 的基础上纳入环境原则，并将环境原则置于优先考虑的地位。液压系统的设计原则可概 括如下。 (1)资源最佳利用原则资源最佳利用原则 少用短缺或稀有的原材料，尽量寻找其代用材料，多用余料或回收材料为原料；提 高系统的可靠性和使用寿命；尽量减少产品中材料的种类，以利于产品废弃后有效回收。 (2)能量损耗最少原则能量损耗最少原则 尽量采用相容性好的材料，不采用难以回收的或不能回收的材料，在保证产品耐用 的基础上，赋予产品合理的使用寿命，努力减小产品使用过程中的能量消耗。 (3)零污染原则零污染原则 尽量减少或不用有害的原材料。 (4)技术先进性原则技术先进性原则 优化系统性能，在系统设计中树立“小而精”的思想，在同一性能的情况下，通过系统 设计小型化，尽量节约材料和资源的使用量，如采用轻质材料、去除多余功能、避免过 度包装等，减轻产品重量；简化产品结构，提倡“简而美”的设计原则，如减少零部件数目， 这样既便于装配、拆卸，又便于废弃后的分类处理；采用模块化设计，此时产品是由各 功能模块组成的，既便于装配、拆卸，又便于废弃后的回收处理，在设计过程中注重产 品的多品种及系列化；采用合理工艺，简化产品加工流程，减少加工工序，简化拆卸过 程，如结构设计时采用易于拆卸的连接方式、减少紧固件数量、尽量避免破坏性拆卸方 式等；尽可能简化产品包装且避免产生二次污染。 (5)整体效益原则整体效益原则 考虑系统对环境产生的附加影响，提供有关产品组成的信息，如材料类型、液压油 型号及其回收再用性能。 无锡太湖学院学士学位论文 4 2.6 设计目的设计目的 毕业设计是培养学生综合运用所学的基础理论和专业理论知识，独立解决机床设计 问题的能力的一个重要的实践性教学环节。 因此，通过设计应达到下述目的： 1、初步掌握正确的设计思想和设计的基本方法、步骤，巩固、深化和扩大所学的知 识，培养理论联系实际的工作方法和独立工作能力。 2、获得机床总体设计，结构设计，零件计算，编写说明书。绘制部件总装图（展开 图，装配图）和零件工作图等方面的基本训练及基本技能。 3、熟悉有关标准、规格、手册和资料的应用。 4、对专用机床的夜压系统具有初步分析能力和改进设计的能力。 2.6.1 设计内容及要求设计内容及要求 课程设计的内容及具体要求有以下三点2 ： (1)机床类型及动作循环要求机床类型及动作循环要求 我的毕业设计为一台用成型铣刀在工件上加工出成型面的液压专用铣床驱动系统。 要求铣床工作台上一次可安装二只工件并能同时进行多工位加工。 机床的工作循环为： 手工上料按电钮自动定位加紧工作台快进铣削进给工作台快 退夹具松开手工卸料。 (2)机床对液压传动系统的具体参数要求如表机床对液压传动系统的具体参数要求如表 1-1 所示。所示。 表 1-1 液压系统参数 工作台采用平导轨,导轨面的静摩擦系数 f=0.2,动摩擦系数 f=0.1。 (3) 机床的制造及技术经济性问题机床的制造及技术经济性问题 （速度 m/min）液压缸 名称 负载力 （N） 移动件重 力（N）快进工进快退 行程（mm）启动 时间 (sec) 定位夹紧 缸运动时 间(sec) 定位液 压缸 20020101 夹紧液 压缸 400040151 快进工进进给液 压缸 2000150060.0356 30080 0.5 普通铣床液压进给结构改造 5 该机床为一般技术改造中为适应某种机械加工要求，提高加工效率而在原有特定机 床上进行自行设计改造的专用设备，所以力求结构简单，投产快，工作可靠，主要零部 件要能适应中小机械工厂的加工能力，并能满足零件互换性要求，配合电气控制可以实 现单机半自动化工作的要求。 2.7 设计中应注意的问题设计中应注意的问题 设计要求或机构功能要求是做任何设计的依据，液压与气动传动设计时要明确液压 与气动传动系统的动作和性能要求，这里一般要考虑以下几方面3 ： 1）该设备中，哪些运动需要液压或气压传动完成，各执行机构的运动形式及动作幅 度； 2）对液压或气压装置的空间布置、安装形式、重量、外形尺寸的限制等； 3）执行机构载荷形式和大小； 4）执行机构的运动速度，速度变化范围以及对运动平稳性的要求； 5）各执行机构的动作顺序，彼此之间的联锁关系，实现这些运动的操作或控制方式； 6）自动化程度、效率、温升、安全保护、制造成本等方面的要求； 7）工作环境方面的要求，如温度、湿度、振动、冲击、防尘、防腐、抗燃性能等； 另外对主机的功能、用途、工艺流程也必须了解清楚，力求设计的系统更加切合实 际。 无锡太湖学院学士学位论文 6 3 液压系统的设计液压系统的设计 3.1 液压系统的设计与计算液压系统的设计与计算 3.1.1 分析工况及设计要求，绘制液压系统草图分析工况及设计要求，绘制液压系统草图 由毕业设计任务要求可知液压专用机床各液压缸工况为4 ： 定位液压缸 夹紧液压缸 工作台进给液压缸 根据已知条件，绘制运动部件的速度循环图，如图 2-1 所示。 拔 销 定位 松 开 夹 紧 快 进 快 退 工 进 图 2-1 运动部件速度循环图 普通铣床液压进给结构改造 7 按设计要求，希望系统结构简单，工作安全可靠，考虑到系统进给及夹紧所消耗的 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；回油节流调速在回油路上有 节流阀能产生背压，具有承受负值负载的能力，并且由于背压的产生，可以使液压缸运 动平稳性增加，只是在停车后启动冲击大。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；保压回路具有使液压系统的执行件行程终 止后，仍能保持其工作压力，即夹紧液压缸在夹紧后的仍能继续保持其压力，大大减少 回路中的功率损失，系统效率高。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台液压缸工作，以简化电气发讯与控制系 统，提高系统的可靠性5 。 综上考虑，可拟定出如图 2-2 所示的液压传动系统草图。 初拟定的液压系统中采用 Y 型三位四通阀，由 Y 型三位四通阀的中位机能可知：其 中位机能可以保证在活塞杆在任意位置浮动，正是为了满足工作台能在任意位置停留， 并使换向平稳。二位四通阀 24D-10B 采用常开状态，可以保证在 IDT 失电时，使夹紧液 压缸处于夹紧状态，其目的是为了增加系统的安全可靠性，并可以延长电磁铁的寿命。 无锡太湖学院学士学位论文 8 吸铁状态表 工况 定位夹紧 快进 工进 快退 放松 夹紧 放松 进 退 定位 拔销 图 2-2 液压系统图 普通铣床液压进给结构改造 9 3.1.2 液压缸的负载计算液压缸的负载计算6 1、定位液压缸： 已知负载力 R200N(惯性力与摩擦力可以忽略不计) 2、夹紧液压缸： 已知负载力 R4000N(惯性力与摩擦力可以忽略不计) 3、工作台进给液压缸： 有效负载力 Rw=2000N(已知) 惯性力 （按等加速处理）NmaRm 6 . 305 . 0/0 60 6 8 . 9 1500 摩擦力由液压缸的密封阻力与滑台运动时的摩擦力组成。当密封阻力按 5%有效作用 力估算时，总的摩擦阻力： NfGRwRf40015002 . 0200005 . 0 05 . 0 所以总负载力： R=Rw+Rm+Rf=2000+30.6+400=2430.6N 3.1.3 确定系统的工作压力确定系统的工作压力 工作压力是确定液压执行元件结构参数的主要依据，它的大小直接影响液压执行元 件的尺寸和成本，甚至整个系统的功能。工作压力选得高，执行元件和系统和结构紧凑， 但对液压执行元件的强度、刚度及密封要求高，且要采用较高压力的油液，整个系统消 耗的功率也大，也不满足现在所提倡的绿色加工；反之，如果工作压力选得低，就会增 大液压执行元件及整个系统的尺寸，使结构变得庞大。所以应根据实际情况选取适当的 工作压力。液压执行元件的工作压力可以根据总负载的大小或主机设备类型进行选取7。 因为夹紧液压缸的作用力最大，所以可以按其工作负载来选定系统的压力。 由表 2-1 可以初定系统的压力为 0.81Mpa，为使液压缸体积紧凑，适当提高系统压 力，可以取系统压力为 P1=1.5Mpa。 表 2-1 按负载选定工作压力 液压缸工 作负载 （N） 5000 0 液压缸工 作压力 （MPa） 0.811.522.53344557 无锡太湖学院学士学位论文 10 3.1.4 确定液压缸的几何参数确定液压缸的几何参数 由上面初拟系统压力所确定的系统压力为 P1=1.5Mpa。为了实现铣床液压进给机构系 统快进和快退速度要求，且为了整个铣床进给系统的运动速度平稳，进给液压缸采用双 出杆活塞液压缸。快进时采用差动连接，并通过充液补油法来实现8。 1、定位液压缸 1）液压缸内径计算： mmm P R D13013 . 0 105 . 114 . 3 2004 1 4 6 式中：D-液压缸内径，mm R-液压缸负载，N P1-系统压力， Mpa 查液压系统设计手册，可以按液压缸内径系列将以上计算值进行圆整，使其为标准 直径，同时还要考虑到液压缸的结构与制造的方便性，以及插销的结构尺寸等因素，现 取 D=32mm。 具体的液压缸内径系列表可参见下表 2-2 所示。 2）活塞杆直径计算： 根据缸的工作压力及已定的缸体内径(参见表 2-3)，可以对活塞杆直径进行确定。 由 mmDd92.171632)56 . 0 5 . 0()56 . 0 5 . 0( 圆整后，现取活塞杆直径 d=16mm（参见表 2-4） 。 现按 d=16mm 进行校核，按公式 )4/( 2 1 dF 有: 5 . 0 )/14(Fd 其中，F1=220N MPa120 则: 5 . 0 120 220 4 d 1828 . 2 满足实际设计要求。 表 2-2 液压缸内径系列（JB2183-77） (mm) 1620253240505563708090100 110125140160180200220250320400500630 普通铣床液压进给结构改造 11 表 2-3 按工作压力确定活塞杆直径 （mm） 缸的工作压力 （MPa） 55-77 活塞直径 d(0.50.56)D(0.620.7)D0.7D 注：当采用差动连接、要求往返速度一致时，d=0.7D 表 2-4 活塞杆直径系列（JB2183-77） (mm) 41012141618202225283235 4045505563708090100110125140 160180200220250280320360400450500 2、夹紧液压缸 1）液压缸内径计算： mmm P R D58058 . 0 105 . 114 . 3 400044 6 1 取 D=63mm（参见表 2-2） 式中：D-液压缸内径，mm R-液压缸负载，N P1-系统压力， Mpa 2)活塞杆直径计算59： 根据缸的工作压力及已定的缸体内径(参见表 2-3) mmDd28.35 5 . 3163)56 . 0 5 . 0()56 . 0 5 . 0( 现取 d=32mm（参见表 2-4） 。 活塞杆直径校核略。 3、进给液压缸 1）液压缸内径计算： 因为采用双出杆液压缸 所以 2 21 )( 4 d PP R D 式中：D-液压缸内径，mm 无锡太湖学院学士学位论文 12 R-液压缸负载，N P1-活塞杆一端压力， Mpa P2-活塞杆另一端压力， Mpa d-活塞杆直径，mm 按工作压力，可以选用杆径 d=0.3D,代入上式，求得： )(91 . 0 4 21 PP R D 一般可取背压=0.5Mpa（对低压系统而言） ，代入上式有 2 p mmmD58058 . 0 10)5 . 05 . 1 (14 . 3 91 . 0 6 . 24304 6 现取 D=63mm,（参见表 2-2） 2)活塞杆直径计算： 根据缸的工作压力及已定的缸体内径现选取进给液压缸系列化标准尺寸为 d=20mm 活塞杆直径校核略。 3.2 确定液压泵规格和电动机功率及型号确定液压泵规格和电动机功率及型号 3.2.1 确定液压泵规格确定液压泵规格 1、确定理论流量10 定位液压缸最大流量： min/04825 . 0 /1004 . 8 1 1010 4 032 . 0 14 . 3 4 1 36 322 1 lsm t LD VAQ 式中：Q1-液压缸流量，l/min A1-液压缸作用面积，mm2 V-流速，m/s D-液压缸内径，mm L-长度，mm t-时间，s 夹紧液压缸最大流量： min/8 . 2/1068 . 4 1 1015 4 063 . 0 14 . 3 4 35 322 12 lsm t LD VAQ 式中：-液压缸流量，l/min 2 Q 普通铣床液压进给结构改造 13 A1-液压缸作用面积，mm2 V-流速，m/s D-液压缸内径，mm L-长度，mm t-时间，s 因为有两个夹紧液压缸同时工作，所以： min/6 . 58 . 222 22 lQQ 进给液压缸最大流量： 2min/8 .16min/0168 . 0 6 4 )02 . 0 063 . 0 (14 . 3 4 )( 3 2222 23 lmV dD VAQ 、确定液压泵流量： 由于定位、夹紧、进给液压缸是分时工作的，所以其中任意一缸的最大流量即是系 统的最大理论供油量，因此计算系统的最大供油量时主要以其中某一动作缸的流量作为 系统的总流量。另外考虑到系统泄露流量与溢流阀的溢流流量，可以取液压泵流量为系 统最大理论流量的 1.11.3 倍。现取 1.2 倍值计算，则有 Q 泵=min/16.20 8 . 162 . 12 . 1 3 lQ 由于液压系统的工作压力不是很高，各液压缸所受负载压力也是很大，功率消耗也 不很大。所以选低压齿轮泵。低压齿轮泵适用于负载较大、功率较大的机械设备（如龙 门刨床、拉床、液压机） ，低压齿轮泵有以下的特点11： 1） 工作压力高。因为齿轮加工容易，其尺寸精度、运动精度及表面质量可以达到 很高的要求，油液泄漏小，容积效率高，能达到的工作压力，一般是（） 200 400 ，最高可以达到。 5 10 Pa 5 1000 10 Pa 2） 流量范围较大。因为只要适当加大输入转速，流量变增大。 3） 低压齿轮泵主要零件均受压，使材料强度得到充分利用，寿命长，单位功率重 量小。且低压齿轮泵的结构相对简单。材料及加工精度要求不是很高，加工量较小，价 格相对便宜。 由于系统所需要的是大流量低压力，因此设计中采用低压齿轮泵，根据泵的生产手 册，则可选取 CB-B25 为系统的供油泵。 CB-B25 型泵的额定参数如下： 额定流量为 25l/min，额定压力为 25Mpa，额定转速为 145rad/s（1450rpm） 。 3、确定电动机功率及型号 首先应分别计算出快进与工进两种不同工况时的功率，取两者较大值作为选择电动 机规格的依据。由于在慢进时泵输出的流量减小，泵的效率急剧降低，一般当流量在 20- 无锡太湖学院学士学位论文 14 50 l/min 范围内时，可取 =0.7-0.9，同时还应注意到，为了使所选择的电动机在经过泵的 流量特性曲线最大功率点时不致停转，还需要对泵进行校核12。 本文按泵的功率来选取电动机的功率。 电动机功率 kw PQ N28 . 1 8 . 0612 2525 612 式中：N-电机功率，kw P-额定压力，Mpa Q-额定流量， l/min 按 CB-B*型齿轮泵技术规格，查得的驱动电机功率为 1.3KW，或取功率略大一点的 交流电机。 现选取电动机型号为 JO2-22-4，额定功率为 1.5KW，转速为 1410rpm。 3.3 确定各类控制阀确定各类控制阀 系统工作压力为 1.5Mpa，油泵额定最高压力为 25 Mpa，所以可以选用额定压力大于 或等于 2.5 Mpa 的各种元件，其流量按实际情况分别选取13。 目前中低压系统的液压元件，多按 6.3 Mpa 系列的元件选取。 所以可以选取： 溢流阀的型号为：Y-25B 工作台液压缸换向阀型号为：34D-25BY 快进二位二通电磁阀型号为：22D-25B 调速阀型号为：Q-10B 背压阀型号为：B-25B 定位夹紧系统的最大流量为 2.8 l/min，所以可以选取 单向阀型号为：I-10B 换向阀型号为：24D-10B 单向顺序阀型号为：XI-B10B 蓄能器供油量仅作定位夹紧系统在工作台快进、工进与快退时补充泄漏的流量和保 持压力用，其补油量极其有限，所以可以按容积最小的规格选取。现选取 NXQ-0.6/10-I 型胶囊式蓄能器，当P=15%时，其有效补油体积为V=0.07 l。 滤油器可选用型号为 WU-25 180J 的网式滤油器，过滤精度为 180uu。 压力表可选用 Y-60 型量程 6.3 Mpa 的普通精度等级的量表。选用量程较高的压力表 可以避免在系统有压力冲击时经常损坏压力表，但量程选的过大会使观察与调整精度降 低。 管道通径与材料及管接头的选用： 普通铣床液压进给结构改造 15 液压系统中使用的油管种类很多，有钢管、铜管、尼龙管、塑料管、橡胶管等，必 须按照安装位置、工作环境和工作压力来正确选用。尼龙管用在低压系统；塑料管一般 用在回油管用。胶管用做联接两个相对运动部件之间的管道。胶管分高、低压两种。高 压胶管是钢丝编织体为骨架或钢丝缠绕体为骨架的胶管，可用于压力较高的油路中。低 压胶管是麻丝或棉丝编织体为骨架的胶管，多用于压力较低的油路中。由于胶管制造比 较困难，成本很高，因此非必要时一般不用14。 因为系统压力较小，并且为了安装方便，本文中选取紫铜管作为管道材料。 由于各种液压阀一经选定，液压系统中管道的通径基本上已经决定，这是标准化设 计的一大方便。只有在有特殊需要时才按管内平均流速限制的要求计算管道通径。 按标准： （1） 通径 25 l/min 流量处，选用12 通径的管道。 10 l/min 流量处，选用8 通径的管道。 为了安装方便，可以采用紫铜管，扩口接头安装方式。 （2） 壁厚 按强度公式有 2 dP 紫铜的=250kgf/c,为安全起见，取 p=2.5MPa 来计算 mm6 . 0 2502 1225 12 mm4 . 0 2502 825 10 所以可以取12、壁厚 1与8、壁厚 0.8的紫铜管。考虑到扩口处管子的强度， 壁厚可以略有增加，一般按常用紫铜管的规格选取即可，(对低压系统而言，对高压系统 必须进行计算)。 管接头是油管与油管、油管与液压件之间的可拆式联接件，它必须具有装拆方便、 连接牢固、密封可靠、外形尺寸小、通流能力大、压降小、工艺性好等各种条件15。 管接头的种类很多，液压系统中油管与管接头的常见联接方式有： 焊接式管接头、卡套式管接头、扩口式管接头、扣压式管接头、固定铰接管接头。 管路旋入端用的连接螺纹采用国际标准米制锥螺纹（ZM）和普通细牙螺纹（M） 。锥螺纹 依靠自身的锥体旋紧和采用聚四氟乙烯等进行密封，广泛用于中、低压液压系统；细牙 螺纹密封性好，常用于高压系统，但要求采用组合垫圈或 O 形圈进行端面密封，有时也 采用紫铜垫圈16。 液压系统中的泄漏问题大部分都出现在液压管系中的接头上，为此对管材的选用， 无锡太湖学院学士学位论文 16 接头形式的确定（包括接头设计、垫圈、密封、箍套、防漏涂料的选用等） ，管系的设计 （包括弯管设计、管道支承点和支承形式的选取等）以及管道的安装（包括正确的运输、 储存、清洗、组装等）都要考虑清楚，以免影响整个液压系统的使用质量。 国外对管子的材质、接头形式和连接方法上的研究工作从不间断，最近出现一种用 特殊的镍钛合金制造的管接头，它能使低温下受力后发生的变形在升温时消除即把 管接头放入液氮中用芯棒扩大其内径，然后取出来迅速套装在管端上，便可使它在常温 下得到牢固、紧密的结合。这种“热缩”式的连接已经在航空和其它一些加工行业中得到了 应用，它能保证在 4055Mpa 的工作压力下不出现泄漏。本设计根据需要，选择卡套式管 接头。要求采用冷拔无缝钢管。 3.4 确定油箱容积与结构确定油箱容积与结构 在开式液压传动的油路系统中，油箱是必不可少的。它的作用是：贮存油液、净化 油液、使油液的温度保持在一定的范围内，以及减少吸油区油液中气泡的含量。因此， 进行油箱设计时，要考虑油箱的容积、油液在油箱中的冷却和加热、油箱内的装置和防 噪音等问题。 3.4.1 油箱容积的确定油箱容积的确定 油箱应贮存液压装置所需要的液压油，油液得贮存量与液压泵的流量有直接关系在 一般情况下，油箱的有效容积可以用经验公式确定： V1=KQ 式中：V1油箱有效容积， l Q油泵额定流量，l/min K系数 低压系统 K=24 中压系统 K=57 高压系统 K=612 因为是低压系统，油箱容积按经验公式计算： 油箱容积 V=(24)Q 现取 V=4Q=4 25=100l 油箱的有效容积确定后，还需要根据油温升高的允许值，进行油箱容积验算。 （见后 文） 3.4.2 油箱的结构设计油箱的结构设计 进行油箱结构设计时，首先要考虑的是油箱的刚度，其次要考虑便于换油和清洗油 箱，以及考虑油泵装置安装和拆卸的方便，当然，油箱的结构应该尽量简单，以利于密 封和降低造价。 普通铣床液压进给结构改造 17 1、油箱体 油箱一般是由 A3 钢板焊接而成，钢板厚度 36mm,大者取大值。邮箱分为固定式和 移动式两种，前者应用较多。油箱侧壁上安装油位指示器、电加热器、冷却器；油箱底 面与基础面的距离一般为 150200mm，油箱下部焊接底脚，其厚度为油箱侧壁厚度的 23 倍。 中小型油箱箱体侧壁为整块钢板，大型油箱在与隔板垂直的一个侧壁上往往开清洗 孔，以便于清洗油箱。 2、油箱底部 油箱底部一般为倾斜状，以便于排油，底部最低处有排油口，要注意排油口与基础 面的距离一般不得小于 150mm。 焊接结构油箱，箱底用 A3 钢板，其厚度等于或稍大与箱体侧壁钢板的厚度。 3、油箱隔板 为了使吸油区与压油区分开，便于回油中杂质的沉淀，油箱中往往设置隔板，隔板 的安装方式主要有两种：回油区的油液按一定方向流动，即有利于回油中的杂质、气泡 的分离，又有利于散热；回油经隔板上方溢流至吸油区，或经过金属网进入吸油区，更 有利于杂质及气泡的分离。 隔板的位置，一般使吸油区的容积为油箱容积的 1/21/3，隔板的高度，约为最低油 面的 2/3（或油液面的 3/4） 。隔板的厚度等于或稍大于油箱侧壁厚度。 4、油箱盖 油箱盖多用铸铁或钢板两种材质制成。在油箱盖上应考虑有下列通孔：吸油管孔、 回油管孔、通大气孔（孔口应有空气滤清器或气体过滤装置） 、测温孔、带有滤油网的注 油口，以及安装液压集成装置的安装孔。 目前使用的泵站系统，往往将液压泵、液压泵电机及集成块装置安装在油箱盖上， 这种油箱结构紧凑，但产生噪音较大。当箱盖上安装油泵和电机时，箱盖的厚度应是油 箱侧壁厚度的 34 倍。 3.4.3 油箱的防噪音问题油箱的防噪音问题 防噪音问题是现代化机械装备设计中必须考虑的问题之一。油路系统的噪音源，以 泵站为首，因此，进行油箱设计时，应从下列几方面着手减轻噪音： 1、箱体及箱盖的材质，在条件允许的情况下，用铁板代替钢板，以利于吸振； 2、箱体与箱盖之间增加防振橡皮垫； 3、用底脚螺栓将油箱牢固的固定在基础上； 4、吸油区与回油区之间增设一层 60100 目的金属网，以便分离回油油液中的气泡； 无锡太湖学院学士学位论文 18 5、油泵排油口用橡胶软管与阀类元件相连接； 6、回油管管接头振动噪音较大时，改变回油管直径或增设一条回油管，使每个回油 管接头的通路减少。 3.4.4 其他注意事项其他注意事项 1、吸油管端部的滤油器与油箱底面距离不得小于 20mm 在条件允许时，油箱盖的吸 油管孔应比滤油器的直径稍大，以便对滤油器进行清洗与更换； 2、吸油管、回油管都应插入最低油面以下，管端一般斜切 45，并使斜面向着油箱 侧壁。管口与箱底、箱壁的距离均不得小于管径的 3 倍。泄油管一般不插入油中； 3、大型油箱的箱盖应有加强筋，以保证刚度； 4、油箱内部应涂耐油防锈漆。 3.5 液压站结构设计液压站结构设计 液压站是由液压油箱，液压泵装置及液压控制装置三大部分组成。液压油箱装有空 气滤清器，滤油器，液面指示器和清洗孔等。液压站装置包括不同类型的液压泵，驱动 电机及其它们之间的联轴器等，液压控制装置是指组成液压系统的各阀类元件及其联接 体。 3.5.1 液压站的结构型式液压站的结构型式 机床液压站的结构型式有分散式和集中式两种类型。 （1）集中式 这种型式将机床液压系统的供油装置、控制调节装置独立于机床之外， 单独设置一个液压站。这种结构的优点是安装维修方便，液压装置的振动、发热都与机 床隔开；缺点是液压站增加了占地面积。 （2）分散式 这种型式将机床液压系统的供油装置、控制调节装置分散在机床的各 处。例如，利用机床或底座作为液压油箱存放液压油。把控制调节装置放在便于操作的 地方。这种结构的优点是结构紧凑，泄漏油回收，节省占地面积，但安装维修方便。同 时供油装置的振动、液压油的发热都将对机床的工作精度产生不良影响，故较少采用， 一般非标设备不推荐使用。本次设计采用集中式。 3.5.2 液压泵的安装方式液压泵的安装方式 液压站装置包括不同类型的液压泵、驱动电动机及其联轴器等。其安装方式为立式 和卧式两种。 1. 立式安装 将液压泵和与之相联接的油管放在液压油箱内，这种结构型式紧凑、 美观，同时电动机与液压泵的同轴度能保证，吸油条件好，漏油可直接回液压油箱，并 节省占地面积。但安装维修不方便，散热条件不好。 2. 卧式安装 液压泵及管道都安装在液压油箱外面，安装维修方便，散热条件好， 但有时电动机与液压泵的同轴度不易保证。 考虑到维修，散热等方面的要求。本设计中采用卧式联接。 普通铣床液压进给结构改造 19 3.6 选择液压油选择液压油 该系统为一般金属切削机床液压传动，所以在环境温度为-535之间时，一般可选 用 20 号或 30 号机械油。冷天用 20 号机械油，热天用 30 号机械油。 4 液压缸及液压装置的结构设计液压缸及液压装置的结构设计 4.1 确定液压缸的结构形式（类型、安装方法、密封形式、缓冲结构、排气确定液压缸的结构形式（类型、安装方法、密封形式、缓冲结构、排气 等）等） 定位于夹紧液压缸均采用单出杆、缸体固定形式；为减少缸体与活塞体积，简化结 构，所以采用 O 形圈密封；由于行程很短，运动部件质量很小，速度也不大，所以不必 考虑缓冲结构；排气螺塞也可以由油管接头来代替17。 工作台液压缸采用装配活塞、双出杆、缸体固定形式。采用双出杆可以使活塞杆在 工作时处于受拉伸应力状态，有利于活塞杆的稳定性，并且可以减小活塞杆的直径。活 塞上采用二个 O 形密封圈；缸盖上有与压力不高，杆径较小，所以采用一个 U 形橡胶密 封圈。另外由于工件为铸铁材料，加工时粉尘及小片状或针状的铁屑较多，所以又加上 了一个防尘圈。夹紧液压缸的防尘圈也时间与同样原因安放的。 由于机床工作台作直线进给运动，在运动方向没有严格的定位要求（这一点与一般 钻、锪动力头液压缸的要求有所区别） ，所以不必采用缓冲结构。快退时可以采用电器行 程开关预先发讯，使三位四通换向阀切换至中位，工作台液压缸停住，避免刚性冲击； 排气也采用松开油管进油螺塞的方法进行，而不设专门的放气螺塞18。 4.2 计算液压缸主要零件的强度和刚度计算液压缸主要零件的强度和刚度 1、液压缸壁厚的校核计算 定位夹紧缸内径与长度较小，一般可以按厚壁筒强度计算公式来估计必需的壁厚。 由公式 1 3 . 1 4 . 0 2 p p p p D 式中：-缸筒壁厚，mm D-活塞缸内径，mm -材料压缩强度，kgf/cm2 Pp-系统压力，Mpa 当额定压力 Pn80mm 时取（0.61.0）d 。 mmA32 2 . 1932)0 . 16 . 0( 取 A=20mm 2)夹紧液压缸 最小导向长度mm DL H25.32 5 . 3175 . 0 2 63 20 15 220 取 H=33mm 活塞宽度mmDB638 .37630 . 16 . 00 . 16 . 0 取 B=38mm 导向套滑动面的长度mmDA638 .37630 . 16 . 00 . 16 . 0 取 A=38mm 3)工作台进给液压缸 最小导向长度mm DL H 5 . 50 5 . 3119 2 63 20 380 220 取 H=51mm 活塞宽度mmDB638 .37630 . 16 . 00 . 16 . 0 取 B=38mm 导向套滑动面的长度mmDA638 .37630 . 16 . 00 . 16 . 0 取 A=38mm （4） 液压缸缸盖与缸底的计算 在中低压系统中，一般是根据结构需要对缸盖和缸底进行设计，不需要进行强度计 普通铣床液压进给结构改造 23 算 计算缸盖厚度时要根据缸盖的连接形式而进行计算 现定位液压缸缸盖连接方式为整体法兰缸盖 因为在此缸中要使缸盖本身作为活塞杆的导向套，所以缸盖材料选择铸铁，但在导 向面上熔堆黄铜，耐磨。 部分缸体材料的许用压力列举如下； 钢铁：=(10001100)105（pa） 锻件：=(10001200)105（pa） 无缝刚管：=(10001100)105（pa） 铸铁：=(600700)105（pa） 缸底采用平面形有孔缸底 mm dD pD Dh3 1061032 32105 . 1 32433 . 0 433 . 0 7 6 02 2 2 根据需要取定位液压缸缸盖厚度 h=5mm 同法：可推出夹紧液压缸缸盖厚度 h=6mm 工作台进给液压缸缸盖厚度 h=20mm 4.3 完成液压缸的结构设计和部分零件图完成液压缸的结构设计和部分零件图 液压缸的活塞宽度一般可取&0.4D，同时应该考虑到密封圈安装时的必要几何尺寸。 缸盖应该考虑到进油及加工工艺要求，缸盖连接处应考虑必要的导向与支承结构尺寸。 小型定位、夹紧液压缸与传动液压缸在结构与安装方法上也不尽相同。总之要使结 构结构设计达到结构简单，工艺性好，安装方便，取材便利，强度足够，输出力、位移 和功率能达到设计要求19。 根据上述液压缸的结构特点及内径、杆径、行程等要求，液压缸的结构设计可参见 图 3-2，图 3-3，图 3-4 所示。 图 3-2 定位液压缸装配图 无锡太湖学院学士学位论文 24 图 3-3 夹紧液压缸装配图 图 3-4 工作台进给液压缸装配图 普通铣床液压进给结构改造 25 液压缸的零件设计可参阅有关资料或手册进行。 4.4 选择装配方案选择装配方案 选择装配方案主要指的是阀块各部件的装配方案。目前较多的是采用液压集成块组 合方法。然而在某些场合，设计人员手头集成块的资料不完善或根本没有，所需的集成 块一时亦不能买到，这时可以根据集成块的设计原理与方法自行设计与制造。 在某些简单的系统中，因为元件数量不多，压力亦不很高（Pn6.3Mpa） ，采用阀板 式的装配方案也是很适用的。它具有设计简单、制造方便、安装与维修简单、投产快的 特点，对于小型机械厂的设备改造尤为适用，因此这种装配方式至今仍有很大的实用意 义。 阀板组合部件设计时，一般应注意以下几点： 阀板最大几何尺寸一般不能过大，按经验在 500*500mm2面积之内是合适的。面积 过大，重量与尺寸太大，阀板的加工与安装会产生困难。如果元件数量较多，可以分为 几个阀板（或阀块）其间用管道相连，组成完整的装配部件。 阀板一般分为两层，后层为固定管接头用，前层为固定液压元件与加工连通管道 用。二板的结合面与元件的安装面应该磨削平整，连接、紧固螺钉的数量与分布应该根 据板受到的液压力的大小来决定，应做到数量充分，分布合理，以保证阀板在工作时不 漏油。 阀板必须有一定的厚度，以保证必要的螺孔深度。前板厚度一般在 2040mm 之 间，后板的厚度一般在 2535mm 之间。如果二板间要安装自制的单向阀时，厚度可以适 当增加。 板内的通油腔道之间必须保持一定的距离。一般高、低压通油腔道之间的密封宽 度不能小于 5mm。当必须产生交叉通道时，可以选择其中一根作为外接通道，由后板处 接出，再用管子连接。版内槽的深度比约在 1.20.8 之间。 一般压力表可以直接安装在板的最高处或其他便于观察的地方。压力表开关的使 用较为困难，但必要时也可以安装，此时测压可以直接用管子连接到测压点上。如果仅 需测两个点的压力，可以直接用两个压力表，这样反而更为方便和经济。 阀板后的管接头安装位置，在分布时应考虑到接管子的方便性，接头之间应允许 扳手放入与扳动时必须的空间尺寸。 阀板必须与油箱或机架连接可靠。不许有松动或悬吊的情况产生，以免产生振动 无锡太湖学院学士学位论文 26 或损坏管子或管接头的现象，使系统不能正常工作。 4.5 绘制部件装配图绘制部件装配图 本设计主要是根据机床改造要求，对加工机床的进给运动和工件的夹紧等部件进行 设计，主要系统的液压原理和各工作缸的设计与计算，各缸的装配方法与元件的排列参 考结构可见图 3-2 至图 3-4。 5 液压系统的验算液压系统的验算 5.1 执行元件输出力或力矩及最低最高速度的校核执行元件输出力或力矩及最低最高速度的校核 现选工作台液压缸最低要求速度为例进行校核： 工作台液压缸有效作用面积为 32222 2 0 . 2823 . 6 4 14 . 3 4 cmdDA 式中：A2-液压缸作用面积，mm2 D-液压缸内径，mm d-活塞杆直径，mm 由产品样本查得调速阀最小稳定流量为 1.17,如不考虑二位二通电磁阀内部的scm / 3 泄露流量，工作台液压缸运动的最低速度为 min/025 . 0 /042 . 0 0 . 28 17 . 1 min min mscm A Q v 而设计要求的工作台最低运动速度为 0.035m/min,所以液压缸最低运动速度能达到预 定要求。 当此条件不能满足时，可以改用流量规格较小的调速阀或增大液压缸直径重新设计 计算，直到满足设计要求为止。 5.2 管路系统压力损失计算管路系统压力损失计算 由于定位夹紧回路在夹紧后的流量几乎为零，所以管路系统的压力损失主要应在工 作台液压缸回路中进行估算。 为可靠起见，按快进时最大流量来估算压力损失。 即以 Q3=16.8l/min 来考虑(如用泵的额定流量 Q=25 l/min 来考虑也可以) 总的压力损失为： 沿局 pp P 普通铣床液压进给结构改造 27