钻孔组合机床动力滑台液压系统设计说明书严选材料

摘 要组合机床是由通用部件和部分专用部件所组成的高效率专用机床，而动力滑台则是组合机床一种重要的通用部件，可以根据不同的工作要求实现各种工作循环，如果配上动力头和主轴箱后可以完成钻、铣、镗等工序的加工要求，通过液压的配合可以实现各种自动工作循环。动力滑台的液压系统是能完成较为复杂工作循环的典型单缸系统，此系统的回路组成具有一定的代表性，制作此液压控制系统不仅有助于学生对所学液压知识进行融会贯通，而且为后来的学生提供了解液压系统和自己动手拆装的实验装置。设计验算结果说明，设计的工作装置满足设计要求。在AUTO CAD软件下绘制的液压系统原理图有利于为新产品设计或改型设计提供参考。关键词：钻孔组合机床动力滑台液压系统设计；设计参数及验算；AUTO CAD制图目 录摘要1第一章 绪论11.1液压传动1 1.2 组合机床发展的历史2 1.3 组合机床的发展趋势21.4 组合机床类型及部件的分类3第二章 动力滑台液压系统的相关参数计算52.1已知设计条件52.2 负载计算5第三章 液压缸主要参数确定7 .1 确定液压缸工作压力7 .2 确定液压缸主要结构参数7 .3 绘制液压缸工况图9 .4 液压缸主要零件强度的校核10 .5 液压缸稳定性计算11第四章 液压系统组成及原理图设计12 4.1 主题方案的确定12 4.2 基本回路确定12 4.3 液压系统原理图的综合14第五章 液压元件选型16 5.1 液压泵的选择16 5.2 液压泵驱动电机的选择17 5.3 液压控制元件及辅助元件的选择17第六章 液压管路和油箱的确定196.1 液压管路的确定196.2 油箱容积的计算20第七章 液压系统性能验算217.1 回路压力损失计算217.2 系统温升验算217.3 油箱散热面积21设计小结23参考文献24xuan1第一章 绪论制造业的历史可追溯到几百年前的旧石器的时代。猿进化成人的一个重要的标志就是工具的制造。可见，工具的制造对人类的影响是极其巨大的。从某种程度上说，工具是先进水平决定着生产力的提高发展与变革，是伴随着劳动工具的发展与变革。制造业是任何一个发达国家的基础工业，是一个国家综合国力的重要体现。而在制造业中，液压系统又是制造业的基础，得到了各个国家的高度重视。尤其在今天以知识为驱动的全球化经济浪潮中，由于激烈的市场竞争，夹具工业的内涵、深度和广度都发生着深刻的而变化，各种新的液压系统、制造加工方法不断出现，推动着我们的社会不断的向前发展。1.1液压传动液压系统是现代工业的基础。它的技术水平在很大程度上决定了产品的质量和市场的竞争力。随着我们加入“WTO”步伐的日益加快。“入世”将对我们夹工具产生重大而深远的影响，经济全球化的趋势日益明显，同时世界众多知名公司不断进行结构调整，国内市场的国际性进一步显现，该行业的将经受更大的冲击，竞争也会更加剧烈。在如此严峻的行业背景下，我们的技术人员经过不断的改革和创新使得我国的磨具水平有了较大的提高，大型、复杂、精密、高效和长寿命的液压有上了新台阶。液压式每个机制制造方面目前普遍的，它可以大批量生产，节省人力物资，效率相对高，操作方便，结构合理，它的成本低廉，适合广大人群所承受的能力。液压传动是用液体作为来传递能量的，液压传动有以下优点：易于获得较大的力或力矩，功率重量比大，易于实现往复运动，易于实现较大范围的无级变速，传递运动平稳，可实现快速而且无冲击，与机械传动相比易于布局和操纵，易于防止过载事故，自动润滑、元件寿命较长，易于实现标准化、系列化。液压传动的基本目的就是用液压介质来传递能量，而液压介质的能量是由其所具有的压力及力流量来表现的。而所有的基本回路的作用就是控制液压介质的压力和流量，因此液压基本回路的作用就是三个方面：控制压力、控制流量的大小、控制流动的方向。所以基本回路可以按照这三方面的作用而分成三大类：压力控制回路、流量控制回路、方向控制回路。液压系统已经在各个部门得到广泛的应用，而且越先进的设备，其应用液压系统的部门就越多。1.2 组合机床发展的历史组合机床的最早雏形，远在二十世纪七十年代，随着可转位刀具、密齿铣刀、镗孔尺寸自动检测和刀具自动补偿技术的发展，组合机床的加工精度也有所提高。最早的组合机床是1911年在美国制成的，用于加工汽车零件。初期，各机床制造厂都有各自的通用部件标准。为了提高不同制造厂的通用部件的互换性，便于用户使用和维修，1953年美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协商，确定了组合机床通用机床部件标准化的原则，即严格规定各部件间的联系尺寸，但对部件结构未作规定。为了使组合机床能在中小批量生产中得到应用，往往需要应用成组技术，把结构和工艺相似的零件集中在一台组合机床上加工，以提高机床的利用率。这类机床常见的有两种，可换主轴箱式组合机床和转塔式组合机床。组合机床未来的发展将更多的采用调速电机和滚珠丝杠等传动，以简化结构，缩短生产节拍；采用数字化控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统，以提高工艺可调性；以及纳入柔性制造系统等。1.3 组合机床的发展趋势（1）广泛应用数控技术国外主要的组合机床生产厂家都有自己的系列化完整的数控组合机床通用部件,在组合机床上不仅一般动力部件应用数控技术,而且夹具的转位或转角、换箱装置的自动分度与定位也都应用数控技术,从而进一步提高了组合机床的工作可靠性和加工精度。广州标致汽车公司由法国雷诺公司购置的缸盖加工生产线,就是由三台自动换箱组合机床组成的,其全部动作均为数控,包括自动上下料的交换工作台、环形主轴箱库、动力部件和夹具的运动,其节拍时间为58秒。(2)发展柔性技术80年代以来,国外对中大批量生产,多品种加工装备采取了一系列的可调、可变、可换措施,使加工装备具有了一定的柔性。如先后发展了转塔动力头、可换主轴箱等组成的组合机床;同时根据加工中心的发展,开发了二坐标、三坐标模块化的加工单元,并以此为基础组成了柔性加工自动线(FTL)。这种结构的变化,既可以实现多品种加工要求的调整变化快速灵敏,又可以使机床配置更加灵活多样。(3)发展综合自动化技术汽车工业的大发展,对自动化制造技术提出了许多新的需求,大批量生产的高效率,要求制造系统不仅能完成一般的机械加工工序,而且能完成零件从毛坯进线到成品下线的全部工序,以及下线后的自动码垛、装箱等。德国大众汽车公司KASSEL变速箱厂1987年投入使用的造价9000万马克的齿轮箱和离合器壳生产线,就是这种综合自动化制造系统的典范。该系统由两条相似对称布置的自动线组成,三班制工作,每条线日产2000件,节拍时间为40秒。全线由12台双面组合机床、18台三坐标加工单元、空架机器人、线两端的毛坯库和三坐标测量机组成,可实现3种零件的加工。空架机器人完成工件下线的码垛装箱工作。随着综合自动化技术的发展,出现了一批专门从事装配、试验、检测、清洗等装备的专业生产厂家,进一步提高了制造系统的配套水平。(4)进一步提高工序集中程度国外为了减少机床数量,节省占地面积,对组合机床这种工序集中程度高的产品,继续采取各种措施,进一步提高工序集中程度。如采用十字滑台、多坐标通用部件、移动主轴箱、双头镗孔车端面头等组成机床或在夹具部位设置刀库,通过换刀加工实现工序集中,从而可最大限度地发挥设备的效能,获取更好的经济效益。1.4 组合机床类型及部件的分类由于组合机床是以系列化和标准化的通用部件为基础，配以少量专用部件对一种或多种工件按预先确定的工序进行切削加工的机床，所以对组合机床并不存在确定的精确地分类。组合机床的通用部件按功能分为动力部件、支撑部件、输送部件、控制部件和辅助部件五类。动力部件为机床提供主运动和进给运动，主要有动力箱（将电动机的旋转运动传递给主轴箱）、切削头（装在各个主轴上，用于各单一工序的加工）、动力滑台（用于安装动力箱或切削头，以实现进给运动）；支承部件用以安装动力滑台，包括各种底座和支架；输运部件用以输送工件或主轴箱至加工工位；控制部件用以控制机床的自动工作循环；辅助部件包括润滑、冷却和排屑装置等。根据配置型式，组合机床可分为单工位和多工位两大类。其中单工位组合机床按被加工面的数量又有单面、双面、三面和四面4种，通常只能对各个加工部位同时进行一次加工；多工位组合机床则有回转工作台式、往复工作台式、中长立柱式和回转鼓轮式4种，能对加工部位进行多次加工；控制部件是用以控制机床的自动工作循环的部件，有液压站、电气柜和操纵台等。辅助部件有润滑装置、冷却装置和排屑装置等。第二章 动力滑台液压系统的相关参数计算2.1已知设计条件 钻孔组合机床动力滑台液压系统设计的技术参数：一台卧式单面多轴钻孔组s合机床，机床工作时轴向切削力Ft=15000N，移动部件总重力G=9000N,快进行程长度L1=200mm，工进行程长度L2=60mm。快进、快退速度V1=V3=4500m/min；工进速度V2=40m/min；往复运动加速和减速时间应在 ；滑台导轨静摩擦系数 ，动摩擦系数 。液压缸机械效率hm=0.9设计要求滑台实现：“快进-工进-死挡铁停留-快退-原位停止”的工作循环。2.2 负载计算1 钻削轴向负载力Ft=15000N2 滑台对导轨的摩擦力 运动部件对导轨的法向力 G=95000N 静摩擦力 F=G*f=95000*0.2=19000 动摩擦力 3惯性力 根据上述计算，可确定工作循环中的负载力如下：滑台的启动负载：滑台的加速负载：滑台的快进负载： 滑台的工进负载：滑台的快退负载：根据已知数据和计算数据可画速度图和负载图，见图2-1、2-2所示:289000.09 0.13-1800F/N77-90018000l/m0.083图2-1 负载图V1(m/s）0.000830.130.090l/m-0.083图2-2 速度图第三章 液压缸主要参数的确定3.1确定液压缸工作压力根据要求可确定液压缸为差动式液压缸。经负载分析和计算可知液压缸驱动的最大负载是在工进阶段，约为29KN。由表3-1和表3-2取工作压力为4MP。进而由表3-3可确定工进时的背压力为。表3-1负载 / kN551010202030304050工作压力/MPa0.81.01.522.5334455表3-2设备磨床插床车床绗磨床拉床农机工程机械船用类型牛头刨床组合机床齿轮加工机床铣床镗床龙门刨汽车工业小型工程机械冲压机械液压支架重型机械工作压力/MPa1.26.3242510101616321425表3-3液压系统背压/MPa液压系统背压/MPa中低压系统、轻载节流调速系统0.20.5装有补油泵的闭式回路系统11.5有背压阀或回油节流调速回路0.51.5多路换向阀的中高压系统1.233.2 计算液压缸主要结构参数由于工作进给速度与快速运动速度差别较大，且快进、快退速度要求相等，从降低总流量需求考虑，应确定采用单杆双作用液压缸的差动连接方式。通常利用差动液压缸活塞杆较粗、可以在活塞杆中设置通油孔的有利条件，最好采用活塞杆固定，而液压缸缸体随滑台运动的常用典型安装形式。这种情况下，应把液压缸设计成无杆腔工作面积是有杆腔工作面积两倍的形式，即活塞杆直径d与缸筒直径D呈d = 0.707D的关系。满足负载要求的缸筒内径D和活塞杆d计算如下：根据差动液压缸定义有,所以：由GB2348-1993圆整为：D=110mm，d=80mm。根据所确定的D和d算出液压缸无杆腔有效作用面积，液压缸有杆腔有效作用面积，液压缸活塞杆有效作用面积。通过验算，液压缸强度和稳定性足以满足条件。由计算所得的和可以算出液压缸驱动滑台在工作循环中各阶段的实际压力、流量和功率，见表3-4所示，并且画出工况图，如图3-5所示。表3-4工况推力F/N回油腔压力P2/MPa进油腔压力P1/MPa输入流量q/L.min-1输入功率P/Kw计算公式快进启动180000.398加速1282.650.8510.551恒速9000.7660.46625.140.195工进289000.63.660.4740.029 快退起动180000.448 加速1282.650.61.59恒速9000.61.49722.380.558注：。3.3绘制液压缸工况图3.660.4190.1950.5510.0290.4660.00790.3980.44801.4971.590.373图3-53.4液压缸主要零件强度校核1.)杆径d=80mm由公式：式中：F是杆承受的负载（N），F=28900N 是杆材料的许用应力，材料为45#钢，=600缸盖和缸筒联接螺栓的底径d1式中 K-拧紧系数，一般取K=1.251.5； F-缸筒承受的最大负载（N）； z-螺栓个数，取z=6； -螺栓材料的许用应力， ，为螺栓材料的屈服点（MPa），安全系数n=1.22.5 取d1=10mm缸底厚度对于平缸底，厚度 有两种情况：a. 缸底有孔时：其中b. 缸底无孔时，用于液压缸快进和快退；其中3.)缸筒壁厚=4因为方案是低压系统，校核公式, 式中：-缸筒壁厚（） -实验压力 ,其中是液压缸的额定工作压力 D-缸筒内径 D=0.11M -缸筒材料的许用应力。，为材料抗拉强度（MPa）,n为安全系数，取n=5。对于P116MPa.材料选45号调质钢，对于低压系统因此满足要求。3.5液压缸稳定性计算，所以稳定性符合要求第四章 液压系统组成及原理图设计根据设计要求可知，本液压系统只考虑滑台的主运动，而不需涉及定位和夹紧，从而系统较简单。4.1 主题方案的确定由表3-4可知，本系统设计属于速度变化不多的小功率固定作业系统。因而首先考虑性能稳定的双定量泵供油、差动缸差动快进和调速阀进口节流调速的开式系统方案。这样，即可满足液压缸快进和快退的低压大流量要求，又可满足液压缸工进的高压小流量要求。既考虑了节能问题，又兼顾了工作可靠性等问题。4.2 基本回路确定1) 供油回路的确定按照主题方案，供油回路选择双联定量泵供油方式，见图4-1。图4-12) 压力控制回路的确定在图4-2中，液控顺序阀（作卸荷阀用）通过主回路的压力控制大泵的压力，当执行原件由快进转入工进时，主油路的压力上升，达到液控顺序阀的调定值时液控顺序阀开启，使大泵卸荷。溢流阀调节控制小泵的压力值，以满足工进进给时的压力要求。为了防止液压缸前冲，在回路上设置了直动式溢流阀作为可调背压阀。同时为了开机待命过程中节约能量消耗，采用了换向阀中位卸荷回路，见图4-2。3) 方向控制回路的确定采用三位五通电液换向阀为主控回路，这样可以满足液压缸停止、启动、换向和液压缸差动控制，见图4-2，图中单向阀建立了电液换向阀所需的控制压力。图4-24) 速度控制回路的确定根据任务书要求，主液压缸需要具有快进、工进和快退功能。快进将由双泵供油和差动回路实现。工进将由小泵供油，调速阀进口节流调速控制。速度换接回路由二位二通机动换向阀来切换。速度控制回路见图4-3。图4-34.3 液压系统原理图的综合液压系统原理图的综合即使将已经确定的基本回路按原理组织在一起。在综合过程中，仍要考虑满足实现控制要求的其他问题。最后设计的系统原理图见图4-5所示，工作循环表见表4-6，（表中“+”为对应电磁铁得电发出控制信号；“|+”为对应压力继电器在该动作的后半期发出控制信号；“下位”为对应的换向阀下位工作；“上位”对应的换向阀上位工作；“”为对应的液压泵、调速阀工作）。工作循环1YA2YAq1q2111214快进+下位工进+上位停留+l+快退+原位表4-6图4-5第五章 液压元件选型液压系统原理图确定之后即可对使用的液压元件型号和规格进行选择。5.1 液压泵的选择液压泵的类型确定后，然后就应该进行压力、流量和型号的确定。由表3-4可知，在系统工作中，液压缸最大工作压力。考虑到进油路的总压力损失，以及为使压力继电器可靠工作，应使工作压力高出。这样，液压泵的最高工作压力为，是在工进时出现的，因此也是小泵的工作压力，由溢流阀调定。快进和快退时由和同时向液压缸供油。但是快退时比快进时的工作压力大。所以，大泵的工作压力应为快退时与进油路总压力损失之和：值由卸荷阀调定。由表3-4可知，液压缸快进时所需流量最大。因此，选择双联泵的总流量应满足液压缸快进时的流量要求，并考虑系统泄漏量 工进时由小流量泵供油。因此，小流量泵的流量应为通过调速阀的流量与通过溢流阀的最小流量之和，即 确定液压泵的规格：根据所需流量，拟选初选双联液压泵的转速为 泵的容积效率为，小流量泵和大流量泵的排量参考值为根据以上计算结果查手册得，PV2R-6/33双联叶片泵在转速为 14r/s（840r/min） ，容积效率时，双联泵同时供油流量为，而。工进时小泵实际流量为。此为本系列泵中最接近系统所需的规格。所以PV2R-6/33双联叶片泵即为所选。5.2 液压泵驱动电机的选择由表3-4得知，液压缸快进时需要输入功率为最大。此时，双联泵流量为，工作压力为2.09MPa，取泵的总效率为，电动机功率为因此，可选额定功率为，转速为14r/s的交流电动机。5.3 液压控制元件及辅助元件的选择根据液压控制元件和辅助元件选择原则，查相关手册和产品样本。本系列所选主要元件见表5-1。表5-1序号元件名称估计通过量L/s额定流量L/s额定压力MPa额定压差MPa型号及规格1油箱250L2过滤器0.5331.05160.02XU6380-J3双联叶片泵0.084/.46817.5PV2R12-6/334单向阀0.521.05160.2AF3-Ea10B5单向阀0.441.05160.2AF3-Ea10B6溢流阀0.0801.0516YF3E10B7液控顺序阀0.441.05160.3XF3E10B8三位五通电液阀1.01.05160.535DYF3YE10B9单向阀0.441.05160.2AF3-Ea10B10背压阀0.0081.0516YF3E10B11行程阀0.8331.05160.3AXQFE10B12调速阀0.0080.83316AXQF-E10B13单向阀1.01.05160.2AXQFE10B14压力继电器14PFB8L15压力表开关14KF3-EB316液压缸第六章 液压管路和油箱的确定6.1 液压管路的确定液压管路的确定主要是确定其内径和壁厚，内径应与所连接元件的通径一致。其中，液压缸大腔油管和差动油管为压力管道，流速；回油管的内径为回油路，压力较小，流速。大腔进油管内径 差动油管内径 回油管内径油管壁厚 式中 工作压力，MPa；许用应力，MPa，；抗拉强度，MPa；安全系数，当时，；时，；时，。管子内径，mm；查手册取标准值、；壁厚的冷拔无缝钢管（YB231-70）。6.2 油箱容积的计算根据JB/T7938-1999取标准值V=250L第七章 液压系统性能验算7.1 回路压力损失计算回路中压力损失包括沿承损失、局部损失和阀口损失。鉴于本系统相比较为简单，根据经验可知，压力损失小于。所选的泵和压力控制阀均有足够的调节余量。故验算从略。7.2 系统温升验算在开泵待命时，液压泵处于协和状态。在快进和快退时的压力较低，时间短，功率损耗不大。而在工进时，工作压力大，时间长，经溢流阀、调速阀损失的功率应该验算。工进时大泵经顺序阀卸荷，小泵向液压缸供油。所以，工进时液压泵的输入功率为工进时的液压缸输出功率功率损失为7.3 油箱散热面积取油箱的散热系数，则温升为此温度小于一般机床油液和油箱允许温升，故不需要强制性散热设计小结钻孔组合机床动力滑台液压系统设计，是在学习了液压与气压传动基本理论知识后进行的一次综合运用说学理论知识分析问题解决问题的实践。在于通过对企业工厂中所涉及的机床等设备中液压系统的设计，使我们在拟定液压系统方案过程中，得到设计构思，方案分析，工作情况，元件设计计算和选择，系统确定和技术文件的编制查阅技术资料等多方面得到综合训练，树立正确设计思想，掌握基础设计方法，培养我们具有初步结构分析，设计计算的能力。本次综合课程设计，不仅加强了我对课本中的理论知识的再次深入的理解和认识，更提升了我对液压在机床中的应用的认识。组合机床在以后的机加工中势必会运用的越来越广泛，而动力滑台又是其中重要的组成部件之一。对其研究有利于我们对组合机床的深入学习和认识，对我们以后的学习和日后的工作是有很大的帮助的。1.通过本次课程设计，我们将理论知识与实际设计相结合，真正做到了理论联系实际，并且学会了如何综合去运用所学的知识，使我们对所学的知识有了更加深刻的认识和了解，让我们受益匪浅。更让我们发现自己知识的局限性，在今后的学习中，还得加紧学习。2.通过这次课程设计，让我们每个人都再一次切身体验了课程设计的基本模式和相关流程。3.通过本次设计也让我们体验到了团队合作的重要性和必要性。参考文献1 雷秀.液压与气压传动M.北京:机械工业出版社.2007.122 雷天觉主编.液压工程手册M.北京：机械工业出版社.19903 杨培元. 液压元件与系统设计简明设计手册.第一版.北京：机械工业出版社.20034 谢家瀛主编.组合机床设计简明手册.第一版.北京:机械工业出版社.1994