毕业设计（论文）组合机床液压系统的设计

云 南 机 电 职 业 技 术 学 院毕 业设 计任 务 书论 文机械工程系 系 机械制造及其自动化 专业 05112 班毕业设计题目液压系统的设计论文专题题目组合机床液压系统的设计发题日期：2008年3月20日设计、论文自2008年4月5日完成期限：至2008年5月20日答辩日期：2008年6月日学 生 姓 名：指 导 教 师：系 主 任：毕业设计、论文任务与要求：该设计的任务在于：通过理论上的计算和推理，结合实际工作中存在的问题（如所能承受的压力、载荷的大小等）进行改良，使设计在实际生产过程中实现结构紧凑、控制方便、易于实现自动化的优点，能够进行正常的工作。在实际的生产过程中具有现实的指导意义。设计过程中的要求：（1） 工作循环是否正确，元件的规格和机能选得是否适应，系统是否简化。（2） 所要求的速度，作用力是否满足要求，功率是否足够。（3） 功率利用是否合理，温升是否过高。（4） 系统是否有过载保护。（5） 多回路系统的动作是否会相互干扰。（6） 元件的配合是否便于调整，维修。（7） 元件的供应情况和经济性。方案与设计步骤：1 提出设计参数；2 草拟液压系统图；3 确定液压系统的工作压力和流量；4 拟定液压系统图；5 设计和选择液压元件和辅助液压装置；6 设计液压传动装置工作图；7 从安全、可靠、经济效果、使用、维护等方面检查整个设计。毕业设计版权使用授权书本人完全了解云南机电职业技术学院关于收集、保存、使用毕业设计的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交毕业设计的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存毕业设计；学校有权提供目录检索以及提供本毕业设计全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交毕业设计的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制毕业设计的部分或全部内容用于学术活动。 作者签名： 年 月 日 云南机电职业技术学院毕业设计原创性声明本人郑重声明：所呈交的毕业设计，是本人在指导教师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本毕业设计的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本毕业设计所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本文原创性声明的法律责任由本人承担。 作者签名： 年 月 日摘 要本文完成了对组合机床液压系统的设计，并对该设计进行了必要的分析和拟订液压系统图，对次液压系统进行了经济技术分析，完成了整个设计的过程。关键词：组合机床液压系统，拟订液压系统图，经济技术分析。目 录前言 .1第一章 液压系统的设计.2第二章 设计中应该注意的几个问题.3第三章 液压系统的设计理由.6第四章 拟订液压系统图.7第五章 液压系统设计中就涉及的计算和选择.8第六章 元件的选择和调节.10第七章 液压传动装置工作图的有关要求.12第八章 对整个设计进行的分析和检查.14第九章 小结与归纳.15第十章 致谢.16第十一章 参考资料文献.17附录A .18前 言 液压系统是组合机床及其自动线的重要组成部分。液压系统与机械、电气相配合，实现机床或自动线的自动工作循环。液压系统设计得是否合理，直接影响和自动线的工作性能。因此，对组合机床及其自动线的液压系统的设计方法和原则加以探讨是很必要的。当然，液压系统的性能的优劣，不仅与液压系统有关，而且与所采用的液压元件有密切的关系。液压系统应能满足工作部件对力、速度和方向的要求。在一个工作循环的每个工步中对力、速度和方向这三个参数不仅有量的要求，而且有质的要求。要使一个液压系统实现所要求的工作循环，保证所要求的工作性能，方法是多种多样的。所以，要根据具体情况确定液压系统的设计方案。第一章 液压系统的设计一加工通孔的卧式组合机床，加工时的轴何切削力为200Mpa，快速移动行程为100mm，工作进给行程为100mm，要求快速移为速度为5m/min，工作进给速度为50mm/min,试设计这台机床的液压系统。第一节 对此系统的分析与设计。根据工作要求可知，该机床的动力部件的工作循环为：快进-工进-快退-停止。如图所示：由动力部件的工作循环可知，动力部件的运动应实现如下F控制，此外，还应保证加工时所需的进给速度。第二章 设计中应该注意的几个问题第一节 换向控制可采用换向阀来实现。根据所设计的系统为给液压系统，进给液压系统要求换向平稳，因而采用电液换向阀较好。第二节快进向工进转换快进向工进转换的控制方式，最常用的有两种：一是电磁换向阀控制；二是行程阀控制。当采用电磁换向阀控制时，是动力部件运动索马里转换点时，动力部件上的挡铁压下电气行程开关，由电气行程开关发出信号，使电磁换向阀动作，切断快进油路，接通工进油路；当采用行程阀控制时，是动力部件运动运至转换点后，动力部件上的挡压下行程阀的滑阀，切断快进油路，接通工进油路。行程阀控制的方式工作可靠，转换平稳，而且精度较高，所以结束时应尽量采用行程阀控制的方式。第三节加工结束后向快速退回的转换的控制。加工结束后向快速退回的转换可采用行程开关控制，或采用压力继电器与行程开关和联封控制。压力继电器和行程开关联合控制方式的优点是：位置精度高、动作可靠。行程开关控制方式的优点是：简单、方便，但缺点是位置精度不够高。由于所设计的是加工通孔的机床，对位置精度的要求不高，所以可采用行程开关控制。第四节退回原位转换为停止的控制动力部件退回原位后转换为停止的控制，一般均采用动力部件上的原位挡铁压下原位行程开关，由原位开关发出动力部件停止的信号第五节 进给速度的控制在机床的液压传动中，进给速度的控制一般采用节流阀或调速阀。究竟是采用哪一种方式，与原的选择有很大关系。如选择之量泵时，为保证进给速度的稳定，应采用调速阀；当采用变量泵时,视泵和形式的不同,有时应采用节流阀,有时应采用调速阀。综上所述，在所设计的液压系统中将包含：泵、油缸，由液换向阀、行程阀、调速元件由上分析及液压系统中所需元件，似乎可以草拟液压系统图。但仔细推理，究竟并没有在机床的液压传动中，进给速度的控制一般采用节流阀或调速阀。究竟是采用哪一种方式，与原的选择有很大关系。如选择之量泵时，为保证进给速度的稳定，应采用调速阀；当采用变量泵时,视泵和形式的不同,有时应采用节流阀,有时应采用调速阀。采用变量泵还是定量泵，要采用进口节流还是出口节流吧。这还是一个需要解决的问题第六节关于变量泵与定量泵的选择变量泵系统效率较高,发热较少,可避免油温的升高.在减少温升方向有明显的效果,变量泵的制造量和性能还不稳定.而定量泵制造较容易,系统安全可靠,在一般负荷的机床上采用时,温升问题不大,日前定量承的应用仍然较为普遍,所以选择定量泵。第七节进口节流与出口节流的确定。变量泵系统效率较高,发热较少,可避免油温的升高.在减少温升方向有明显的效果,变量泵的制造量和性能还不稳定.而定量泵制造较容易,系统安全可靠,在一般负荷的机床上采用时,温升问题不大,日前定量承的应用仍然较为普遍,所以选择定量泵。 当负载为阻力负载时，带有背压阀的进口节流，系统与出口节流系统的工作稳定性相同；但当负载除阻力负载外有时还出现在负值负载时，出口节流由于背压大，工作稳定性能好，而进口节流由于调速阀安装于油缸的进油口，不能职工工资阻止由于负载方向变化引起的速度增长，工作稳定性差。所以选择进口节流。第八节快速移动和工进时间由于秘设计的机床要求快速移动速度为5m/min。工进速度为50m/min，快速移动时所需的流量为工进时所需流量的100倍，而快速移动时所需的时间为（不考虑过渡进程）。t快=t快进+t快退=工进所需的时间为：从快速移动和工进所需的时间可以看出：在一个加工循环中，工进时间占绝大部分。这时，如果选用单承，会倒成在工作进给时泵排出的吊环大部分做了无用功，功率损失很大。所以，此液压系统应选用双联系。并采用在工进时，低压泵卸荷的回路。第九节“差动连接” 快速连接时向前的“差动连接”的方法，可以采用较小流量泵实现较大的动力部件的向前快速移动速度。差动连接可使向前、向后运动速度相等。所以这快速移动时所需的压力不大的情况下，应尽量采用差动连接的方法第三章 液压系统设计的理由液压系统在整个机床运动结构系统中主要与机床主轴系统起能量转换作用。液压传动在机床中主要起实现进给运动（如钻、镗、铣、铰等）以及一些辅助运动（如工件的定位、夹紧、运输等）液压传动易于实现无级调速，运转平衡，易于实现自动化等优点，所以液压系统在机床中具有非常重要的作用第 四 章 拟定液压系统图 对所设计的液压系统的一些主要的问题已有了更多的认识，方便可对液压系统图进行设计，绘制了如下图所示 绘制了系统图后，应对系统图进行分析，分析内容如下：1 系统能否正常工作2 系统是否能保证要求的性能3 系统是否便于观察和掌握4 系统是否容易出现故障第五章 液压系统设计中就涉及的计算和选择。第一节 确定油缸的直径 对机床液压系统来说，油缸发球通用部件，已经标准化系列了。 对此液压系统来说，最大切削力为200Ma，所以选用油缸直径为105mm，活塞杆直径为75mm ，这时的最大进给力为250Mpa。第二节 油泵的选择和计算泵的压力规格选择为6.3Mpa，查表知道。当要求油缸运动速度为5m/min时，3.2油泵的流量应为43.2L/min；当油缸速度为50mm/min 时，泵的流量应为0.43L/min；由于系统是差动连接的，而且油缸无活塞杆腔面积为有活塞杆腔面积的二倍，所以双联泵中二泵三流量和可为所需流量的一半，即21.62/min，所以选择4/16或4/25L/min的双联泵。差动连接时，油缸（或活塞）的运动速度的计算公式 V向前=；V向后=第三节 油管直径的选择通过以上的分析及所草拟画出的系统图得出：系统中的同管有以下几种：快速进油油路油管，工进油路油管，控制油路油管，压力测量点，压力表开关连接用的油管一般采用外径为4的钢管；工进油管一般采用外径为10的钢管或铜管。第四节 电机的选择确定对于机床的液压系统来说，经常状况时比快速移动时所需要的功率大。动力部件快速移动时所需的压力，由于加工，装配时的精度等因素的影响，变动范围一般很大。 当差动连接时，快速移动所需的压力为10-20Mpa为可靠，安全起见，选择25Mpa的压力来计算电机功率。 查表知：4L/min的泵在压力为25Mpa时所需功率为0.32KW；16L/min的泵在压力为25Mpa时所需功率为0.98KW；共需的总功率为P=P1+P2=0.32+0.98=1.30KW。所以应选功率为1.5KW的电机。第六章 元件的选择和调节第一节 油泵的选择和调节 一般情况下，无论是齿轮泵，叶片泵或是活塞泵的定量泵变压力、流量规格与机床液压压系统相符，都可以采用。 泵的压力规格应按额定压力6.3Mpa选择，对于快速行程的低压泵可按额定功率与压力取2.5Mpa。 对进给液压系统，由于快速移动时需要转大的流量，工进时需要较小的流量，所以选择双联定量泵较好，此时，应使二泵的流量之和等于快速移动时所需的流量。高压泵的流量应略大于工进时所需的流量，因溢流阀工作时需要一定的溢流量，若溢流量过小，会使溢流阀工作不稳定。所以高压泵的流量一般应较最大进给时所需要的流量大1升/min以上。 对于进给系统，高压泵的流量一般应在3-12L/min范围内选择。当前液压系统中采用较多的是限压式变量叶片泵。选限压式变量泵时，最大排油量应等于快速移动时所需的流量。 油泵在工进时，需要的流量为Q1，最大进给时所需的压力为P1，则泵在流量为Q1时的排油压力应为： P0=P1+P1 式中P1-为调速阀稳定工作时的压力，一般为0.5Mpa.第二节 溢流阀的选择和调节 溢流阀用于确定系统的最大压力，保护系统和元件。 为使液压系统可靠工作，溢流阀的调节压力应较最大载荷时系统中所需的压力高0.3-0.5Mpa。 当溢流阀的压力调节值过低时，会使系统工作不正常；过高时，会加大功率提大，增加系统的发热。所以在液压系统中溢流阀的压力一般调节在3-5Mpa的范围内。第三节 卸荷时用的顺序阀选择和调节。与低压泵出口连接的卸荷用顺序阀，它的调节压力应较运动部件快速移动时所需的压力高，以保证低压泵排出的油在快速移动时能全部流入液压系统。当系统处于高压状态时，顺序阀可以可靠的打开卸荷。 系统中顺序的压力一般在2-2.5Mpa范围内调节。 由于通过卸荷用的顺序的流量是低压泵时排油量，只使顺序阀的流量规格应等于或大于低压泵的流量。第四节 背后阀的选择和调节在进口节流进给系统中，在油缸有活塞杆腔的回油路上装有背压阀，其目的是保证进给的稳定性，防止机床停车后空气进入液压系统，影响系统的正常工作。由于背压阀只有在动力部件加工时才能起作用，但加工时的速度一般都很小，通过的背压阀的流量也很小，所以可以选用低压力的直型小流量的压力阀。背后阀的调整压力可在0.3-0.8Mpa范围内调节。第五节 减压阀的选择和调节减压阀用业调节系统中某一支路的压力。使之低于溢流阀所确定的压力。减压阀不能控制油的流量，当减压后油的流量需要控制时，应另外设置节流阀。第六节 换向阀的选择换向阀的型式多样，应根据实际情况选择换向阀的控制方式、流量、是间位置的通油方式。当系统中的流量在25L/min以下时，一般采用电磁换向阀。由磁换向阀的动作较快，但换向冲击大，当系统中的流量较大时，应采用流动和换向阀。第七节 调速阀的选择调速阀来回调节运动部件运动速度。运动部件调节范围由调速阀的流量范围决定。液压系统中采用的调速阀的流量范畴为0.05-1L/min，0.053L/min，和0.5-8L/min等几种。在液压系统的设计中经常遇到的问题有：最小进给量能否可靠地实现的问题。最小进给量是以下的2个因素决定：1、调速阀的最小稳定流量；2、油缸的面积；当调速阀确定之后，最小稳定流量已经确定了，若最小稳定流量不能满足最小进给量要求，此时是能增大油缸直径。对调速阀的要求：下图a）为进口节流系统的简图。调速阀进口的最大压力由溢流阀1调整。在工作过程中调速阀2的压力差是变动的。当载荷为零时，有最大的压力差，其值为P0。图b)为出口节流系统的简图。调速阀进口的最大压力不仅与溢流阀的调节压力P0有关，而且与油缸有活塞杆腔面积与无活塞杆腔面积的比值有关。当油缸有活塞杆腔的面积为无活塞杆腔面积的二分之一时，调速阀进口的最大压力（当载荷等于零时）为2P0，起压力差也就为2P0，比进口节流系统的压力差大一倍。由于压力差大，对调速阀内的压力补偿用减压阀制造精度的要求也提高了。第七章 液压传动装置工作图的有关要求。液压系统图绘制以后，要按系统图中所选用的液压压元件，辅助装车、进行整个传动装置的装配。第一节 液压传动装置的形式液压传动装置按配置形式可分为集中配置和分散配置两种形式。集中配置是将机床或自动线液压系统和能源控制，调节装置某中安装。优点是占地面积小，缺点是占地面积大。综上所述，液压传动装置的形式采用分散配置式。第二节 液压元件的配置方式 目前，液压元件的配置方式有：控制板式，液压站式、某成化式。 集成化式具有的优点有：（1） 采用标准化的元件，便于制造，性能可靠。（2） 通过阀休内钻的孔来实现汕睡的连接，节省了大量的油管和管接头，为装配和拆卸提供了很大的方便。（3） 结构紧凑，体积小。（4） 管路短，压力损失小。（5） 可根据工作需要配置于最方便的位置（6） 避免了外界干扰振动时时液压系统工作的影响 由于集成化具有其他两种方式不具有的优点，在液压传动系统中得到了越来越广泛的应用，并且已经设计了通用化部件，形成了系列。第三节 管路的连接形式 目前应用最广的一种形式是：用油管和管接头将元件和元件连接起来，形成一个完整的系统。但是这种连接形式需要的油管和管接头的数量较多，且装配不够方便。当发生故障需要拆卸管子时，也比较困难。所以现在采用无管连接的方式。 无管连接是将液压元件固定在底版上，油管的连接是由底版实现的。第四节 液压传动装置的一般要求。 在液压传动中，各种阀的配置应便于装配、调整、使用时的观察。如电磁换向阀与其他阀体之间的距离不应该过小，以便于电磁铁的的安装和手动操作；压力表和压力表开关应安装在立板的上部，以便于观察和调整。对于需要用扳手调整的阀，应有足够的空间。 液压传动装置应是一个独立的部件，在传动装置上应设置与外界相连的油口，这既便于传动装置与所控制的部件的连接。在传动装置上应设置电器盒，电源进线应接入电器盒的接线板上，然后再与液压传动装置的电机、电磁铁、压力继电器等元件的连接。 应防止尘土，铁屑及其他赃物进入油口。油箱上应设置空气滤清器。液压传动装置不可避免有泄露，漏出来的油应该经过过滤后再流回油箱。为了避免泄露的油回油管与油箱盖板之间的间隙直接流回油箱，应采用毛毡或塑料套，将间隙封住。如图所示： （1） 为了便于油泵的装配，拆卸以及油泵的进出口滤油器的清洗。油箱的侧壁或上端应设置一个较大的窗口，平时用盖子密封。（2） 管子的弯曲应该横平竖直，弯曲处的交角不应该小于90度。还应该考虑外观的整齐和美观，油管、电线应安装于立板的背面。第八章 对整个设计进行的分析和检查。 应从安全、可靠、维护等方面进行检查。检查内容有：经过分析,得到的结果如下：1 该液压系统工作循环是正确，元件的规格和机能选得适应，系统简化。2 其速度、作用力、功率在规定的范围之内。3 该液压系统传动装置体积小、重量轻、结构紧凑。4 传动过程中工作平稳，反应快，换向冲击小，能快速启动、制动和频繁换向。5 运动过程中可进行无级调速，调速方便且调速范围大。6 控制调节简单，操作方便、省力，易与实现自动化。与电气控制结合时，更易于实现各种复杂的的自动工作循环。7 易于实现过载保护，液压元件能够自行润滑，故使用寿命长。8 元件已实现了系列化、标准化和通用化，所以制造、使用和维修都比较方便。 第九章 小结与归纳 通过这次课程设计，使我掌握了机械设计的一般方法和步骤，获得了一定的安全经验。对以前所学知识进行了系统的学习并得到了深化和归纳，对液压传动中各类零件的结构原理及作用有了更深的理解。学会了对相关资料、手册的查阅，对数据的处理。 该液压传动机构紧凑，拆装方便，传递的功率较大。所以液压传动系统在生产过程中已经被广泛采用第十章 致谢在学院及机械工程系各位领导及老师的大力支持下，我基本完成了该项设计任务。在该结构的整个设计过程中，学院为我们提供了业务能力较高的设计指导教师我自己寻找了相关的资料，给我的设计奠定了一个坚实的基础。同时在整个设计过程中，得到了指导教师马延辉老师的很多帮助，让我的设计有了更一步的完美。在此，非常感谢学院领导和系领导给予了我这次机会，让我得以施展自己所学，达到学以致用的目的。通过这次的毕业设计，在这三个月的时间，但也让我学到了更多的专业知识及其它知识，这将使我在以后的工作中有一个很大的帮助。同时我在这里也感谢各位相关老师的悉心指导和大力帮助，感谢学院的各位领导以及学院给予我这次学习的机会，通过两年的大学生涯，让我走向社会、走入工作岗位。第十一章 参考资料文献在设计过程中，所参考的文献有： 组合机床设计 第二册 液压部分 大连组合机床研究所 机械工业出版社液压与气压传动（修定本）中国机械工业教育协会高职与中专教育分会组编机械设计基础 大连组合机床研究所 机械工业出版社附录A 中期考核表，如下：云南省机电职业技术学院 高 职 学 生 中 期 考 核 表姓 名 高红平 学 号 0511207 班 级 05112班 专 业 机械制造及其自动化 入学年月 2005 年 09月 指导教师 马延辉 2006年 05月13日填教务员审核学生中期考核成绩单:(成绩单粘贴处)高职生中期考核课程成绩单教务员审核中期考核成绩情况(注明是否已完成培养计划规定的课程学习): 教务员签名: 年 月 日中期考核小结内容包括：政治思想、业务学习、科研情况、社会实践等方面。 （主要内容包括：自选题至考核中期，本人在以上方面所取得的进步以及所做课题的完成情况，在课题可行性、新颖性和应用价值方面的要求下，该课题是否需要要更换，若能继续课题的研究，请阐述今后的研究方向及所需补充的相关知识）班级（党、团支部）意见：班主任签名：年 月 日指导教师意见：签 名：年 月 日考核小组成员名单:系（部、所）考核小组意见（请在以下拦目内打“”）姓 名职 称考核优秀考核合格考核不合格系（部、所）主管领导签名：年 月 日 30 -