數(shù)控機床畢業(yè)論文

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1、武漢理工大學畢業(yè)設計（論文） 摘要 本文是以鉆孔機床的液壓控制系統(tǒng)課題為背景，重點研究了液壓控制系統(tǒng)的設計，此外還對液壓控制系統(tǒng)的相關電氣控制部分進行了設計其中，液壓控制設計主要包括系統(tǒng)參數(shù)的選擇、液壓元件等的選型、壓力損失和熱量損失的計算，以及對油箱及其輔件、集成塊和液壓動力站的進行了設計。此外，還對管道進行了相關的設計。電氣控制部分，是對液壓系統(tǒng)的起輔助做用，在弄清液壓系統(tǒng)原理圖的基礎之上，明確機床的動作過程，然后作出于之相應的電路控制設計，同時繪制了電氣原理圖以及PLC控制梯形圖等。 本文設計的鉆孔機床，將機、電、液等相關技術有效的集于一身，為傳統(tǒng)機床設計提供一

2、種方法。 關鍵詞：鉆孔機床，液壓控制系統(tǒng)，電氣控制 Abstract This paper pays more attention to the research of hydraulic control system based on the problem of hydraulic control system of drill-machine, and more takes some design of electric control system. The content

3、 of hydraulic control design includes select of system parameter, select of the hydraulic component, pressure loss, energy loss, oil box and its complement design, integration block design and the design of the central power station. And more, makes correlative design of the pipeline. The function o

4、f the part of electric control is to assistant the hydraulic system, makes sure the course of machine tool action based on understanding the principle of hydraulic system, then makes the corresponding design of circuit control and protracts the electric principle drawing and PLC control trapezoid dr

5、awing. This design of drill-machine integrates the function of machine, electricity, fluid. Provides a new design thought to the traditional design of the drill-machine. Key words: drill-machine ，hydraulic control system ，electric control 目錄 緒論

6、……………………………………………………………………1 1.1研究的背景和意義………………………………………………………1 1.2本文的內容和結構………………………………………………………1 第一章 系統(tǒng)的初步計算和系統(tǒng)原理圖的擬定…………………………2 2.1系統(tǒng)設計的主要參數(shù)……………………………………………………2 2.2鉆孔機床的工況分析……………………………………………………2 2.3確定液壓系統(tǒng)參數(shù)……………………………………………………6 2.4擬定系統(tǒng)原理圖………………………………………………………7 第三章 液壓元件的選型………………………………………………

7、…10 3.1液壓泵和電動機的選擇……………………………………………10 3.2元、輔件的選擇………………………………………………………11 第四章 液壓輔件的設計計算與選型………………………………………16 4.1 液壓油箱的設計………………………………………………………16 4.2 液壓管路的設計………………………………………………………17 4.3 過濾器的選擇…………………………………………………………18 4.4 液壓工作介質的選擇…………………………………………………19 第五章 液壓系統(tǒng)的驗算………………………………………………………19 5.1液壓系統(tǒng)壓力損失

8、的計算……………………………………………20 5.2液壓系統(tǒng)升溫驗算……………………………………………………21 第六章 液壓動力站和集成塊的設計………………………………………23 6.1液壓動力站設計………………………………………………………23 6.2集成塊的設計…………………………………………………………24 第七章 液壓系統(tǒng)的電氣控制設計…………………………………………25 7.1液壓系統(tǒng)的電氣控制……………………………………………………25 7.2PLC控制…………………………………………………………………25 第八章 工作總結和展望……………………………………………

9、…………27 8.1工作總結…………………………………………………………………27 8.2工作展望…………………………………………………………………27 致謝…………………………………………………………………………………28 參考文獻…………………………………………………………………………29 1 緒 論 1.1課題研究的背景和意義 本次研究的課題是一個多軸（16個軸）組合機床的液壓驅動系統(tǒng)，而傳統(tǒng)的鉆床的加工軸都是比較少，比如單軸，雙軸，3、4軸等，總體上同本課題研究的鉆孔機床存在一定的差別。正是由于這一方面的差別，當同時加工16跟軸時，就會存在很大的切削力，要想實現(xiàn)驅動這

10、種機床，除了采用液壓驅動系統(tǒng)，普通的電動機鉆孔機床很難實現(xiàn)的。因而，在這種情況下，開始了設計鉆孔機床的液壓驅動系統(tǒng)。 本次畢業(yè)設計是在學完專業(yè)基礎課程（包括基礎知識課和專業(yè)知識課）以后，進行的最后的一次總體學習設計的綜合練習。通過這次設計，運用所學過的基礎課、技術基礎課和專業(yè)課的理論知識，生產實習和實驗等實踐知識，達到鞏固、加深和擴大所學知識的目的，同時進一步了解和掌握設計的方法。 通過此次畢業(yè)設計，對鉆床的工作方式進行了分析，由于鉆床主要的工作系統(tǒng)為液壓系統(tǒng)，所以同時對液壓元件的結構、工作原理和基本回路（包括典型機床的液壓系統(tǒng)）等進行了分析，達到學習設計步驟和提高設計能力的目的。通過設計

11、，學習查閱有關的設計手冊、設計標準和資料，達到積累設計知識和提高設計能力的目的。 通過這次對鉆空機床的設計，獲得設計工作的基本技能的訓練，提高分析和解決工程技術問題的能力，并為進行的一般機械的設計創(chuàng)造一定的條件，并為我們以后步入工作崗位打下一定的基礎。 1.2本文的內容與結構 本文研究的是一個多軸鉆孔組合機床的液壓驅動系統(tǒng)，要求設計的液壓系統(tǒng)能夠使鉆孔機床完成為快進---工進---快退---停止的工作循環(huán)。在液壓系統(tǒng)設計部分，涉及到液壓系統(tǒng)的參數(shù)計算，元件的選型，油箱的設計，集成塊的設計以及動力站的設計；同時為了配合液壓系統(tǒng)順利完成對鉆孔機床所完成的動作循環(huán)，設計的與系統(tǒng)原理圖相關的電氣

12、控制電路以及PLC控制。 本文的結構是： 第一章 緒論，主要講課題研究的背景和意義和全文的內容和結構。 第二章 系統(tǒng)的初步計算和系統(tǒng)原理圖的擬訂，在對鉆床進行了工況分析以后，初步估算一下系統(tǒng)的參數(shù)——壓力和流量，并且在次基礎之上，擬訂系統(tǒng)的原理圖。 第三章 系統(tǒng)元件的選型，根據系統(tǒng)的壓力和流量來選擇液壓泵、電動機以及液壓回路中的閥的型號。 第四章 油箱的設計，該章主要是講述了油箱的設計的方法，包括容積的確定，油箱附件的選擇。同時還進行了管路的設計。 第五章 液壓系統(tǒng)的驗算，主要是進行了壓力損失的計算，校核所選擇的系統(tǒng)壓力是否合適，要是不合適則可以作出調整，直到和社為止。此外，還進行

13、了系統(tǒng)的溫升驗算。 第六章 液壓動力站和集成塊的設計，該章敘述的電動機的安裝方式，電動機和液壓泵的連接方式。同時還提出了進行動力站設計時應該注意的問題。而集成塊的設計，主要是講述了集成塊的設計原理，同時敘述了集成塊的特點，最后提出了繪制集成塊應該注意的問題。 第七章 系統(tǒng)的電氣控制設計，電氣控制部分分別描敘了電動機和動力滑臺的控制動作過程。在PLC控制部分，講到PLC控制的優(yōu)點和功能，以及所選用PLC的簡要內部機構。 第八章 工作總結和展望，在論文的最后，對本次畢業(yè)設計進行了最后的總結，同時提出了工作的展望。

14、 第二章 系統(tǒng)的初步計算和系統(tǒng)原理圖的擬定 1. 1系統(tǒng)的主要參數(shù) 鉆孔機床液壓驅動系統(tǒng)設計主要包括：電動機，液壓泵，油箱，液壓缸及液壓控制系統(tǒng)的設計、液壓動力站的設計以及系統(tǒng)的電氣控制設計。本次設計的主要技術參數(shù)如下： 1） 主軸 16個 2） 加工孔徑 Φ13.9（14個）和Φ8.5（2個） 3） 工件的材料 鑄鐵 4） 工件的硬度（HB） 240 5） 工

15、件的重量 10000N 6） 快進和快退的速度 7m/min 7） 工進的速度 0.2~1 m/min 8） 快進行程L1和工進行程L2 100mm，50mm 9） 靜、摩擦系數(shù) fs=0.2 fd=0.1 10）加速和減速的時間 t1=t2=0.2s 2.2鉆孔機床的工況分析 2.2.1．執(zhí)行元件的選擇 根據工況和動力滑臺的結構安排，采用液壓缸為執(zhí)行元件，有液壓缸筒與動力滑臺團結完成工作循環(huán)，活塞桿固定在床身上。由于要求快進和快退的速度相

16、等，為減少液壓泵的供油量，決定采用差動型液壓缸，可以取液壓缸前后腔的有效面積為2：1，活塞桿較粗，結構上可以允許油管通過，進、出油管穿過活塞桿，直接使用硬管與液壓裝置或與液壓泵相連。這樣就避免了由于較長的軟管的彈性變形硬氣滑臺在轉換中產生的“前沖”、“后坐“現(xiàn)象”。 使液壓缸在無桿腔為高壓腔，這樣就可以得到較大的輸出動力，并且可以得到較低的穩(wěn)定工作速度，以便滿足精加工的要求。 2.2.2計算外負載 當機床的液壓缸在做直線往返運動時，液壓缸必須克服的外負載為： F=++++ （2—1） 上式中，

17、——工作負載；——摩擦負載； ——慣性負載；——重力負載； ——背壓負載； 1）工作負載 工作負載與機床的工作性質有關，可能為定值，也可能為變值，鉆孔時沿進給方向的切削力為為正值負載，切削力的大小由切削力的公式估算： 軸向切削力： （2—2） 其中：D—孔徑；HB—鑄鐵硬度；S---每轉進給 故： 對于孔徑為Ф13.9mm的鉆頭： 對于孔徑為Ф8.5mm的鉆頭： 則：總的切削力 ＋2=32180N 2）

18、摩擦力 液壓缸驅動工作部件工作時，要克服機床導軌外的摩擦阻力，它與導軌形狀，導軌放置的位置，以及工作臺運動的狀態(tài)有關。 由于本次設計的機床采用的是平導軌，切削里垂直于導軌上的正壓力為零，則： （2—3） 可以求出： 靜摩擦阻力： 動摩擦阻力： 3）慣性負載 ——可以求動力滑臺快速和慢速的慣性阻力 由于動力滑臺啟動加速和減速時的加速度相等，， 得： （2—4）

19、 4）重力負載 由于工作部件是水平放置的，且本次實時滑臺為臥式裝置，故負載不考慮重力。 由上面的分析，可以得出液壓缸個動作階段的負載，表2—1 表2—1 液壓缸在個動作階段的負載 工況 計算公式 液壓缸負載（N） 啟動 2222 快進 1111 工進 36866 快退 1111 制動 431 ?。阂簤焊讬C械效率η=0.9 圖中最大負載值是初選液壓缸和工作壓力和確定液壓缸結構尺寸的重要依據。 2.2.3快進、快退時間的計算 由前面計算出來的快進、快退、工進的行程和速度，配合相應的負載數(shù)據，可以 近似計算快進

20、、工進、快退的時間如下： 1快進： 3快退： 2.3確定液壓系統(tǒng)參數(shù) 2.3.1初選液壓缸的工作壓力 初選液壓缸工作壓力的選擇是否合理直接影響到整個系統(tǒng)的設計的合理性，確定的時候不能只考慮負載的要求，應全面考慮液壓裝置的性能要求和經濟性。 液壓缸的工作壓力選定較高，則泵、缸、閥和管道尺寸可選小些，這樣結構較為緊湊、輕巧，加速的時候慣性負載也較小，易于實現(xiàn)高速的要求。但是，工作壓力太高，對系統(tǒng)的密封性能要求也相應提高了制造困難，同時縮短了液壓裝置的使用壽命，此外，高壓會使構件彈性的影響增大，運動件容易振動。 表2—2由機床內型選擇工作壓力 機床

21、內型 磨床 車床鏜床 衍磨機 組合 機床 齒輪加工機床 拉床、龍門刨床 工作壓力 （P Pa） 20 20~40 20~50 30~50 63 100 參照表2—2，可以初選： 液壓缸的工作壓力：Pa 液壓缸回油腔背壓： Pa 快進、快退時回油壓力損失： Pa 2.3.2計算液壓缸內有效面積的計算 設液壓缸無桿腔有效面積為A1 液壓缸無桿腔有效面積為A2 則： （2—5） 故液壓缸內徑D為： （2—6） 可以取

22、標準值D=110mm 由于采用差動連接,活塞桿的直徑 （2—7） 取標準值d=80mm 則取了標準值后； 活塞桿的面積 2.3.3液壓缸在工作循環(huán)中各階段所需的流量 1）快進時的流量 （2—8） 2）工進時的流量 （2—9） 3）快退時的流量 （2—10） 2.4擬定系統(tǒng)原理圖 2.

23、4.1調速方式的選擇 鉆床工作的時候，要求低速運動平穩(wěn)性很好，速度負載特性好。由前面計算可知，液壓缸快速和工進的時候功率都比較小，負載變化也很小，因此采用調速閥的進油節(jié)流調速回路。為了防止工作負載突然消失（鉆通孔）引起前沖現(xiàn)象，在油路上加背壓閥。 2.4.2快速回路和速度換接方式的選擇 前面計算已選用差動型液壓缸（A1=2A）實現(xiàn)快、慢、快回路，即采用快進和快退速度相等的差動回路作為快速回路。由于快進轉換為工進時有平穩(wěn)性要求，故采用行程閥來實現(xiàn)，而工進轉換快退利用壓力繼電器來實現(xiàn)。 2.4.3油源的選擇 由前面的計算，系統(tǒng)的特點是快進時低壓大流量時間短，工進時高壓小流量時間長，

24、則選用單定量泵效率低，系統(tǒng)發(fā)熱量大，而系統(tǒng)要求壓力平穩(wěn)，工作可靠，故采用雙聯(lián)葉片泵。 2.4.4液壓系統(tǒng)的組合 在所選的基本回路的基礎上，在綜合考慮到其他因素的影響和要求，便可以組成完整的系統(tǒng)圖。為了十液壓缸（滑臺）快進時實現(xiàn)差動連接，而在工作進給的時十進油路與回油路隔離，在系統(tǒng)中增加一個單向閥和一個順序閥；在啞啞泵和電磁換向閥的出口處，分別增設一個單向閥，來保護液壓泵免受液壓沖擊。為了過載保護或者行程終了利用壓力控制來實現(xiàn)切換油路，在系統(tǒng)中還有壓力繼電器。 初步擬定了系統(tǒng)原理圖后，應檢查起動作循環(huán)，制定系統(tǒng)工作循環(huán)表。 圖2—1 系統(tǒng)原理圖 1、2—雙聯(lián)葉片泵 3—

25、溢流閥 4—順序閥 5—單向閥 6—單向閥 7—電磁換向閥 8—單向行程換向閥 9—壓力繼電器 10—單向閥 11—順序閥 12—背壓閥 13—液壓缸 14—濾油器 15—油箱 表2—3 動力滑臺液壓系統(tǒng)動作循環(huán)表 動作名稱 信號來源 液壓元件工作狀態(tài) 順序閥4 電磁換 向閥 單向行程調速閥 順序閥11 快進 啟動，1DT得電 關閉 左位 下位 關閉 工進 擋板壓下行程開關 開啟 左位 上位 開啟

26、 停留 滑塊擋在擋板上 開啟 左位 上位 開啟 快退 壓力繼電器發(fā)出信號，2DT得電，1DT失電 關閉 右位 上位 關閉 停止 擋塊壓下終點開關，1DT和2DT都失電 開啟 中位 下位 關閉 2.4.5系統(tǒng)的特點 （1）系統(tǒng)采用了“雙聯(lián)葉片泵——調速閥——背壓閥”式的容積節(jié)流（進口）調速回路，能保證穩(wěn)定的進給速度和較好的速度剛度和較大的速度調節(jié)范圍。 （2）系統(tǒng)采用了雙聯(lián)葉片泵和差動液壓缸來實現(xiàn)快進，功率利用比較合理。 滑臺停止運動時，換向閥使液壓泵在低壓下卸荷，減少 能量損失。 （3）采用行程閥和順序閥實現(xiàn)快速和工進換接，不僅簡化了油路，

27、而且使動作可靠，接換精度高。而工進之間的環(huán)節(jié)則由于兩者速度都比較低，采用電磁閥完全可以保證換接精度。 第三章 液壓元件的選型 3.1液壓泵和電動機的選擇 3.1.1確定液壓泵的工作壓力 1）小流量泵 液壓缸在整個工作循環(huán)中的最大的壓力是 P1max= （3—1） 而由于一方面，系統(tǒng)采用的是調速進油節(jié)流閥調速，可以取進油路的壓力損失為 0.8MPa 另一方面，由于采用了壓力繼電器，溢流閥調整的壓力系統(tǒng)的最大的壓力大0.5 MPa 故泵的最高工作壓力為 Pp1=

28、（30+8+5）=4.3MPa 而公稱壓力比計算的時要高25%~60% P1=1.3 Pp1=1.34.3=6.3MPa 2）大流量泵 由于大流量泵只是在快速時間向液壓缸輸油，而液壓缸快退的時比 快進的時候工作壓力要大，即： P2max= MPa （3—2） 而快退的時候流徑管道和閥的流量都比較大，即進油路壓力損失為0.5 MPa 故快退時泵的工作壓力 Pp2=（11.9+5）=16.9 Mpa 3.1.2確定液壓泵的流

29、量 1） 最大流量 最大流量出現(xiàn)在快進的時候（差動連接） Q快= （3—3） 由于工作的時候都采用的是節(jié)流調速系統(tǒng) Qp1 （3—4） 2） 最小流量 最小流量出現(xiàn)在工進的時候 Q工= （3—5） 由于考慮到泄露及溢流閥的性能， Qp2 （3—6） 雙聯(lián)葉片泵的公稱流量分別為0.5（30L/Min）和0.2 30L/Min） 3.1.3液壓泵的選擇 則通過前面的計算，可以選取公稱壓力為6.3Mpa、公稱流量為0.5 和0.2的雙聯(lián)葉片泵 3.1.4電動機的

30、計算與選擇 由于液壓泵采用的是雙聯(lián)葉片泵，查表可以知，葉片泵在公稱壓力下的總效率為η=0.75~0.9 可以取η=0.75 故驅動泵的電動機的功率為（最大功率點在快進和快退階段） Pp= （3—7） = 可以由Pp=1633W以及所選的雙聯(lián)葉片泵的轉速來選取 選取的電動機為：功率為2.2KW的異步電動機，其型號為Y112M-6 2. 2元、輔件的選擇 3.2.1選擇閥的依據 選擇閥的主要依據是根據該閥在系統(tǒng)中工作的最大工作壓力和通過該閥的實際流量，同時還

31、要考慮到閥的動作方式，安裝閥的固定方式，壓力損失數(shù)值、工作性能和工作壽命等條件來選取標準閥類的規(guī)格。 3.2.2選擇閥注意的問題 （1）應盡量選擇標準定型產品，要求非標準元件盡量少用，不得已時，才自行設計制造專用 閥或者其他液壓元件。 （2）選擇溢流閥的時候，按照泵的最大流量來選取，使泵的全部流量能回油箱，選擇節(jié)流閥和調速閥時，要考慮其最小穩(wěn)定流量滿足機床執(zhí)行機構低速性能的要求。 （3）一般選擇控制閥的公稱流量略比管路系統(tǒng)實際通過的流量要大一些。必要時允許通過閥的流量超過公稱流量的20%。 （4）應注意差動液壓缸由于面積差形成不同的回油量對閥的影響。 3.2.3液壓系統(tǒng)中元件的

32、具體選擇 在考慮到液壓系統(tǒng)的閥選擇的依據和注意的問題的情況下，根據液壓泵的工作壓力和通過閥的實際流量來選取。同時考慮到所選取的閥最終安裝在集成塊上，則選取板式連接的閥。 1）壓力控制回路閥 a、 順序閥4 該閥用于控制機床在工進時大流量泵的卸荷，故調定的壓力為被控液壓泵的壓力P=1.75Mpa，實際通過的流量是Q=30L/Min 則可以選取順序閥的型號為：XY—63B ，其性能參數(shù)如表3—2： 表3—2 順序閥XY—63B性能參數(shù) 流量 （L/Min） 接口尺寸 （mm） 壓力 （MPa） 閥徑 63 18 0.3~6.3 20

33、 b、 單向閥 該單向閥的作用可以防止液壓系統(tǒng)在電動機停止轉動的時發(fā)生反轉。閥通過的最大流量是Q=30 L/Min 則可以選取單向閥的型號為：I—63B，其性能參數(shù)如表3—3： 表3—3 單向閥I—63B的性能參數(shù) 流量 （L/Min） 接口尺寸 （mm） 壓力 （MPa） 壓力損失（MPa） 泄露 （ml/min） 閥徑 （mm） 63 12 6.3 0.2 0 22 c、 溢流閥 該溢流閥的作用是調整整個系統(tǒng)的工作壓力，同時在負載過載的時候卸荷，保護系統(tǒng)。 而系統(tǒng)的額定壓力為6.3MPa，通過溢流閥的最大流量為Q=30L/Min

34、 可以選取溢流閥的型號為Y1—63B，其性能參數(shù)如表3—4： d、 表3—4 溢流閥Y1—63B性能參數(shù) 流量 （L/Min） 接口尺寸 （mm） 壓力 （MPa） 壓力 最大 最小 卸荷 63 18 6.3 6.3 0.1~0.3 0.1~0.5 2）方向回路閥 a、 電磁換向閥 由于在系統(tǒng)原理圖中可見，電磁換向閥的中位機能為 V 型，通過閥的最大流量為Q=30 L/Min。 則可以選取中位機能為V型的三位五通電磁換向閥，其型號為：35E—63BY，其性能參數(shù)如表3—5： 表3—5 電磁換向閥35E—63BY的性能參數(shù) 流量 （

35、L/Min） 接口尺寸 （mm） 壓力 （MPa 壓力損失（MPa） 泄露 （ml/min） 換向時間 （s） 閥徑 （mm） 電壓 （V） 電流 （A） 63 12 6.3 0.2 0 2 22 25 1.05 b、 單向閥 該單向閥在電磁換向閥與液壓泵之間，通過該閥的流量同電磁換向閥一樣，為Q=30 L/Min。則可以選取單向閥的型號為：I—63B，其性能參數(shù)如表3—6： 表3—6 單向閥I—63B的性能參數(shù) 流量 （L/Min） 接口尺寸 （mm） 壓力 （MPa） 壓力損失（MPa） 泄露 （ml/m

36、in） 閥徑 （mm） 63 12 6.3 0.2 0 22 3）節(jié)流調速回路閥 a、單向行程換向閥 該閥主要完成快進與工進的轉換，同時考慮到機床快進時差動連接時液壓缸的流量。 可以選取該閥的型號為：QCI—63B，其性能參數(shù)如表3—7： 表3—7 單向行程換向閥QCI—63B的性能參數(shù) 流量 （L/Min） 最小流量 （L/Min） 壓力 （MPa） 接口尺寸 （mm） 反向時壓力損失 （MPa） 63 0.05 6.3 18 0.3 b、壓力繼電器 可以通過壓力繼電器來控制機床工進完畢

37、之后，順利的完成快退動作的轉換。 查手冊可以選取壓力繼電器的型號為：DP—63B，其性能參數(shù)如表3—8： 表3—8 壓力繼電器DP—63B的性能參數(shù) 調壓范圍 （MPa） 返回區(qū)間調整范圍（MPa） 精度 （MPa） 作用時間 （s） 接口尺寸 （mm） 配套開關 1~6.3 0.35~0.8 0.5 0.5 18 L5—11 交流3A—380V 4）工進回油路液壓閥 a、順序閥 同壓力繼電器一起使機床完成由快進向工進工作狀態(tài)轉變。其調定的壓力為P=26.8+（5~8）105 Pa，實際通過的流量為Q=9.5 L/Min。

38、 則可以選取順序閥的型號為：XY—25B，其性能參數(shù)如表3—9： 表3—9 順序閥XY—63B的性能參數(shù) 流量 （L/Min） 接口尺寸 （mm） 壓力 （MPa） 閥徑 63 18 0.3~6.3 20 b、背壓閥 在工進的回油油路上形成背壓，使機床在工進時運動平穩(wěn)，減緩沖擊。其 實際通過的流量為Q=9.5 L/Min。 可以選取背壓閥的型號為：B—10B，其性能參數(shù)如表3—10： 表3—10 背壓閥B—10B的性能參數(shù) 流量 （L/Min） 接口尺寸 （mm） 壓力 （MPa） 壓力損失（MPa） 泄露 （ml/m

39、in） 閥徑 （mm） 25 12 6.3 0.2~0.3 0 14 5）其他元件 a、單向閥 該閥是用來隔離快進和工進油路，其實際通過的流量為快進時液壓缸回油 流量，為Q=9.5L/Min 可以選取該單向閥的型號為：I—63B，其性能參數(shù)如表3—11： 表3—11 單向閥I—63B的性能參數(shù) 流量 （L/Min） 接口尺寸 （mm） 壓力 （MPa） 壓力損失（MPa） 泄露 （ml/min） 閥徑 （mm） 63 12 6.3 0.2 0 22 b、液壓缸 查液壓手冊，可

40、知機床機械設備上廣泛采用的是輕型拉桿式液壓缸，可以根據工作壓力的不同，選擇不同的液壓缸。該型號液壓缸具有內徑加工精度高，重量輕、結構緊湊、安裝形式多樣化、易于變換、低速性能好、具有穩(wěn)定緩沖等性能。 前面計算的液壓缸的參數(shù)： 液壓缸的內徑D=110mm 活塞桿的直徑d=80mm 液壓缸的行程為L=400mm 可以選取液壓缸的型號為： B—FD2110B—R—2000—A 第四章 液壓輔件的設計計算與選型 4.1 液壓油箱的設計 4

41、.1.1 液壓油箱有效容積的確定 液壓油箱的作用是存儲液壓油，分離液壓油中的雜質和空氣，同時還起到散熱的作用。通常按照壓力范圍來考慮。液壓油箱的有效容積V可概略的確定。 其經驗公式為： V= Qp （4-1） 式中 V—液壓油箱的有效容積 —經驗參數(shù) Qp—液壓泵額定流量 對于經驗參數(shù)： 在低壓系統(tǒng)中（P 2.5MPa）可?。? =2~4 在中壓系統(tǒng)中（P 6.3MPa）可取

42、： =5~7 在低壓系統(tǒng)中（P 6.3MPa）可?。? =6~12 在本系統(tǒng)中，泵出口壓力為6.3MPa，屬于中壓系統(tǒng)。而且在本系統(tǒng)中，液壓油箱的大小并不會受到空間的限制，所以可以適當?shù)丶哟笥拖溆行莘e。因此，選用=7，由此可以初步確定液壓油箱的有效容積為： V=7 42=295L （4-2） 液壓油箱的有效容積確定后，就要設計油箱外形

43、尺寸，一般尺寸比（長:寬:高）為1:1:1～1:2:3，在本設計中選擇油箱的長寬高分別為900mm，600mm，450mm。 4.1.2 液壓油箱的結構設計 1) 隔板：其作用是增長液壓油流動循環(huán)時間，除去沉淀的雜質，分離、隔離水和空氣，調整溫度，吸收液壓油的壓力以及防止液面的波動。 2) 頂蓋及清洗孔：在液壓油箱頂蓋上裝設電動機、閥組、空氣濾清器，必須十分牢固，它們的具體尺寸見圖紙2。而液壓油箱上的清洗孔，應最大限度地易于清掃液壓油箱內的各個角落和取出箱內的元件。 3) 雜質和污油的排放：為便于排放污油，油箱底部應做成傾斜箱底，并將油塞安放在最低處。 4) 液壓油箱的冷卻：為提高液

44、壓系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，應使系統(tǒng)在適宜的溫度下工作。液壓油溫度一般希望保持在30o～50 o范圍內，最高不超過60o。液壓油的冷卻可以采用冷卻器冷卻，同時油箱也能夠起到冷卻液壓油的作用。 5) 液壓油箱的起吊：對液壓油箱而言，從工廠的裝配到實際的安裝，需要進行反復的裝卸，所以可以在油箱的側面設計四個吊勾。 4.1.3 油箱附件的選擇 1) 空氣濾清器的選用：由于所設計的油箱是開式的，液面與大氣相通，為減少油液的污染，因此在油箱蓋上設置空氣濾清器。根據油箱尺寸可以選用的產品型號為EF1—25，其技術規(guī)格見表4-1。 表4-1 EF1—25型空氣濾清器技術參數(shù)表 油過濾精度（μm） 空氣流

45、量 （L/min） 油過濾面積 （mm） 溫度適應范圍（℃） 125 0.63 0.5 -10～100 2) 液位計的選用：液位計的主要作用是監(jiān)督和檢測液壓油的液面，故可選用常見的浮子式液位發(fā)訊裝置，型號為YWZ-150T。 4.2 液壓管路的設計 液壓系統(tǒng)中的管路按其不同的作用分為： 1） 主管路包括吸油管路、壓油管路和回油管路，用來實現(xiàn)壓力能傳遞。 2） 泄油管路 將液壓元件的泄露油液導入油箱的管路。 3） 控制管路 用來實現(xiàn)液壓元件的控制和調節(jié)以及與檢測儀表 4） 連接的管路。 在本設計中，對于管路設計只考慮對主管路和控制管路的設計。 4.2.1 液

46、壓主管路的設計 1.管道內徑的確定 快進和快退的時候，油管內通油量最大，其實際流量Q=1.4（84L/Min）而查表可以知道快進時油管內允許的流速為v=5m/s 所以主壓力油管： = 取整得d=19mm 2.油管的壁厚 可以根據選用的管材和管內徑查液壓傳動手冊的有關表格得到管道的壁厚。 則可以選取主油管的壁厚是：=1.6mm 則可以選用2219 mm，10號冷拔無縫鋼。 4.2.2 液壓控制管路的設計 除了主油路的油管以外的其他油管，如進油管、回油管、吸油管，可以按元件連接尺寸決定油管的尺寸。 根

47、據以上所述，可以確定液壓管路設計中各油管的參數(shù)見表4-2 管接頭選用卡套式管接頭，其規(guī)格按照油管的通徑來選取。 4.3 過濾器的選擇 過濾器在液壓系統(tǒng)中，濾除外部混入或者系統(tǒng)運轉中內部產生的液壓油紅的固體雜質，使液壓油保持清潔，延長液壓元件的使用壽命，保證系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，過濾器的過濾精度用過濾掉的雜質的顆粒大小表示，一般可分為粗過濾器、普通過濾器、精過濾器以及特精過濾器四種。他們分別能濾掉的顆粒公稱尺寸可：100μm為粗過濾器，10～100μm為普通過濾器，5～10μm為精過濾器，1～5μm為特精過濾器。 表4-2 液壓管路油管及管接頭連接螺紋尺寸 油管位置 主壓油管 控制

48、油管 吸油管 回油管 類型 軟管 鋼管 鋼管 鋼管 內徑 外徑 連接螺紋 濾油器的公稱流量一般均為實際流量的2倍，同時考慮到液壓系統(tǒng)的 額定壓力和出油口的直徑，此外機床液壓所需油液精度不是很高，故可以選取線隙式濾油器。 對于吸油過濾器，根據泵的最大流量Qp=42L/Min可以選擇XU—J系列過濾器； 對于回油過濾器，根據系統(tǒng)最大流量Qp=42L/Min 以及背壓閥選定壓力0.5 MPa可以選擇其型號為XU—A。 它們的技術參數(shù)見表4-3。 表4-3 過濾器技術參數(shù)表 安裝位置 型號 過濾精度（μm） 公

49、稱流量（l/min） 額定壓力（MPa） 吸油管 XU—J 100 63 6.3 回油管 XU—A 30 63 1.6 4.4 液壓工作介質的選擇 液壓液的選擇包括液壓液品種以及粘度的選擇確定。根據上述要求以及本系統(tǒng)中對材料和油液工作溫度的要求，查表選用液壓油的牌號為 L-HL32，考慮到本系統(tǒng)中油液工作的最低溫度大概在15℃左右，查表得L-HL32液壓油在15℃時的運動粘度，油液密度為。 第五章液壓系統(tǒng)的驗算 5.1液壓系統(tǒng)壓力損失的計算 5.1.1 工作時進油路壓力損失 由4.2節(jié)液壓管路設計可知，主壓油管內徑，取主油管中油液流速，則管道雷諾數(shù)為：

50、 633 （5-1） 可見油液在壓油管道內的流態(tài)為層流，其沿程阻力系數(shù)為： （5-2） 根據設計的液壓泵的出口到控制主油口的長度大概可以取。進油管路壓力損失為： （5-3） 5.1.2 工作時回油管壓力損失 由4.2節(jié)液壓管路設計可知，回油管路油管內徑，取回油管油液運動速度，則管道雷諾數(shù)為： （5-4） 可見油液在壓油管道內的流態(tài)也為層流，其沿程阻力系數(shù)為： （5-5） 而回油管路直接從油箱上面的集

51、成塊上接下來，長度大概為，同樣也忽略其他損失，則回油管路的壓力損失為： （5-6） 5.1.3 泵出口處壓力驗算 系統(tǒng)的損失除了存在沿程阻力損失以外，在閥、集成塊中還存在著局部損失，可以取油流通過集成塊、閥塊的壓力損失為0.5MPa。由上面的計算，泵出口壓力為： （5-7） 故泵出口壓力未超過預先設定的壓力，無須修改原設計。 5.2液壓系統(tǒng)升溫驗算 機床的工作時間主要是工進工況，為簡化計算，主要來考慮工進時候的發(fā)熱，按工進工況來驗算系統(tǒng)的升溫。 5.2.1液壓泵的輸入功率 工進的時候，小流量泵的壓力=54.8MPa，流量Qp1=0.2，則小

52、功率泵的功率為： ——液壓泵的總效率 工進的時候大功率泵卸荷，順序閥壓力損失，，則大流量泵的功率為： 則雙聯(lián)泵的總的輸入功率為： 5.2.2有效功率的計算 工進的時候，液壓缸的負載F=33180N，可以取工進的速度為v=0.6m/min， 則輸出的功率為： 5.2.3系統(tǒng)的發(fā)熱功率 整個系統(tǒng)總的發(fā)熱功率為： 5.2.4散熱面積的計算 由前面的計算，可以知道，油箱的容積 則可以近似的計算

53、散熱面積為： 5.2.5油液的溫升 對于鉆孔機床，可以采取風冷的形式，取油箱的散熱系數(shù)為 則油箱的溫升為： 設夏天室溫為30 ，則 油溫為30+24.4=54.4 在允許的油溫（50~70）范圍內 第六章 液壓動力站和集成塊的設計 6.1液壓動力站設計 6.1.1液壓泵的安裝方式 液壓泵裝置包括不同內型的液壓泵、驅動電動機以及連軸器等。其安裝的方式可以分為立式和臥式兩種。 1）立式安裝 將液壓泵和與之相連的油管放在油箱內，這種結構形式緊湊、美

54、觀，同時電動機和液壓泵的同軸度能夠保證好，吸油的條件好，漏油可以直接回液壓油箱，并節(jié)省占地面積。但是安裝和維修都不方便，散熱條件不好。 2）臥式安裝 液壓泵和管道都安裝在液壓油箱的外面，安裝和維修方便。但是有時候電動機與液壓泵的同軸度不易保證。 在選擇電動機的安裝方式的時候，考慮到本次設計的機床的功率不大，只有2.2KW，故完全可以采取立式的安裝方式，所選擇的電動機的體積和重量都不是很大，放在油箱上可以使整個設計的結構緊湊，占地面積小。 6.1.2電動機和液壓泵的連接方式 電動機和液壓泵的連接方式可以分為法蘭式、支架式和支架法蘭式。 1）法蘭式 液壓泵安裝在法

55、蘭上，法蘭在與法蘭盤的電動機相連，電動機在與底座的液壓泵依靠法蘭盤上的止口來保證同軸度。這種結構的裝拆都很方便。 2）支架式 液壓泵直接裝在支架的止口里，然后依靠支架的底面與底板相連，在與帶底座的電動機相連，這種結構對于保證同軸度比較困難（電動機與液壓泵的≦0.05mm）為了方式安裝誤差帶來的震動，通常用帶有彈性的連軸器。 3）法蘭支架式 電動機與液壓泵先以法蘭連接，法蘭在與支架相連接，最后在裝在地板上。它的最大的優(yōu)點是大底板不用加工，安裝方便，電動機與液壓泵的同軸度靠法蘭盤上的止口來保證。 在前面選擇的電動機的立式安裝方式以后，電動機和液壓泵的連接同軸度能

56、夠的到較好的保證，況且液壓泵被放置在油箱的里面，這樣我們綜合考慮到這些因素，最終選擇電動機和液壓泵的連接方式為法蘭式連接。 6.3液壓動力站的總體機構 液壓動力站是由集成塊回路部分、電動機與液壓泵的連接裝置和液壓油箱三大部分組成。其中集成塊回路部分是將系統(tǒng)中所用到的所有閥件集中到一個板式塊上，在和電動機一樣，把底座安裝固定在液壓油箱蓋上，在由油管管接頭根據油路的需要加以相連。 在選擇定位集成塊裝置和電動機與液壓泵連接裝置的時候，盡量做到安裝后，整體的結構緊湊，油管管路連接方便，但是同時還要考慮到電動機是選擇的是立式的安裝方式，液壓泵放入油箱里面以后不會與油箱里面的隔板相碰。同時本次

57、設計所選擇的液壓泵是雙聯(lián)葉片泵，而泵的吸油口就在油箱的里面，所以最后在油箱上面有兩個出油口和一個回油口，沒有吸油口，出油口和吸油口的連接都是用卡套式連接頭來連接。 6.2集成塊的設計 6.2.1 液壓集成回路設計 1) 可以把回路劃分為若干單元回路，每個單元回路一般由三個液壓元件組成，采用通用的壓力油路P和回油路T，這樣的單元回路稱液壓單元集成回路。設計液壓單元集成回路時，優(yōu)先選用通用液壓單元集成回路，一面減少集成塊設計的工作量，提高通用性。 2) 把各液壓單元集成回路連接起來組成液壓集成回路。一個完整的液壓集成回路由底板、供油回路、壓力控制回路、方向回路、調速回路、頂蓋及測壓回路等單

58、元液壓集成回路組成。液壓集成回路設計完后，應該同系統(tǒng)的工作原理相同。 6.2.2集成塊零件圖的繪制 集成塊的六個面都是加工面，其中有5個側面要安裝液壓元件，一個側面引出管道。塊內孔道縱橫交錯，層次多，需要多個視圖或幾個個剖視圖才能表示清楚。孔系的位置精度比較高，因此尺寸，公差及表面粗糙度均應標注清楚，技術要求也要予以說明。集成塊的視圖比較復雜，視圖應盡可能少用虛線表示。集成塊設計圖紙見圖紙4。 本次設計的集成塊在按照集成塊的設計步驟來設計，成回路由底板、在壓力控制回路的調定系統(tǒng)壓力的溢流閥、控制小壓力大流量泵的順序閥和單向閥組成一個液壓單元集成回路，同樣，在方向回路和調速回路上的電磁換向

59、閥、單向閥、單向調速閥以及壓力繼電器組成一個液壓單元集成回路、頂蓋及測壓回路，最后就是在工進的回油路上順序閥、背壓閥以及單向閥也組成一個。這三個液壓單元集成回路和底板、蓋頂共同組成一個完整的集成閥塊。值得注意是，由于液壓泵是雙聯(lián)葉片泵，所以相應的，底板上面應該有兩個壓力油口，此外在加上一個通向油箱的回油口。 第七章 液壓系統(tǒng)的電氣控制設計 7.1液壓系統(tǒng)的電氣控制 7.1.1控制電動機啟動的電路 電動機的電氣控制回路是由電動機的連接電路和簡單的點動控制回路組成。在本次設計的鉆孔機床系統(tǒng)中，電動機只需要完成比較簡單的驅動液壓泵的工作，如電氣原理圖。因而，在點動控制回路中，當按下電動機的啟

60、動按鈕SB1，繼電器KM得電，控制常開觸電KM閉合，從而控制電動機的主電路的接觸器閉合，使得電動機通電啟動起來。電路中的熱繼電器FR起保護電動機的作用，當電動機發(fā)熱過大時，繼電器會自動切斷控制線路，電動機停止，以達到過熱保護的作用。而電動機的停止可以在啟動回路之前另外加上一個停止開關，按下停止開關，整個控制電路斷電，電動機停止。 7.1.2 鉆孔機床動力滑臺的控制 剛開始的時候，動力滑臺在原位，壓著限位開關ST2，即ST2閉合，則繼電器KM1得電，其常開觸電閉合。當按下鉆床的啟動按鈕SB2后，則繼電器KM2得電，常開觸電KM2閉合，電磁鐵1YA得電，即液壓系統(tǒng)中電磁換向閥左位得電，形成差動

61、回路，液壓系統(tǒng)控制滑臺快進。 動力滑臺的工進由單向行程換向閥完成。 當工進到頭時，動力滑臺碰到限位開關2ST， 動力滑臺停止工進.同時控制壓力繼電器接通，壓力繼電器接通后控制延時繼電器KT得電，停留的時間（可調）到時后，得電延時動合開關KT閉合，控制繼電器KM3得電，常開觸電閉合，同時常閉觸電斷開，控制KM2斷電，則1YA失電，2YA得電，液壓系統(tǒng)中電磁換向閥由左工位換到右工位，系統(tǒng)的壓力下降，回路中的流量增大，動力滑頭實現(xiàn)快退。 當動力滑頭快退回到原位的時候，壓下原位的限位開關ST2，ST2閉合以后，時間繼電器KM1得電，常開觸電KM1斷開，KM3失電，使2YA也失電，這個時候電磁換向

62、閥回到中位，液壓缸兩腔封閉，滑臺停止運動，液壓泵處在卸荷的狀態(tài)。 7.2PLC控制 實踐表明，可編程序控制器PLC具有很高的可行性、通用性和非常非?？陀^的發(fā)展前景。 7.2.1優(yōu)點 (1）可靠性高 PLC的平均元故障運行時間一般可達35萬小時，PLC的環(huán)境適應性強，可在工業(yè)環(huán)境下可靠運行，這是PLC受到廣泛應用的原困之一。PLC采用下面措施保證高可靠性：良好的綜合設計，選用優(yōu)質元件，采用隔離、濾波、屏蔽等抗干擾技術，采用先進的電源技術，采用監(jiān)控技術和故障診斷技術，制造工藝良好。 （2）使用和維護方便，通用性好

63、 PLC屬通用型榨制器，有不同檔次的機型和不同的模塊可供選擇，可根據實際情況任意配置，安裝方便、對不同的用戶程序硬件變動達最小。編程方法筒早易學，非專業(yè)人員也能夠很快學會使用。PLC自診斷功能，模塊化結構，為故障查找與維修提供了方便。 （3）性能價格比高回 7.2.2PLC的功能 （1）開關量邏輯控制 PLC機最基本的功能是邏輯運算、定時、記數(shù)等功能凋來進行邏輯控制，可以取代傳統(tǒng)的繼電器控制。很多機床控制、生產自動線控制都屬于這一類。 （2）模擬量控制功能。 （3）監(jiān)控功能

64、 PLC能在線濫測系統(tǒng)的運行情況，這對PLC的程序設計及調試有很大幫助。 7.2.3選用PLC的內部結構 PLC的內部結構等效為一個繼電器系統(tǒng)，它是由軟件來控制的，用戶可以通過編程來實現(xiàn)所需要的邏輯控制功能。 本次設計所選用的PLC的型號為F—40M的PLC，它的結構中，I/O口有40到80個點，內存890B，內部繼電器192個，時間/記數(shù)器32個，屬于低檔型號的PLC。 圖5中相應的內部繼電器及地址編號如表7—1： 表7—1 F—40內部等效繼電器及地址編號 等效繼電器 基本單元 地址號 數(shù)目 輸入繼電器 X 401～406 6 輸出繼電器 Y 430～

65、432 3 時間繼電器 T 450 1 第八章 工作總結和展望 8.1工作總結 為期半年的畢業(yè)設計就要結束了，在這大學的最后一個學期所進行的畢業(yè)設計可以算是我們對整個大學期間所學的知識的一次總的演習。從開始設計到現(xiàn)在的設計的結束，我們對設計不斷的有著新的認識。同以前我們做的課程設計相比較，這次畢業(yè)設計更為細致，對我們所學的理論基礎知識和專業(yè)知識進行了綜合的考核，也讓我們對設計有了更深層次的認識。 總體來說，在這次畢業(yè)設計的過程中，我們完成畢業(yè)設計不是一帆風順的。 無論從開始的計算選型還是到后來的圖紙的繪制，都是不斷的出現(xiàn)問題，然后通過自己思考，同學的幫助，老師

66、的指導，逐一解決的，有許多自身存在的問題也都漸漸的暴漏出來了，比如說專業(yè)知識不扎實，設計方法和意識不到位，以及經驗方面較為匱乏等等。不過，通過這次畢業(yè)設計，我們從中也受益匪淺。 通過這次畢業(yè)設計，我們對專業(yè)知識有了更深的了解，對系統(tǒng)的設計也有了一定的了解和掌握，我們的設計思維方法和模式也得到了一定的鍛煉。畢業(yè)設計是一們綜合性、專業(yè)性比較強的課題設計，通過此次設計，提高了我們的實際動手能力，同時通過在設計過程中不斷出現(xiàn)的問題，在此次畢業(yè)設計中逐一解決。從發(fā)現(xiàn)問題，到思考問題，到最后的解決問題，這種處理問題的思維方式在整個設計的過程中都得到了體現(xiàn)，同時對于我們來說，它為我們以后步入社會，走上工作崗位，提供寶貴的經驗。此外，從設計的過程中，我們也明白了，設計過程中出現(xiàn) 某些問題，無論自己怎樣冥思苦想，都得不到解決，當同其他同學討論以后，聽取同學的建議時，為自己解決問題提供了另外一條新的思路，所以相互協(xié)作也很有必要的。在畢業(yè)設計的設計方面，從開始的計算確定系統(tǒng)的參數(shù)，在選擇壓力的時候，往往要按照老師或者從參考資料上提供的信息來選??；到后來元件的選取，則要考慮到由計算出的系統(tǒng)參數(shù)