銑削專用機床液壓系統(tǒng)的設計

銑削專用機床液壓系統(tǒng)的設計,銑削,專用,機床,液壓,系統(tǒng),設計 目錄 前言 ……………………………………………………………………2 合肥工業(yè)大學課程設計任務書…………………………………………4 第一章 技術參數(shù)分析…………………………………………………5 1. 負載分析………………………………………………………5 2. 繪制液壓缸負載圖和速度圖…………………………………6 3. 初步確定液壓缸參數(shù)…………………………………………7 第二章 液壓系統(tǒng)設計 ………………………………………………10 1. 擬定液壓系統(tǒng)圖 ……………………………………………10 2. 選擇液壓元件 ………………………………………………11 3. 液壓系統(tǒng)性能驗算 …………………………………………13 第三章 集成塊設計 …………………………………………………15 1. 將液壓系統(tǒng)圖初步集成 ……………………………………15 2. 頂蓋設計 ……………………………………………………15 3. 夾緊塊設計 …………………………………………………16 4. 壓力塊設計 …………………………………………………17 5. 中間塊設計 …………………………………………………18 6. 底板設計 ……………………………………………………19 7. 集成塊裝配圖 ………………………………………………20 8. 集成塊爆炸圖 ………………………………………………21 總結 ……………………………………………………………………22 1 前言 液壓傳動技術是機械設備中發(fā)展最快的技術之一，特別是近年來與微電子、計算機技術結合，使液壓技術進入了一個新的發(fā)展階段，機、電、液、氣一體是當今機械設備的發(fā)展方向。在數(shù)控加工的機械設備中已經(jīng)廣泛引用液壓技術。作為數(shù)控技術應用專業(yè)的學生初步學會液壓系統(tǒng)的設計，熟悉分析液壓系統(tǒng)的工作原理的方法，掌握液壓元件的作用與選型及液壓系統(tǒng)的維護與修理將是十分必要的。 液壓傳動在國民經(jīng)濟的各個部門都得到了廣泛的應用，但是各部門采用液壓傳動的處發(fā)點不盡相同：例如，工程機械、壓力機械采用液壓傳動的主要原因是取其結構簡單、輸出力大；航空工業(yè)采用液壓傳動的主要原因是取其重量輕、體積??；機床上采用液壓傳動的主要原因則是取其在工作過程中能無級變速，易于實現(xiàn)自動化，能實現(xiàn)換向頻繁的往復運動等優(yōu)點。為此，液壓傳動常在機床的如下一些裝置中使用： 1． 進給運動傳動裝置 這項應用在機床上最為廣泛，磨床的砂輪架，車床、自動車床的刀架或轉塔刀架，磨床、鉆床、銑床 、刨床的工作臺或主軸箱，組合機床的動力頭或滑臺等，都可采用液壓傳動。 2． 往復主體運動傳動裝置 龍門刨床的工作臺、牛頭刨床或插床的滑枕，都可以采用液壓 傳動來實現(xiàn)其所需的高速往復運動，前者的速度可達 60～90m/min，后 者的速度可達 30～50m/min。這些情況下采用液壓傳動，在減少換向沖擊、降低能量 消耗，縮短換向時間等方面都很有利。 3． 回轉主體運動傳動裝置 車床主軸可以采用液壓傳動來實現(xiàn)無級變速的回轉主體運動，但是這一應用目前還不普遍。 4． 仿形裝置 車床、銑床、刨床上的仿形加工可以采用液壓伺服系統(tǒng)來實現(xiàn)，其精度最高可達 0.01～0.02mm。此外，磨床上的成型砂輪修正裝置和標準四 缸校正裝置亦2 可采用這種系統(tǒng)。 5. 輔助裝置 機床上的夾緊裝置，變速裝置、絲杠螺母間隙消除裝置，垂直移動部件的平衡裝置，分度裝置，工件和刀具的裝卸、輸送、儲存裝置等，都可以采用液壓傳動來實現(xiàn)，這樣做有利于簡化機床結構，提高機床自動化的程度。 液壓動力滑 臺是利用 液壓缸將 泵站提供 的液壓能 轉變?yōu)榛?臺運動所需 的機械能，來實現(xiàn)進給運動并完成一定得動作循環(huán)，是一種以速度變換為主的中、低壓液壓系統(tǒng)，在高效、專用、自動化程度較高的機床中已得到廣泛的應用。因此，在液壓傳動與控制系統(tǒng)中具有綜合性和代表性，通過本畢業(yè)設計可以全面的應用和鞏固所學的專業(yè)技術基礎理論知識，提高機械設計能力和繪圖能力，培養(yǎng)學生學習新技術、獲取信息和理論聯(lián)系實際的能力，特別是使學生在液壓傳動與控制的基本理論和應用方面得到進一步的提高。 3 合肥工業(yè)大學課程設計任務書 4 設 計題 目銑 削專用機床液壓系統(tǒng)的設計 成績主要內(nèi)容設計一臺銑削專用機床液壓系統(tǒng)（含圖） 。該液壓系統(tǒng)完成的工作循環(huán)是：工件夾緊→工作臺快 進→工作臺工進→ 工作臺快退→工件 松開。運動部件的重力為 25000N，快進、快退速度為 5m/min，工進速度為 100～1200mm/min，最大行程為 400mm，其中工進行程為 180mm，最大切削力為 18000N。采用平面導軌，夾緊缸的行程為 20mm，夾緊力為 30000N，夾緊時間為 1s。指導教師意見簽名： 201 年 月 日設計的主要技術參數(shù) 已知該液壓系統(tǒng)的工作循環(huán)是：工件夾緊? 工作臺快進 ?工作臺工進? 工作臺快退? 工件松開。運動部件的重力為 25000N，快進、快退速度為 5m/min，共進速度為 100~1200mm/min，最大行程為 400mm，其中共進行程為 180mm，最大切削力為 18000N。采用平面導軌，夾緊缸的行程為 20mm，夾緊力為 30000N，夾緊時間為 1s。 1. 負載分析 （1） 工作負載 FL（2） 摩擦阻力 Ff 第一章 技術參數(shù)分析 FL = 18000N 靜摩擦阻力 Ffs動摩擦阻力 F = f= fsG = 0.2 × 25000 = 5000N × 25000 = 0.1 × 25000 = 2500N （3） 慣性負載 Fa Ffd= Gd× vK = 25000 × 5 = 4252N a g t 9.8 0.05× 60根據(jù)上式計算可列出各工況負載及運動時間見下表 各工況時負載及運動時間計算結果 工況 啟動 液壓缸負載 F/N F = Ffs = 5000 液壓缸推力 c cm5555.6 /N 速度 v?m ? min0 ?1運動時間 v0 加速 F = F fd + Fa = 6752 7502.2 0 0 快進 F = F fd = 2500 2777.8 22777.8 5 0.1~1.2 2.64 108~9 工進 F = Ffd + F L = 20500 快退 F = F fd = 2500 2777.8 5 4.8 表 1-1 注：取液壓缸η cm=0.9 。 5 ? st= ?s 2. 繪制液壓缸負載圖和速度圖 根據(jù)各工況時負載及運動時間計算各結果表，可繪制負載行程圖（F—s ）如下圖 及速度行程圖（v—s）如下圖。 F/N22777.87502.25555.62777.80-2777.8220-5555.6-7502.2400 S/mm圖 1-1 負載行程圖（F—s） 5V/(m/min)1.20.10 220 400 S/mm-5圖 1-2 速度行程圖（v—s） 6 3. 初步確定液壓缸參數(shù) （1） 初步確定液壓缸工作壓力 p1初選液壓缸工作壓力 P=3MPa（2） 計算液壓缸尺寸 為了簡化專用機床結構，液壓缸采用單桿活塞，為使快進快退相同則用單桿活 塞 缸 的 差 動 連 接 ， 所 以 液 壓 缸 無 桿 腔 面 積 A 1 和 有 桿 面 積 A 2 的 關 系 應 為A1 = 2A2 ,即活塞直徑 d 和液壓缸內(nèi)徑 D 應符合 d=0.707D。 由表 10-4 取液壓缸背壓 p2 = 0.8MPa，差動時回油壓力損失 Δp = 0.5MPa,可得液壓缸無桿腔面積 A1,取液壓缸 η = 0.95。 2 2π根 據(jù) GB/T2348 — 1993 （ ISO3320 ） 選 D=110mm ， 活 塞 桿 直 徑 d= 0.707D=77.77mm；取 d=80mm 計算液壓缸實際有效工作面積 4 44 4A1 ? A2 = 50.24cm驗算滿足最低速度要求之面積，按試（10.2-6） vmin本液壓系統(tǒng) 采用調(diào)速閥節(jié) 流調(diào)速系統(tǒng)， 使用國產(chǎn) GE 系列 調(diào)速閥，型 號為min min則可得 vmin 10能滿足上式要求。 （3） 液壓缸各工況下壓力，流量及功率的計算，其計算結果列于下表。 7 F?η 22777.8?0.95π π?6 2A = = = 9221.8 × 10 m10.8p ? p 3 × 10 ? × 104A ?3D= = 108.4 × 10 m 2 2 2 2A = D = 110 = 9498.5mm = 94.99cmπ π2 2 2 2 2A = (D ? d ) = (11 ? 8 ) = 44.75cm2qA (A ) ≥ = A? ?q 35A = = = 3.5cm液壓缸各工況下壓力、流量及功率計 算表工況 啟動 負載/N 5555.6 回油腔壓力p2 ?MPa 輸入流量 q/L/min 進油腔壓力p1 ?MPa 1.11 輸入功率P/kW p1計算公式 A + AΔp快 進加 7502.2 p2 2.02 q= (A 11? A 22)v2（差動）速 恒速 2777.8 = pp2= p11+ Δp + Δp 25.12 1.02 0.43 P = p 1q 22777.8 0.8 11.40~0.95 2.90 0.55 p1 =F?η + pA12A2工進 q = A1P = pv1 q 起動 加5555.6 7502.2 Δp = 0.5 1.24 2.83 p1 =1F?η + pA22A1快退 速 q = A 2v1 恒速 2777.8 Δp = 0.5 22.38 1.71 0.638 P = p 1q 表 1-2 8 ? 2=根據(jù)上表可繪制出下圖液壓缸工況圖。 P1/Mpaˉ1q/(L/min)p/kW1.112.0225.120.431.022.900.5511.4P1qp-1.712200.95400-1.24S/mm-2.83-0.642-22.38圖 1-3 液壓缸工況圖 9 1. 擬定液壓系統(tǒng)圖 第二章 液壓系統(tǒng)設計 （1） 選擇液壓基本回路：從工況圖上可以得出 1 本系統(tǒng)壓力、流量和功率都較小，可以選用單定量泵和溢流閥組成的供油源。 2 調(diào)速系統(tǒng)可采用調(diào)速閥出口節(jié)流調(diào)速回路，以滿足銑削加工的順銑或逆銑而且速度穩(wěn)定的要求。 3 速度換接方式。銑削時位置精度要求不高，可用行程擋鐵控制行程開關使電磁換向閥切換來實現(xiàn)換向。 4 液壓缸快進用三位四通電磁換向閥換向。 （2） 組合成液壓系統(tǒng)圖：根據(jù)上述基本回路再加上必要的輔助裝置（如濾油器、壓力表等）可組成如下圖所示的液壓系統(tǒng)，并配以電磁鐵動作順序表。 表 2-1 10 工作程序 YA1 YA2 YA3快進 — + +快退 — + —停止 — — —2. 選擇液壓元件 圖 2-1 液壓系統(tǒng) （1） 1確定液壓泵的容量及電動機功率 ○ 液壓泵的選擇 取進油壓力損失∑ Δp1工作壓力 = 0.3MPa；回路泄露系數(shù) K=1.1, 則液壓泵最高pp = p1 + ∑ Δp1按表 10-12 取p 1= 2.90MPa,q=25.12L/min, p p = 2.90 + 0.3 = 3.20MPa ?qp = Kq = 1.1 × 25.12 = 27.63 L min 根 據(jù) 上 述 計 算 選 用 單 作 用 葉 片 泵 ， 其 型 號 規(guī) 格 為V=4Ml/r） ，其流量 YB1— 4 （ 排 量2qp = nV = 1450 r?min × 20 mL?r = 29 L?min ○ 確定電機的功率。在快速時為最大功率 11 P = ΔpPqPηP= ( 1.71+0.3 ×29)0.62×60 = 1.57kW 式中: ηP——液壓泵總效率，取 η P≥ 0.62。 （2） 查電機手冊，可選用 Y 列電動機 P=4.0kW(n=1440r/min)選擇液壓控制閥 根據(jù)液壓泵的工作壓力和通過閥的實際流量選取，本設計采用國產(chǎn) GE系列液壓閥，各閥選定規(guī)格如下表所示。 液壓元件選擇列表 （3） 確定油管直徑及管接頭 表 2-2 進入無桿腔的流量在快退及差動連接時為2q58 L?min。 取壓油管流速 v=3m/s ，則 p ，所以流量為 q = 2q p =d = 1.13√q?v = 20.28mm 取吸油管 v=1m/s, 則 ?d = 1.13√q v = 24.84mm 查相關機械手冊可選用陰極銅管（GB/T1527——1987 ） ，壓油管道選用 ?12mm×?10mm,吸 油管 道選用 ?14mm×?12mm, 管接 頭可 選用 擴口式接頭（GB/T 5626.1——1985） 。 （4） 確定油箱容積 V = (5 ～ 7)qp = 145 ～ 203L 12 序號 元件名稱 方案一 方案二 通過流量（L/min）1 濾油器 XU—B32×100 XU—B32×100 292 液壓泵 YBX—16 YBX—16 293 壓力表開關 K—H6 KF3—EA10B4 三位四通換向器WE6E50/OAG24 34EF30—E10B 295 二位三通換向閥3WE6A50/OAG24 23EF30—E10B 296 單向調(diào)速閥 2FRM5—20/6 AQF3—E10B 297 減壓閥 J—FC10D—P—1 JF3—10B 11.48 壓力表開關 4K—F10D—1 與三共用9 單向閥 A—F10D—D/DP1 AF3—EA10B 11.410 二位四通換向閥24DF3B—E10B—B24EF3—E10B 11.43. 液壓系統(tǒng)性能驗算 （1） 壓力損失 壓力損失計算共進和快退即可（快退時 q = 2qp置設計好進行。 ） ，其計算應在液壓裝本系統(tǒng)僅計算工進和快退工況時壓力損失即可，因快進時壓力損失小于快退，系統(tǒng)計算結果列于下表。 工進及快退時液壓系統(tǒng)壓力損失結果 管內(nèi)流 管內(nèi)流速2Δpg?MPa Δpg Δpv ?MPa ΔpiΔpi?MPa 液壓泵工作時所需壓? ( ? ) ? = 1.1Δp 量?3v = 4q πd m s = 75 Re g 折算至進油路 力/MPa 工工況 進油路 /× 10m3 ? s?111.4060雷諾數(shù)：Re=vd/υ V=0.420m/s Re=67.22320 × L?d× ρv ?2 20.008 流經(jīng)閥 9、4 查樣本閥損失曲線 △pv3=0.05/2 △pv6=0.05 + ∑Δpv Δp1 = 0.08 ∑Δp1 /MPa ∑Δp1= Δp1A1pp ≥F?ηA1+ Δp1 進 快退 Δp1 回油路 Δp2 進油路 Δp1 回油路 Δp2 5.136029605860V=0.189m/s Re=30.242320 V=1.07m/s Re=171.22320 V=2.14m/s Re=342.42320 0.003 0.018 0.0313 5、6、4 4、6、5 5 △pv3=0.05/2 △pv4=0.72 △pv6=0.05/2 △pv3=0.1/2 △pv4=0.05 △pv5=0.1/2 △pv6=0.05 △pv3=0.38 Δp2 = 0.77 Δp1 = 0.22 Δp2 = 0.16 = 0.089499=0.44 ∑Δp1= Δp1A1=0.30 3.02 1.33 表 2-3 （2） （3） 溢流閥調(diào)整壓力 溢流閥工進時的調(diào)整壓力p液壓系統(tǒng)效率 液壓系統(tǒng)效率見式 y ≥ p p max = 2.90MPa。取 py =3MPa。 η = ηp ηcηm13 A+Δp4475+0.77A+Δp查樣本液壓泵得η p ≥ 0.62;ηcm≥ 0.90 ppq1p在工進 v=1.2m/min 時 ppqp在工進 v=0.1m/min 時 p1q11.40 × 10 × 22777.8?29 × 3.2 × 101 11.40 × 0.1 × 2.909499 =0.29 因而得 ηc = ppq p =(29 × 3.2)= 0.0356 η = 0.62 × 0.9 × 0.29 ～ 0.0356 = 0.162 ～ 0.0199 （4） 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升（只需計算共進時發(fā)熱和溫升） 葉片泵輸入功率 p在工進 v=0.1m/min 時，系統(tǒng)效率 η = 0.0199，則系統(tǒng)發(fā)熱量 QH = Ppi (1 ? η) = 2.49 × (1 ? 0.0199) = 2.44kW 取系統(tǒng)傳熱系數(shù) K = 15 × 10 kW?(m ? ℃)。 油箱散熱面積 A = 0.065 √V2(m ) 式中取 V=250L 0.065 × 15 × 10?3 √2502油液溫升不符合 Δθ ≤ 30℃要求，油箱太小，溫升過高，可更換稍大油箱或使用冷卻裝置。 14 p q 3.2 × 10 × 29 × 10P = = = 2.49kW ?3?3 23?( )H2.44ΔT= = 63.05℃ p qη =p qη = = 26 ?3第三章 集成塊設計 1. 將液壓系統(tǒng)圖初步集成，如下圖。 圖 3-1 15 2.頂蓋設計 圖 3-2 16 3.夾緊塊設計 圖 3-3 17 4.壓力塊設計 圖 3-4 18 5.中間塊設計 圖 3-5 19 6.底板設計 圖 3-6 20 7.集成塊裝配圖 8. 集成塊爆炸圖 圖 3-7 圖 3-8 21 總結 在設計過程中，我們嚴格按照液壓設計過程的要求，對于具體液壓閥，我們都嚴格按照所需壓力、流量、參照機械設計手冊選擇所規(guī)定的部件。然后，按照所選部件的具體尺寸設計集成塊的各個孔的外部位置尺寸。個集成塊設計完畢后，我們對其進行了在裝配，裝配結過良好。 由于團隊總體能力有限，在設計過程中未免會出現(xiàn)一定錯誤，望老師給予糾正。 22