機(jī)械畢業(yè)設(shè)計40仿形銑床液壓夾具液壓系統(tǒng)設(shè)計

西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文 1 仿形銑床液壓夾具液壓系統(tǒng)設(shè)計 摘 要 本論文是 MCP-1000 數(shù)控仿行銑床液壓夾具液壓系統(tǒng)的設(shè)計。在現(xiàn)代化的生產(chǎn)中 ，減少停工檢修期是提高生產(chǎn)力、使生產(chǎn)能力利用系數(shù)最大化的一項(xiàng)重要因素，然而零件加工過程中的精確定位和裝夾的重復(fù)精度也是改進(jìn)效率和質(zhì)量的關(guān)鍵。使用液壓夾具的主要優(yōu)勢是能節(jié)省夾緊和松卸工件時所花的大量的時間，只需要通過控制油路的通斷就可實(shí)現(xiàn)夾 具的完整的順序動作控制。 本論文 第一章介紹了機(jī)床夾具和液壓技術(shù)的相關(guān)知識；第二章到第五章是液壓系統(tǒng)的具體設(shè)計計算；第六章是對液壓系統(tǒng)主要性能的估算。 關(guān)鍵詞 ： 數(shù)控仿形 銑床、 液壓 夾具、液壓系統(tǒng) Abstract This thesis is MCP-1000 the numbers control to imitate to go a miller liquid to press a tongs liquid to press system of design.In the modernization of the production, reduce cease work checks fixing to expect is an important factor which raises productivity and makes the production ability make use of coefficient to maximize, however the spare parts process the accurate fixed position in the process and pack to clip of repeated the accuracy is also the key which improves efficiency and quality.The main advantage which uses a liquid to press tongs is can save to clip tightly with loose unload a work piece spend of a great deal of time, which needs to pass control oil road break and then can carry out tongs of integrity of in proper order ction control.This thesis chapter 1 introduced tool machine tongs and liquid to press technical related knowledge;Chapter 2s arriving chapter 5 is the concrete design calculation that the liquid presses system;Chapter 6 presses the system main function to estimate to the liquid. Key words: The number controls to imitate form miller The liquid presses tongs The liquid presses system 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文 2 前 言 液壓傳動是以流體作為工作介質(zhì)對能量進(jìn)行傳動和控制的一種傳動形式。利用有壓的液體經(jīng)由一些機(jī)件控制之后來傳遞運(yùn)動和動力。 液壓技術(shù)滲透到很多領(lǐng)域，不斷在民用工業(yè)、在機(jī)床、工程機(jī)械、冶金機(jī)械、塑料機(jī)械、農(nóng)林機(jī)械、汽車、船舶等行業(yè)得到大幅度的應(yīng)用和發(fā)展，而且發(fā)展成為包括傳動、控制和檢測在內(nèi)的一門完整的自動化技術(shù)?，F(xiàn)今，采用液壓傳動的程度已成為衡量一個國家工業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。如發(fā)達(dá)國家生產(chǎn)的 95%的工程機(jī)械、 90%的數(shù)控加工中心、 95%以上的自動線都采用了液壓傳動技術(shù)。 近年來，我國液壓氣動密封行業(yè)堅持 技術(shù)進(jìn)步，加快新產(chǎn)品開發(fā)，取得良好成效，涌現(xiàn)出一批各具特色的高新技術(shù)產(chǎn)品。北京機(jī)床所的直動式電液伺服閥、杭州精工液壓機(jī)電公司的低噪聲比例溢流閥（擁有專利）、寧波華液公司的電液比例壓力流量閥（已申請專利），均為機(jī)電一體化的高新技術(shù)產(chǎn)品，并已投入批量生產(chǎn)，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。北京華德液壓集團(tuán)公司的恒功率變量柱塞泵，填補(bǔ)了國內(nèi)大排量柱塞泵的空白，適用于冶金、鍛壓、礦山等大型成套設(shè)備的配套。天津特精液壓股份有限公司的三種齒輪泵，具有結(jié)構(gòu)新穎、體積小、耐高壓、噪聲低、性能指標(biāo)先進(jìn)等特點(diǎn)。榆次液壓件有限公司的高性能組 合齒輪泵，可廣泛用于工程、冶金、礦山機(jī)械等領(lǐng)域。另外，還有廣東廣液公司的高壓高性能葉片泵、寧波永華公司的超高壓軟管總成、無錫氣動技術(shù)研究所有限公司為各種自控設(shè)備配套的 WPI 新型氣缸系列都是很有特色的新產(chǎn)品。 通過對液壓系統(tǒng)的設(shè)計，使我們對液壓缸的結(jié)構(gòu)，液壓元件的選擇，液壓回路有了更深刻的理解，同時也使我們對液壓系統(tǒng)甚至一般機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計有了初步的了解。 由于編者的知識水平有限，加上時間短促，有不足的地方，請給于批評指正。 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文 3 目 錄 1 緒論 5 1.1文獻(xiàn)綜述 5 1.1.1機(jī)床夾具 5 1.1.2液壓夾具 6 1.1.3機(jī)床夾具的發(fā)展方向 7 1.2液壓技術(shù)簡介 8 1.2.1液壓技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) 9 1.2.2液壓技術(shù)的缺點(diǎn) 10 1.2.3液壓技術(shù)的發(fā)展 10 2液壓缸各部分尺寸計算和結(jié)構(gòu)設(shè)計 12 2.1液壓系統(tǒng)已知條件 12 2.1.1對液壓系統(tǒng)的要求 12 2.1.2液壓系統(tǒng)設(shè)計參數(shù) 12 2.2 計算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸 12 2.2.1 壓桿穩(wěn)定性校核 14 2.3液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計 14 2.3.1缸體缸的連接形式 14 2.3.2活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu) 15 2.3.3 活塞與活塞桿處密封選用 15 2.3.4液壓缸的緩沖裝置 16 2.3.5液壓缸的排氣裝置 16 3液壓系統(tǒng)主要參數(shù)分析計算 17 3.1工況分析 17 3.1.1液壓缸載荷的組成與計算 17 3.2初選系統(tǒng)工作壓力 18 4液壓元件的選擇 19 4.1液壓泵工作壓力的確定 19 4.1.1 確定液壓泵的流量 qp 19 4.2 計算液壓缸所需流量 20 4.2.1液壓缸工作時所需流量 20 4.2.2選擇液壓泵規(guī)格 20 4.2.3 電動機(jī)的選擇 21 4.2.4 液壓閥的選擇 21 4.2.5確定油管尺寸 22 4.2.6確定油箱容積 23 5 擬定液壓系統(tǒng)回路 23 5.1調(diào)速方案擬定 23 5.1.1 進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路 24 5.1.2 回油節(jié)流調(diào)速 回路 24 5.1.3旁路節(jié)流調(diào)速 25 5.2 方向控制回路擬定 26 5.3液壓動力源選擇 27 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文 4 5.4液壓系統(tǒng)的組合 27 6 液壓系統(tǒng)主要性能估算 27 6.1液壓系統(tǒng)壓力損失 28 6.2液壓系統(tǒng)發(fā)熱溫升計算 31 結(jié)束語 34 謝 辭 35 參考文獻(xiàn) 36 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文 5 1 緒論 液壓傳動是利用密封系統(tǒng)中的受壓液體來傳遞運(yùn)動和動力的一種傳動方式。液壓傳動與機(jī)械傳動相比，具有許多優(yōu)點(diǎn)，所以在機(jī)械設(shè)備中，液壓傳動 是 廣泛采用的傳動方式之一。 1.1 文獻(xiàn)綜述 在機(jī)床行業(yè)中，液壓傳動應(yīng)用較為普遍，如磨床、車床、拉床、銑床、刨床、沖床、組合機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、仿形機(jī)床和自動線等。具體在機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)、夾具 中最為廣泛。其他如龍門刨床的滑枕等都有應(yīng)用。 1.1.1 機(jī)床 夾具 機(jī) 床夾具 ：在機(jī)床上用來固定加工對象，使之占有正確加工位置的工藝裝備，稱機(jī)床夾具，以后簡稱夾具。 機(jī)床夾具 有保證加工精度；提高勞動生產(chǎn)率、降低成本；降低工人勞動強(qiáng)度；擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍等特點(diǎn) 。 機(jī)床夾具按特點(diǎn) 和 夾緊動力源等的不同可以分為通用夾具、專用夾具、手動夾具、液壓夾具等。具體夾具的分類見圖 1-1。 圖 1-1 機(jī)床夾具的分類 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文 6 1.1.2 液壓夾具 傳統(tǒng)的機(jī)械 夾具 在松開和夾緊工件時都要費(fèi)力的用扳手旋擰螺母和移動壓板。然而液壓 夾具 只需要通過控制油路的通斷就可實(shí)現(xiàn) 夾具 的完整的順序動作控制。有關(guān)統(tǒng)計資料表明液壓夾緊 相比機(jī)械夾緊節(jié)省 90%95%的時間，縮小了生產(chǎn)循環(huán)周期，從而增加了產(chǎn)量也就意味著降低了成本。 見表 1-1例子的成本比較 ，采用液壓夾具不僅單件成本降低 19.26元，而且完成時間由兩年縮短至 18個月。 表 1-1 液壓夾具與機(jī)械夾具的比較 參數(shù) 液壓夾具 機(jī)械夾具 產(chǎn)品數(shù)量 60000件 60000件 原材料成本 /單價 250.00元 250.00元 設(shè)備成本 /小時 1500.00元 1500.00元 夾具體成本 3000.00元 50000.00元 零件數(shù)量 /單個夾具體 4件 4件 裝卸時間 20秒 240秒 加工時間 720秒 720秒 勞動力成本 /小時 30.00元 30.00元 單件成本統(tǒng)計 原材料 250.00元 250.00元 設(shè)備 77.00元 100.00元 夾具 5.00元 0.80元 勞動力（ 8小時 1班） 單件總成本 333.54元 352.80元 液壓夾具系統(tǒng)的第二項(xiàng)重要特點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)非常高的定位精度。 關(guān)鍵在于夾緊力在定位和夾緊過程中保持恒定不變。從而確保了同一道工序下的加工質(zhì)量一致性，即提高重復(fù)精度，故此由于變形造成的廢品率將會微乎其微。成批零部件的互換性也 會達(dá)到理想的指標(biāo)。然而這一點(diǎn)幾乎是機(jī)械夾具無法做到的。 在針對無法設(shè)定剛性支撐或加工薄壁零件時，液壓輔助支撐是最佳的選擇。它可以在任意的位置對工件產(chǎn)生支撐力，起到輔助定位的作用，尤其對于非加工表面的支撐定位更是非它莫屬，有力的解決了困擾我們的過定位問題。 液壓夾具的第三個優(yōu)勢就是最適合加工零件擺放緊湊和采用手動夾緊時空間受限制的場合，這是流體控制得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。這就可以實(shí)現(xiàn)多個零件在一個夾具體上同時裝夾和加工。 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文 7 圖 1-2 鋼球增力液壓夾具 液壓夾具的工作原理與液壓系統(tǒng)的工作原理相似，以 鋼球增力液壓夾具（圖1-2）為例。 圖 1-2所示為雙鋼球增力機(jī)構(gòu)與無桿液壓缸組成的液壓夾具，其工作原理是：當(dāng)換向閥在圖示位置，壓力油通往液壓缸左腔，活塞向右運(yùn)動，置于活塞中部孔中的鋼球推動在其右上方的鋼球向上運(yùn)動；其右上方的鋼球以輸出力 F推動夾具上的夾緊元件來對工件進(jìn)行夾緊。當(dāng)換向閥切換至右位工作時，活塞向左運(yùn)動，使工件松動。 由此可見，液壓夾具有許多地方都優(yōu)越與機(jī)械夾具，因此廣泛應(yīng)用于機(jī)床中及大批量的現(xiàn)代化的生產(chǎn)中。 1.1.3 機(jī)床夾具的發(fā)展方向 夾具是機(jī)械加工不可缺少的部件，在機(jī)床技術(shù)向高速、高效、精密、復(fù)合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾具技術(shù)正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟(jì)方向發(fā)展。 一、高精 隨著機(jī)床加工精度的提高，為了降低定位誤差，提高加工精度，對夾具的制造精度要求更高。高精度夾具的定位孔距精度高達(dá) 5 m，夾具支承面的垂直度達(dá)到 0.01mm/300mm，平行度高達(dá) 0.01mm/500mm。德國 demmeler（戴美樂）公司制造的 4m長、 2m寬的孔系列組合焊接夾具平臺，其等高誤差為 0.03mm；精密平口鉗 的平行度和垂直度在 5 m以內(nèi)；夾具重復(fù)安裝的定位精度高達(dá) 5 m；瑞士EROWA柔性夾具的重復(fù)定位精度高達(dá) 2 5 m。機(jī)床夾具的精度已提高到微米級，世界知名的夾具制造公司都是精密機(jī)械制造企業(yè)。誠然，為了適應(yīng)不同行業(yè)的需 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文 8 求和經(jīng)濟(jì)性，夾具有不同的型號，以及不同檔次的精度標(biāo)準(zhǔn)供選擇。 二、高效 為了提高機(jī)床的生產(chǎn)效率，雙面、四面和多件裝夾的夾具產(chǎn)品越來越多。為了減少工件的安裝時間，各種自動定心夾緊、精密平口鉗、杠桿夾緊、凸輪夾緊、氣動和液壓夾緊等，快速夾緊功能部件不斷地推陳出新。新型的電控永磁夾具，加緊和松開工件 只用 1 2秒，夾具結(jié)構(gòu)簡化，為機(jī)床進(jìn)行多工位、多面和多件加工創(chuàng)造了條件。為了縮短在機(jī)床上安裝與調(diào)整夾具的時間，瑞典 3R夾具僅用 1分鐘，即可完成線切割機(jī)床夾具的安裝與校正。采用美國 Jergens（杰金斯）公司的球鎖裝夾系統(tǒng)， 1分鐘內(nèi)就能將夾具定位和鎖緊在機(jī)床工作臺上，球鎖裝夾系統(tǒng)用于柔性生產(chǎn)線上更換夾具，起到縮短停機(jī)時間，提高生產(chǎn)效率的作用。 三、模塊、組合 夾具元件模塊化是實(shí)現(xiàn)組合化的基礎(chǔ)。利用模塊化設(shè)計的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化夾具元件，快速組裝成各種夾具，已成為夾具技術(shù)開發(fā)的基點(diǎn)。省工、省時，節(jié)材、節(jié)能，體現(xiàn)在各 種先進(jìn)夾具系統(tǒng)的創(chuàng)新之中。模塊化設(shè)計為夾具的計算機(jī)輔助設(shè)計與組裝打下基礎(chǔ)，應(yīng)用 CAD技術(shù)，可建立元件庫、典型夾具庫、標(biāo)準(zhǔn)和用戶使用檔案庫，進(jìn)行夾具優(yōu)化設(shè)計，為用戶三維實(shí)體組裝夾具。模擬仿真刀具的切削過程，既能為用戶提供正確、合理的夾具與元件配套方案，又能積累使用經(jīng)驗(yàn)，了解市場需求，不斷地改進(jìn)和完善夾具系統(tǒng)。組合夾具分會與華中科技大學(xué)合作，正在著手創(chuàng)建夾具專業(yè)技術(shù)網(wǎng)站，為夾具行業(yè)提供信息交流、夾具產(chǎn)品咨詢與開發(fā)的公共平臺，爭取實(shí)現(xiàn)夾具設(shè)計與服務(wù)的通用化、遠(yuǎn)程信息化和經(jīng)營電子商務(wù)化。 四、通用、經(jīng)濟(jì) 夾具的通用 性直接影響其經(jīng)濟(jì)性。采用模塊、組合式的夾具系統(tǒng)，一次性投資比較大，只有夾具系統(tǒng)的可重組性、可重構(gòu)性及可擴(kuò)展性功能強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣，通用性好，夾具利用率高，收回投資快，才能體現(xiàn)出經(jīng)濟(jì)性好。德國 demmeler（戴美樂）公司的孔系列組合焊接夾具，僅用品種、規(guī)格很少的配套元件，即能組裝成多種多樣的焊接夾具。元件的功能強(qiáng)，使得夾具的通用性好，元件少而精，配套的費(fèi)用低，經(jīng)濟(jì)實(shí)用才有推廣應(yīng)用的價值。 1.2 液壓 技術(shù) 簡介 液壓傳動是以液體為工作介質(zhì)，利用壓力能來驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的傳動。以機(jī)床工作臺為例說明液壓傳動系統(tǒng)的原理（ 圖 1-3）。 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文 9 圖 1-3 機(jī)床工作臺液壓系統(tǒng)原理圖 電動機(jī)驅(qū)動液壓泵從油箱中吸油，將油液加壓后輸入管路。油液經(jīng)開停閥、節(jié)流閥、換向閥進(jìn)入液壓缸左腔，推動活塞而使工作臺向右移動。這時液壓缸右腔的油液經(jīng)換向閥和回油管流回油箱。 1.2.1 液壓技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) 液壓技術(shù)與機(jī)械傳動、電氣傳動等 具有以下優(yōu)點(diǎn)： （ 1）體積小、重量輕，因此慣性力較小，當(dāng)突然過載或停車時，不會發(fā)生大的沖擊； （ 2）能在給定范圍內(nèi)平穩(wěn)的自動調(diào)節(jié)牽引速度，并可實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速； （ 3）換向容易，在不改變電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的情況下，可以較方便地實(shí)現(xiàn)工作機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)和直線往復(fù)運(yùn)動的轉(zhuǎn)換； （ 4）液壓泵和液壓馬達(dá)之間用油管連接，在空間布置上彼此不受嚴(yán)格限制； （ 5）由于采用油液為工作介質(zhì)，元件相對運(yùn)動表面間能自行潤滑，磨損小，使用壽命長； 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文 10 （ 6）操縱控制簡便，自動化程度高； （ 7）容易實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。 液壓傳動有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，因此它 的應(yīng)用非常廣泛，如一般工業(yè)用的塑料加工機(jī)械、壓力機(jī)械、機(jī)床等；行走機(jī)械中的工程機(jī)械、建筑機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車等；鋼鐵工業(yè)用的冶金機(jī)械、提升裝置、軋輥調(diào)整裝置等；土木水利工程用的防洪閘門及堤壩裝置、河床升降裝置、橋梁操縱機(jī)構(gòu)等；發(fā)電廠渦輪機(jī)調(diào)速裝置等等；船舶用的甲板起重機(jī)械、船頭門、艙壁閥、船尾推進(jìn)器等；特殊技術(shù)用的控制裝置、測量浮標(biāo)、升降旋轉(zhuǎn)舞臺等；軍事工業(yè)用的火炮操縱裝置、船舶減搖裝置、飛行器仿真、飛機(jī)起落架的收放裝置和方向舵控制裝置等。 1.2.2 液壓技術(shù)的缺點(diǎn) 由于液壓傳動存在過程中的能量損失等因素 ，因此液壓傳動也具有其不足的地方： （ 1）使用液壓傳動對維護(hù)的要求高，工作油要始終保持清潔； （ 2）對液壓元件制造精度要求高，工藝復(fù)雜，成本較高； （ 3）液壓元件維修較復(fù)雜，且需有較高的技術(shù)水平； （ 4）用油做工作介質(zhì)，在工作面存在火災(zāi)隱患； （ 5）傳動效率低。 總之，液壓傳動的優(yōu)點(diǎn)是主要的，隨著設(shè)計制造和使用水平的不斷提高，有些缺點(diǎn)正在逐步加以克服。液壓傳動有著廣泛的發(fā)展前景。 1.2.3 液壓技術(shù)的發(fā)展 從前面介紹液壓技術(shù)的特點(diǎn)可以看出，液壓技術(shù)的發(fā)展前景十分廣大。 液壓技術(shù)是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化傳動與控制 的關(guān)鍵技術(shù)之一，世界各國對液壓工業(yè)的發(fā)展都給予很大重視。世界液壓元件的總銷售額為 350億美元。據(jù)統(tǒng)計，世界各主要國家液壓工業(yè)銷售額占機(jī)械工業(yè)產(chǎn)值的 2%3.5%，而我國只占 1%左右，這充分說明我國液壓技術(shù)使用率較低，努力擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域，將有廣闊的發(fā)展前景。液壓氣動技術(shù)具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，如 :液壓技術(shù)具有功率重量比大，體積小，頻響高，壓力、流量可控性好，可柔性傳送動力，易實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動等優(yōu)點(diǎn)；氣動傳動具有節(jié)能、無污染、低成本、安全可靠、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，并易與微電子、電氣技術(shù)相結(jié)合，形成自動控制系統(tǒng)。因此，液壓氣動技 術(shù)廣泛用于國民經(jīng)濟(jì)各部門。但是近年來，液壓氣動技術(shù)面臨與機(jī)械傳動和電氣傳動的競爭，如：數(shù)控機(jī)床、中小型塑機(jī)已采用電控伺服系統(tǒng)取代或部分取代液壓傳動。其主要原因是液壓技術(shù)存在滲漏、 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文 11 維護(hù)性差等缺點(diǎn)。為此，必須努力發(fā)揮液壓氣動技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，克服缺點(diǎn)，注意和電子技術(shù)相結(jié)合，不斷擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域，同時降低能耗，提高效率，適應(yīng)環(huán)保需求，提高可靠性，這些都是液壓氣動技術(shù)繼續(xù)努力的永恒目標(biāo)，也是液壓氣動產(chǎn)品參與市場競爭是否取勝的關(guān)鍵。其主要的發(fā)展趨勢將集中在以下幾個方面。 （ 1） 減少損耗，充分利用能量 液壓技術(shù)在將機(jī)械能轉(zhuǎn)換 成壓力能及反轉(zhuǎn)換過程中，總存在能量損耗。為減少能量的損失，必須解決下面幾個問題：減少元件和系統(tǒng)的內(nèi)部壓力損失，以減少功率損失；減少或消除系統(tǒng)的節(jié)流損失，盡量減少非安全需要的溢流量；采用靜壓技術(shù)和新型密封材料，減少摩擦損失；改善液壓系統(tǒng)性能，采用負(fù)荷傳感系統(tǒng)、二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)和采用蓄能器回路。 （ 2） 泄漏控制 泄漏控制包括：防止液體泄漏到外部造成環(huán)境污染和外部環(huán)境對系統(tǒng)的侵害兩個方面。今后，將發(fā)展無泄漏元件和系統(tǒng)，如發(fā)展集成化和復(fù)合化的元件和系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)無管連接，研制新型密封和無泄漏管接頭，電機(jī)油泵組合裝置等。 無泄漏將是世界液壓界今后努力的重要方向之一。 （ 3） 污染控制 過去，液壓界主要致力于控制固體顆粒的污染，而對水、空氣等的污染控制往往不夠重視。今后應(yīng)重視解決：嚴(yán)格控制產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的污染，發(fā)展封閉式系統(tǒng)，防止外部污染物侵入系統(tǒng)；應(yīng)改進(jìn)元件和系統(tǒng)設(shè)計，使之具有更大的耐污染能力。同時開發(fā)耐污染能力強(qiáng)的高效濾材和過濾器。研究對污染的在線測量；開發(fā)油水分離凈化裝置和排濕元件，以及開發(fā)能清除油中的氣體、水分、化學(xué)物質(zhì)和微生物的過濾元江及檢測裝置。 （ 4） 主動維護(hù) 開展液壓系統(tǒng)的故障預(yù)測，實(shí)現(xiàn)主動維護(hù)技術(shù)。必須 使液壓系統(tǒng)故障診斷現(xiàn)代化，加強(qiáng)專家系統(tǒng)的開發(fā)研究，建立完整的、具有學(xué)習(xí)功能的專家知識庫，并利用計算機(jī)和知識庫中的知識，推算出引起故障的原因，提出維修方案和預(yù)防措施。要進(jìn)一步開發(fā)液壓系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)通用工具軟件，開發(fā)液壓系統(tǒng)自補(bǔ)償系統(tǒng)，包括自調(diào)整、自校正，在故障發(fā)生之前進(jìn)行補(bǔ)償，這是液壓行業(yè)努力的方向。 （ 5） 新材料、新工藝的應(yīng)用 新型材料的使用，如陶瓷、聚合物或涂敷料，可使液壓的發(fā)展引起新的飛躍。為了保護(hù)環(huán)境，研究采用生物降解迅速的壓力流體，如采用菜油基和合成脂基或者水及海水等介質(zhì)替代礦物液壓油。鑄 造工藝的發(fā)展，將促進(jìn)液壓元件性能的提高，如鑄造流道在閥體和集成塊中的廣泛使用，可優(yōu)化元件內(nèi)部流動，減少壓力損失和降低噪聲，實(shí)現(xiàn)元件小型化。 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文 12 2 液壓缸各部分尺 寸計算和結(jié)構(gòu)設(shè)計 MCP-1000數(shù)控仿行銑床 主要用于加工直線成形面（如盤形凸輪、曲線樣板）和立體成形面（如鍛模、壓模、葉片及螺旋槳的曲面）。仿形精度可達(dá) 0.010.02mm,靈敏性好，靠模接觸力小，壽命長。 2.1 液壓系統(tǒng)已知條件 2.1.1 對液壓系統(tǒng)的要求 根據(jù)仿行銑床設(shè)備液壓夾具工作要求，設(shè)計一液壓系統(tǒng)。要求該液壓系統(tǒng)具有節(jié)能及保壓功能，同時 具有安全保護(hù)功能，即在液壓系統(tǒng)壓力在 17Kg/cm2 時，該設(shè)備電氣控制系統(tǒng)鎖死，設(shè)備不能工作 。 2.1.2 液壓系統(tǒng)設(shè)計參數(shù) 活塞直徑 80mm ,液壓缸輸出最大力 3080N,工作壓力 3MPa。 2.2 計算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸 液壓缸主要設(shè)計參數(shù)如 圖（ 2 1）圖 a 為液壓缸活塞桿工作在受壓狀態(tài)， 圖b為 活塞桿工作在受拉狀態(tài)。 A1 A2 V1 d D FW P2 圖（ a） P1 A1 A2 V1 d D FW P2 P1 圖（ b） 圖 2 1 液壓缸主要設(shè)計參數(shù) 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文 13 活塞桿受壓時 F = mFw= P1A1 P2A2 活塞桿受拉時 F = mFw= P1A2 P2A1 式中 A1 = 42D 無桿腔活塞有效作用面積（ m2） A2 =4 )(22 dD 有桿腔活塞有效作用面積 (m2) P1 液壓缸工作腔壓力（ Pa） P2 液壓缸回油腔壓力（ Pa）即背壓力，其值根據(jù)回路具體情況而定初算時可參考表 2 1取值， 差動連接時另行考慮。 D 活塞直徑（ m） d 活塞桿直徑（ m） 表 2 1 執(zhí)行元件背壓力 系統(tǒng)類型 背壓力 /MPa 簡單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng) 0.2 0.5 回油路帶調(diào)速閥的系統(tǒng) 0.4 0.6 回油路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng) 0.5 1.5 用補(bǔ)油泵的閉式回路 0.8 1.5 回油路較復(fù)雜的工程機(jī)械 1.2 3 回油路較短，且直接回油箱 不忽略不計 本設(shè)計方案取背壓力為 0.5MPa。 一般液壓缸在受壓狀態(tài)下工作，其活塞面積為 A1 = 122P APF 試用上式須事先確定 A1和 A2的關(guān)系或是活塞桿徑 d與活塞直徑 D的關(guān)系，令桿徑比 =d/D 可按表 2 2、 2 3選取 表 2 2 按工作壓力選取 d/D 工作壓力 /MPa 5.0 5.0 7.0 7.0 d/D 0.55 0.55 0.62 0.70 0.7 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文 14 表 2 3 按速比要求確定 d/D V1/V2 1.15 1.25 1.33 1.46 1.61 2 d/D 0.3 0.4 0.5 0.55 0.62 0.7 本設(shè)計方案取 = d/D = 0.7 因?yàn)?D=80mm,所以 d=56mm。 當(dāng)工作速度很低時，還必須按最低速度要求驗(yàn)算液壓缸尺寸 A minminVq式中 A 液壓缸有效工作面積 (m2) qmin 系統(tǒng)最小穩(wěn)定流量（ m2/S） 在節(jié)流調(diào)速中取決于回路中所設(shè)調(diào)速閥的最小穩(wěn)定流量，容積調(diào)速中決定于變量泵的最小穩(wěn)定流量 Vmin 運(yùn)動機(jī)構(gòu)要求的最小工作速度（ m/s） 從液壓元件手冊中查 qmin = 0.05L/min Vmin為 0.3m/min A=minminVq=16.7cm2 而有桿腔有效作用面積為 25.62cm2 無桿腔有效作用面積為 50.24cm2 故 A A1 A2 滿足穩(wěn)定性要求 2.2.1 壓桿穩(wěn)定性校核 因?yàn)?行程與活塞桿直徑比 L/d 10時 需要做壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算 ， 已知活塞在液壓缸里的移動不超過 10kg，所以取 L=180mm， dL= 56180=3.2110 故不需要做壓桿穩(wěn)定性校核，活塞桿滿足穩(wěn)定性要求 。 2.3 液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計 2.3.1 缸體缸的連接形式 由于要求設(shè)計的結(jié)構(gòu)較為簡單故采用對焊方式，如圖 2-4 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文 15 圖 2-4 2.3.2 活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu) 活塞桿與活塞的連接有幾種常見的連接方式，分整體式結(jié)構(gòu)和組合式結(jié)構(gòu)，組合式結(jié)構(gòu)又分為螺紋連接，半環(huán)連接和錐銷連接。 本設(shè)計方案采用螺紋式連接：該連接方式加工容易應(yīng)用較多，如組合機(jī)床與工程機(jī)械上的液壓缸如圖 2 5 圖 2-5 2.3.3 活塞與活塞桿處密封選用 活塞桿處密封圓形有 O型、 Y型、 V型和 YX型密封圓等。為了清除活塞桿處外露部分沾附的飛塵，保證油液清潔及減少磨損，在端蓋外側(cè)增加防塵圈，常用的有無骨架防塵圈和 j型橡膠防塵圈，也可用毛氈圈防塵，活塞及活塞桿處的密封圈選用、應(yīng)根據(jù)密封部位使用壓力，溫度，運(yùn)動速度的范圍不同而選擇不同類型的密封圈。如圖 2-6， 2-7 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文 16 圖 2-6 圖 2-7 2.3.4 液壓缸的緩沖裝置 液壓缸帶動工作部件運(yùn)動時，固運(yùn)動的質(zhì)量較大，速度高，則在到在行程終點(diǎn)時會產(chǎn)生液壓沖擊，甚至使活塞與缸筒端蓋之間產(chǎn)生機(jī)械碰撞，為防止此現(xiàn)象發(fā)生，在行程末端，設(shè)置緩沖裝置。 由于本設(shè)計方案的液壓回路中使用回油調(diào)速，故在時油時，回油路上有背壓，所以不會產(chǎn)生沖動現(xiàn)象，進(jìn)油穩(wěn)定，既在設(shè)計液壓缸是緩沖裝置可以省略。 2.3.5 液壓缸的排氣裝置 對于運(yùn)動速度穩(wěn)定性要求較高的機(jī)床液壓缸和大型液壓缸，則需要設(shè)置排氣裝置，如排氣閥等。 排氣閥一般安裝在液壓缸兩 端的最高處，雙作用液壓缸需設(shè)兩個排氣閥，當(dāng) 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文 17 液壓缸需要排氣時，打開相應(yīng)的排氣閥，空氣連同油液過錐部縫隙和小孔排出缸外，直至連續(xù)排油時（不易氣）就將排氣閥關(guān)閉。如圖 2-8 M 1 2 4 . 3 5162.51 2 0 圖 2-8 3 液壓系統(tǒng)主要參數(shù)分析計算 3.1 工況分析 通過工況分析，可以看出液壓執(zhí)行元件在工作過程中速度和載荷變化情況，為確定系統(tǒng)各執(zhí)行的參數(shù)提供依據(jù)。 液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)是壓力和流量，它們是設(shè)計液壓系統(tǒng)，選擇液壓元件的主要依據(jù)。壓力決定于外載荷。流量取決于液壓執(zhí)行元件的運(yùn)動速 度和結(jié)構(gòu)尺寸。 3.1.1 液壓缸載荷的組成與計算 液壓缸的載荷包括三種類型 （ 1） 工作載荷 Fg 常見的工作載荷有作用于活塞桿軸線 上的重力、切削力、擠壓力等，這些作用力的方向與活塞運(yùn)動方向相同為 負(fù)，相反為正。 本設(shè)計中 Fg=3080N。 （ 2） 導(dǎo)軌摩擦載荷 Ff 由于本設(shè)計中 的液壓系統(tǒng)中無需導(dǎo)軌，故在此不做考慮 （ 3） 慣性載荷 Fa Fa=ma=tvgG式中 g 重力加速度 (g=9.8m/s2 ) V 速度變化量（ m/s） 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文 18 t 起動或制動時間（ s）一般機(jī)械 t =0.1 0.5s，對載低速運(yùn)動部件取小值，對重載高速部件取大值，行走機(jī)械一般取 V/ t = 0.5 1.5m/s2 以上三種載荷之和稱為液壓缸的外載荷 Fw 起動加速時 Fw=Fg+Ff+Fa 穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時 Fw=Fg+Ff 減速制動時 Fw=Fg+Ff-Fa 工作載荷 Fa并非每階段都存在，如該階段沒有工作，則 Fg = 0 除外載荷外，作用于活塞上的載荷 F 還包括液壓缸密封處的摩擦阻力 Fm。由于各種缸口密封材質(zhì)和密封形成不同，密封阻力難以精確計算，一般估算為： Fm=(1- m) F 式 中 m 液壓缸的機(jī)械效率，一般取 0.90 0.95 F=mFw由于機(jī)床本身的質(zhì)量就很大， 而液壓缸所占部分質(zhì)量對整體的影響不大，故在本設(shè)計中慣性載荷部分可以忽略不計。 由于無加、減速運(yùn)行，本設(shè)計中 Fw=Fg=3080N， 故 F=mFw=m3080因?yàn)?液壓夾具對 液壓缸的密封性能要求較高，相對而言密封阻力應(yīng)取大值 ， 本設(shè)計取 m = 0.95 所以 F=mFw=95.03080=3242N 故作用于活塞桿的載荷為 3242N。 3.2 初選系統(tǒng)工作壓力 壓力的選擇要根據(jù)載荷的大小和設(shè)備的類型而定，還要考慮到執(zhí)行元件的裝配空間，經(jīng)濟(jì)條件及元件供應(yīng)情況的限制，在載荷一定的情況下，工作壓力低，要加大執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)尺寸，對某些設(shè)備來說，尺寸要受到限制，從材料消耗角度看也不經(jīng)濟(jì)，反之，壓力選得太高，對泵缸，閥等元件的材質(zhì)，密封制造精度也要求很高，必然要提高設(shè)備成本，一般來說對于固定的尺寸不太受限制的設(shè)備，壓力可以選低一些，行走機(jī)械重載 設(shè)備要選得高一些，具體可以參考表 (3 1)和 (3 2)。 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文 19 表 3 1 按載荷選擇工作壓力 載荷 /KN 5 5 10 10 20 20 30 30 50 50 工作壓力 0.8 1 1.5 2 2.5 3 3 4 4 5 5 表 3 2 各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力 機(jī)械類型 機(jī)床 農(nóng)業(yè)機(jī)械 小型機(jī)械 建筑機(jī)械 液壓機(jī) 液壓機(jī) 大中型挖掘機(jī) 重型機(jī)械 起重運(yùn)輸機(jī)械 磨床 組合機(jī)床 龍門刨床 拉床 工作壓力 /MPa 0.8 2 3 5 2 8 8 10 10 18 20 30 本設(shè)計是 液壓 夾具 ，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，本設(shè)計方案取工作壓力為 ： Pa =3 MPa 。 4 液壓元件的選擇 4.1 液壓泵工作壓力的確 定 PP P1+ P 式中 P1 液壓缸或液壓馬達(dá)的最大工作壓力 P 從液泵出口到液壓馬達(dá)入口之間總的管路損失， P的準(zhǔn)確計算要待執(zhí)行元件選定并給出管路圖時才能進(jìn)行，初算時可按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取。 簡單管路，流速不大的取 P=(0.2 0.5)MPa 復(fù)雜管路，進(jìn)口有調(diào)速閥的取 P=（ 0.5 1.5） MPa 本設(shè)計方案取 P=0.5MPa PP 3+0.5=3.5MPa 4.1.1 確定液壓泵的流量 qp qp K qmax 式中 K 系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取 K=1.1 1.3 qmax 同時動作的液壓缸或液壓馬達(dá)的最大總流量，對于在工作過程中用節(jié)流調(diào)速的系統(tǒng)，還必須加上溢流閥的最小溢流量一般取 0.5 10 4m3/s 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文 20 4.2 計算液壓缸所需流量 4.2.1 液壓缸工作時所需流量 q=AV 式中 A 液壓缸有效作用面積（ m2） V 活塞與缸體相對速度（ m/s） (1)、計算無桿腔排量 A= 50.24cm2 當(dāng) V=0.5m/min 即 (0.00833m/s)時 q=AV =0.005024m2 0.00833m/s =0.00004184992m3/s =4L/min (2)、計算有桿腔排量 A=25.62 cm2 當(dāng) V=0.5m/min即（ 0.00833m/s） 時 q=VA =0.00833 0.002562 =0.00002134146m3/s =