組合機(jī)床液壓動(dòng)力滑臺(tái)的液壓及電氣設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說明書

1、設(shè)計(jì)說明書目錄第一章 緒論1、 課題意義、背景及應(yīng)用現(xiàn)狀2、 液壓控制特點(diǎn)3、 機(jī)械式與液壓式滑臺(tái)特點(diǎn)第二章 液壓滑臺(tái)的液壓系統(tǒng)動(dòng)力設(shè)計(jì)1、 運(yùn)動(dòng)負(fù)載分析計(jì)算2、 確定執(zhí)行元件類型及基本參數(shù)3、 確定液壓控制方案4、 確定液壓控制元件5、 校核第三章 液壓滑臺(tái)的電氣控制設(shè)計(jì)1、 確定控制對(duì)象2、 確定電氣控制方案第四章 液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1、 確定類型 主要參數(shù)2、 確定部件連接方式3、 排氣 緩沖設(shè)計(jì)4、 檢驗(yàn)第五章 總結(jié)第一章 緒論1 課題意義、背景及應(yīng)用現(xiàn)狀1.1 課題意義通過對(duì)專用銑床動(dòng)力滑臺(tái)的負(fù)載分析及工藝分析，熟悉機(jī)床液壓及電氣設(shè)計(jì)的基本思路、方法，掌握機(jī)電設(shè)備電氣與液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)液壓

2、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。通過本課題的訓(xùn)練加強(qiáng)對(duì)機(jī)床液壓與電氣控制知識(shí)的綜合應(yīng)用，具備初步的工程實(shí)踐能力。1.2 液壓動(dòng)力滑臺(tái)背景及應(yīng)用現(xiàn)狀 動(dòng)力滑臺(tái)是組合機(jī)床用以實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的通用部件,其運(yùn)動(dòng)由液壓缸驅(qū)動(dòng)。在滑臺(tái)上可根據(jù)加工工藝要求安裝各類動(dòng)力箱和切削頭，以完成車、銑、鏜、鉆、擴(kuò)、鉸、攻螺紋等加工工序，并能按多種進(jìn)給方式實(shí)現(xiàn)自動(dòng)工作循環(huán)。液壓動(dòng)力滑臺(tái)應(yīng)滿足進(jìn)給速度穩(wěn)定、速度換接平穩(wěn)、系統(tǒng)效率高、發(fā)熱小等要求。 液壓傳動(dòng)和氣壓傳動(dòng)稱為流體傳動(dòng)，是根據(jù)17世紀(jì)帕斯卡提出的液體靜壓力傳動(dòng)原理而發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣為應(yīng)用的一門技術(shù)。如今，流體傳動(dòng)技術(shù)水平的高低已成為一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)展

3、水平的重要標(biāo)志。第一個(gè)使用液壓原理的是1795年英國(guó)約瑟夫·布拉曼(Joseph Braman,1749-1814)，在倫敦用水作為工作介質(zhì),以水壓機(jī)的形式將其應(yīng)用于工業(yè)上,誕生了世界上第一臺(tái)水壓機(jī)。1905年他又將工作介質(zhì)水改為油,進(jìn)一步得到改善。 第一次世界大戰(zhàn)(1914-1918)后液壓傳動(dòng)廣泛應(yīng)用,特別是1920年以后,發(fā)展更為迅速。液壓元件大約在 19 世紀(jì)末 20 世紀(jì)初的20年間,才開始進(jìn)入正規(guī)的工業(yè)生產(chǎn)階段。1925 年維克斯(F.Vikers)發(fā)明了壓力平衡式葉片泵,為近代液壓元件工業(yè)或液壓傳動(dòng) 的逐步建立奠定了基礎(chǔ)。20 世紀(jì)初康斯坦丁·尼斯克(G

4、83;Constantimsco)對(duì)能量波動(dòng)傳遞所進(jìn)行的理論及實(shí)際研究;1910年對(duì)液力傳動(dòng)(液力聯(lián)軸節(jié)、液力變矩器等)方面的貢獻(xiàn)，使這兩方面領(lǐng)域得到了發(fā)展。 我國(guó)的液壓工業(yè)開始于20世紀(jì)50年代，液壓元件最初應(yīng)用于機(jī)床和鍛壓設(shè)備。60年代獲得較大發(fā)展，已滲透到各個(gè)工業(yè)部門，在機(jī)床、工程機(jī)械、冶金、農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車、船舶、航空、石油以及軍工等工業(yè)中都得到了普遍的應(yīng)用。當(dāng)前液壓技術(shù)正向高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲、低能耗、長(zhǎng)壽命、高度集成化等方向發(fā)展。同時(shí)，新元件的應(yīng)用、系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)仿真和優(yōu)化、微機(jī)控制等工作，也取得了顯著成果。目前，我國(guó)的液壓件已從低壓到高壓形成系列，并生產(chǎn)出

5、許多新型元件，如插裝式錐閥、電液比例閥、電液伺服閥、電業(yè)數(shù)字控制閥等。我國(guó)機(jī)械工業(yè)在認(rèn)真消化、推廣國(guó)外引進(jìn)的先進(jìn)液壓技術(shù)的同時(shí)，大力研制、開發(fā)國(guó)產(chǎn)液壓件新產(chǎn)品，加強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量可靠性和新技術(shù)應(yīng)用的研究，積極采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，合理調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，對(duì)一些性能差而且不符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的液壓件產(chǎn)品，采用逐步淘汰的措施。由此可見，隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，液壓技術(shù)將獲得進(jìn)一步發(fā)展，在各種機(jī)械設(shè)備上的應(yīng)用將更加廣泛。工程機(jī)械主要配套件有動(dòng)力元件、傳動(dòng)元件、液壓元件及電氣元件等。目前工程機(jī)械動(dòng)力元件基本上都用內(nèi)燃式柴油發(fā)動(dòng)機(jī)(簡(jiǎn)稱柴油機(jī))；傳動(dòng)分機(jī)械傳動(dòng)、液力機(jī)械傳動(dòng)、靜液壓傳動(dòng)、電傳動(dòng)等。但目前工程機(jī)械用得最多、最普遍的

6、為液力機(jī)械傳動(dòng)及靜液壓傳動(dòng)。整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)還包括傳動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)橋等。靜液壓傳動(dòng)有多種結(jié)構(gòu)形式，有的有傳動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)橋，有的沒有，視情況而定；液壓元件主要有缸、泵、閥、密封件及液壓附件等。靜液壓元件的泵(主要是變量泵)、馬達(dá)(變量與定量)，以及相應(yīng)的減速機(jī)等；電氣元件以前對(duì)工程機(jī)械的影響還并不大，最早的工程機(jī)械電氣系統(tǒng)，主要是起動(dòng)電路及照明電路，系統(tǒng)及元件都非常簡(jiǎn)單，起動(dòng)可以用拖起動(dòng)，白天干活不用照明，因此，這兩個(gè)電路系統(tǒng)出了故障也能勉強(qiáng)維持工作。但工程機(jī)械發(fā)展到今天，電氣系統(tǒng)及電氣元件已經(jīng)成了工程機(jī)械一個(gè)非常關(guān)鍵的部分，可以說今天的絕大多數(shù)工程機(jī)械，電氣系統(tǒng)出了故障根本就不能工作，有的甚至寸步難行，

7、等于一堆廢鋼鐵。因此電氣系統(tǒng)、電器元件目前也是工程機(jī)械最關(guān)鍵最主要的配套件之一。主要電器元件除傳統(tǒng)的元件外，還有各種傳感器，各種控制元件及微處理機(jī)等等。2 液壓控制特點(diǎn)液壓控制系統(tǒng)多采用伺服閥等電業(yè)控制閥組成的帶反饋的閉外系統(tǒng)，以傳遞信息為主，以傳遞動(dòng)力為輔，追求控制特性的完善。由于加入了檢測(cè)反饋，故系統(tǒng)可用一般元件組成精確的控制系統(tǒng)，其控制質(zhì)量受工作條件變化的影響小。液壓控制系統(tǒng)的類型繁雜，可按不同方式分類，每種分類方式均代表一定特點(diǎn)。(1) 按系統(tǒng)的輸出量分類可分為位置控制、速度控制、加速度控制和力(或壓力)控制系統(tǒng)。(2) 按控制的方式分類可分為閥控系統(tǒng)和泵控系統(tǒng)。閥控又稱節(jié)流控制式系統(tǒng)

8、，其主要控制元件是液壓控制閥，具有響應(yīng)快、控制精度高的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是效率低，特別適合在中小功率快速高精度控制系統(tǒng)中使用。按照控制閥的不同，閥控系統(tǒng)還可以分為伺服閥式、比例閥式、數(shù)字閥式系統(tǒng)等。泵控系統(tǒng)主要的控制元件是變量泵，具有效率高、剛性大的優(yōu)點(diǎn)，但是響應(yīng)速度慢、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，適合在大功率而響應(yīng)速度要求不高的控制場(chǎng)合中使用。(3) 按控制信號(hào)傳遞介質(zhì)分類按控制信號(hào)傳遞介質(zhì)的不同可分為機(jī)械液壓控制系統(tǒng)、電氣液壓控制系統(tǒng)。機(jī)械液壓控制系統(tǒng)簡(jiǎn)稱機(jī)液控制系統(tǒng)，系統(tǒng)中的給定、反饋和比較元件都是機(jī)械構(gòu)件。其優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單可靠、價(jià)格低廉、環(huán)境適應(yīng)性好，缺點(diǎn)是偏差信號(hào)的校正及系統(tǒng)增益的調(diào)整不如電氣方便，難以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離

9、操作。此外，反饋機(jī)構(gòu)的摩擦和間隙都會(huì)對(duì)系統(tǒng)的性能產(chǎn)生不利影響。 電氣液壓控制系統(tǒng)簡(jiǎn)稱電液控制系統(tǒng)，系統(tǒng)中偏差信號(hào)的檢測(cè)、校正和初始放大都是采用電氣、電子元件來實(shí)現(xiàn)的。其優(yōu)點(diǎn)是信號(hào)的測(cè)量、校正和放大都較為方便，容易實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操作，容易與響應(yīng)速度快、抗負(fù)載剛性大的液壓動(dòng)力元件實(shí)現(xiàn)整合，組成以電子、電氣為神經(jīng)，以液壓為筋肉的電液控制系統(tǒng)。具有很大的靈活性與廣泛韻適應(yīng)性，是目前響應(yīng)速度和控制精度最優(yōu)的控制系統(tǒng)。由于機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及，電液控制系統(tǒng)已在工程上普遍得到應(yīng)用并成為液壓控制中的主流系統(tǒng)。3 機(jī)械式與液壓式滑臺(tái)特點(diǎn)4 5. 組合機(jī)床的工藝特點(diǎn)5 5.1 組合機(jī)床特點(diǎn)6 組合機(jī)

10、床是以通用部件為基礎(chǔ)，配以按工件特定形狀和加工工藝設(shè)計(jì)的專用部件和夾具，組成的半自動(dòng)或自動(dòng)專用機(jī)床。78 作為一種高效率的專用機(jī)床，組合機(jī)床在大批、大量機(jī)械加工生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。本次課程設(shè)計(jì)將以組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，介紹該組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)步驟，其中包括組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)的工況分析、主要參數(shù)確定、液壓系統(tǒng)原理圖的擬定、液壓元件的選擇以及系統(tǒng)性能驗(yàn)算等。9 組合機(jī)床是以通用部件為基礎(chǔ)，配以按工件特定外形和加工工藝設(shè)計(jì)的專用部件和夾具而組成的半自動(dòng)或自動(dòng)專用機(jī)床。組合機(jī)床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時(shí)加工的方式，生產(chǎn)效率比通用機(jī)床高幾倍至幾十倍。組合機(jī)床

11、兼有低成本和高效率的優(yōu)點(diǎn)，在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，并可用以組成自動(dòng)生產(chǎn)線。組合機(jī)床通常采用多軸、多刀、多面、多工位同時(shí)加工的方式，能完成鉆、擴(kuò)、鉸、鏜孔、攻絲、車、銑、磨削及其他精加工工序，生產(chǎn)效率比通用機(jī)床高幾倍至幾十倍。液壓系統(tǒng)由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作靈活、操作方便、調(diào)速范圍大、可無級(jí)連讀調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，在組合機(jī)床中得到了廣泛應(yīng)用。10 5.2 機(jī)械式滑臺(tái)11 機(jī)械滑臺(tái)用以實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，可臥式也可立式使用，在機(jī)械滑臺(tái)上安裝動(dòng)力箱（裝上多軸箱）鉆削頭、鏜削頭、銑削頭、鏜孔車端面頭等各種部件，用以完成鉆、擴(kuò)、鉸、鏜、锪窩、刮端面、倒角、車端面、銑削及攻絲等工序，亦可在其上安裝工件組成輸送運(yùn)動(dòng)

12、實(shí)現(xiàn)工作循環(huán)。 12 滑臺(tái)又分A、B型，采用高牌號(hào)鑄鐵或鑲剛結(jié)構(gòu)，具有普通級(jí)和精密級(jí)兩種精度。A型為雙矩型導(dǎo)軌，一般用于粗加工，B型為一山一矩合型導(dǎo)軌，用于精加工。該系列滑臺(tái)外形美觀、設(shè)計(jì)合理、剛性好、性能可靠，是組合機(jī)床和自動(dòng)線較理想的基礎(chǔ)動(dòng)力部件。13141516 機(jī)械滑臺(tái)它具有門式框架和臥式長(zhǎng)床身的銑床,機(jī)械滑臺(tái)加工精度和生產(chǎn)率均較高,適合在成批和大量生產(chǎn)中加工大型工件的平面和斜面。1718 5.3液壓式滑臺(tái)19 是組合機(jī)床的重要通用部件之一，用于實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，液壓滑臺(tái)的主要元件有液壓泵、電液換向閥、順序閥、背壓閥、液壓缸。20212223 5.4機(jī)械式滑臺(tái)與液壓式滑臺(tái)的比較242526

13、 液壓系統(tǒng)在組合機(jī)床上主要是用于實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的直線運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，如圖1所示，如果動(dòng)力滑臺(tái)要實(shí)現(xiàn)二次進(jìn)給，則動(dòng)力滑臺(tái)要完成的動(dòng)作循環(huán)通常包括：原位停止®快進(jìn)®I工進(jìn)®II工進(jìn)®死擋鐵停留®快退®原位停止。2728 圖1 組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)工作循環(huán)293030.1 機(jī)械滑臺(tái)特點(diǎn)機(jī)械滑臺(tái)一般由齒輪或蝸桿傳動(dòng)，它的速度是由齒輪箱決定的固定速度，其特點(diǎn)式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，比較容易實(shí)現(xiàn)。30.2 液壓滑臺(tái)特點(diǎn)液壓滑臺(tái)一般是由液壓缸驅(qū)動(dòng)的，它的最大特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速和單程變速，但是其制造成本高。第二章 液壓滑臺(tái)的液壓系統(tǒng)動(dòng)能設(shè)計(jì)1 運(yùn)動(dòng)負(fù)載分析計(jì)算 專用

14、銑床動(dòng)力滑臺(tái)參數(shù)：工作循環(huán)為，快進(jìn)工進(jìn)快退，快進(jìn)、快退的速度均為5cm/s，工進(jìn)速度為0.45cm/s，工進(jìn)時(shí)最大切削力為，動(dòng)力滑臺(tái)的總重量為400Kg，行程為300mm，滑動(dòng)軌道靜摩擦系數(shù)0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)0.1，啟動(dòng)加速和制動(dòng)減速的時(shí)間為0.08s。動(dòng)力滑臺(tái)工作原理圖 快進(jìn)工進(jìn) 快退 液壓缸在工作過程各階段的負(fù)載為： 啟動(dòng)加速階段 快進(jìn)、快退階段 工進(jìn)階段將液壓缸在各階段的速度和負(fù)載值列于表1中。工作階段速度v/（m/s）負(fù)載F/N啟動(dòng)加速階段1149快進(jìn)、快退階段0.05436工進(jìn)階段0.4539324表1 液壓缸各階段的速度和負(fù)載值2 確定執(zhí)行元件類型及基本參數(shù)2.1 初選液壓缸工作壓

15、力由負(fù)載值大小查表、資料，參考同類型機(jī)床，取液壓缸工作壓力為3.5Pa。2.2 確定液壓缸的主要結(jié)構(gòu)參數(shù) 由表1看出最大負(fù)載為工進(jìn)階段的負(fù)載F=39324N，則 查設(shè)計(jì)手冊(cè)，按液壓缸內(nèi)徑系列表將以上計(jì)算值圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑，取D=125mm。 為了實(shí)現(xiàn)快進(jìn)速度與快退速度相等，采用差動(dòng)連接，則d=0.7D，所以 同樣圓整成標(biāo)準(zhǔn)系列活塞桿直徑，取d=88mm。由D=125mm，d=70mm算出液壓缸無桿腔有效作用面積為，有桿腔有效作用面積為 工進(jìn)若采用調(diào)速閥調(diào)速，查產(chǎn)品樣本，調(diào)速閥最小穩(wěn)定流量則： 故能滿足低速穩(wěn)定性要求。2.3 計(jì)算液壓缸的工作壓力、流量和功率(1) 復(fù)算工作壓力查表暫定背壓為。液壓

16、缸在工作循環(huán)各階段的工作壓力計(jì)算：差動(dòng)快進(jìn)階段 工進(jìn)階段快退階段(2) 計(jì)算液壓缸的輸入流量因快進(jìn)、快退速度，工進(jìn)速度，則液壓缸各階段的輸入流量需為：快進(jìn)階段工進(jìn)階段快退階段(3） 計(jì)算液壓缸輸入功率快進(jìn)階段工進(jìn)階段快退階段將以上計(jì)算的壓力、流量和功率值列于表2中工作階段工作壓力輸入流量輸入功率快速前進(jìn)5726670.0003171.8工作進(jìn)給42770000.000054231快速退回3226670.000396.8表2 液壓缸在個(gè)工作階段的壓力、流量和功率3 確定液壓控制方案3.1 速度控制回路的選擇本系統(tǒng)為小功率系統(tǒng)，效率和發(fā)熱問題并不突出，銑削屬于連續(xù)切削加工，切削力變化不大，而且是正

17、負(fù)載，在其他條件相同的情況下，進(jìn)油節(jié)流調(diào)速比回油節(jié)流調(diào)速能獲得更低的穩(wěn)定速度。故本機(jī)床液壓系統(tǒng)采用調(diào)速閥的進(jìn)油節(jié)流調(diào)速，為防止退回時(shí)發(fā)生沖擊，應(yīng)在回油路上加背壓閥。由表2得知，液壓系統(tǒng)的供油主要為低壓大流量和高壓小流量?jī)蓚€(gè)階段，若采用單個(gè)定量泵，顯然系統(tǒng)的功率損失大，效率低。為了提高系統(tǒng)效率和節(jié)約能源，所以采用雙泵供油回路由于選定了節(jié)流調(diào)速方案，所以油路采用開式循環(huán)油路。此外，根據(jù)本機(jī)床的運(yùn)動(dòng)形式和要求，選用單桿活塞式液壓缸；為了使快進(jìn)和快退速度相同，故選用差動(dòng)連接增速回路；為了使速度換接平穩(wěn)可靠，選用行程閥控制的速度換接回路。3.2 換向回路的選擇為使系統(tǒng)換向平穩(wěn)沖擊小，所以選用電液換向閥控制的換向回路。為便于差動(dòng)連接，選用三位五通電液換向閥。為了調(diào)整方便和便于增設(shè)液壓夾緊支路，故選用Y型中位機(jī)能換向閥。為了控制軸向加工尺寸，提供高換位置精度，才用死擋塊加壓力繼電器的行程終點(diǎn)轉(zhuǎn)換控制。3.3 壓力控制回路的選擇由于采用雙泵供油回路，故用外控順序閥實(shí)現(xiàn)低壓大流量泵卸荷，用溢流閥調(diào)整高壓小流量泵的供油壓力。將上述所選定的液壓回路進(jìn)行歸并，并根據(jù)需要做出必要的修改調(diào)整，最后畫出液壓系統(tǒng)原理圖如圖1所示4 選擇液壓控制元件 根據(jù)所擬