多工位平面拉床液壓傳動系統(tǒng)分析與設(shè)計

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摘要

拉床主要應(yīng)用于對通孔、平面以及成形表面的加工。雖然拉刀的機(jī)構(gòu)繁雜、成本高，但是其加工效率高、加工精度高而且有較細(xì)的表面粗糙度，因此在機(jī)械加工中占有相當(dāng)重要地位。因拉削時拉床受到的切削力十分大，所以它尋常是由液壓驅(qū)動的。就著液壓傳動的各種優(yōu)點如：工作平穩(wěn)；大范圍內(nèi)能實現(xiàn)無級調(diào)速，還可以在運(yùn)轉(zhuǎn)中進(jìn)行調(diào)速等優(yōu)點，使得液壓系統(tǒng)在拉床上的應(yīng)用更使其表達(dá)出了更高的價值。正如本次研究的多工位平面拉床液壓傳動系統(tǒng)對縮短加工時間，提高加工自動化和加工效率有著十分重要的意義。

本文不僅對液壓傳動系統(tǒng)做了必要的介紹，而且針對多工位平面拉床液壓傳動進(jìn)行了詳細(xì)的參數(shù)的計算、系統(tǒng)設(shè)計、閥塊選擇、油箱設(shè)計、管道設(shè)計和結(jié)構(gòu)的組成，并使其符合加工零件的要求。

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系統(tǒng)進(jìn)行自動適應(yīng)控制手段研究。

·技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究。

1.2本課題研究的意義、目的及內(nèi)容

國內(nèi)外機(jī)械加工的發(fā)展趨勢是不斷發(fā)展新技術(shù)并提高自動化程度，從而提高加工效率及加工質(zhì)量。自動化程度的高低對加工效率和加工質(zhì)量起著重要的作用，由于液壓傳動所借助的管道連接可以便利靈活的布置傳動機(jī)構(gòu)，體積小，重量輕，單位輸出功率大；傳動平穩(wěn)，慣性小，響應(yīng)速度高；可便利的實現(xiàn)無極調(diào)速，且調(diào)速范圍大；而且液壓元件屬于標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化的產(chǎn)品，操作簡單、安全便利易于實現(xiàn)自動化。因此，液壓在自動化中扮演著十分重要的角色。

本課題研究的主要內(nèi)容是多工位平面拉床液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計。在確定了拉床的行程、快進(jìn)工進(jìn)速度、往復(fù)運(yùn)動和加速時間等參數(shù)后，通過計算設(shè)計出滿足要求的、合理、經(jīng)濟(jì)的液壓系統(tǒng)。

多工位平面拉床是高效率、高精度的專用加工設(shè)備，其液壓系統(tǒng)的設(shè)計及優(yōu)化直接影響銑床的加工精度。隨著液壓工業(yè)的發(fā)展，液壓技術(shù)在各種機(jī)械中發(fā)揮著越來越重要的作用。由于液壓系統(tǒng)的組成、功能日益繁雜，因而發(fā)生故障的機(jī)率也隨之增多。由于液壓傳動往往用于轉(zhuǎn)動和直線運(yùn)動，是機(jī)床的主要部分。因此，對專用銑床其液壓系統(tǒng)的設(shè)計尤為重要。

且能通過本次課程設(shè)計對所學(xué)內(nèi)容靈活把握，融會貫穿，并獲得綜合運(yùn)用所學(xué)知識進(jìn)行液壓系統(tǒng)設(shè)計的基本能力，且在設(shè)計過程中，培養(yǎng)獨立思考、深入鉆研，主動的、創(chuàng)造的進(jìn)行設(shè)計的能力[1]。

2.明確設(shè)計要求，進(jìn)行工況分析

2.1明確設(shè)計要求

參閱設(shè)計任務(wù)書，對加工對象、箱體結(jié)構(gòu)尺寸、工作順序、技術(shù)參數(shù)以及技術(shù)要求做到充分的了解，便利工況分析。

2.2進(jìn)行工況分析2.2.1計算工作載荷

查[1]P243表9-3和9-4初定工作載荷Ft=150000N，工作壓力Pt=10MPa.

2.2.2計算慣性載荷

參考[2]中的P59公式

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Fm=M?V.（2-1）

??TFm=M??V?4700?0.0050.2?117.5N

?T2.2.3計算動、靜摩擦力

動摩擦系數(shù):fd?f1?0.13靜摩擦系數(shù):fs?f2?0.2

動摩擦力：Ffd?fd?G?0.12?4700?9.8?5527.2N靜摩擦力：Ffs?fs?G?0.2?4700?9.8?9212N2.2.4計算液壓缸在各個工況下的載荷和驅(qū)動力

取機(jī)械效率??0.95（1）送推共建進(jìn)入夾具體

所受載荷：F1?Ffd?5527.2N

則驅(qū)動力：F1'?F1/?m?5527.2/0.95?5818.1N（2）夾緊工件

所受載荷：F2?Ffs?9212N

則驅(qū)動力：F2'?F2/?m?9212/0.95?9696.8N（3）推送機(jī)構(gòu)退回

所受載荷和驅(qū)動載荷很小，忽略。（4）拉刀架下降，定位

所受載荷：F4?G?Fm?Ffd?9.1?104?117.5?5527.2?96644.7N則驅(qū)動力：F4'?F4/?m?96644.7/0.95?101731.3N(5)拉刀加工

所受載荷：選定工作載荷F5=Ft=150000N

則驅(qū)動力：F5'?F5/?m?150000/0.95?157894.7N（6）完成拉削加工，拉刀架上升

2-2）2-3）

2-4）（（（武漢紡織大學(xué)數(shù)控08課程設(shè)計論文

所受載荷：F4?G?Fm?Ffd?9.1?104?117.5?5527.2?96644.7N則驅(qū)動力：F4'?F4/?m?96644.7/0.95?101731.3N（7）拉刀退回

所受載荷和驅(qū)動載荷很小，忽略。（8）推送機(jī)構(gòu)前伸，扣夾工件所受載荷和驅(qū)動載荷很小，忽略。（9）松夾工件

所受載荷和驅(qū)動載荷很小，忽略。（10）從夾具體拖回工件

所受載荷：F10?Ffd?Fm?5527.2?117.5?5644.7N則驅(qū)動力：F10'?F10/?m?5644.7/0.95?5941.8N

3.確定液壓缸的主要參數(shù)

3.1推送缸主要參數(shù)計算3.1.1缸的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)計算

推送缸運(yùn)動簡圖見圖3-1,

圖3-1推送缸運(yùn)動簡圖

參考[3]P104面公式A=FP,

3-1）（武漢紡織大學(xué)數(shù)控08課程設(shè)計論文

初選P=10bar.則A=F5818.1?=5818.1mm2P14F（3-2）?p查[3]P104D?D?4F4?5818.1??86.09mm?p??1參考[4]P17-246面表17-5取標(biāo)準(zhǔn)值D=90mm則A1=

?D24???(90?10?3)24?6.36?10?3m2

恒定時

查[3]P105d?V2?V1V2?D（3-3）

A1V2D2?2?A2(D?d2)V1d?V2?V1V2?D?7?3.5?90?63.64mm7

取標(biāo)準(zhǔn)值d=63mm

查[3]P106A2=

?(D2?d2)4?（3-4）

則A2=

?(D2?d2)4??(902?632)4?3242.84mm2?3.24?10?3m2

3.1.2缸的壁厚和外徑計算和校核

查[5]P205

??D[?]?0.4P[?1]（3-5）2[?]?1.3P其中Pmax=1.5P=1.5MPa

采用45#鋼無縫鋼管調(diào)質(zhì)處理，屈服強(qiáng)度?s=353MPa.取安全系數(shù)n=4,則

[?]=

?sn?353?88.25MPa4

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所以??D[?]?0.4P9088.25?0.4?1.5[?1]??[?1]?1.33mm2[?]?1.3P288.25?1.3?1.5取?=10mm.則外徑D1=D+2?=110mm.

3.1.3活塞缸的穩(wěn)定性校核

活塞杠的行程L=700mm,活塞杠穩(wěn)定性校核公式是F?FK，其中nk=2.活塞nK杠直徑為d=63mm,材料為優(yōu)質(zhì)45號碳鋼，屬于中碳鋼，試驗常數(shù)fc?490MPa,

a?1,m=85,則：5000K?Jd63???15.75A44J700??44.44K15.751?42.54

mn?85?J?mnK參考[7]P242面（戈登-金蘭公式）

FK?fc?A（3-6）al21?()nk則FK?fc?A4??1.53?106Nal41?()21??(44.44)2nk5000490???632FK?FK?0.77?105NnK而F'?5818.1N?FK?0.77?105N

故，該活塞杠穩(wěn)定性很好。

附：推送缸F-t，V-t工況圖見3-2。

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12×2.65GGB3452.1-9218×2.65GGB3452.1-92

6.液壓系統(tǒng)的計算

6.1系統(tǒng)效率的計算

液壓系統(tǒng)效率?的計算，主要考慮液壓泵的總效率?p，液壓執(zhí)行器的總效率?a以及液壓回路效率?c[6]。

???p??c??a（6-1）?p取95%（查產(chǎn)品參數(shù)）

?cpq???pqp1111p（6-2）

?pq———各執(zhí)行器的負(fù)載壓力和負(fù)載流量乘積總和W。

?pqpp———各液壓泵供油壓力和輸出流量總和。

??0.95?0.6?0.9?0.513

6.2發(fā)熱溫升估算

由于工進(jìn)時輸出功率最大，故通過工進(jìn)輸入功率計算發(fā)熱量：

H?Npi?(1??)?6.24?(1?0.513)?3.03kw（6-3）

此時，機(jī)床允許油液溫升?t?30?C，（表5-35）

為使溫升不超過允許的?t值，按下式計算最小有效容積Vmin

Vmin?10?3?(Q330303)?10?3?()?1.02m3（6-4）?t30如實際所采用的油箱容積小于Vmin，則必需設(shè)置冷卻器。所以可以設(shè)計油箱的長為1500mm、寬為1100、高為700的油箱。

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其實際油箱容積V?1500?1100?700?10?9?1.16m3滿足要求。

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4.2具體工作步驟分析

（1）、推送工件進(jìn)入夾具體

當(dāng)接通二位二通電磁閥的時候，此時9DT和1DT得電，壓力油經(jīng)三位四通電磁閥左位，進(jìn)入單向調(diào)速閥，然后進(jìn)入推送缸無杠腔，推動推送缸前進(jìn)。

（2）、夾緊工作

當(dāng)推送缸到達(dá)適當(dāng)位置的時候，碰上行程開關(guān)2J，行程開關(guān)2J發(fā)出電信號給控制電磁閥，此時10DT和3DT得電，9DT和1DT斷電。液壓油經(jīng)過二位二通電磁閥，再通過三位四通電磁閥左位，進(jìn)入單向調(diào)速閥，然后進(jìn)入夾緊缸無杠腔，執(zhí)行夾緊動作，并通過壓力繼電器來控制壓力。

（3）、推送機(jī)構(gòu)退回

當(dāng)夾緊缸觸碰見行程開關(guān)4J，行程開關(guān)4J發(fā)出電信號給控制電磁閥，使得2DT和9DT得電，10DT和3DT斷電。此時液壓油經(jīng)過二位二通電磁閥和三位四通電磁閥右位，進(jìn)入單向調(diào)速閥，然后進(jìn)入推送缸有杠腔，執(zhí)行退回動作。

（4）、拉刀架下降，定位

當(dāng)推送缸退回到特定位置，觸碰見行程開關(guān)1J，行程開關(guān)1J發(fā)出電信號給5DT和11DT，2DT和9DT斷電。此時液壓油經(jīng)過三位四通電磁閥左位，進(jìn)入到單向調(diào)速閥，然后進(jìn)入升降缸無杠腔，執(zhí)行下降動作。

（5）、拉刀加工

當(dāng)下降缸下降到特定位置時，觸碰見行程開關(guān)6J，此時行程開關(guān)6J就發(fā)出電信號給三位四通電液閥，使得8DT和12DT得電，5DT和11DT斷電。此時液壓油經(jīng)過三位四通電液閥和單向調(diào)速閥，進(jìn)入到液壓缸有杠腔，執(zhí)行拉刀加工動作。

（6）、完成切削加工，拉刀架上升

當(dāng)完成切削加工工作后，觸碰見行程開關(guān)8J，此時行程開關(guān)8J發(fā)出電信號給三位四通電磁閥，使得6DT和11DT得電，8DT和12DT斷電。此時液壓油經(jīng)過三位四通電磁閥和平衡閥，進(jìn)入到液壓缸有杠腔，執(zhí)行拉刀架上升動作。

（7）、拉刀退回

當(dāng)完成上升動作后，觸碰見行程開關(guān)5J，此時行程開關(guān)5J發(fā)出電信號給三位四通電液閥，使得7DT和12DT得電，6DT和11DT斷電。此時液壓油經(jīng)過

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三位四通電液閥和單向調(diào)速閥，進(jìn)入到液壓缸無缸腔，執(zhí)行拉刀退回動作。

（8）、推送機(jī)構(gòu)前伸，扣夾工件

當(dāng)完成拉刀回退動作后，觸碰見行程開關(guān)7J，此時行程開關(guān)7J發(fā)出電信號給三位四通電磁閥，使得1DT和9DT得電，7DT和12DT斷電。此時液壓油經(jīng)過三位四通電磁閥和單向調(diào)速閥，進(jìn)入到液壓無缸腔，執(zhí)行扣夾動作。

（9）、松夾工件

當(dāng)完成扣夾動作后，觸碰見行程開關(guān)2J，此時行程開關(guān)2J發(fā)出電信號給三位四通電磁閥，使得4DT和10DT得電，1DT和9DT斷電。此時液壓油經(jīng)過三位四通電磁閥和單向調(diào)速閥，進(jìn)入到液壓有缸腔，執(zhí)行松夾動作。

（10）、從夾具體拖回工件

當(dāng)完成松夾動作后，觸碰見行程開關(guān)3J，此時行程開關(guān)3J發(fā)出電信號給三位四通電磁閥，使得2DT和9DT得電，4DT和10DT斷電。此時液壓油經(jīng)過三位四通電磁閥和單向調(diào)速閥，進(jìn)入到液壓有缸腔，執(zhí)行退回動作。

4.3擬定系統(tǒng)方案圖

具體系統(tǒng)方案圖見圖4-5，

圖4-5系統(tǒng)方案圖

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4.4執(zhí)行元件工況分析和工況圖4.4.1工況分析

（1）推送工件進(jìn)入夾具體

已知：F=5818.1N,V=3.5cm/s,A1?6.36?10?3m2,A2?3.24?10?2m2參考[8]P156

Q?VAP?FAP?PQ60無杠流量：Q1?VA1?0.35?0.636?60?13.356L/min無杠壓力：P1?FA?581816.36?103?9.148bar1有杠流量：Q2?VA2?0.35?0.324?60?6.804L/min有杠壓力：PF2?A?581813.24?103?17.96bar2無杠功率：P`PQ110.91481?60??13.35660?0.2kw有杠功率：P`PQ1.796?6.8042?2260?60?0.2kw

（2）夾緊工件

已知：F=9696.84N,V=4cm/s,A?331?1.963?10m2,A2?2.1?10?m2無杠流量：Q1?VA1?0.4?0.1963?60?4.7L/min無杠壓力：P1?FA?9696.84?49.4bar1196.3有杠流量：Q2?VA2?0.4?0.21?60?5.04L/min有杠壓力：P2?FA?9696.84?46.18bar2210

4-1）

4-2）4-3）

（（（武漢紡織大學(xué)數(shù)控08課程設(shè)計論文

PQ4.94?4.7111??0.388kw6060PQ4.618?5.04有杠功率：P`2?22??0.388kw

6060無杠功率：P`1?（3）推送機(jī)構(gòu)退回由于受力不大，暫不分析。（4）拉刀架下降，定位

已知：F=101731.26N,V=2.4cm/s,A1?2.03?10?2m2,A2?10597.5mm2無杠流量：Q1?VA1?0.24?2.03?60?29.232L/min無杠壓力：P1?F101731.26??50.11barA12030有杠流量：Q2?VA2?0.24?1.06?60?15.26L/min有杠壓力：P2?無杠功率：P`1?F1017312.6??96barA210597.5PQ5.011?29.23211??2.44kw6060PQ9.6?15.26有杠功率：P`2?22??2.44kw

6060（5）拉刀加工

已知：F=157894.7N,V=4cm/s,A1?20236mm2,A2?12246mm2無杠流量：Q1?VA1?0.4?2?60?48L/min無杠壓力：P1?F1578947??78.57barA120236有杠流量：Q2?VA2?0.4?1.2246?60?29.39L/min