臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、液壓與氣壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)說明書課程設(shè)計(jì)題目： 臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床液壓 系統(tǒng)設(shè)計(jì)作者所在系部： 機(jī)電工程學(xué)院 作者所在專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 作者所在班級(jí)： 作 者 姓 名 ： 作 者 學(xué) 號(hào) ： 指導(dǎo)教師姓名： 完 成 時(shí) 間 ： 北華航天工業(yè)學(xué)院 摘要液壓系統(tǒng)具有廣泛的工藝適應(yīng)性、優(yōu)良的控制性能、反應(yīng)快、輸出力（或力矩）大等優(yōu)點(diǎn)。在機(jī)床中被廣泛的采用。液壓傳動(dòng)技術(shù)是機(jī)械設(shè)備中發(fā)展最快的技術(shù)之一，特別是近年來與微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合，使液壓技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段，機(jī)、電、液、氣一體是當(dāng)今機(jī)械設(shè)備的發(fā)展方向。在數(shù)控加工的機(jī)械設(shè)備中廣泛引用液壓技術(shù)。作為學(xué)習(xí)該專業(yè)的學(xué)生應(yīng)初步學(xué)會(huì)

2、液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，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(hù)與修理將是十分必要的。本文主要闡述了液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)工況分析，擬定液壓系統(tǒng)原理圖，液壓元件的計(jì)算和選擇以及液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算等。關(guān)鍵字：液壓系統(tǒng) 液壓傳動(dòng) 液壓元件目 錄第1章 緒論 .11、 液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)綜述.12、 液壓系統(tǒng)的組成.1第二章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì).21、明確液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 .22、負(fù)載與運(yùn)動(dòng)分析.2 2.1負(fù)載分析.2 2.2速度分析.33、選定液壓系統(tǒng)主要參數(shù). .4 3.1初選液壓缸工作力.4 3.2計(jì)算液壓缸結(jié)構(gòu)數(shù).54、擬定液壓系統(tǒng)圖.7 4.1選擇基本回路. .7

3、4.2回路的合成 . .75、液壓元件的選擇.10 5.1液壓泵及驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率的確定. .10 5.2元件、輔件選擇.116、系統(tǒng)油液升溫驗(yàn)算. .11致謝 .13參考文獻(xiàn) .14第一章 緒 論1液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)綜述液壓系統(tǒng)已經(jīng)在各個(gè)部門得到越來越廣泛的應(yīng)用，而且越先進(jìn)的設(shè)備，其應(yīng)用液壓系統(tǒng)的部門就越多。液壓傳動(dòng)是用液體作為來傳遞能量的，液壓傳動(dòng)有以下優(yōu)點(diǎn)：易于獲得較大的力或力矩，功率重量比大，易于實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，易于實(shí)現(xiàn)較大范圍的無級(jí)變速，傳遞運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，可實(shí)現(xiàn)快速而且無沖擊，與機(jī)械傳動(dòng)相比易于布局和操縱，易于防止過載事故，自動(dòng)潤滑、元件壽命較長，易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。液壓傳動(dòng)的基本目的就

4、是用液壓介質(zhì)來傳遞能量，而液壓介質(zhì)的能量是由其所具有的壓力及力流量來表現(xiàn)的。而所有的基本回路的作用就是控制液壓介質(zhì)的壓力和流量，因此液壓基本回路的作用就是三個(gè)方面：控制壓力、控制流量的大小、控制流動(dòng)的方向。所以基本回路可以按照這三方面的作用而分成三大類：壓力控制回路、流量控制回路、方向控制回路。 2液壓系統(tǒng)組成一個(gè)完整的液壓系統(tǒng)由五個(gè)部分組成，即動(dòng)力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件和工作介質(zhì)。動(dòng)力元件的作用是將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能。動(dòng)力元件指液壓系統(tǒng)中的液壓泵，它向整個(gè)液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力。液壓泵的結(jié)構(gòu)形式一般有齒輪泵、葉片泵、柱塞泵、螺桿泵。執(zhí)行元件的作用是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械

5、能，驅(qū)動(dòng)負(fù)載作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。執(zhí)行元件有液壓缸和液壓馬達(dá)。控制元件（即各種液壓閥）在液壓系統(tǒng)中控制和調(diào)節(jié)液體的壓力、流量和方向。根據(jù)控制功能的不同，液壓閥可分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。壓力控制閥又分為溢流閥（安全閥）、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等；流量控制閥包括節(jié)流閥、調(diào)整閥、分流集流閥等；方向控制閥包括單向閥、液控單向閥、梭閥、換向閥等。根據(jù)控制方式不同，液壓閥可分為開關(guān)式控制閥、定值控制閥和比例控制閥。輔助元件包括蓄能器、過濾器、冷卻器、加熱器、油管、管接頭、油箱、壓力計(jì)、流量計(jì)、密封裝置等,它們起連接、儲(chǔ)油、過濾和測量油液壓力等輔助作用，工作介質(zhì)是指各類液壓傳動(dòng)中的液

6、壓油或乳化液，有各種礦物油、乳化液和合成型液壓油等幾大類。液壓系統(tǒng)就是通過其實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞的。第二章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1.明確液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)一臺(tái)臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)，要求完成工件的定位與夾緊，所需夾緊力不得超過6000N。該系統(tǒng)工作循環(huán)為：快進(jìn)工進(jìn)快退停止。機(jī)床快進(jìn)快退速度約為6 mmin，工進(jìn)速度可在30120mmmin范圍內(nèi)無級(jí)調(diào)速, 快進(jìn)行程為200mm，工進(jìn)行程為50mm，最大切削力為25kN，運(yùn)動(dòng)部件總重量為15 KN，加速（減速）時(shí)間為0.1s，采用平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)為0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)為0.1。2.負(fù)載分析與速度分析2.1負(fù)載分析負(fù)載分析中，暫不考慮回油腔

7、的背壓力，液壓缸的密封裝置產(chǎn)生的摩擦阻力在機(jī)械效率中加以考慮。因工作部件是臥式放置，重力的水平分力為零，這樣需要考慮的力有：夾緊力，導(dǎo)軌摩擦力，慣性力。 在對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行工況分析時(shí)，本設(shè)計(jì)實(shí)例只考慮組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)所受到的工作負(fù)載、慣性負(fù)載和機(jī)械摩擦阻力負(fù)載，其他負(fù)載可忽略。（1）工作負(fù)載FW 工作負(fù)載是在工作過程中由于機(jī)器特定的工作情況而產(chǎn)生的負(fù)載，對(duì)于金屬切削機(jī)床液壓系統(tǒng)來說，沿液壓缸軸線方向的切削力即為工作負(fù)載，即（2）阻力負(fù)載阻力負(fù)載主要是工作臺(tái)的機(jī)械摩擦阻力，分為靜摩擦阻力和動(dòng)摩擦阻力兩部分。導(dǎo)軌的正壓力等于動(dòng)力部件的重力，設(shè)導(dǎo)軌的靜摩擦力為，則靜摩擦阻力 動(dòng)摩擦阻力 （3）慣性負(fù)載

8、最大慣性負(fù)載取決于移動(dòng)部件的質(zhì)量和最大加速度，其中最大加速度可通過工作臺(tái)最大移動(dòng)速度和加速時(shí)間進(jìn)行計(jì)算。已知啟動(dòng)換向時(shí)間為0.1s，工作臺(tái)最大移動(dòng)速度，即快進(jìn)、快退速度為6m/min，因此慣性負(fù)載可表示為 如果忽略切削力引起的顛覆力矩對(duì)導(dǎo)軌摩擦力的影響，并設(shè)液壓缸的機(jī)械效率=0.9，根據(jù)上述負(fù)載力計(jì)算結(jié)果，可得出液壓缸在各個(gè)工況下所受到的負(fù)載力和液壓缸所需推力情況，如表1所示。表1 液壓缸總運(yùn)動(dòng)階段負(fù)載表（單位：N）工況負(fù)載組成負(fù)載值F/N推力F/N定位夾緊60006666.67啟動(dòng)加速4529.045032.3快進(jìn)15001666.66工進(jìn)2650029444.44快退15001666.66

9、2. 2速度分析 根據(jù)負(fù)載計(jì)算結(jié)果和已知的個(gè)階段的速度，可繪制出工作循環(huán)圖如圖1（a）所示，所設(shè)計(jì)組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)的速度循環(huán)圖可根據(jù)已知的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行繪制，已知快進(jìn)和快退速度、快進(jìn)行程L1=200mm、工進(jìn)行程L2=50mm、快退行程L3=250mm，工進(jìn)速度?？爝M(jìn)、工進(jìn)和快退的時(shí)間可由下式分析求出?？爝M(jìn) 工進(jìn) 快退 根據(jù)上述已知數(shù)據(jù)繪制組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)繪制負(fù)載圖（F-t）如圖1(b),動(dòng)力滑臺(tái)速度循環(huán)圖如圖1（c)所示。圖1 動(dòng)力滑臺(tái)速度負(fù)載循環(huán)圖 a)工作循環(huán)圖 b）負(fù)載圖 c)速度循環(huán)圖3.確定液壓缸主要參數(shù)3.1初選液壓缸工作壓力由表2可知，取動(dòng)力滑臺(tái)液壓缸工作壓力p1

10、=4MP，所需夾緊力不得超過6000N ，取夾緊液壓缸工作壓力為1.5MP.表2按負(fù)載選擇工作壓力負(fù)載/ KN50工作壓力/MPa 0.811.522.53344553.2計(jì)算液壓缸結(jié)構(gòu)參數(shù)為使液壓缸快進(jìn)與快退速度相等，選用單出桿活塞缸差動(dòng)連接的方式實(shí)現(xiàn)，應(yīng)把液壓缸設(shè)計(jì)成無桿腔工作面積是有桿腔工作面積兩倍的形式，即活塞桿直徑d與缸筒直徑D呈d = 0.707D的關(guān)系。 工進(jìn)過程中，當(dāng)孔被鉆通時(shí)，由于負(fù)載突然消失，動(dòng)力滑臺(tái)液壓缸有可能會(huì)發(fā)生前沖的現(xiàn)象，因此動(dòng)力滑臺(tái)液壓缸的回油腔應(yīng)設(shè)置一定的背壓(通過設(shè)置背壓閥的方式)，選取此背壓值為p2=0.8MP，快退時(shí)回油腔中也是有背壓的，這時(shí)選取被壓值0.

11、6MPa。夾緊液壓缸回油背壓取0MPa。工進(jìn)時(shí)動(dòng)力滑臺(tái)液壓缸的推力計(jì)算公式為，因此，根據(jù)已知參數(shù)，動(dòng)力滑臺(tái)液壓缸無桿腔的有效作用面積可計(jì)算為夾緊液壓缸無桿腔的有效作用面積動(dòng)力滑臺(tái)液壓缸缸筒直徑為 夾緊液壓缸缸筒直徑為 由于有前述差動(dòng)液壓缸缸筒和活塞桿直徑之間的關(guān)系，d = 0.707D，因此動(dòng)力滑臺(tái)活塞桿直徑為d=0.707102.1=72.2mm，夾緊缸活塞桿直徑為=0.70780.8=57.1mm圓整后取D=110mm，d=80mm。80mm,=56mm此時(shí)液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積分別為： 工進(jìn)時(shí)采用調(diào)速閥調(diào)速，其最小穩(wěn)定流量，設(shè)計(jì)要求最低工進(jìn)速度，經(jīng)驗(yàn)算可知滿足3. 計(jì)算液壓缸在工作循環(huán)

12、各階段的壓力、流量和功率 差動(dòng)時(shí)液壓缸有桿腔壓力大于無桿腔，取兩腔間回路及閥上壓力損失為0.5MPa， 計(jì)算結(jié)果如表3所示。表3 各工況下的主要參數(shù)值工作循環(huán)負(fù)載F/N回油背壓P2/MPa進(jìn)油壓力P1/MPa輸入流量輸入功率P/Kw計(jì)算公式快進(jìn)啟動(dòng)加速5032.31.45恒速1666.660.780.500.39工進(jìn)29444.40.83.480.004750.0190.01650.066 快退起動(dòng)加速3365.60.62.02恒速1666.660.61.650.4480.74松開-4.擬定液壓系統(tǒng)圖4.1選擇基本回路（1）調(diào)速回路 因?yàn)橐簤合到y(tǒng)功率較小，且只有正值負(fù)載，所以選用進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回

13、路。因?yàn)橛休^好的低速平穩(wěn)性和速度負(fù)載特性，可選用調(diào)速閥調(diào)速，并在液壓缸回路上設(shè)置背壓。 （2）泵供油回路 由于系統(tǒng)最大流量與最小流量比值為105，且在整個(gè)工作循環(huán)過程中的絕大部分時(shí)間里泵在高壓小流量狀態(tài)下工作，并且夾緊裝置需要保壓補(bǔ)充缸的泄露，為此采用雙聯(lián)泵，以節(jié)省能源提高效率。 （3）速度換接回路和快速回路 由于快進(jìn)速度與工進(jìn)速度相差很大，為了換接平穩(wěn)，選用行程閥控制的換接回路?？焖龠\(yùn)動(dòng)通過差動(dòng)回路來實(shí)現(xiàn) （4）換向回路 為了換向平穩(wěn)，選用電液換向閥。為了便于實(shí)現(xiàn)液壓缸中位停止和差動(dòng)連接，采用三位四通閥和兩位兩通閥。為提高換向的位置精度，采用死擋鐵和壓力繼電器的行程終點(diǎn)返程控制。 （5）壓力

14、控制回路 系統(tǒng)工作狀態(tài)時(shí)高壓小流量泵的工作壓力由溢流閥調(diào)整，同時(shí)用順序閥來實(shí)現(xiàn)低壓大流量泵卸荷。 （6）順序動(dòng)作回路由于系統(tǒng)工作狀態(tài)為先定位夾緊，后鉆孔加工，且最大夾緊力不得超過6000N,因此選用壓力控制的順序動(dòng)作回路，利用壓力繼電器和順序閥作為控制元件來控制動(dòng)作順序。 （7）保壓回路本系統(tǒng)對(duì)夾緊液壓缸的保壓性能有嚴(yán)格要求，故采用液控單向閥和電接觸式壓力表的自動(dòng)補(bǔ)油保壓回路，這種回路保壓時(shí)間長，壓力穩(wěn)定性高。4.2回路的合成對(duì)選定的基本回路在合成時(shí)，有必要進(jìn)行整理、修改和并歸1） 為防止機(jī)床停止工作是系統(tǒng)中的油液回油箱，應(yīng)增設(shè)單向閥。2） 要實(shí)現(xiàn)差動(dòng)快進(jìn)，必須在回油路上設(shè)置液控順序閥12，已

15、阻止油液流回油箱。3） 設(shè)置壓力表開關(guān)及壓力表合并后完整的液壓系統(tǒng)如圖大泵，2、小泵，3、濾油器，4、外控順序閥，5、15、單向閥， 6、溢流閥，7、電液換向閥，8、單向行程調(diào)速閥，9、壓力繼電器，10、主液壓缸，11、二位三通電磁換向閥，12、背大壓閥，13、二位二通換向閥，14、減壓閥，16、帶定位裝置的二位四通電磁換向閥，17、單向順序閥，18、夾緊液壓缸，19、定位液壓缸A、工件夾緊：5YA通電定位：壓力油減壓閥14單向閥15電磁閥定位缸19無桿腔 定位缸19有桿腔電磁閥油箱夾緊:工件定位后，壓力油升高到單向順序閥開啟的壓力，單向順序閥開啟，壓力油單向順序閥夾緊缸18無桿腔夾緊缸18有

16、桿腔電磁閥油箱,工件夾緊到位，壓力油壓力升高到壓力繼電器調(diào)定壓力，繼電器發(fā)信，1YA通電，主系統(tǒng)快進(jìn)。B、快進(jìn)：1YA通電，電液換向閥左位工作,大泵單向閥5電液換向閥7行程閥8主液壓缸無桿腔小泵2液壓缸有桿腔電磁閥11電液換向閥7單向行程調(diào)速閥8主液壓缸C：工進(jìn)：3YA通電，切斷差動(dòng)油路，快進(jìn)行程到位，擋鐵壓下行程閥8，切斷快進(jìn)油路，3YA通電，切斷差動(dòng)油路，快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)，液壓系統(tǒng)工作壓力升高到溢流閥6調(diào)定壓力，進(jìn)油路高壓油切斷單向閥5供油路,打開外控順序閥4，大泵卸荷，接通經(jīng)背壓閥12通油箱油路。大泵外控順序閥4（卸荷閥）油箱（大泵卸荷）小泵2電液換向閥7單向行程調(diào)速閥8主液壓缸無桿腔主液壓缸

17、有桿腔電磁閥11電液換向閥7背壓閥12油箱D、快退：1YA斷電，2YA、3YA、4YA通電工進(jìn)結(jié)束，液壓缸碰上死擋鐵，壓力升高到壓力繼電器調(diào)定壓力，壓力繼電器發(fā)出信息，1YA斷電，2YA、3YA、4YA通電大泵單向閥5電液換向閥7電磁閥11主液壓缸有桿腔小泵2 主液壓缸無桿腔單向行程調(diào)速閥8電液換向閥7電磁閥13油箱小泵2 主液壓缸無桿腔快退到位碰行程開關(guān)，行程開關(guān)發(fā)信，6YA通電，下步工件松夾。E、工件松夾：6YA通電壓力油減壓閥14單向閥15電磁閥16定位缸19和定位缸18的有桿腔定位缸19無桿腔電磁閥油箱夾緊缸18無桿腔單向順序閥的單向閥電磁閥油箱 電磁鐵動(dòng)作表4動(dòng)作1YA2YA3YA4

18、YA5YA6YADP1DP2工件夾緊 快進(jìn) 工進(jìn) 快退 工件松夾 5.液壓元件的選擇5.1液壓泵及驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率的確定本設(shè)計(jì)所使用液壓元件均為標(biāo)準(zhǔn)液壓元件，因此只需確定各液壓元件的主要參數(shù)和規(guī)格，然后根據(jù)現(xiàn)有的液壓元件產(chǎn)品進(jìn)行選擇即可。（1）液壓泵的工作壓力已知液壓缸最大工作壓力為3.48Mpa,取進(jìn)油路上壓力損失為1Mpa，則小流量泵最高工作壓力為4.48Mpa，選擇泵的額定壓力應(yīng)為。大流量泵在液壓缸快進(jìn)快退時(shí)工作壓力較高，取液壓缸快進(jìn)快退時(shí)進(jìn)油路上壓力損失為0.4Mpa，則大流量泵的最高工作壓力為（2.02+0.4）Mpa=2.42Mpa，卸荷閥的調(diào)整壓力應(yīng)高于此值。（2）液壓泵流量的計(jì)算

19、 取系統(tǒng)的泄漏系數(shù)K=1.2，則泵的最小供油量為 由于工進(jìn)時(shí)所需的最大流量是，溢流閥最小穩(wěn)定流量為，小流量泵最小流量為大流量泵最小流量為（3） 確定液壓泵規(guī)格 對(duì)照產(chǎn)品樣本可選用雙聯(lián)葉片泵，額定轉(zhuǎn)速960r/min，容積效率為0.9，大小泵的額定流量分別為34.56L/min和5.44L/min，滿足以上要求。（4） 確定液壓泵驅(qū)動(dòng)功率 液壓泵在快退階段功率最大，取液壓缸進(jìn)油路上壓力損失為0.5Mpa，則液壓泵輸出壓力為2.15Mpa。液壓泵的總效率液壓泵流量40L/min，則液壓泵驅(qū)動(dòng)快退所需功率P為 據(jù)此選用Y112M-6B5立式電動(dòng)機(jī)，其額定功率為2.2KW，轉(zhuǎn)速為940r/min，液壓

20、泵輸出流量為33.84L/min、5.33L/min，任能滿足系統(tǒng)要求。5.2元件、輔件選擇根據(jù)系統(tǒng)的最高工作壓力和通過各閥類元件及輔件的實(shí)際流量，查閱產(chǎn)品樣本，選出的閥類元件和輔件規(guī)格如表5所列。 表5 液壓元件規(guī)格及型號(hào)編號(hào)元件名稱規(guī)格型號(hào)額定流量qn/L/min1雙聯(lián)葉片泵(34.56+5.44)2濾油器WU-63180633單向閥DF-B20H2634溢流閥YFB-10B635三位四通電液換向閥34DY-L32H-T1006單向行程調(diào)速閥QA-H10407壓力繼電器DP-63型-8背壓閥P-D6B209減壓閥JF3-C10B66.310二位四通電磁換向閥 10011單向順序閥AXF3-

21、C10E636.系統(tǒng)液油升溫驗(yàn)算 系統(tǒng)在工作中絕大部分時(shí)間是處在工作階段，所以可按工作狀態(tài)來計(jì)算溫升、設(shè)小流量泵工作狀態(tài)壓力為4.48Mpa，流量為5.33L/min，經(jīng)計(jì)算其輸入功率為497W。大流量泵經(jīng)外控順序閥卸荷，其工作壓力等于閥上的局部壓力損失數(shù)值。閥額定流量為63L/min，額定壓力損失為0.3Mpa，大流量泵流量為33.84L/min，則為 大流量泵的輸入功率經(jīng)計(jì)算為70.5W系統(tǒng)單位時(shí)間的最小有效功率為系統(tǒng)單位時(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量為當(dāng)油箱的高、寬、長比例在1：1：1到1：2：3范圍內(nèi)，且油面高度為油箱高度的80%時(shí)，油箱散熱面積近似為 取油箱有效容積V為0.25，散熱系數(shù)K為，得即在溫升許可范圍內(nèi)結(jié) 論經(jīng)過長達(dá)兩周的液壓課程設(shè)計(jì)，我對(duì)液壓在實(shí)際生產(chǎn)生活中的作用有了更深刻的認(rèn)識(shí)，同時(shí)，對(duì)所學(xué)的知識(shí)我也有了更深刻的理解。在設(shè)計(jì)過程中，我和同學(xué)們相互探討，相互學(xué)習(xí)，相互監(jiān)督。學(xué)會(huì)了合作，學(xué)會(huì)了理解，在合作中學(xué)習(xí)，我受