銑床工作臺(tái)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、- -專(zhuān)用銑床工作臺(tái)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、 前言作為一種高效率的專(zhuān)用銑床，在日常生活中，廣泛在大批量機(jī)械加工生產(chǎn)中應(yīng)用。本次課程設(shè)計(jì)是以專(zhuān)用銑床工作臺(tái)液壓系統(tǒng)為例，介紹該組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)步驟，其中包括工作臺(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。液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)是整個(gè)教學(xué)過(guò)程中最后一個(gè)綜合性教學(xué)環(huán)節(jié)，通過(guò)課程設(shè)計(jì)可以讓我們了解液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的根本方法和設(shè)計(jì)要求，提高我們運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)解決具體工程技術(shù)問(wèn)題的能力。能根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求，按照正確的設(shè)計(jì)步驟，擬定出液壓系統(tǒng)。二、設(shè)計(jì)技術(shù)要求及參數(shù)一臺(tái)專(zhuān)用銑床的工作臺(tái)擬采用單桿液壓缸驅(qū)動(dòng)。條

2、件如下：銑刀驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率為P=7.5KW，銑刀直徑為De=120mm，轉(zhuǎn)速n=350r/min。工作臺(tái)質(zhì)量m1=400kg，工件及夾具最大質(zhì)量為m2=150kg。工作總行程為L(zhǎng)z=400mm，其中工進(jìn)展程為L(zhǎng)g=100mm?？爝M(jìn)和快退速度均為vk=4.5m/min，工進(jìn)速度范圍為vg=601000mm/min，往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)加、減速時(shí)間均為t=0.05s。工作臺(tái)水平放置，導(dǎo)軌靜摩擦系數(shù)為s=0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)為d=0.1,以下為該銑床工作臺(tái)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的半自動(dòng)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)。三、確定動(dòng)力原件、執(zhí)行元件液壓系統(tǒng)的動(dòng)力原件是定量葉片泵，執(zhí)行元件確定為液壓缸主要運(yùn)動(dòng)是往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。四、系統(tǒng)工況分析4.1動(dòng)力分

3、析銑床工作臺(tái)液壓缸在快進(jìn)階段，啟動(dòng)時(shí)的外負(fù)載是導(dǎo)軌靜摩擦阻力；加速的外負(fù)載是導(dǎo)軌動(dòng)摩擦阻力和慣性力；恒速時(shí)是動(dòng)摩擦阻力；在快退階段的外負(fù)載是動(dòng)摩擦阻力，由圖3-4可知：銑床工作臺(tái)液壓缸在工進(jìn)階段的外負(fù)載是工作負(fù)載，即刀具銑削力及動(dòng)摩擦阻力。靜摩擦負(fù)載 Ffs=m1+m2g=0.2x400+150g=1078(N)動(dòng)摩擦負(fù)載 Ffs=m1+m2g=0.1x400+150g=539N慣性負(fù)載 Fi=m1+m2x=825N利用銑削力計(jì)算公式：Fi=其中，T為負(fù)載轉(zhuǎn)矩，T=。算得工作負(fù)載為:Fe= Nm =3410Nm取液壓缸的機(jī)械效率m=0.9，可算得工作臺(tái)液壓缸在各工況下的外負(fù)載和推力，一并列入表

4、3-7.繪制出的負(fù)載循環(huán)圖F-L圖可見(jiàn)圖3-5。表3-7 銑床工作臺(tái)液壓缸外負(fù)載和推力計(jì)算結(jié)果工況外負(fù)載F/N推力F/m/N計(jì)算公式結(jié)果快進(jìn)啟動(dòng)F=Fst10781198加速F=Ffd+Fi13641515恒速F=Ffd539599工進(jìn)F=Fe+Ffd39494388快退啟動(dòng)F=Fst10781198加速F=Ffd+Fi13641515恒速F=Ffd5395994.2運(yùn)動(dòng)分析根據(jù)設(shè)計(jì)要求，可直接畫(huà)出液壓缸的速度循環(huán)圖v-l圖，如圖3-6。五、計(jì)算液壓系統(tǒng)主要參數(shù)并編制工況圖5.1預(yù)選系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力專(zhuān)用銑床也歸屬半精加工機(jī)床，參考表1，預(yù)選液壓缸的設(shè)計(jì)壓力P1=3MPa。5.2計(jì)算液壓缸主要構(gòu)造尺

5、寸由于設(shè)計(jì)要求工作臺(tái)快速進(jìn)退速度相等，應(yīng)選用單桿差動(dòng)連接液壓缸，使缸的無(wú)桿腔與有桿腔的有效面積與保持關(guān)系=2，即桿d和缸徑D滿(mǎn)足d=0.707D。經(jīng)查表3，取背壓為0.8MPa。從滿(mǎn)足最大推力出發(fā)，可算得液壓缸無(wú)桿腔的有效面積：液壓缸內(nèi)徑：按GB/T2348-1993表2，將液壓缸內(nèi)徑圓整為D=50mm=5cm。徑圓整為d=36mm=3.6cm。那么液壓缸實(shí)際有效面積為：=-=10175.3編制液壓缸的工況圖根據(jù)上述條件，經(jīng)計(jì)算液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率如下：壓力a、快進(jìn)階段的液壓缸壓力啟動(dòng)時(shí)， =加速時(shí)， =(差動(dòng)回路中一般取被壓為0.5Mp)恒速時(shí)， =b、工進(jìn)階段的液壓缸力

6、=c、快退階段的液壓缸壓力啟動(dòng)時(shí)，=加速時(shí)，=恒速時(shí)，=流量a、快進(jìn)恒速時(shí)階段的流量q=vk=1017x4.5*=4.58L/minb、工進(jìn)階段的流量qmax=vg=1963x1000x=1.96L/minqmin=vg=1963x60x=0.12L/minc、快退恒速時(shí)階段的流量q=vk=946x4.5*=4.26L/min功率a、快進(jìn)恒速時(shí)階段的功率P= q=1.05x4.58x/60=80.2Wb工進(jìn)最高速度時(shí)階段的功率P= q=2.62x1.96x/60=85.6Wc快退恒速時(shí)階段的功率P= q=1.67x4.26x/60=118.6W由上述計(jì)算結(jié)果編制出的液壓缸工況圖3-73-9六、

7、制定液壓回路的方案，擬定液壓系統(tǒng)原理圖6.1制訂液壓回路方案油源型式及壓力控制 工況圖說(shuō)明，系統(tǒng)的壓力和流量均較小，故可采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的單定量泵供油油源和溢油閥調(diào)壓方案，如圖3-10所示。調(diào)速回路 銑床加工零件時(shí)，有順銑和逆銑兩種工作狀態(tài)，應(yīng)選用單向調(diào)速閥的回油節(jié)流調(diào)速回路見(jiàn)圖3-11。由于已選用節(jié)流調(diào)速回路，故系統(tǒng)必然為開(kāi)式循環(huán)。換向回路與快速運(yùn)動(dòng)回路及換接方式 換向回路選用三位四通“O型中位機(jī)能的電磁換向閥實(shí)現(xiàn)液壓缸的進(jìn)退和停頓見(jiàn)圖3-12。采用二位三通電磁換向閥實(shí)現(xiàn)液壓缸快進(jìn)時(shí)的差動(dòng)連接見(jiàn)圖3-13。由于本機(jī)床工作部件終點(diǎn)的定位精度無(wú)特殊要求，故采用行程控制方式即活動(dòng)擋塊壓下電氣行程開(kāi)關(guān)

8、，控制換向閥電磁鐵的通斷電以及死擋鐵即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換向和速度換接。輔助回路 在液壓泵進(jìn)口設(shè)置一過(guò)濾器以保證吸入液壓泵的油液清潔；出口設(shè)一單向閥以保護(hù)液壓泵，在該單向閥與液壓泵之間設(shè)一壓力表及其開(kāi)關(guān)，以便液壓閥調(diào)壓和觀測(cè)見(jiàn)圖3-14。6.2擬定液壓系統(tǒng)圖在制定各液壓回路方案的根底上，經(jīng)整理所組成的液壓系統(tǒng)原理圖如圖3-15所示。由電磁鐵動(dòng)作順序表圖中附表容易了解系統(tǒng)的工作原理及各工況下的油液流動(dòng)路線。附表 系統(tǒng)的電磁鐵動(dòng)作順序表工況電磁鐵狀態(tài)1YA2YA3YA 快進(jìn)工進(jìn)快退工作臺(tái)原為停頓圖3-15 專(zhuān)用銑床液壓系統(tǒng)原理圖1-過(guò)濾器；2-單向定量泵；3-電動(dòng)機(jī)；4-溢流閥；5-壓力表開(kāi)關(guān)；6-單向閥

9、；7-三位四通電磁換向閥；8-單向調(diào)速閥；9-二位三通電磁換向閥；10-液壓缸七、計(jì)算并選擇液壓元件7.1液壓泵的計(jì)算與選定液壓泵的最高工作壓力的計(jì)算 由工況3-2可以查得液壓缸的最高工作壓力出現(xiàn)在快退階段，即p1=2.64 MPa ，由于進(jìn)油路原件較少，故泵至缸間的進(jìn)油路壓力損失取為p=0.3MPa。那么液壓泵的最高工作壓力pp為：pp=2.64+0.3=2.94MPa液壓泵的流量計(jì)算 泵的供油量qp按液壓缸的快進(jìn)恒速時(shí)階段的流量q=4.58L/min進(jìn)展估算。由于系統(tǒng)流量較小，故取泄漏系數(shù)K=1.3，那么液壓泵供油量qp應(yīng)為：qpqv=Kqlmax=1.34.58=5.95L/min確定液

10、壓泵的規(guī)格 根據(jù)系統(tǒng)所需流量，擬初選液壓泵的轉(zhuǎn)速為n1=1450r/min，泵的容積效率v=0.8，根據(jù)式2-37可算得泵的排量參考值為：Vg=5.13mL/r根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果查閱產(chǎn)品樣本，選用規(guī)格相近的YB1-6型葉片泵，泵的額定壓力為pn=6.3MPa，泵的額定轉(zhuǎn)速為n=1450r/min，容積效z率p=0.80。倒推算得泵的額定流量為：q p=Vnv=614500.80=6.96L/min比系統(tǒng)流量稍大。確定液壓泵驅(qū)動(dòng)功率由功率循環(huán)圖3-9可知，最大功率出現(xiàn)在快退階段，泵的總效率為p=0.80，那么液壓泵快退所需的驅(qū)動(dòng)功率為：Pp=0.357KW7.2電機(jī)的選定查表得，選用Y系列IP44

11、中規(guī)格相近的Y801-4型臥式三相異步電動(dòng)機(jī)，其額定功率為0.55kw，轉(zhuǎn)速為1390r/min。用此轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)液壓泵時(shí)，泵的實(shí)際輸出流量為6.67L/min，仍能滿(mǎn)足系統(tǒng)各工況對(duì)流量的要求。表3-8 專(zhuān)用銑床液壓系統(tǒng)中控制閥和局部輔助原件的型號(hào)規(guī)格序號(hào)名稱(chēng)通過(guò)流量/(L/min額定流量/(L/min額定壓力/MPa型號(hào)1過(guò)濾器6.67162.5XU-B161002定量葉片泵6.6766.3YB-63交流異步電動(dòng)機(jī)Y801-44溢流閥6.67636.3YF3-10B5壓力表開(kāi)關(guān)6.3AF6EP30/Y636單向閥6.678016AF3-Ea10B7三位四通電磁換向閥4.5861634DF3-E4

12、B8單向調(diào)速閥4.266.36.3AQF3-6aB9二位三通電磁換向閥4.26106.323D-10B10液壓缸自行設(shè)計(jì)說(shuō)明單向調(diào)速閥8中調(diào)速閥的最小穩(wěn)定流量為0.01L/min，小于系統(tǒng)工進(jìn)速度時(shí)的回油量qmin=A2vg=9466010 V10-6=0.057L/min7.3液壓控制閥和液壓輔助原件的選定根據(jù)系統(tǒng)工作壓力與通過(guò)各液壓控制閥及局部輔助原件的最大流量，查產(chǎn)品樣本所選擇的原件型號(hào)規(guī)格見(jiàn)表3-8，其中液壓缸需自行設(shè)計(jì)。管件尺寸由選定的標(biāo)準(zhǔn)件油口尺寸確定。本系統(tǒng)屬于中低壓系統(tǒng)，取經(jīng)歷系數(shù)=5，得油箱容量為：V=apq=56.67L=33.3533L八、驗(yàn)算8.1液壓系統(tǒng)的效率經(jīng)計(jì)算，

13、取泵的效率，液壓缸的機(jī)械效率，回路效率為：當(dāng)工進(jìn)速度為時(shí)，當(dāng)工進(jìn)速度為時(shí)，8.2液壓系統(tǒng)的溫升只驗(yàn)算系統(tǒng)在工進(jìn)時(shí)的發(fā)熱和溫升定量泵的輸入功率為：工進(jìn)時(shí)系統(tǒng)的效率，系統(tǒng)發(fā)熱量為：取散熱系數(shù)，油箱散熱面積時(shí)，計(jì)算出油液溫升的近似值：，固合理。參考文獻(xiàn)：液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與使用 化學(xué)工業(yè) X利平編著液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)指南 化學(xué)工業(yè) X利平編著液壓傳動(dòng)第三版機(jī)械工業(yè) 丁樹(shù)模、丁問(wèn)司1王積偉，章宏甲，黃誼.主編.液壓傳動(dòng).機(jī)械工業(yè).2006.122成大先.主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本機(jī)械傳動(dòng).化學(xué)工業(yè)出版2004.13何*，沈榮輝，賀元成.主編.機(jī)械制圖.*大學(xué).2000.84路甬祥主編.液壓氣動(dòng)技術(shù)手冊(cè).機(jī)械工業(yè).20025雷天覺(jué)主編.液壓工程手冊(cè).機(jī)械工業(yè).1990附表：表1 按主機(jī)類(lèi)型選擇設(shè)計(jì)壓力主機(jī)類(lèi)型設(shè)計(jì)壓力/Mp說(shuō)明機(jī)床精加工機(jī)床0.82當(dāng)壓力超過(guò)32Mp時(shí)，稱(chēng)為超高壓壓力半精加工機(jī)床35龍門(mén)刨創(chuàng)28拉床810農(nóng)業(yè)機(jī)械、小型工程機(jī)械、工程機(jī)械輔助機(jī)構(gòu)1016液壓機(jī)、大中型挖掘機(jī)、起重運(yùn)輸機(jī)械2032地質(zhì)機(jī)械、冶金機(jī)械、鐵道車(chē)輛維護(hù)機(jī)械、各類(lèi)液壓機(jī)具等25100表2 缸的內(nèi)徑和活塞桿外徑尺寸系列GB/T 2348-1993內(nèi)經(jīng)尺寸系列活塞桿外徑尺寸系列84012528041636902201050140320518451102801