雙頭專用車床液壓系統(tǒng)設(shè)計說明書

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上液壓傳動課程設(shè)計設(shè)計說明書 液壓傳動與氣壓傳動 雙頭專用車床液壓系統(tǒng)設(shè)計 起止日期： 2012 年 12月 10 日 至 2012年 12 月23日學(xué) 生 姓 名 班 級 學(xué) 號 成 績 指 導(dǎo) 教 師（簽 字） 機械工程學(xué)院（部） 12年 12月 23日 摘 要本文是關(guān)于雙頭車床液壓系統(tǒng)設(shè)計過程的闡述。主要包括系統(tǒng)方案的確定、控制系統(tǒng)的設(shè)計幾個方面的內(nèi)容。雙頭車床加工時,由于零件較長,擬采用零件固定,刀具旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給的加工方式,其加工動作循環(huán)方式是：快進(jìn)工進(jìn)快退停止，同時要求各個車削頭能單獨調(diào)整。顯而易見，采用雙頭車床能使原需多道工序的產(chǎn)品能一次切削完成，使工序簡化，

2、生產(chǎn)效益大大提高。且這種設(shè)計所產(chǎn)生的產(chǎn)品對成均勻，精度高。對于雙頭車床的動力執(zhí)行部分，本設(shè)計采用液壓伺服機構(gòu)。液壓伺服機構(gòu)較其他機構(gòu)有傳動平穩(wěn)、噪音小、驅(qū)動力大等優(yōu)點，同時也存在漏油、爬行、體積大等缺點。 為了盡量避免液壓系統(tǒng)的上述缺點，系統(tǒng)設(shè)計時用集成塊來代替管路，在液壓系統(tǒng)采用液壓閥集成配置，可以顯著減少管路聯(lián)接和接頭，降低系統(tǒng)的復(fù)雜性，增強現(xiàn)場添加和更改回路的柔性，具有結(jié)構(gòu)緊湊、安裝維護(hù)方便、泄漏少、振動小、利于實現(xiàn)典型液壓系統(tǒng)的集成化和標(biāo)準(zhǔn)化等優(yōu)點。關(guān)鍵字：差動連接 背壓 調(diào)速 電磁換向閥 快進(jìn) 快退目錄一、設(shè)計任務(wù)1、課程設(shè)計題目某廠欲自行設(shè)計制造一臺專用車床，用于壓縮機連桿兩端長軸

3、頸的車削加工。根據(jù)加工工件尺寸較長的特點，擬采用的加工工藝方案為：工件固定，刀具旋轉(zhuǎn)并進(jìn)給。車床主要由床身布有相互平行的V形導(dǎo)軌和平導(dǎo)軌各一條(見圖1-1)和左右兩個車削動力頭組成，其總體布局如圖2-2所示。工件裝夾于床身中部。兩個獨立的動力頭，通過機械傳動帶動主軸及刀具旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)車床的主運動；進(jìn)給運動要求采用液壓缸實現(xiàn)，即在床身上安裝兩個液壓缸，使其活塞桿與各動力頭下部相連，通過液壓缸往復(fù)運動驅(qū)動動力頭實現(xiàn)車床的進(jìn)給運動。車床加工工件時，車削動力頭的進(jìn)給工作循環(huán)為：快進(jìn)工進(jìn)快退停止。已知：移動部件重約是G15kN；各車削動力頭的最大切削進(jìn)給抗力(軸向力)估值為Fe12kN;主切削力(切向力)F

4、z30kN。要求動力頭的快速進(jìn)、退速度相等，；工進(jìn)速度無級調(diào)整范圍為v2=0.021.2m/min.導(dǎo)軌的靜、動摩擦因數(shù)分別為s=0.2; d=0.1。(2)配置執(zhí)行元件根據(jù)車床的總體布局及技術(shù)要求，選擇缸筒固定的單桿活塞缸作為驅(qū)動車削動力頭實現(xiàn)進(jìn)給運動的液壓執(zhí)行元件。(3)工況分析由于動力頭的快速進(jìn)退及工作進(jìn)給階段的速度已給定，不必進(jìn)行運動分析。故僅對液壓缸作動力分析，即通過分析計算，確定液壓缸總的最大外負(fù)載。 液壓缸的受力簡圖如圖1-2所示。圖1-1 車床總體布局示意圖1，8一車削動力頭；2，7一主軸；3，6一連桿軸頸；4一夾具；5一工件(連桿)；9一導(dǎo)軌；10一床身圖1-2 車床液壓缸受

5、力分析計算2、課程設(shè)計任務(wù)（1）擬定液壓系統(tǒng)原理圖；（推薦軟件CAXA2011，AUTOCAD機械工程師2010）；（2）運用FLUIDSIM對液壓回路進(jìn)行仿真；（3）選擇液壓系統(tǒng)的元件和輔件；（4）驗算液壓系統(tǒng)性能；（5）設(shè)計液壓閥塊和閥組；（6）繪制下列圖紙：(建議用UG/PROE/SOLIDWORKS完成) 液壓系統(tǒng)原理圖 A4 1張 液壓站總裝圖 A3 1張液壓閥組圖 A4 1張（7）編寫液壓系統(tǒng)的PLC控制程序并完成接線圖。（8）編寫設(shè)計說明書二、液壓回路工況分析1、導(dǎo)程摩擦阻力 車床工進(jìn)階段的導(dǎo)軌受力見圖2-2，取摩擦因數(shù)，可算得動摩擦阻力為圖2-1 車床導(dǎo)軌受力分析簡圖車床空載快

6、速進(jìn)退階段啟動時，導(dǎo)軌受靜摩擦阻力作用，區(qū)靜摩擦因數(shù)=0.2，算得加速階段和恒速階段的動摩擦阻力為2、慣性力 取速度變化量，啟動時間。算得故慣性力3、工作負(fù)載 液壓缸拖動車削動力頭進(jìn)給時的工作負(fù)載為切削抗力，已知。4、液壓缸密封摩擦阻力作用于液壓缸活塞上密封阻力，用下式估算式中-液壓缸機械效率，。取，算得啟動時得靜密封摩擦阻力恒速時的動密封摩擦阻力估取為靜密封摩擦阻力的30%，即，即。將上述計算過程綜合后得到的各工作階段的液壓缸外負(fù)載結(jié)果列于表2-1和2-2，液壓缸的負(fù)載循環(huán)圖、速度循環(huán)圖見圖2。表2-1 車削動力頭液壓缸外負(fù)載計算結(jié)果工況外負(fù)載F/N計算公式結(jié)果快進(jìn)啟動4821加速2324恒

7、速2171工進(jìn)17792表2-2 車削動力頭液壓缸外負(fù)載計算結(jié)果工況外負(fù)載F/N計算公式結(jié)果快退啟動4821加速2324恒速2171啟動快進(jìn)減速工進(jìn)制動制動快退反向啟動FOtt圖2 液壓缸的負(fù)載循環(huán)圖、速度循環(huán)圖由表2-1和表2-2可以看出，最大負(fù)載出現(xiàn)在工進(jìn)階段 ，其最大值為.三、液壓系統(tǒng)主要參數(shù)計算1、預(yù)選系統(tǒng)設(shè)計壓力 本車床屬于半精加工機床，負(fù)載最大時為慢速工進(jìn)階段，其他工況時載荷都不大，參考表31表31 按主機類型選擇設(shè)計壓力主機類型設(shè)計壓力/MPa說明機床精加工機床0.82當(dāng)壓力超過32MPa時，稱為超高壓壓力半精加工機床35龍門刨床28拉床810農(nóng)業(yè)機械、小型工程機械、工程機械輔助

8、機構(gòu)1016液壓機、大中型挖掘機、重型機械、起重運輸機械2022地址機械、冶金機械、鐵道車輛維護(hù)機械、各類液壓機具等25100預(yù)選液壓缸的設(shè)計壓力。2、計算液壓缸主要結(jié)構(gòu)尺寸 為了滿足動力頭快速進(jìn)退速度相等的要求并減小液壓泵的流量，將缸的無桿腔作為主公作腔，并在快進(jìn)時差動連接，則液壓缸無桿腔與有桿腔的有效面積與應(yīng)滿足,即活塞桿直徑d和液壓缸內(nèi)徑D間應(yīng)滿足d=0.71D。為了提高動力頭的工作平穩(wěn)性，給液壓缸設(shè)置一定回油背壓。表32 液壓執(zhí)行元件的背壓力系統(tǒng)類型背壓力/MPa中低壓系統(tǒng)簡單系統(tǒng)和一般輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)0.20.5回油帶背壓閥調(diào)整壓力一般為0.51.5回油路設(shè)流量調(diào)節(jié)閥的進(jìn)給系統(tǒng)滿載工

9、作時0.5設(shè)補油泵的閉式系統(tǒng)0.81.5高壓系統(tǒng)初算時忽略不計參考表表32，暫取背壓0.3MPa，上已取液壓缸機械效率，則可算得液壓缸無桿腔的有效面積從而得液壓缸內(nèi)徑按GB/T 2348-1993，將液壓缸內(nèi)徑圓整為。因，故活塞桿直徑為按GB/T 2348-1993，將活塞桿直徑圓整為.則液壓缸有效實際面積為由于動力頭的最低工進(jìn)速度很低，故需按 （式3-1）對缸的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行檢驗：將調(diào)速閥的最小穩(wěn)定流量和活塞最小進(jìn)給速度代入式31，算得結(jié)果表明活塞面積可滿足最低穩(wěn)定速度的要求。差動連接快進(jìn)時，液壓缸有桿腔壓力必須大于無桿腔壓力，其差值估取，并注意到啟動瞬間液壓缸尚未移動，此時；另外，取快退時的

10、回油壓力損失為0.6MPa。從而算得液壓缸在工進(jìn)階段的實際工作壓力它正是系統(tǒng)工作循環(huán)中的最高壓力。由于3、單個液壓缸需求的最大流量 液壓缸最大流量發(fā)生在快退階段，算得單個液壓缸的最大流量為4、其他工作階段的壓力、流量和功率其他由下表可見，快退階段工作時，輸入功率最大，其值為.工作階段計算公式負(fù)載F/N回油腔壓力工作腔壓力單缸輸入流量輸入功率快進(jìn)啟動48211.39加速23241.691.19恒速21711.651.1519.23369工進(jìn)177920.32.670.1579.427419快退啟動48211.34加速23240.61.82恒速21710.61.7820.02594四、制定方案，擬

11、定液壓系統(tǒng)圖1、制定液壓回路方案a 調(diào)速方式與油源方案?？紤]到切削進(jìn)給傳動功率不是很大，低速時穩(wěn)定性要求較高；加工期間負(fù)載變化較大，故采用限壓式變量閥供油和調(diào)速閥聯(lián)合的容積節(jié)流調(diào)速方案，且快進(jìn)時液壓缸差動鏈接，以滿足系統(tǒng)高壓小流量和低壓大流量的工況特點，從而提高系統(tǒng)效率，實現(xiàn)節(jié)能，調(diào)速閥設(shè)置在進(jìn)油路上，通過調(diào)節(jié)通流面積實現(xiàn)液壓缸及其拖動的車削動力頭的車削進(jìn)給調(diào)速度大小；通過分別調(diào)整兩個調(diào)速閥可使兩個車削動力頭獲得較高同步精度。b 方向控制方案。由于系統(tǒng)流量不是太大，故選用三位五通“O”形中位機能的電磁換向閥作主換向閥；本機床加工的軸頸長度尺寸無特殊精度要求，故采用行程控制即活動擋塊壓下電器行程

12、開關(guān)，控制換向閥電磁鐵的通斷電來實現(xiàn)自動換向和速度換接。通過兩個電磁鐵換向閥的通斷組合，可實現(xiàn)兩個車削動力頭的獨立調(diào)節(jié)。在調(diào)整一個時，另一個應(yīng)停止。c 速度換接方案。快進(jìn)和和工進(jìn)的速度換接由二位二通行程閥和遠(yuǎn)控順序閥實現(xiàn)，以簡化油路，提高換接精度。工進(jìn)時進(jìn)右路和回油路的隔離采用單向閥實現(xiàn)。d 背壓與安全保護(hù)。為了提高液壓缸及其驅(qū)動的車削動力頭的運動平穩(wěn)性，在液壓缸工進(jìn)時的回油路上設(shè)置一溢流閥，以使液壓缸在一定的背壓下運行。為了保證整個系統(tǒng)的安全，在泵出口并聯(lián)一溢流閥，用于防止過載。e 輔助回路方案。在液壓泵入口設(shè)置吸油過濾器，以保證油液的清潔度；在液壓泵出口設(shè)置壓力表及多點壓力表開關(guān)以便于個壓

13、力閥調(diào)壓時的壓力觀測。2、合成液壓系統(tǒng)圖 將上述各液壓回路方案進(jìn)行綜合即可組成專用車床的液壓系統(tǒng)原理圖，圖中附表是電磁鐵及行程閥的狀態(tài)表。以左側(cè)動力頭及液壓缸21為例說明其工作原理。a 快進(jìn) 按下啟動按鈕，電磁鐵1YA通電使換向閥13切換至左位。由于快進(jìn)時負(fù)荷較小，系統(tǒng)壓力不高，故順序閥9關(guān)閉，變量泵2輸出最大流量。此時，液壓缸21為差動連接，動力頭快進(jìn)。西戎的油液流動路線如下。進(jìn)油路：變量泵2換向閥13（左位）行程閥19（下位）液壓缸21無桿腔?；赜吐罚阂簤焊?1有桿腔換向閥13（左位）單向閥11行程閥19（下位）液壓缸21無桿腔。b 工進(jìn) 當(dāng)動力頭快速前進(jìn)到預(yù)定位置時，動力頭側(cè)面的活動擋塊

14、壓下行程閥19，動力頭開始車削工件。此時系統(tǒng)壓力升高，在順序閥9打開的同時，限壓式變量泵2自動減小其輸出流量，以便與調(diào)速閥17的開口相適應(yīng)。系統(tǒng)中油液流動路線如下。進(jìn)油路：變量泵2換向閥13（左位）調(diào)速閥17液壓缸21無桿腔?；赜吐罚阂簤焊?1有桿腔換向閥13（右位）順序閥9溢流閥（背壓閥）油箱。c 快退 在動力頭工作進(jìn)給到預(yù)定位置觸動行程開關(guān)SQ1時，給出動力頭快退信號，電磁鐵1YA斷電，2YA通電，換向閥13切換至右位，此時系統(tǒng)壓力下降；變量泵2的流量又自動增大，動力頭實現(xiàn)快退。系統(tǒng)中油液的流動路線如下。進(jìn)油路：變量泵2換向閥13（右位）液壓缸21有桿腔。回油路：變量缸21無桿腔單向閥15

15、換向閥13（右位）油箱。d 動力頭原位停止 當(dāng)動力頭快退回到原位時，活動擋塊壓下終點行程開關(guān)SQ3，是電磁鐵1YA和2YA均斷電，此時換向閥13操至中位，液壓缸21兩腔封閉，動力頭停止運動，變量泵2實現(xiàn)高壓小流量卸荷。待卸下加工好的工件，裝好待加工工件后，系統(tǒng)開始下一工作循環(huán)。圖41 專用車床液壓系統(tǒng)CAD原理圖表41 專用車床液壓系統(tǒng)電磁鐵和行程閥狀態(tài)表工件電磁鐵和行程閥狀態(tài)1YA2YA3YA4YA行程閥19行程閥20快進(jìn)下位下位工進(jìn)上位上位快退上位上位等待下位下位五、選擇液壓系統(tǒng)的元件和輔件1、液壓泵的選擇由表可以查得液壓缸的最高工作壓力出現(xiàn)在工進(jìn)階段，即，此時的輸入流量較小，泵至缸間的進(jìn)

16、油路壓力損失估取為。則泵的最高工作壓力為在兩車削頭同時快退時，需要的總流量為取漏液系數(shù)k1.1，則液壓泵的流量為根據(jù)系統(tǒng)所需流量，擬初選限壓式變量液壓泵的轉(zhuǎn)速為n=1450r/min，泵的容積效率，根據(jù)以上計算結(jié)果查手冊，選用規(guī)格相近的YBX-40B型限壓式變量葉片泵，其額定壓力為6.3MPa，排量為V=40mL/r,泵的額定轉(zhuǎn)速為n1450r/min，容積效率取，倒推算得泵的額定流量為與系統(tǒng)所需流量基本符合。該系統(tǒng)選用變量泵，故應(yīng)分別計算快速空載與工進(jìn)速度最大時所需的功率，按兩者中的較大值選取電機功率。最大工進(jìn)速度所需流量為選取泵的總效率為0.8，則工進(jìn)所需最大功率為由表可知，快速空載時，液

17、壓缸的總負(fù)載F=2324N，此時，液壓泵的工作壓力為空載快速時，液壓泵所需的驅(qū)動功率為因為，故應(yīng)按最大工進(jìn)速度時所需功率選取電機。查設(shè)計手冊，選用Y系列（IP44）中規(guī)格相近的Y90L-4-B5型立式三相異步電動機，其額定功率1.5kW，轉(zhuǎn)速為1400r/min。用此轉(zhuǎn)速驅(qū)動液壓泵時，變量泵的實際輸出流量分別為，仍能滿足系統(tǒng)各工況對流量的要求。2、控制元件的選擇 根據(jù)系統(tǒng)工作壓力與通過各液壓控制閥及部分輔助元件的最大流量，查產(chǎn)品樣本所選擇的元件型號規(guī)格如表所列。表51 專用車床液壓系統(tǒng)主要元件的型號規(guī)格序號名稱通過流量/（L/min）額定流量/（L/min）額定壓力/MPa工作壓力/MPa型號

18、1過濾器49.363原始壓力損失XU-63×80J2限壓式變量葉片泵49.349.36.33.27YBX-40B4先導(dǎo)式溢流閥49.3636.3YF3-10B5六點壓力表開關(guān)6.3K-6B6壓力表測量范圍040Y-407、8直動式溢流閥5102.50.3P-B10B9、10遠(yuǎn)控順序閥56.33.27XY-10B11、12單向閥20.02256.33.271-25B13、14三位五通電磁換向閥45256.33.2735D-25B15、16單向閥45636.31-63B17、18調(diào)速閥9.42106.32.67Q-10B19、20行程閥19.461006.32.6722C-25BHf 液壓輔件的計算與選擇 本系統(tǒng)屬于中壓系統(tǒng)，故取經(jīng)驗系數(shù)5，得油箱容量為管件尺寸由選定的標(biāo)準(zhǔn)元件油口尺寸確定。所選擇的過濾器、壓力表及壓力表開關(guān)的型號規(guī)格見表51六、驗算液壓系統(tǒng)性能1、回路壓力損失驗算由于系統(tǒng)的具體管路布置尚未確定，整個回路的壓力損失無法估算，僅只閥類元件對壓力損失所造成的影響可以看出，供調(diào)定系統(tǒng)中某些壓力值時參考。2、油液溫升驗算 工進(jìn)在整個工作循環(huán)中所占的實際比例達(dá)96%，所以系統(tǒng)發(fā)熱和油液溫升可用工進(jìn)時的情況來估算。 工進(jìn)時液壓缸的有效功率為