臥式單面多軸鉆孔組合機床液壓系統(tǒng)設(shè)計

-.z.------專業(yè)資料-液壓與氣壓傳動課程設(shè)計說明書課程設(shè)計題目：臥式單面多軸鉆孔組合機床液壓系統(tǒng)設(shè)計作者所在系部：機電工程學(xué)院作者所在專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化作者所在班級：作者姓名：作者**：指導(dǎo)教師姓名：完成時間：北華航天工業(yè)學(xué)院-.z.------專業(yè)資料-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、反響快、輸出力〔或力矩〕大等優(yōu)點。在機床中被廣泛的采用。液壓傳動技術(shù)是機械設(shè)備中開展最快的技術(shù)之一，特別是近年來與微電子、計算機技術(shù)的結(jié)合，使液壓技術(shù)進入了一個新的開展階段，機、電、液、氣一體是當(dāng)今機械設(shè)備的開展方向。在數(shù)控加工的機械設(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)會液壓系統(tǒng)的設(shè)計，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，液壓元件的計算和選擇以及液壓系統(tǒng)的性能驗算等。關(guān)鍵字：液壓系統(tǒng)液壓傳動液壓元件-.z.---專業(yè)資料-目錄緒論.......................................................1液壓與氣壓傳動系統(tǒng)綜述...........................................1液壓系統(tǒng)的組成...................................................1第二章液壓系統(tǒng)的設(shè)計...............................................2TOC\o"1-3"\h\u1、明確液壓系統(tǒng)的設(shè)計要求...........................................22、負載與運動分析....................................................2負載分析....................................................2速度分析....................................................33、選定液壓系統(tǒng)主要參數(shù).............................................4初選液壓缸工作力.............................................4計算液壓缸構(gòu)造數(shù).............................................54、擬定液壓系統(tǒng)圖....................................................7選擇根本回路................................................7回路的合成.................................................75、液壓元件的選擇...................................................10液壓泵及驅(qū)動電動機功率確實定...............................10元件、輔件選擇..............................................116、系統(tǒng)油液升溫驗算................................................11致謝..............................................................13參考文獻..........................................................14第一章緒論1液壓與氣壓傳動系統(tǒng)綜述液壓系統(tǒng)已經(jīng)在各個部門得到越來越廣泛的應(yīng)用，而且越先進的設(shè)備，其應(yīng)用液壓系統(tǒng)的部門就越多。液壓傳動是用液體作為來傳遞能量的，液壓傳動有以下優(yōu)點：易于獲得較大的力或力矩，功率重量比大，易于實現(xiàn)往復(fù)運動，易于實現(xiàn)較大范圍的無級變速，傳遞運動平穩(wěn)，可實現(xiàn)快速而且無沖擊，與機械傳動相比易于布局和操縱，易于防止過載事故，自動潤滑、元件壽命較長，易于實現(xiàn)標準化、系列化。液壓傳動的根本目的就是用液壓介質(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。而所有的根本回路的作用就是控制液壓介質(zhì)的壓力和流量，因此液壓根本回路的作用就是三個方面：控制壓力、控制流量的大小、控制流動的方向。所以根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)組成一個完整的液壓系統(tǒng)由五個局部組成，即動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件和工作介質(zhì)。動力元件的作用是將原動機的機械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能。動力元件指液壓系統(tǒng)中的液壓泵，它向整個液壓系統(tǒng)提供動力。液壓泵的構(gòu)造形式一般有齒輪泵、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)換為機械能，驅(qū)動負載作直線往復(fù)運動或回轉(zhuǎn)運動。執(zhí)行元件有液壓缸和液壓馬達?？刂圃布锤鞣N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〔平安閥〕、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、流量計、密封裝置等,它們起連接、儲油、過濾和測量油液壓力等輔助作用，工作介質(zhì)是指各類液壓傳動中的液壓油或乳化液，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)就是通過其實現(xiàn)運動和動力傳遞的。第二章液壓系統(tǒng)的設(shè)計1.明確液壓系統(tǒng)的設(shè)計要求設(shè)計一臺臥式單面多軸鉆孔組合機床液壓系統(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——工進——快退——停頓。機床快進快退速度約為6m／min，工進速度可在30～120mm／min范圍內(nèi)無級調(diào)速,快進展程為200mm，工進展程為50mm，最大切削力為25kN，運動部件總重量為15KN，加速〔減速〕時間為，采用平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)為，動摩擦系數(shù)為。2.負載分析與速度分析負載分析負載分析中，暫不考慮回油腔的背壓力，液壓缸的密封裝置產(chǎn)生的摩擦阻力在機械效率中加以考慮。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。在對液壓系統(tǒng)進展工況分析時，本設(shè)計實例只考慮組合機床動力滑臺所受到的工作負載、慣性負載和機械摩擦阻力負載，其他負載可忽略?！?〕工作負載FW工作負載是在工作過程中由于機器特定的工作情況而產(chǎn)生的負載，對于金屬切削機床液壓系統(tǒng)來說，沿液壓缸軸線方向的切削力即為工作負載，即〔2〕阻力負載阻力負載主要是工作臺的機械摩擦阻力，分為靜摩擦阻力和動摩擦阻力兩局部。導(dǎo)軌的正壓力等于動力部件的重力，設(shè)導(dǎo)軌的靜摩擦力為，則靜摩擦阻力動摩擦阻力〔3〕慣性負載最大慣性負載取決于移動部件的質(zhì)量和最大加速度，其中最大加速度可通過工作臺最大移動速度和加速時間進展計算。啟動換向時間為，工作臺最大移動速度，即快進、快退速度為6m/min，因此慣性負載可表示為如果忽略切削力引起的顛覆力矩對導(dǎo)軌摩擦力的影響，并設(shè)液壓缸的機械效率，根據(jù)上述負載力計算結(jié)果，可得出液壓缸在各個工況下所受到的負載力和液壓缸所需推力情況，如表1所示。表1液壓缸總運動階段負載表〔單位：N〕工況負載組成負載值F/N推力F//N定位夾緊6000啟動加速快進1500工進26500快退15002速度分析根據(jù)負載計算結(jié)果和的個階段的速度，可繪制出工作循環(huán)圖如圖1〔a〕所示，所設(shè)計組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)的速度循環(huán)圖可根據(jù)的設(shè)計參數(shù)進展繪制，快進和快退速度、快進展程L1=200mm、工進展程L2=50mm、快退行程L3=250mm，工進速度?？爝M、工進和快退的時間可由下式分析求出?？爝M工進快退根據(jù)上述數(shù)據(jù)繪制組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)繪制負載圖〔F-t〕如圖1(b),動力滑臺速度循環(huán)圖如圖1〔c)所示。圖1動力滑臺速度負載循環(huán)圖a)工作循環(huán)圖b〕負載圖c)速度循環(huán)圖3.確定液壓缸主要參數(shù)初選液壓缸工作壓力由表2可知，取動力滑臺液壓缸工作壓力p1=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按負載選擇工作壓力負載/KN<55~1010~2020~3030~50>50工作壓力/MPa<0.8~11.5~22.5~33~44~5≥5計算液壓缸構(gòu)造參數(shù)為使液壓缸快進與快退速度相等，選用單出桿活塞缸差動連接的方式實現(xiàn)，應(yīng)把液壓缸設(shè)計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dD的關(guān)系。工進過程中，當(dāng)孔被鉆通時，由于負載突然消失，動力滑臺液壓缸有可能會發(fā)生前沖的現(xiàn)象，因此動力滑臺液壓缸的回油腔應(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，快退時回油腔中也是有背壓的，這時選取被壓值。夾緊液壓缸回油背壓取0MPa。工進時動力滑臺液壓缸的推力計算公式為，因此，根據(jù)參數(shù)，動力滑臺液壓缸無桿腔的有效作用面積可計算為夾緊液壓缸無桿腔的有效作用面積動力滑臺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液壓缸缸筒和活塞桿直徑之間的關(guān)系，dD，因此動力滑臺活塞桿直徑為×，夾緊缸活塞桿直徑為×圓整后取D=110mm，d=80mm。80mm,=56mm此時液壓缸兩腔的實際有效面積分別為：工進時采用調(diào)速閥調(diào)速，其最小穩(wěn)定流量，設(shè)計要求最低工進速度，經(jīng)歷算可知滿足計算液壓缸在工作循環(huán)各階段的壓力、流量和功率差動時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，計算結(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)負載F/N回油背壓P2/MPa進油壓力P1/MPa輸入流量輸入功率P/Kw計算公式快進啟動加速————恒速工進快退起動加速————恒速松開------------4.擬定液壓系統(tǒng)圖選擇根本回路〔1〕調(diào)速回路因為液壓系統(tǒng)功率較小，且只有正值負載，所以選用進油節(jié)流調(diào)速回路。因為有較好的低速平穩(wěn)性和速度負載特性，可選用調(diào)速閥調(diào)速，并在液壓缸回路上設(shè)置背壓?！?〕泵供油回路由于系統(tǒng)最大流量與最小流量比值為105，且在整個工作循環(huán)過程中的絕大局部時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充缸的泄露，為此采用雙聯(lián)泵，以節(jié)省能源提高效率?！?〕速度換接回路和快速回路由于快進速度與工進速度相差很大，為了換接平穩(wěn)，選用行程閥控制的換接回路。快速運動通過差動回路來實現(xiàn)〔4〕換向回路為了換向平穩(wěn)，選用電液換向閥。為了便于實現(xiàn)液壓缸中位停頓和差動連接，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返程控制?！?〕壓力控制回路系統(tǒng)工作狀態(tài)時高壓小流量泵的工作壓力由溢流閥調(diào)整，同時用順序閥來實現(xiàn)低壓大流量泵卸荷?！?〕順序動作回路由于系統(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作回路，利用壓力繼電器和順序閥作為控制元件來控制動作順序?！?〕保壓回路本系統(tǒng)對夾緊液壓缸的保壓性能有嚴格要求，故采用液控單向閥和電接觸式壓力表的自動補油保壓回路，這種回路保壓時間長，壓力穩(wěn)定性高。回路的合成對選定的根本回路在合成時，有必要進展整理、修改和并歸為防止機床停頓工作是系統(tǒng)中的油液回油箱，應(yīng)增設(shè)單向閥。要實現(xiàn)差動快進，必須在回油路上設(shè)置液控順序閥12，已阻止油液流回油箱。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。B、快進：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：3YA通電，切斷差動油路，快進展程到位，擋鐵壓下行程閥8，切斷快進油路，3YA通電，切斷差動油路，快進轉(zhuǎn)工進，液壓系統(tǒng)工作壓力升高到溢流閥6調(diào)定壓力，進油路高壓油切斷單向閥5供油路,翻開外控順序閥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通電工進完畢，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→油箱電磁鐵動作表4動作1YA2YA3YA4YA5YA6YADP1DP2工件夾緊————＋———快進＋—————＋—工進＋—＋—————快退—＋＋＋———＋工件松夾—————＋＋—5.液壓元件的選擇液壓泵及驅(qū)動電動機功率確實定本設(shè)計所使用液壓元件均為標準液壓元件，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)品進展選擇即可?！?〕液壓泵的工作壓力液壓缸最大工作壓力為3.48Mpa,取進油路上壓力損失為1Mpa，則小流量泵最高工作壓力為，選擇泵的額定壓力應(yīng)為。大流量泵在液壓缸快進快退時工作壓力較高，取液壓缸快進快退時進油路上壓力損失為，則大流量泵的最高工作壓力為〔〕，卸荷閥的調(diào)整壓力應(yīng)高于此值。〔2〕液壓泵流量的計算取系統(tǒng)的泄漏系數(shù)，則泵的最小供油量為由于工進時所需的最大流量是，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確定液壓泵規(guī)格對照產(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，大小泵的額定流量分別為和，滿足以上要求。確定液壓泵驅(qū)動功率液壓泵在快退階段功率最大，取液壓缸進油路上壓力損失為，則液壓泵輸出壓力為。液壓泵的總效率液壓泵流量40L/min，則液壓泵驅(qū)動快退所需功率P為據(jù)此選用Y112M-6B5立式電動機，其額定功率為，轉(zhuǎn)速為940r/min，液壓泵輸出流量為、，任能滿足系統(tǒng)要求。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)格及型號編號元件名稱規(guī)格型號額定流量qn/L/min1雙聯(lián)葉片泵(34.56+5.44)2濾油器WU-63×180633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-C10B10二位四通電磁換向閥10011單向順序閥A*F3-C10E636.系統(tǒng)液油升溫驗算系統(tǒng)在工作中絕大局部時間是處在工作階段，所以可按工作狀態(tài)來計算溫升、設(shè)小流量泵工作狀態(tài)壓力為，流量為，經(jīng)計算其輸入功率為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，大流量泵流量為，則為大流量泵的輸入功率經(jīng)計算為系統(tǒng)單位時間的最小有效功率為系統(tǒng)單位時間內(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