設(shè)計一臺鉆鏜兩用組合機床的液壓系統(tǒng)

二○一二年五月北京理工大學(xué)珠海學(xué)院書 設(shè)計一臺鉆、鏜兩用組合機床的液壓系統(tǒng)，要求液壓系統(tǒng)完成“快進→工進→快退→停止”的工作循環(huán)及工件的定位與2000N，運動部件自重為18000N，mm進行程為200mm，快進、快退速度mmin0mm/min，加、減速時間為，導(dǎo)軌為平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)為，動摩擦系數(shù)為。工件所需夾緊力NN松開到夾緊的時間為液壓傳動課程設(shè)計一般包括以下內(nèi)容：階段階段主要內(nèi)容(1)閱讀、研究設(shè)計任務(wù)書，明確設(shè)計內(nèi)容和不僅可以鞏固所學(xué)的理論知識，也可以為以后的設(shè)計工(2)液壓傳動課程設(shè)計應(yīng)在教師指導(dǎo)下獨立完成。教師的指導(dǎo)作用是指明設(shè)計思路，啟發(fā)學(xué)生獨立思考，解答疑難問題，按設(shè)計進度進行階段審查，學(xué)生必須發(fā)揮主觀能動性，積極思考問題，而不應(yīng)被動地依賴教師查資料、給數(shù)據(jù)、定方(3)設(shè)計中要正確處理參考已有資料與創(chuàng)新的關(guān)系。任何設(shè)計都不能憑空想象出來，利用已有資料可以避免許多重復(fù)工新的設(shè)計任務(wù)又總有其特定的設(shè)計要求和具體工作條件，因而不能盲目地抄襲資料，必須具體分析，創(chuàng)造性地設(shè)計。(4)學(xué)生應(yīng)按設(shè)計進程要求保質(zhì)保量的完成設(shè)計任務(wù)。五、課程設(shè)計內(nèi)容(含技術(shù)指標)設(shè)計中等復(fù)雜程度的機床液壓傳動系統(tǒng)，確定液壓傳動方案，選擇有關(guān)液壓元件，設(shè)計液壓缸的結(jié)構(gòu)，編寫技術(shù)文件并繪制有關(guān)圖紙。生提交材料一覽表材料名稱及順序材料名稱及順序規(guī)格單位數(shù)量課程設(shè)計任務(wù)書A4張設(shè)計計算說明書A4份1Pro/E三維造型份1液壓系統(tǒng)原理圖2#圖紙張1液壓缸的裝配圖1#圖紙張1零件圖4#圖紙張3課程設(shè)計檔案袋A4個1課程設(shè)計材料清單寫在檔案袋封面上123456789課程設(shè)計材料裝訂本七、工作要求1．液壓系統(tǒng)的工況分析時，要作出負載循環(huán)圖和速度循環(huán)。2．擬訂液壓系統(tǒng)原理圖，采用合理的執(zhí)行機構(gòu)，確定正確的調(diào)速方案和速度換接方法，完善系統(tǒng)的調(diào)壓、卸荷及執(zhí)行元件的換向和安全互鎖等要求。3．正確計算液壓缸的主要尺寸以及所需的壓力和流量；正確計算液壓泵的工作壓力、流量和傳動功率；合理選擇液壓泵和電動機的類型和規(guī)格；合理選擇閥類元件和輔助元件的規(guī)CAD圖，圖紙應(yīng)符合國家標準。液壓系統(tǒng)原理圖中應(yīng)附有液壓元件明細表、各執(zhí)行元件的動作順序工作循環(huán)圖和電電器元件動作順序表6.用專用的本子做設(shè)計，每天由指導(dǎo)教師審閱簽字。7.在指定的教室內(nèi)進行設(shè)計。隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)的飛躍發(fā)展，國民經(jīng)濟各個部門迫切需要各種各樣的質(zhì)量優(yōu)、性能好、能耗低、價格廉的液壓機床產(chǎn)品。其中，產(chǎn)品設(shè)計是決定產(chǎn)品性能、質(zhì)量、水平、市場競爭能力和經(jīng)濟效益的重要環(huán)節(jié)。產(chǎn)品的設(shè)計包括液壓系統(tǒng)的功能分析、工作原理方案設(shè)計和液壓傳動方案設(shè)計等。這些設(shè)計內(nèi)容可作為液壓傳動課程設(shè)計的內(nèi)容。很明顯，液壓系統(tǒng)設(shè)計本身如果存在問題，常常屬于根本性的問題，可能造成液壓機床的災(zāi)難性的失誤。因此我們必須重視對學(xué)生進行液壓傳動設(shè)計能力的培高效率的專用機床，組合機床在大批、大量機械加工生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。本次課程設(shè)計將以組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)設(shè)計為例，介紹該組合機床液壓系統(tǒng)的設(shè)計方法和設(shè)計步驟，其中包括組合機床動力滑臺液壓系統(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)性能驗算組合機床是以通用部件為基礎(chǔ)，配以按工件特定外形和加工工藝設(shè)計的專用部件和夾具而組成的半自動或自動專用機床。組合機床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時加工的方式，生產(chǎn)效率比通用機床高幾倍至幾十倍。組合機床兼有低成本和高效率的優(yōu)點，在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，并可用以組成自動生產(chǎn)線。組合機床通常采用多軸、多刀、多面、多工位同時加工的方式，能完成鉆、擴、鉸、鏜孔、攻絲、車、銑、磨削及其他精加工工序，生產(chǎn)效率比通用機床高幾倍至幾十倍。液壓系統(tǒng)由于具有結(jié)構(gòu)簡單、動作靈活、操作方便、調(diào)速范圍大、可無級連讀調(diào)節(jié)等優(yōu)點，在組合機床中得到了廣泛應(yīng)用。設(shè)計一臺鉆鏜兩用組合機床的液壓系統(tǒng),要求液壓系統(tǒng)完“快進→工進→快退→停止”的工作循環(huán)及共建的定位與夾緊。已知：最大切削力12000N，移動部件總重量18000N；工作臺快進行程為200mm，工進行程為200mm，快進、快退的速度為5m/min，工進速度應(yīng)在(20~100)mm/min范圍內(nèi)無級調(diào)速；加、減速時間為，導(dǎo)軌為平導(dǎo)軌，靜摩擦系數(shù)，動摩擦系數(shù)。共建所需夾緊力不得超過6000N，最小不低于4000N，有松開到夾動摩擦系數(shù)分別為fs=、fd=。l1=200mm，l2=200mm，參數(shù)數(shù)值切削阻力(N)12000滑臺自重(N)18000快進、快退速度(m/min)工進速度(mm/min)啟動換向時間(s)液壓缸機械效率50—100鉆鏜兩用組合機床的液壓系統(tǒng)中，鉆鏜的軸向切削力慣性負載靜摩擦阻力動摩擦阻力F=m==765Nmt9.8600.2fs工況負載組成負載值F推力F/nm啟動3600N4000N加速2565N2850N快進1800N2000N工進13800N15333N快退1800N2000N環(huán)圖和速度循環(huán)圖的繪制時，負載力最大為15333N，其他工況下負載力相對較小。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)已知的設(shè)計參數(shù)進行繪制，已知快進和快退速度VVmmin程L1=200mm、工進行程L2=200mm、快退行程L3=400mm，工進速度V2=20~100mm/min。根據(jù)上述已知數(shù)據(jù)繪制組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)的速度循環(huán)圖所設(shè)計的動力滑臺在工進時負載最大，其值為N它工況時的負載都相對較低，參考表2-2和表2-3按照負載大小或按照液壓系統(tǒng)應(yīng)用場合來選擇工作壓力液壓機液壓機大中型挖掘機重型機械起重運輸機械2農(nóng)業(yè)機械小型工程機械建筑機械液壓鑿巖機床龍門刨床機組合機床機械類型工作壓力MPa0由于工作進給速度與快速運動速度差別較大，且快進、快退速度要求相等，從降低總流量需求考慮，應(yīng)確定采用單桿雙作用液壓缸的差動連接方式。通常利用差動液壓缸活塞桿較粗、可以在活塞桿中設(shè)置通油孔的有利條，而液壓缸缸體隨滑臺運動的常情況下，應(yīng)把液壓缸設(shè)計成無桿腔12工作面積A是有桿腔工作面積A12壓缸有可能會發(fā)生前沖的現(xiàn)象，因此液壓缸的回油腔應(yīng)設(shè)置一定的背壓(通過設(shè)置背壓閥的方式)，執(zhí)行元件的背壓~~~~~~~~統(tǒng)快進時液壓缸雖然作差動連接(即有桿腔與無桿腔均與液壓泵的來油連接)，但連接管路中不可避免地存在著壓降△P，且有桿腔的壓力必須大于無桿腔，估算時取△P≈。快退時回油腔中也是有背壓的，這時選取被壓值p2=。工進時液壓缸的推力計算公式為F/n=ApAp=Ap(A/2)p，因此，根據(jù)已知參數(shù)，液壓缸無桿腔的有效作用面積可計算為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)因此，根據(jù)已知參數(shù)，液壓缸無桿腔的有效作用面積可計算為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)此時液壓缸兩腔的實際有效面積分別為：工作臺在快進過程中，液壓缸采用差動連接，此時系統(tǒng)所需要的流量為快進121工作臺在快退過程中所需要的流量為快退22工作臺在工進過程中所需要的流量為工進11其中最大流量為快進流量為min。0=——0=————1率FN2P根據(jù)上述液壓缸直徑及流量計算結(jié)果，進一步計算液力、流量和功率值，如表3所121121P1=(F’+p2A2)/A1工進Av112121起動加速恒速加速恒速3————~~————————0把表2-5中計算結(jié)果繪制成工況圖，如圖2-3所示。根據(jù)組合機床液壓系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)和工況分析，所設(shè)計機床對調(diào)速范圍、低速穩(wěn)定性有一定要求，因此速度控制是該機床要解決的主要問題。速度的換接、穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)是該機床液壓系統(tǒng)設(shè)計的核心。此外，與所有液壓系統(tǒng)的設(shè)計要求一樣，該組合機床液壓系統(tǒng)應(yīng)盡可能結(jié)構(gòu)簡單，成本低，節(jié)約能源，工作可靠。作循環(huán)過程中所需要的功率較小，系統(tǒng)的效率和發(fā)熱問題并不突出，因此考慮采用節(jié)流調(diào)速回路即可。雖然節(jié)流調(diào)速回路效率低，但適合于小功率場合，而且結(jié)構(gòu)簡單、成本低。該機床的進給運動要求有較好的低速穩(wěn)定性和速度-負載特性，因此有三種速度控制方案可以選擇，即進口節(jié)流調(diào)速、出口節(jié)流調(diào)速、限壓式變量泵加調(diào)速閥的容積節(jié)流調(diào)速。鉆鏜加工屬于連續(xù)切削加工，加工過程中切削力變化不大，因此鉆削過程中負載變化不大，采用節(jié)流閥的節(jié)流調(diào)速回路即可。但由于在鉆頭鉆入鑄件表面及孔被鉆通時的瞬間，存在負載突變的可能，因此考慮在工作進給過程中采用具有壓差補償?shù)倪M口調(diào)速閥的調(diào)速方式，且在回油路上設(shè)置背壓閥。由于選定了節(jié)流調(diào)速方案，所以油散熱效率，防止油液溫升過所設(shè)計多軸鉆床液壓系統(tǒng)對換向平穩(wěn)性的要求不高，流量不大，壓力不高，所以選用價格較低的電磁換向閥控制換動連接，選用三位五通電磁換增設(shè)液壓夾緊支路，應(yīng)考慮選Y算可知，當工作臺從快進轉(zhuǎn)為工進時，進入液壓缸的流量由L/min降為~L/min，可選二位二通行程換向閥來進行速度換接，以減少速度換接過制閥均用普通滑閥式結(jié)構(gòu)即可。由工進轉(zhuǎn)為快退時，在回路上并聯(lián)了一個單向閥以實現(xiàn)速度換接。為了控制軸向加工尺寸，提高換向位置精度，采用死擋塊加壓力繼電器的行程終點轉(zhuǎn)換控制。ab.速度換接回路能量的角度來看，采用單個單個定量泵作為油源顯然不適合的，宜采用雙泵供油系統(tǒng)，也可選用限壓式變量泵作油源。但限壓式變量泵結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，且流量突變時液壓沖擊較大，工作平穩(wěn)性差，最后確定選用雙聯(lián)液壓生產(chǎn)成本，如圖3-2所由于采用雙泵供油回路，故采用液控順序閥實現(xiàn)低壓大流量泵卸荷，用溢流閥調(diào)整高壓小流量泵的供油壓力。為了便于觀察和調(diào)整壓力，在液壓泵的出口處、背壓閥和液壓缸無桿腔進口處設(shè)測壓點。將上述所選定的液壓回路進行整理歸并，并根據(jù)需要作最后畫出液壓系統(tǒng)原理圖如圖3-3所為了解決滑臺快進時回油路接通油箱，無法實現(xiàn)液壓缸差動連接的問題，必須在回油路上串接一個液控順序閥7，同時閥8起背壓閥的作為了避免機床停止工作時回路中的油液流回油箱，導(dǎo)致空氣進入系統(tǒng)，影響滑臺運動的平穩(wěn)性，圖中添置了一考慮到這臺機床用于鉆孔(通孔與不通孔)加工，對位置定位精度要求較高，圖中增設(shè)了一個壓力繼電器14。當滑臺碰上死擋塊后，系統(tǒng)壓力升高，壓力繼電器發(fā)出快退信號，操縱電液換向閥換向。在進油路上設(shè)有壓力表開關(guān)和壓力表，鉆孔行程終點定位精度不高，采用行行程開關(guān)控制即可。5、6、10、13—單向閥7—順序閥流閥11—過濾器本設(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)品進行選擇即可。的工況圖，大流量液壓泵只需在快進和快退階段向液壓缸供油，因此大流量泵工作壓力較低。小流量液壓泵在快速運動和工進時都向液壓缸供油，而液壓缸在工進時工作壓力最大，因此對大流量液壓泵和小流量液壓泵的工作壓力根據(jù)液壓泵的最大工作壓力計算方法，液壓泵的最大工作壓力可表示為液壓缸最大工作壓力與液壓泵到液壓缸。對于調(diào)速閥進口節(jié)流調(diào)速回路，選取進油路上的總壓求壓力繼電器動作壓力與最大工作壓力的壓差為，則小流量泵的最高工作壓力可估算為快退時液壓缸中的工作壓力比快進時大，如取進油路上的壓力損失為，則大流量泵的最高工作壓力為：液壓缸提供的最大流量出現(xiàn)在快退工作階段，為L/min，若整個回路中總的泄漏量按液壓缸輸入流量的10%計算，則液壓油源所需提供的總流量為：工作進給時，液壓缸所需流量約為L/min，但由于要考慮溢流閥的最小穩(wěn)定溢流量3L/min，故小流量泵的供油量最少應(yīng)為min。據(jù)據(jù)以上液壓油源最大工作壓力和總流量的計算數(shù)值，PV2R型雙聯(lián)葉片泵能夠滿足上述vp積效率n=，則當泵的轉(zhuǎn)速n=940r/minvp為q=69401000=L/minp小該流量能夠滿足液壓缸工進速度的需要。大泵的輸出流量為q=26*940*1000=minp大雙泵供油的實際輸出流量為該流量能夠滿足液壓缸快速動作的需要?！捎谝簤焊自诳焱藭r輸入功率最大，這時液壓泵工作壓p力為，流量為min。取泵的總效率n=0.75，則液壓泵驅(qū)動電p根據(jù)上述功率計算數(shù)據(jù)，按JB/T9616-1999，此系統(tǒng)選W閥等閥類元件以及濾油器、空氣濾清器等輔助元件。液壓系統(tǒng)原理圖中各種閥類元件及輔助元件進行選擇。其中調(diào)速閥的選擇應(yīng)考慮使調(diào)速閥的最小穩(wěn)定流量應(yīng)小于液是各不相同的，因此最好選用不同規(guī)格的單向閥。調(diào)定壓力和流經(jīng)閥的額定流量來選擇閥的型式和規(guī)格，其定工作進給過程中小流量液壓泵的供油壓力，因此該閥應(yīng)選擇先導(dǎo)式溢流閥，連接在大流量7用于使大流量液壓泵卸荷，因此8的作用是實現(xiàn)液壓缸快進和工進的切換，同時在工進過程中做背壓閥，因此采用內(nèi)控式順擇方案如表4-2所示，表中給出了各種液壓閥的型號及技術(shù)參數(shù)。PV2R12-6/26AXQF-E10BAXQF-E10BAXQF-E10BAF3-Ea10BYF—E10BEBEBAF3-Ea10BJ泵閥量—量nnn降n—<<———123456789關(guān)————AFEa0B壓力繼電器—DKA——尺寸來決定，液壓缸進、出油管的規(guī)格可按照輸入、排出油液的最大流量進行計算。由于液壓泵具體選定之后液壓缸在各個階段的進、出流量已與原定數(shù)值不同，所以應(yīng)對管路重新進行計算，如表4-3所度快進工進快退時，可算得與液壓缸無桿腔和有桿腔相連的油管內(nèi)徑分別1d=2=260=20.57mm因此與液壓缸相連的兩根油管可以按照標準GB/T2351-2005選用公稱通徑為025和015的無縫鋼管或高壓軟管。如果液壓缸采用缸筒固定式，則兩根連接管采用無縫鋼管連接在液壓缸缸筒上即可。如果液壓缸采用活塞桿固定式，則與液壓缸相連的兩根油管可以采用無縫鋼管連接在液壓缸活塞桿上或采用高壓軟管連接在缸筒上。油箱的主要用途是貯存油液，同時也起到散熱的作用，參考相關(guān)文獻及設(shè)計資料，油箱的設(shè)計可先根據(jù)液壓泵的額定流量按照經(jīng)驗計算方法計算油箱的體積，然后再根據(jù)散熱要求對油箱的容積進行校核。JBT標準估111長為：l=1107mm，寬w=738mm，高為h1=369mm。因為箱蓋上需要安裝其他液壓元件，因此箱蓋厚度取為10mm。為了易于散熱和便于對油箱進行搬移及維護保養(yǎng)，取箱底離地的距離為160mm。因此，油箱基體的總長總寬總為了更好的清洗油箱，取油箱底面傾斜角度為0.5。各種油管的尺寸油箱上回油管直徑可根據(jù)前述液壓缸進、出油管直徑泄漏油管的尺寸遠小于回油管尺寸，可按照各順序閥或液壓泵等元件上泄漏油口的尺寸進行選取。油箱上吸油管的尺寸可根據(jù)液壓泵流量和管中允許的最大流速進行計算。液壓泵的吸油管徑應(yīng)盡可能選擇較大的尺寸，以防止液壓泵內(nèi)氣穴的發(fā)生。因此根據(jù)上述數(shù)據(jù)，按照標準取公損失滑臺在快進、工進和快退工況下的壓力損失計算如下：滑臺快進時，液壓缸通過電液換向閥差動連接。由表8腔。由此進油路上的總壓降為：此值不大，不會使壓力閥開啟，幫能確保兩個泵的流液壓缸。在回油路上，液壓缸有桿腔中的油液通過電液換向閥2行程閥3流入無桿腔。由此可算出快進時有桿腔壓力p2與無桿腔壓力p1之差。p=pp21.041+0.198)MPa=0.302MPa小于原估計值(見表2-5)，所以是安全的。滑臺工進時，在進油路上，油液通過電液換向閥2、調(diào)的壓力損失為。通過順序閥7的流量為(+22)=min，因此這時液壓缸回油腔的壓力p2為：p=[0.5(0.25)2+0.5+0.3(22.25)2]MPa63按表2-5中公式重新計算工進時液壓缸進油腔壓力p1，即F+pA22778+0.5371064.48104p=2=MPa1A951041061考慮到壓力繼電器的可靠動作要求壓差pe=，故溢流閥此值遠小于估計值，因此液壓泵的驅(qū)動電動機的功率在回油路上總的壓降為aV2638063所以，快退時液壓泵的最大工作壓力pp應(yīng)為p=p+p=(2.58+0.082)MPa=2.662MPap