半自动液压专用铣床液压系统的设计

编号____毕业设计(论文)题目:半自动液压专用铣床液压系统的设计无锡技师学院（系）数控专业学号：23学生姓名：张鹏指导教师：孙亚波（职称：）范峰（职称：）年月设计任务书一、机床对液压传动系统的具体参数要求液压缸名称负载力（N）移动件重力（N）（速度M/min）行程（MM）启动时间（S）定位夹紧缸运动时间（S）快进工进快退定位液压缸20020101夹紧液压缸400040151进给液压缸2000150060.356快进工进0.530080二.机床类型及动作循环要求：设计一台用成型铣刀在工件上加工出成型面的液压专用铣床，要求机床工作台一次可安装两只工件，并能同时加工。机床工作循环为：手工上料→按电钮→自动定位夹紧→工作台快进→铣削进给→工作台快退→夹具松开→手工卸料。摘要本次毕业设计的是半自动液压专用铣床的液压设计，专用铣床是根据工件加工需要，以液压传动为基础，配以少量专用部件组成的一种机床。在生产中液压专用铣床有着较大实用性，可以以液压传动的大小产生不同性质的铣床。此次设计主要是将自己所学的知识结合辅助材料运用到设计中，尤其是一些计算、绘图等细小方面。在设计过程中最主要的是图纸的绘制，这不仅可以清楚的将所设计的内容完整的显示出来，还能看出所学知识是否已完全掌握了。整个主要设计过程分成六个部分：参数的选择、方案的制定、图卡的编制、专用铣床的设计、液压系统的设计以及最后有关的验算。主体部分基本在图的编制和液压系统的设计两部分中完成的。工序分为：手工上料→按电钮→自动定位夹紧→工作台快进→铣削进给→工作台快退→夹具松开→手工卸料。关键词：铣削进给，液压传动，夹具目录第一章、绪论------------------------------------------------------------------------11.1设计目的----------------------------------------------------------11.2设计内容及要求1.2.1机床类型及动作循环要求1.2.2机床对液压传动系统的具体参数要求第二章、液压系统的设计2.1液压系统的设计与计算2.1.1分析工况及设计要求,绘制液压系统草图2.1.2液压缸的负载计算2.1.3确定系统的工作压力2.1.4确定液压缸的几何参数2.2确定液压泵规格和电动机功率及型号2.2.1确定液压泵规格2.2.2确定油液的压力2.3确定各类控制阀2.4确定油箱容积与结构2.5选取液压油第三章、液压缸及液压装置的结构设计3.1确定液压缸的结构形式3.2计算液压缸主要零件的强度和钢度3.3完成液压缸的结构设计和部分零件图。第四章、管路系统压力损失的计算第五章、系统热平衡计算与油箱容积的计算第六章、结论致谢参考文献附录附录A液压元件的规格附录B液压系统图第一章绪论1.1设计目的毕业设计是培养学生综合运用所学的基础理论和专业理论知识，独立解决机床设计问题的能力的一个重要的实践性教学环节。因此，通过设计应达到下述目的。a初步掌握正确的设计思想和设计的基本方法\步骤,巩固\深化和扩大所学的知识,培养理论联系实际的工作方法和独立工作能力。b获得机床总体设计，结构设计，零件计算，编写说明书。绘制部件总装图（展开图，装配图）和零件工作图等方面的基本训练及基本技能。c熟悉有关标准、规格、手册和资料的应用。d对专用机床的夜压系统初具分析能力和改进设计的能力。1.2设计内容及要求1.2.1机床类型及动作循环要求：设计一台用成型铣刀在工件上加工出成型面的夜压专用铣床，要求机床工作台一次可安装两只工件，并能同时加工。机床工作循环为：手工上料→按电钮→自动定位夹紧→工作台快进→铣削进给→工作台快退→夹具松开→手工卸料。1.2.2机床对液压传动系统的具体参数要求液压系统参数图液压缸名称负载力（N）移动件重力（N）（速度M/min）行程（MM）启动时间（S）定位夹紧缸运动时间（S）快进工进快退定位液压缸20020101夹紧液压缸400040151进给液压缸2000150060.356快进工进0.530080工作台采用半导轨，导轨面的静摩擦系数f=0.2动摩擦系数f=.0.1第二章设计步骤2.1液压系统的设计与计算2.1.1分析工况及设计要求,绘制液压系统草图机床工况由题可知为:定位液压缸夹紧液压缸工作台进给液压缸定位夹松快进工进拔销紧开按设计要求希望系统结构简单,工作可靠,估计到系统的功率不会很大,且连续工作,所以决定采用单个定量泵、非卸荷式供油系统.考虑到铣销时可能有负的负载力产生,故采用回油节流调速的方法,为了提高夹紧缸的稳定性与可靠性,夹紧系统采用单向阀与蓄能器的保压回路,并能不用减压阀,使夹紧油源压力与系统的调节一致,以减少液压元件的数量,简化系统结构,定位后通过行程开控制二位四通电磁阀通点工作控制夹紧缸工作,并采用压力继电器,发讯使工作台液压工作以简化电气发讯与控制系统,提高系统的可靠性.综合上面考虑,可绘制出液压系统图.(见附页)2.1.2液压缸的负载计算:(1)定位液压缸已知负载力R=200N(惯性力与摩擦力可以忽略不计)(2)夹紧液压缸已知负载力R=4000N(惯性力与摩擦力可以忽略不计)(3)工作台液压缸有效负载力R=200N(已知)惯性力Rm=ma=1500/9.8/[(6/60-0)/0.5]=30.6N(按等加速处理)摩擦力由液压缸的密封阻力与滑台运动的摩擦力组成,当密阻力按5%有效作用力估算时,总的摩擦阻力:Rf=0.05Rw+Fc=0.05*2000+0.2*1500=4000N故负载力:R=Rw+Rm+Rf=2000+30.6+400=2430.6N2.1.3确定系统的工作压力因为夹紧液压缸的作用很大,所以可以按其工作负载来选定系统的压力由设计参考资料可以初定系统的压力为0.8～1MPa,为使液压缸体积紧凑,可以取系统的压力为P1=1.5MPa2.1.4确定夜压缸的几何参数(2.2确定液压泵规格和电动机功率及型号2.2.1确定液压泵规格(a)确定理论流量定位液压缸最大的流量:Q1=A1v=πD2/4·L/Δt=3.14×0.0322/4×10×103/1=8.04×106m3/s=0.4824L/min夹紧液压缸最大流量Q2=A1v=πD2/4·L/Δt=3.14×0.0632/4×15×103/1=4.68×105m3/s=2.8L/min因为有两个夹紧缸同时工作，所以Q2=2Q2′=2×2.8=5.6L/min进给液压缸最大流量Q3=A2v=πD2-d2)/4·v=3.14×0.0632-0.022)/4×6=0.0168m3/s=1008L/min（b）确定液压泵流量由于定位,夹紧,进给液压缸是分时工作的,所以其中液压缸的最大流量既是系统的最大理论流量,另外考虑到泄漏和益流阀的益流流量,可以取液压泵流量为系统最大流量的1.1～1.3倍,现取1.2倍计算则有:Q泵=1.2Q3=1.2×16.8=20.16L/min采用低压齿轮泵,则可选取CB-B25为系统的供油泵,其额定流量为25L/min,额定压力为2.5Mpa,额定转速为24.17r/s(1450r/min)(C)确定电动机功率及型号电动机功率N=PQ/612η=25×25/612×0.8=1.28KW按CB-B*型齿轮泵技术规格,查得驱动电动机功率为1.3KW,或取电动机功率略大一点的交流电机动机型号为JQ2–22–4额定功率为1.5KW,转速为1450r/min2.2.2确定油液的压力(a)定位缸油液的压力已知F=200ND=32mmd=16mmQ=0.4824L/min求:P1因为F=A1P=πD2P=3.14/4×0.0322P1所以P1=2.488×105Pa(b)夹紧缸油液的压力已知F=4000ND=63mmd=32mmQ=5.6L/min求:P2因为F=A1P=πD2P=3.14/4×0.0632P1所以P2=1.283835×106Pa2.3确定各类控制阀2.4确定油箱容积与结构因为是低压系统,油箱容积按经验公式计算:油箱容积V=(２–４)Q现取V=４Ｑ=４×２５=100L结构可以采用开式，分力，电动机垂直安置式标准油箱。2.5.选取液压油该系统为一般金属切削机床液压传动,所以在环境温度为-５℃～３５℃之间时,一般可选用２０号或３０号机械油。冷天气用２０号机械油，热天气用３０号机械油。第三章液压缸及液压装置的结构设计3.1确定液压缸的结构形式液压缸的结构形式是指他的类型,安装方法,密封形式,缓冲结构,排气等.定位与夹紧液压缸均采用单出杆,缸体固定形式,为减少缸体与活塞体积,简化结构,采用“Ｏ”型密封圈;由于行程很短,运动部件质量很小,速度也不大,不必考虑缓冲结构;排气螺塞也可以由油塞接头来代替.工作台液压缸采用装配活塞,双出杆,缸体固定定形式,采用双出杆可以使活塞杆在工作时处于受拉伸应力状态,有利于提高活塞杆的稳定性,并且可以减小活塞杆的直径,活塞上才用单个“Ｏ”型密封圈,另外,由于工作材料为铸铁,加工时粉尘及小片状或针状的铁销较多,所以有加上了一个防尘圈,夹紧液压缸的的防尘圈也是鉴于同样原因安放的.由于机床工作台作直线进给运动,在运动方向上没有严格的定位要求（这一点与一般钻销动头液压缸的要求有所区别），不必采用机构。快退事，可以采用电气行程开关预先发讯，使三位四通换向阀切至中位，工作台停住，避免刚性冲击；排气也采用松开油管进油螺塞的方法进行，而不设专门的放弃螺塞。3.2计算液压缸主要零件的强度和钢度定位夹紧油缸的内油和长度较小，一般可以按厚壁筒强度计算公式来估计必须的厚壁，有公式：δ=Ｄ/２（pP1.3P-]/0.4P][-１）当额定压力Pn＜6.3MPa时,取[σ]钢=σb/n=4500/6=750kgf/cm2=75MPaPp=Pn×150%=2.5×150%=3.75MPa将[σ]钢,Pp的值及定位,夹紧液压缸的直径D代入计算公式可得:δ定≥3.2/2(1075.33.1750/1075.34.0750-1)＝0.072cm=0.72mmδ夹≥3.2/2(1075.33.1750/1075.34.0750-1)＝0.142cm=1.42mm工作台液压缸壁厚用薄壁筒计算公式来求:δ工≥PpD/2[σ]=3.75×6.3/2×75=0.158cm=1.58mm从以上计算可以看出,对与小型底压(D＜100mm,Pn＜2.5MPa)液压缸按强度条件计算出来的缸壁厚度尺寸是很小的,因此,在设计这类液压钢事,可以先不计算,而直接按机械结构尺寸的需要,主要是缸体与缸盖的连接出的尺寸,及考虑到缸体缸度所需的基本厚度尺寸,直接设计制图,然后进行强度校核.这样做在一般的情况下,均可满足强度要求.而对于高压的液压缸或铸铁材料的缸体、缸壁的强度估算是必要的这样可以避免结构设计图的返工和修改。对于缸盖，活塞杆联接件，鉴于与上相同的原因，强度计算一般可以放在结构设计后的强度校核中进行。3.3完成液压缸的结构设计和部分零件图。液压缸的活塞宽度，一般可取b≥0.4D,同时应该考虑密封圈安装时的必要几何尺寸,缸盖应该考虑到进油及加工工艺要求,缸体连接处应考虑必要的导向与支撑的结构尺寸。小型定位，夹紧传动液压缸与传动液压缸在结构与安装方法上不尽相同,总之要使结构设计达到结构简单、工艺性好、安装方便、取材便利、强度足够、要求输出力、位移和功率,也要能达到设计要求。根据上述液压缸的结构特点及内径、杆径、行程等要求，液压缸的结构设计（如图A——1）。第四章管路系统压力损失的计算由于定位、夹紧、回路在夹紧后的流量几乎为零，即管路系统的压力损失，主要应在工作台液压缸回路中进行计算。按快进时，最大流量来估计压力损失Q3=16.8L/min来考虑(因泵的额定流量Q=25L/min)。总压力损失∑△p=∑△p沿+∑△p局其中:∑△p沿---管路中沿程阻力+损失之和∑△p局---管路中局部阻力损失系各阀类元件的阻力之和一般,简单的低压金属切削机床液压系统中∑△p值可取(0.1～0