卧式单面多轴钻孔组合机床液压系统设计..

机电工程学院《液压与气压传动课程设计》说明书课题名称：卧式单面多轴钻孔组合机床液压系统设计学生姓名：学号：专业：机械设计班级：成绩：指导教师签字：2013年06月27日目录前言………………………………………………………01第一章设计要求及其工况分析…………………………………02第二章液压系统主要参数的确定………………………………05第三章拟定液压系统原理图……………………………………11第四章计算和选择液压源，辅件………………………………15第五章第五章液压缸设计基础…………………………………21第六章第六章验算液压系统性能………………………………25第七章第七章设计小结…………………………………………29第八章第八章主要参考文献……………………………………30第1页前言《液压与气动控制技术课程设计》是学生学完《液压与气动控制技术》等专业课程后安排的具有综合性和实践性的重要环节，旨在培养学生综合运用液压与气动控制技术课程的理论知识和生产实际知识分析、解决工程实际问题的能力，以进一步巩固、深化、扩展本课程所学到的理论知识。同时培养学生运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料和编写技术文件等能力。本设计主要是为卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台设计液压传动系统。液压系统应用在机床中，可以实现机床自动进给。而且可以使机床的运动更平衡，加工精度更高，效率更高，从而实现机床的自动化。钻孔组合机床是以系列化，标准化的通用部件为基础，配以少量的专用部件组成的专用机床，适于对产品大批大量，一面或多面同时成组多加工的高效机加工设备。液压动力滑台是其重要组成部件。通过本题目设计训练，使我们全面熟悉加工工艺，刀具，切削用量，组合机床，液压动力滑台组成和工作原理。在此基础上，完成给定参数的动力滑台液压系统设计。通过设计基础技能的训练，使学生掌握液压与气压传动系统设计的一般方法和步骤，为以后毕业设计乃至实际工程设计奠定必要的基。第2页设计内容计算说明结论第一章设计要求及其工况分析1.1设计要求已知：机床工作时间轴向切削力为Ft，往复运动加速、减速的惯性力为Fm，静摩擦阻力为Ffs，动摩擦阻力为Ffd，快进、快退速度分别为V1、V3，快进行程长度为V1，工进速度为V2，工进行程长度为L2。工件的定位、夹紧采用液压控制，机床的动作顺序为：定位→夹紧→动力滑台快进→工进→快退→原位→夹具松开→拔定位销。试设计该液压系统并计算选择相应的液压元件。各参数具体值见下表：参数Ft（KN）Fm（KN）Ffs（KN）Ffd（KN）数值280.452.11.0参数V1(m/s)V2(m/s)V3(m/s)数值0.220.000680.2参数L1(m)L2(m)数值0.210.0451.2负载与运动分析工作负载轴向切削阻力FL=Ft=28000N摩擦负载摩擦负载即为导轨的摩擦阻力静摩擦阻力Ffs=2100N动摩擦阻力Ffd=1000N惯性力Fm=450N根据上述计算,可确定工作循环中的负载力如下:滑台的启动负载F=Ffs=2100N滑台的加速负载F=Ffd+Fm=1000N+450N=1450N滑台的快进负载F=Ffd=1000N第3页设计内容计算说明结论滑台的工进负载F=Ffd+Ft=1000N+28000N=29000N滑台的快退负载F=Ffd=1000N设液压缸的机械效率ηcm=0.9，得出液压缸在各工作阶段的负载和推力，如表1所列。表1液压缸各阶段的负载和推力工况负载组成液压缸负载F/N液压缸推力F0/Fηcm/N启动F=Ffs21002334加速F=Ffd+Fm14501611快进F=Ffd10001111工进F=Ffd+Ft2900032222反向启动F=Ffs21002334加速F=Ffd+Fm14501611快退F=Fd10001111根据液压缸在上述各阶段内的负载和运动时间，即可绘制出负载循环图F-t和速度循环图-t，如图1和图2所示。第4页设计内容计算说明结论第5页设计内容计算说明结论第二章液压系统主要参数的确定2.1初选液压缸工作压力根据要求可确定液压缸为差动式液压缸。经负载分析和计算可知液压缸驱动的最大负载是在工进阶段为27850N由参考表2和表3，初选液压缸的工作压力p1=4MPa。2.2计算液压缸主要尺寸鉴于动力滑台快进和快退速度相等，这里的液压缸可选用单活塞杆式差动液压缸（A1=2A2），快进时液压缸差动连接。工进时为防止孔钻通时负载突然消失发生前冲现象，液压缸的回油腔应有背压，参考表4选此背压为p2=1MPa。2按负载选择工作压力表3各种机械常用的系统工作压力表负载/KN55~1010~2020~3030~5050工作压力/MPa0.8~11.5~22.5~33~44~5≥5机械类型机床农业机械、小型工程机械、建筑机械、液压凿岩机液压机、大中型挖掘机、重型机械、起重运输机械磨床组合机床龙门刨床拉床工作压力/MPa0.8~23~52~88~1010~1820~32第6页设计内容计算说明结论表4执行元件背压力表5按工作压力选取d/D表6按速比要求确定d/D注：1—无杆腔进油时活塞运动速度；2—有杆腔进油时活塞运动速度。进而由表4可确定工进时的背压力为Pb=0.5~1.5,我们取Pb=1MPa，m=0.9根据差动缸定义有A1=2A2，所以2)2(11211APPAPAPFbbm246111029.10210)142(9.0322222)2(2mPPFAbmmAD2411041.1114.31029.10244系统类型背压力/MPa简单系统或轻载节流调速系统0.2~0.5回油路带调速阀的系统0.4~0.6回油路设置有背压阀的系统0.5~1.5用补油泵的闭式回路0.8~1.5回油路较复杂的工程机械1.2~3回油路较短且直接回油可忽略不计工作压力/MPa≤5.05.0~7.0≥7.0d/D0.5~0.550.62~0.700.72/11.151.251.331.461.612d/D0.30.40.50.550.620.71第7页设计内容计算说明结论mDd221007.81041.112222由GB2348-2003圆整为D=0.11md=0.08m.根据所确定的D和d算出液压缸无杆腔有效作用面积242211099.94)2110(14.3)2(mDA。液压缸有杆腔有效作用面积24222222m107.44m)8.011.0(4)(4dDA，液压缸活塞杆有效作用面积2431024.50mA。根据计算出的液压缸的尺寸，可估算出液压缸在工作循环中各阶段的压力、流量和功率，如表7所列，由此绘制的液压缸工况图如图3所示。工况图计算：启动时进油腔压力:MPaAAPAFP46.01024.5001075.4423344421201加速时进油腔压力:MPaAAPAFP59.01024.50103.01075.44161146421201恒速时进油腔压力:MPaAAPAFP48.01024.50103.01075.44111146421201恒速时输入流量:smVAAq/101052.122.01024.50)(334121恒速时输入功率:kwqpP53.01052.148.01第8页设计内容计算说明结论工进时：进油腔压力:MPaAPAFP86.31099.941011075.443222246412201输入流量:smVAq/1000646.000068.01099.9433421输入功率:kwqPP024.01000646.086.331快退时：启动进油腔压力:MPaAAPFp52.01075.442334421201加速进油腔压力:MPaAAPFp6.11075.44101099.946.0161146421201恒速进油腔压力:MPaAAPFp52.11075.441099.94106.0111144621201恒速输入流量:smAvq/10895.01075.442.0334-23恒速输入功率:P＝kwqpP36.1895.052.11表7液压缸在各阶段的压力、流量和功率值第9页设计内容计算说明结论注：1.Δp为液压缸差动连接时，回油口到进油口之间的压力损失，取Δp=0.3MPa。2．快退时，液压缸有杆腔进油，压力为p1，无杆腔回油，压力为p2。工况推力F0/N回油腔压力p2/MPa进油腔压力p1/MPa输入流量q×10-3/m3/s输入功率P/KW计算公式快进启动2334—0.46——21201AAPAFp121)(AAqqpP1加速1611p1+0.30.59——恒速1111p1+0.30.481.10520.53工进3222213.860.64×10-20.02412201AApFpp21AqqpP1快退启动2334—0.52——21201AApFp32AqqpP1加速16110.61.6——恒速11110.61.520.8951.36第10页设计内容计算说明结论第11页设计内容计算说明结论第三章拟定液压系统原理图3.1主体方案的确定由表7可知，本系统属于速度变化不大的小功率固定作业系统，因而首先考虑性能稳定的双定量泵供油，差动缸差动快进和高速阀进口节流高速的开式系统方案。这样，既满足液压缸工进的高压小流量要求，既考虑了节能问题，又兼顾了工作可靠性问题。3.1基本回路确定3.2.1供油回路按主题方案，供油回路采用双定量泵供油回路，见图4所示。3.2.2选择调速回路由图4可知，这台机床液压系统功率较小，滑台运动速度低，工作负载为阻力负载且工作中变化小，故可选用进口节流调速回路。为防止孔钻通时负载突然消失引起运动部件前冲，在回油路上加背压阀。由于系统选用节流调速方式，系统必然为开式循环系统。图43.2.3选择速度换接回路由于本系统滑台由快进转为工进时，速度变化大（v1/v2=0.22/(0.68×10-3）=324),为减少速度换接时的液压冲击，选用行程阀制的换接回路，如图5所示。第12页设计内容计算说明结论图53.2.4选择快速运动和换向回路本系统已选定液压缸差动连接和双泵供油两种快速运动回路实现快速运动。考虑到从工进转快退时回油路流量较大，故选用换向时间可调的电液换向阀式换向回路，以减小液压冲击。由于要实现液压缸差动连接，所以选用三位五通电液换向阀，如图6所示。图63.2.5方向控制回路为了满足液压缸停止，启动，换向和液压缸差动控制，图6给出了利用三位五通电液换向阀为主的方向控制回路。图中的单向阀建立了电液换向阀所需的控制压力。第13页设计内容计算说明结论3.2.6选择定位夹紧回路此回路采用顺序阀控制的顺序动作回路，图7所示。这种回路采用了单向自控顺序阀对两缸进给和退回双向顺序控制，起到先定位，夹夹紧再松开，后拔定位销原位停止的功能。紧再松开，后拔定位销原位停止的功能。图73.3液压系统原理图综合将上面选出的液压基本回路组合在一起，并经修改和完善，就可得到完整的液压系统工作原理图，如图8所示。在图8中，为了解决滑台工进时进、回油路串通使系统压力无法建立的问题，增设了单向阀10。为了避免机床停止工作时回路中的油液流回油箱，导致空气进入系统，影响滑台运动的平稳性，图中添置了一个单向阀8。考虑到这台机床用于钻孔（通孔与不通孔）加工，对位置定位精度要求较高，图中增设了一个压力继电器15。第14页设计内容计算说明结论图8第15页设计内容计算说明结论第四章计算和选择液压源，辅件4.1确定液压泵的规格和电动机功率4.1.1计算液压泵的最大工作压力小流量泵在快进和工进时都向液压缸供油，由表7可知，液压缸在工进时工作压力最大，最大工作压力为p1=3.52MPa，如在调速