组合机床液压控制系统设计

第1页共21页【摘要】液压控制系统在组合机床中有着重要作用，对液压控制系统的设计也是进行组合机床设计的重要组成部分。做好对液压控制系统的设计，有利于提升组合机床的总体性能，并使液压动力元件有效可靠的运行。液压系统设计是整个机械设计的一部分，它的任务是根据机器的用途、特点和要求、利用液压传动的基本原理，拟定出合理的液压系统图，在经过必要的计算来确定液压系统的参数，然后按照这些参数来选用液压元件的规格和进行系统的结构设计。本文以组合机床液压控制系统为研究对象，对组合机床驱动动力滑台液压控制系统的体系结构进行了研究，并以组合钻床驱动动力滑台的液压控制为切入点，对如何使组合钻床驱动动力滑台实现液压控制进行了深入研究。本文对该组合钻床的液压控制系统的设计主要有以下几点内容:1.根据毕业设计任务书中的要求和已知条件对液压系统进行工况分析；2.由工况分析的结果经过必要的分析和更正，拟定液压系统原理图；3.对液压系统各参数进行计算并选择液压元件，再由液压系统原理图将所选择的液压元件组合成驱动动力滑台的液压控制系统；4.对液压系统进行分析和验算，确保该系统能够准确可靠地完成毕业设计任务书中要求的工作循环；5.绘制该组合机床液压控制系统的正式工作图并编辑相关技术文件。【关键词】：液压传动、液压泵、液压缸、压力、流向、流量、速度、方向控制阀、系统回路、有效工作压力、有效工作流量。第2页共21页目录引言·································································31组合机床液压系统的工况分析·································41.1负载分析························································41.2运动分析························································62液压系统主要参数的确定·····································73确定液压系统方案和拟定液压系统原理图··················93.1确定液压系统方案················································93.2确定基本回路····················································103.3将液压回路综合成液压系统········································124选择液压元件···················································134.1液压泵··························································134.2阀类元件及辅助元件··············································144.3油管····························································154.4油箱····························································164.5密封件的选择····················································165验算液压系统性能··············································175.1验算系统压力损失·················································175.2验算油液温升·····················································196绘制液压系统相关图纸·········································197参考文献·························································208设计总结························································209致谢·······························································21第3页共21页【引言】组合机床是由通用部件和部分专用部件组成的高效率专用机床。它能完成钻、扩、铰、铣和工件的转位、定位、夹紧、输送等工序，可以用来组成加工自动线。为了缩短加工的辅助时间，满足各工序的进给速度要求，组合机床液压系统必须具有良好的换接性能与调速特性。因此它是一种以速度变换为主的液压系统，它的控制系统大多采用机、液、电气相结合的控制方式。液压传动相对于机械传动来说，是一门新技术。自1795年制成第一台水压机起，液压技术就进入了工程领域，1906年开始应用于国防战备武器。第二次世界大战期间，由于军事工业迫切需要发应快和精度高的自动控制系统，因而出现了液压伺服系统。20世纪60年代以后，由于原子能、空间技术、大型船舰及计算机技术的发展，不断地对液压技术提出新的要求，液压技术相应也得到了很大发展，渗透到国民经济的各个领域中。在工程机械、冶金、军工、农机、汽车、轻纺、船舶、石油、航空、和机床工业中，液压技术得到普遍应用。近年来液压技术已广泛应用于智能机器人、海洋开发、宇宙航行、地震预测及各种电液伺服系统，使液压技术的应用提高到一个崭新的高度。目前，液压技术正向高压、高速、大功率、高效率、低噪声和高度集成化等方向发展；同时，减小元件的重量和体积，提高元件寿命，研制新的传动介质以及液压传动系统的计算机辅助设计、计算机仿真和优化设计、微机控制等工作，也日益取得显著成果。解放前，我国经济落后，液压工业完全是空白。解放后，我国经济获得迅速发展，液压工业也和其它工业一样，发展很快。20世纪50年代就开始生产各种通用液压元件。当前，我国已生产出许多新型和自行设计的系列产品，如插装式锥阀、电液比例阀、电液伺服阀、电液脉冲马达以及其它新型液压元件等。但由于过去基础薄弱，所生产的液压元件，在品种与质量等方面和国外先进水平相比，还存在一定差距，我国液压技术也将获得进一步发展，它在各个工业技术的发展，可以预见，液压技术也将获得进一步发展，它在各个工业部门中的用应，也将会越来越广泛。现代机械一般多是机械、电气、液压三者紧密联系，结合的一个综合体。液压传动与机械传动、电气传动并列为三大传统形式，液压传动系统的设计在现代机械的设计工作中占有重要的地位。液压传动控制是工业中经常用到的一种控制方式，它采用液压完成传递能量的过程。因为液压传动控制方式的灵活性和便捷性，液压控制在工业上受到广泛的重视。液压传动是研究以有压流体为能源介质，来实现各种机械和自动控制的学科。液压传动利第4页共21页用这种元件来组成所需要的各种控制回路，再由若干回路有机组合成为完成一定控制功能的传动系统来完成能量的传递、转换和控制。从原理上来说，液压传动所基于的最基本的原理就是帕斯卡原理，就是说，液体各处的压强是一致的，这样，在平衡的系统中，比较小的活塞上面施加的压力比较小，而大的活塞上施加的压力也比较大，这样能够保持液体的静止。所以通过液体的传递，可以得到不同端上的不同的压力，这样就可以达到一个变换的目的。我们所常见到的液压千斤顶就是利用了这个原理来达到力的传递。液压传动中所需要的元件主要有动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件等。液压动力元件是为液压系统产生动力的部件，主要包括各种液压泵。液压泵依靠容积变化原理来工作，所以一般也称为容积液压泵。齿轮泵是最常见的一种液压泵，它通过两个啮合的齿轮的转动使得液体进行运动。其他的液压泵还有叶片泵、柱塞泵，在选择液压泵的时候主要需要注意的问题包括消耗的能量、效率、降低噪音。液压执行元件是用来执行将液压泵提供的液压能转变成机械能的装置，主要包括液压缸和液压马达。液压马达是与液压泵做相反的工作的装置，也就是把液压的能量转换称为机械能，从而对外做功。液压控制元件用来控制液体流动的方向、压力的高低以及对流量的大小进行预期的控制，以满足特定的工作要求。正是因为液压控制元器件的灵活性，使得液压控制系统能够完成不同的活动。液压控制元件按照用途可以分成压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀。按照操作方式可以分成人力操纵阀、机械操纵法、电动操纵阀等。除了上述的元件以外，液压控制系统还需要液压辅助元件。这些元件包括管路和管接头、油箱、过滤器、蓄能器和密封装置。通过以上的各个器件，我们就能够建设出一个液压回路。所谓液压回路就是通过各种液压器件构成的相应的控制回路。根据不同的控制目标，我们能够设计不同的回路，比如压力控制回路、速度控制回路、多缸工作控制回路等。在工业生产中广泛应用的组合机床，其传动及控制系统大部份采用的是液压装置。因此对组合机床液压控制系统的设计也将围绕着对液压动力元件、液压执行元件、液压控制元件、液压辅助元件以及液压回路的选择而进行。1组合机床液压系统的工况分析1.1负载分析系统的负载包括切削负载、惯性负载及摩擦阻力负载。第5页共21页1）切削负载由机械切削加工方面的知识可知，用高速钢钻头（单个）钻铸铁孔时轴向切削力Ft(单位为N)为：Ft=25.50.80.6()DsHBS式中：D—钻头直径，单位为mm；s—每转进给量，单位为mm/r；HBS—铸件硬度。根据组合机床加工特点，钻孔时主轴转速n和每转进给量s按“组合机床设计手册”取：对13.9mm的孔：1n=360r/min，1s=0.147mm/r；对8.5mm的孔：2n=550r/min，2s=0.096mm/r；所以，系统总的切削负载Fq为：0.80.60.80.61025.513.90.147260225.58.50.096260Fq＝27667.069N惯性负载512066.667600.15mvFmNt阻力负载机床工作部件对动力滑台导轨的法向力为：1209.81176nFmgN静摩擦阻力：0.21176235.2tfsnFfFN动摩擦阻力：0.11176117.6fddnFfFN由此得出液压缸在各工作阶段的负载，如表1所列：第6页共21页表1液压缸在各工作阶段的负载LF工况负载组成负载值F（N）启动LnsFFf235.2加速/LndFFfmvt184.267快进LndFFf117.6工进LndqFFfF23485.121快退LndFFf117.6按表1数值绘制的动力滑台负载图1(a)所示:图1(a)组合机床液压缸负载图1.2运动分析根据工作循环（总行程312150lllmm，工进速度1112253/minvnsnsmm），绘制动力滑台速度图,如图1(b)所示：图1(b)组合机床液压缸速度图第7页共21页2液压系统主要参数的确定根据表2、表3可知，当组合机床在最大负载约为24000N时，取液压系统工作压力14pMPa。表2按负载选择系统工作压力负载/kN55～1010～2020～3030～5050系统压力/MPa0.8～11.6～22.5～33～44～55～7表3按主机类型选择系统工作压力设备类型机床农用机械或中型工程机械液压机、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p/(MPa)0.8～2.03～52～88～1010～1620～32鉴于要求动力滑台快进、快退速度相等，液压缸可选用双作用单活塞杆式，并在快进时作差动连接。在此情况下，通常液压缸无杆腔的工作面积1A为有杆腔工作面积2A的两倍，即速比12/2AA。在钻孔加工时，液压缸回油路上必须具有背压2p，以防止孔钻通时滑台突然前冲。在