铣削机床液压系统设计.doc

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铣削机床液压系统设计

摘 要

液压系统是现代机械制造的重要组成部分，铣削机床中的液压系统有其独特的特点。要求液压系统效率高、发热小、速度刚性好，并且进行热平衡计算。本次任务要求设计一个铣削专用机床。根据要求，采用了带反馈的限压式变量叶片泵，尽量节省能量、减少发热；采用液压滑台液压缸，有一定的缓冲效果；采用BEX系列液压油箱；基本满足了了运动的平衡性，可持续性要求。对于速度换接，采用电磁阀控制，结构简单、调节行程比较方便，而且阀的安装比较容易。液压回路中，采用失电夹紧方式，避免了工作时突然失电而松开，回路中设有减压阀，用来调节夹紧力的大小和保持夹紧力的稳定。

关键词 液压系统，液压缸，设计

Milling machine tool hydraulic system design

ABSTRACT

Hydraulic systems of modern machinery to create an important component of the milling machine of the hydraulic system has its own unique characteristics. Requirements of high efficiency hydraulic systems, heat a small, speed, good rigidity and heat balance calculation. The tasks required to design a dedicated milling machine. Upon request, using the limited feedback with variable pressure vane pump as much as possible to save energy and reduce heat; the use of hydraulic cylinder hydraulic slip, have a certain buffer effect; BEX Series Hydraulic tank used; can basically meet the needs of the movement balance, the sustainability requirement. Rate of exchange for access, the use of the electromagnetic valve control, simple structure, regulation of travel more convenient and easier to install the valve. Hydraulic circuit, the use of clamping means loss of power to avoid a sudden loss of electrical work and release, with relief valve circuit to adjust the size of clamping force and clamping force to maintain stability.

KEY WORDS: Hydraulic system，Hydraulic cylinder，Design
12
目　录

前 言 1
液压技术的发展趋势 1
我过液压的发展状况 1
第1章 工况分析 3
1.1设计数据 3
1.2工况计算 3
1.2.1速度循环图和负载循环图 4
第2章 定液压系统原理图 6
2.1分析定制液压系统原理图 6
2.1.1确定供油方式 6
2.1.2调节方式的选择 6
2.1.3方式的选择 6
2.1.4夹紧回路的选择 6
第3章 液压系统的计算和选择液压原件 8
3.1主要尺寸的确定 8
3.1.1工作压力的确定 8
3.1.2计算液压缸内径和活塞杆直径 8
3.1.3 计算在各工作阶段液压缸所需的流量 9
3.2 压泵的流量、压力和选择泵的规格 9
3.2.1泵的工作压力的确定 9
3.2.2 泵的流量确定 10
3.2.3选择液压泵的规格 10
3.2.3与液压泵匹配的电动机的选定 10
3.3 液压阀的选择 11
3.4确定管道尺寸 11
3.5 液压油箱的设计 13
第4章 液压系统的验算 15
4.1压力损失的计算 15
4.1.1工作进给时进油路压力损失 15
4.1.2 工作进给时回油路的压力损失 16
4.1.3 变量泵出口处的压力 16
4.1.4 系统温升的计算 17
结　论 19
谢 辞 20
参考文献 21

前 言

液压技术的发展趋势
液压技术的发展趋势
----由于液压技术广泛应用了高技术成果，如自动控制技术、计算机技术、微电子技术、磨擦磨损技术、可靠性技术及新工艺和新材料，使传统技术有了新的发展，也使液压系统和元件的质量、水平有一定的提高。尽管如此，走向二十一世纪的液压技术不可能有惊人的技术突破，应当主要靠现有技术的改进和扩展，不断扩大其应用领域以满足未来的要求。综合国内外专家的意见，其主要的发展趋势将集中在以下几个方面：
1．减少能耗,充分利用能量
2．主动维护
3．机电一体化

我过液压的发展状况
我国的液压技术开始于20世纪50年代，液压元件最初应用于机床和锻压设备，后来又用于拖拉机和工程机械。1964年从国外引进一些液压元件生产技术，同时自行设计液压产品经过20多年的艰苦探索和发展，特别是20世纪80年代初期引进美国、日本、德国的先进技术和设备，使我国的液压技术水平有了很大的提高。到日前为止，我国的液压行业已形成了一个门类比较齐全，有一定生产能力和技术水平的工业体系。我国的液压件已从低压到高压形成系列，并生产出许多许多新型的元件，如插装式锥阀、电液比例阀、电液数字控制阀等。液压产品有1200个品种、10000多个规格（含液压产品60个品种、500个规格），已基本能适应各类主机产品的需要，为重大成套装备的品种配套率也可达60%以上，并开始有少量出口。据统计，2004年液压行业的析总产值达约103亿元，道路次突破100亿元，创历史最高水平。目前，我国的液压元件制造业已能为包括金属材料工程、铁路与公路运输、建材建筑、工程机械及农林牧机械、家电五金、轻工纺织、，航空与河海工程、计量质检与特种设备、国防及武器设备、公共设施与环保等行业在内的多种部门提供较为齐全的液压元件产品。我国机械工业在认真消化、推广国外引进的先进液压技术的同时，大力研制、开发国产液压件新产品，加强产品质量可靠性和新技术应用的研究，积极采用国际标准，合理调整产品结构，对一些性能差而且不符合国家标准的液压产品，采用逐步淘汰的措施。
尽管我国液压工业已取得了很大的进步，但是与主机发展需求及和世界先进水平相比，还存在不少差距，主要反映在：（1）产品品种少（约为美国的1/6，德国的1/5）；液压技术使用率较低（据统计资料表明，世界上先进国家液压工业产值占机械工业产值的2%-3%，而我国仅占0.8%-0.9%）；水平低，质量不稳定，早期故障率高，可靠性差。例如齿轮泵的工作压力，国内一般为14-20MPa,国外为21-28 MPa；柱塞泵的寿命国产的为5000小时，比国外低1/2，噪声比国外高5-10dB(A);液压阀的寿命为国外的1/2；特别是机电一体化的元件和系统，国内尚未广泛应用。(2)专业化程度低，规模小，经济效益差。（3）科研开发力量尚较薄弱，技术进步缓慢（例如国内各企业虽然政策规定可以提取销售额1%，用于企业的科研开发，但是很多企业无力支付，而各大著名跨国公司用于科技开发的资金占其销售额的5%，甚至高达10%）。（4）本行业产品尚未打开国际市场。液压产品国际市场容量很大，但我国的出口刚刚起步，发展余地很大。
总之，液压技术应用广泛，它作为工业自动化的一种重要基础件，已经与传感技术、信息技术、微电子技术紧密结合，形成并发展成为包括传动、检测、在线控制的综合自动化技术，其内涵较之传统的液压技术更加丰富而完整。21世纪是一个高度自动化的社会随着科技的发展和人类的新需要，大型智能型行走机器人将应运而生。液压技术作为能量传递或做功环节是其中必不可少的一部分，无论现在还是将来，液压技术在国民经济中都占有重要的一席之地，发挥着无法替代的作用。我们只有奋起直追，才能缩小我国秘先进国家在液压技术研究与应用方面的差距。

第1章 工况分析

1.1设计数据

工作原理：要秋液压系统完成的工作循环是：工件夹紧→工作台快进→工作台工进→工作台快退→工件松开。
运动部件重力：
快进、快退速度：
工件速度：
最大行程：
工进行程：
最大切削力：采用平面导轨
夹紧缸的行程：
夹紧时间：
静摩擦系数：
动摩擦系数:

1.2工况计算

首先根据已知条件，绘制运动部件的速度循环图，如图1-1所示。然后计算个阶段的外负载并绘制负载图。
液压缸所受外负载F包括三种类型，即
—工件负载，对于金属切削机床来说，即为沿活塞运动方向的切削力
—运动部件速度变化的惯性负载
—导轨摩擦阻力负载，启动时为静摩擦力，启动后为动摩擦力对于平导轨Ff可由下式求得

—运动部件重力；
—垂直于导轨的工作负载
—导轨摩擦系数

上式中为静摩擦阻力，为动摩擦阻力。

式中 ---重力加速度
—加速或减速时间，一般
—时间内的速度变化量。
N

1.2.1速度循环图和负载循环图
根据上述计算结果，列出个工作阶段所受的外负载（见表1-1）【1】出如图1-2外负载循图。

图 1-1速循环图
表1-1 工作循环各阶段的外负载
工作循环
外负载F（N）
工作循环
外负载F（N）
启动、加速

9230
工进

20500
快进

2500
快退

2500

图 1-2 负载循环图

第2章 定液压系统原理图

2.1分析定制液压系统原理图

2.1.1确定供油方式
考虑到该机床在工作进给时负载较大，速度较低。而在快进、快退时负载较小，速度较高。从节省能量、减少法人考虑，泵源系统宜选用供油或变量泵供油。现采用带压力反馈的限压式变量叶片泵。

2.1.2调节方式的选择
在中小型专用机床的液压系统中，进给速度的控制一般采用节流阀或调速阀。根据铣削类专用机床乖哦陪你工作时对低速性能和速度负载都有一定的要求的特点，决定采用限压式变量泵和调速阀组成的容积节流调速。这种调速回路具有效率高、发热小和速度刚性好的特点，斌且调速阀装在回油路上，具有承受负切削力的能力。

2.1.3方式的选择
系统采用电磁阀的快慢速度换接回路，它的特点时结构简单、调节行程比较方便，阀的安装也较容易，但速度环节的平稳性较差。若要提高系统的换接平稳性，则可改用行程阀切换的速度换接回路。

2.1.4夹紧回路的选择
用采用二位四通电磁阀来控制夹紧、松开换向动作时，为了便面工作时突然失电而松开，应采用失电夹紧方式。考虑到夹紧时间可调节和当进油路压力瞬时下降时仍能保持夹紧力，所以接入节流阀调速和单向阀保压。在该回路中还装有减压阀，采用调节夹紧力的大小和保持夹紧力大的稳定。
最后把所选择的液压回路结合起来，即可组成图1-3所示的液压系统原理图。

图 1-3 液压系统原理
1.过滤器2.单向定量液压泵3.压力计4.四通电液伺服阀5.二位三通换向阀
6.单向调速阀7.直动型减压阀8.温度计9.单向阀10.二位四通换向阀
11压力继电器12.可调单向节流阀13.单杆活塞缸

第3章 液压系统的计算和选择液压原件

3.1主要尺寸的确定

3.1.1工作压力的确定
工作压力可根据负载大小及机器的类型来初步确定，现参阅表2-1取液压缸工作压力为。

3.1.2计算液压缸内径和活塞杆直径
计算液压缸内径和活塞杆直径。 由负载图之最大负载为，按表2-2可取2为，为0.95，考虑到快进、快退速度相等，取为0.7.将上述数据代入式（2-3）【1】

根据表2-4，将液压缸的内径圆整为直径D=100mm；活塞杆直径d，
按d/D=0.7及表2-5【1】活塞杆系列取
按工作要求夹紧力由两个夹紧缸提供，考虑到夹紧力的稳定，夹紧缸的工作压力，现取夹紧缸的工作压力为，回油背压力为零，为0.95，则按式（2-3）

按表2-4和2-5液压缸和活塞杆的尺系列，取夹紧液压缸的和分别为
及。按最低工作速度验算液压缸的最小稳定速度。由式（2-4）【1】可得

式中 是由产品样本查得系列调速阀的最小稳定流量为。本例中调速阀是安装在回油路上，故液压缸节流腔有效工作面积应选取液压缸由杆腔的实际面积，即

可见上述不等式能满足，液压缸等达到所需低速。

3.1.3 计算在各工作阶段液压缸所需的流量

3.2 压泵的流量、压力和选择泵的规格

3.2.1泵的工作压力的确定
第4章 液压系统的验算

已知液压系统中进、回油管的内径均为，各段管道的长度分别为选用L-HL32液压油，考虑到有的最低温度为时该液压油的运动粘度,有的密度。

4.1压力损失的计算

4.1.1工作进给时进油路压力损失
运动部件工作进给时的最大速度为，进给时的最大流量为，则液压油在管内流速v1为

管道流动雷诺数为

，可见油液在管道内流态层为层流，其沿程阻力系数。
进油管道BC的沿程压力损失为
=
查得换向阀4WE6E50/AG24的压力损失为
忽略油液通过管接头、油路板等处的局部压力损失，则进油路总压力损失为=+=

4.1.2 工作进给时回油路的压力损失
由于选用单活塞杆液压缸且液压缸有杆腔的工作面积为无杆腔的工作面积的二分之一，则回油管道的流量为进油管道的二分之一，则

结　论

此次设计液压系统，采用带压力反馈的限压式变量泵供油；以限压式变量泵和调速阀组成的容积节流调速，效率高、发热小、速度刚性好；用电磁阀的快慢速换接回路，结构简单，调节行程比较方便；采用失电夹紧方式，避免了工作时因为突然失电而发生事故。
液压油箱采用BEX系列的油箱，为提高系统工作的稳定性，液压油温度一般希望保持在30～50。最高不超过60，最低不低于15。
设计液压系统时需定制液压系统原理图。定制原理图的时候需要考虑供油方式，调节方式的选择，夹紧回路的选择，最终定制出液压系统原理图。
设计是要进行液压系统的计算和选择液压原件，确定液压系统中零件主要的尺寸，液压泵的选择、管道尺寸的确定、液压油箱的设计。最终要进行液压系统的的验算。

谢 辞

参考文献

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