专用铣床液压系统的设计方案(张越).doc

专用铣床液压系统的设计方案(张越)HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY液压与气压传动技术课程 设计说明书设 计 题 目：专用铣床液压系统的设计学院名称：机械与汽车工程学院专业班级：机电10-3班姓名学号：张越 20180710组 员：裴洪20180712 张启 20180709樊高金20180711指导教师： 曾亿山 成 绩:机械与汽车工程学院 二零一 三 年 七 月 二十四 日 目 录摘要3一、设计目的及要求4 1.设计目的4 2.设计要求4二、 设计题目4三、工况分析5 1.运动分析5 2.负载分析6 3.绘制液压缸负载图和速度图7四、初步确定液压缸的参数8五、拟定液压系统图15六、选择液压元件17七、液压系统的性能验算18 1.液压系统的效率 18 2.溢流阀的调整压力 20 3.液压系统的效率 20 4.液压系统的温升 20八、集成块设计21九、总结24 参考文献25合肥工业大学课程设计任务书设计题目专用铣床液压系统的设计成绩主要内容某台专用铣床，驱动铣头的电动机功率为7.5kw，铣刀盘形）直径为120mm，转速为350r/min。假定工作平台重量为4103N，工件和夹具的最大重量为1.5103N，工作台行程为400mm，其中快进行程300mm，工进行程100mm；快进速度为4.5m/min，工进速度为0.061m/min，其往复运动的加速减速）时间为0.05s，工作台用平导轨，其静摩擦系数fs=0.2，动摩擦系数fu=0.1，试设计铣床的液压系统。指导教师意见签名： 200 年 月 日 摘要本次液压课程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，巩固和深化已学知识，掌握液压系统设计计算的一般步骤和方法，正确合理的确定执行机构，选用标准液压元件，能熟练的运用液压基本回路，组成满足基本性能要求的液压系统。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。整个设计过程主要分成六个部分：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。关键词 专用铣床，液压传动，回路，集成块一、设计目的及要求 1、设计目的 随着制造业的发展，数控机床的应用越来越广泛，相关数控机床控制技术方面文章本也很多，但对传统控制的了解论述不是很多。在该设计过程中，我们通过掌握的数控机床机械本体、液压等知识设计专用铣床液压系统，为我们走向“机电液类”的工作岗位做好铺垫。本次课程设计要求学生能够具备以下能力： 1）掌握液压系统设计计算的一般方法和步骤，培养学生工程设计能力和综合分析问题、解决问题能力。 2）正确合理地确定执行机构，选用标准液压元件；能熟练地运用液压基本回路、组成满足基本性能要求的液压系统。 3）熟悉并会运用有关的国家标准、部颁标准、设计手册和产品样本等技术资料。 2、设计要求 首先要对机械设备主机的工作情况进行详细的分析，明确主机对液压系统的动作、性能以及工作环境等要求，具体包括： 1）主机的用途、主要结构、总体布局，主机对液压系统执行元件在位置布置和空间尺寸上的限制。 2）主机的工作循环，液压系统执行元件的工作方式及其工作范围。 3）液压执行元件的载荷特性、行程和运动速度大小等。 4）主机对液压执行元件的动作顺序或互锁要求。 5）对液压系统执行元件动作控制方式、控制精度和液压系统的工作效率、自动化程度等方面的要求。 6）对液压系统防尘、防爆、防寒、安全可靠性等的要求。 7）其他方面的要求：如体积、重量、经济性等方面的要求。二、 设计题目某台专用铣床，驱动铣头的电动机功率为7.5kw，铣刀盘形）直径为120mm，转速为350r/min。假定工作平台重量为4103N，工件和夹具的最大重量为1.5103N，工作台行程为400mm，其中快进行程300mm，工进行程100mm；快进速度为4.5m/min，工进速度为0.061m/min，其往复运动的加速减速）时间为0.05s，工作台用平导轨，其静摩擦系数fs=0.2，动摩擦系数fu=0.1，试设计铣床的液压系统。三、 工况分析 工况分析主要指对液压执行元件的工作情况的分析，即进行运动分析和负载分析。分析的目的是了解工作过程中执行元件的速度、负载变化的规律，并将此规律用用曲线表示出来，作为拟定液压系统方案、确定系统主要参数压力和流量）的依据。 1、运动分析 由题目要求可知，该专用铣床的运动大致可分分为三个阶段：快进、工进和快退，具体运动过程图见图1。图1 液压缸简图以及运动过程图 2、负载分析 对于该液压缸来说，会受到工作负载Fw、摩擦阻力负载Ff以及惯性负载Fa，下面具体求这些这些力的大小。 2.1工作负载Fw2.2摩擦阻力负载摩擦阻力又分为静摩擦阻力与动摩擦阻力。 静摩擦阻力： 动摩擦阻力：2.3惯性负载3、 绘制液压缸负载图F-s图）和速度图 选 D=50mm，活塞杆的直d=0.707D=35.6mm,取d=36mm.由此求得液压缸的实际有效工作面积 验算满足最低速度要求之面积，按液压与气压传动式10.2-6）本液压系统拟采用调速阀节流调速系统，使用国产GE系列调速阀，型号为AQF3-E66B，从样本中可查得其，已知给定。则可得 能满足上式要求。3、液压缸工作循环中各阶段的压力、流量和功率 3.1快进时油缸需要的流量Q快进 Q快进=A1-A2）V快进 =； D液压缸内径(m；实验压力，一般取最大工作压力的(1.25-1.5倍；缸筒材料的许用应力。无缝钢管：。=1.525=37.5 则pyD/2=0.068m在中低压液压系统中，按上式计算所得液压缸的壁厚往往很小，使缸体的刚度往往很不够，如在切削过程中的变形、安装变形等引起液压缸工作过程卡死或漏油。因此一般不作计算，按经验选取，必要时按上式进行校核。液压缸壁厚算出后，即可求出缸体的外经为 D1D+2=186mm 5.2缸盖厚度的确定一般液压缸多为平底缸盖，其有效厚度t按强度要求可用下面两式进行近似计算。无孔时 有孔时 式中 t缸盖有效厚度(m；缸盖止口内径(m；缸盖孔的直径(m。 无孔时 t0.4333610-3(37.5/110 = 9.1mm 取 t=10mm 有孔时t0.4330.510-3(37.550/110(50-36 =3mm 取 t=3mm 5.3最小导向长度的确定当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到缸盖滑动支承面中点的距离H称为最小导向长度。如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠度D；缸盖滑动支承面的长度，根据液压缸内径D而定；当D80mm时，取。为保证最小导向长度H，若过分增大和B都是不适宜的，必要时可在缸盖与活塞之间增加一隔套K来增加H的值。隔套的长度C由需要的最小导向长度H决定，即滑台液压缸：最小导向长度 HL/20+D/2=42.5mm取H=50mm活塞宽度：B=0.6D=30mm缸盖滑动支承面长度：l1=0.6d=21.622mm隔套长度： C=H-(l1+B/2=3 所以有隔套。液压缸缸体内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体外形长度还要考虑到两端端盖的厚度。一般液压缸缸体长度不应大于内径的20-30倍。液压缸：缸体内部长度L=B+l=380mm当液压缸支承长度LB(10-15d时，需考虑活塞杆弯度稳定性并进行计算。本设计不需进行稳定性验算。五、拟定液压系统图 1、选择液压基本回路 从工况图上可以得出： 1）本系统压力、流量和功率都较小，可以选用单定量泵和溢流阀组成的供油源。 2）调速系统可采用调速阀出口节流调速回路，以满足铣削加工的顺铣和逆铣而且速度稳定的要求。 3）速度换接方式：铣削时位置精度要求不高，可用行程开关挡铁控制行程开关使电磁换向阀切换来实现换向。 4）液压缸快进时用单杆活塞缸的差动连接来实现。 5）换向阀可用三位四通电磁换向阀换向。2、组合成液压系统图根据上诉基本回路再加上必要的辅助装置如滤油器、压力表等）可组成如图7所示一个完整的液压系统图，并配以电磁铁动作顺序表。动作顺序为：当YA2和YA3通电时，三位四通换向阀处于右位，二位四通换向阀处于右位，液压缸差动连接，此时为快进；当YA3断电后，二位四通换向阀处于左位，液压缸的无杆腔进油，有杆腔连接节流阀，流回油箱，此时液压缸为工进状态；当YA1通电后，三位四通换向阀处于左位，液压缸快退。为保证液压泵能卸荷，在设计过程添加了一个二位四通换向阀，与溢流阀的远程控制口连接，当YA4通电后，液压泵会自动卸荷。图7 专用铣床液压系统图 表3 电磁铁动作表工作程序YA1YA2YA3YA4快进工进快退停止六、选择液压元件1、确定液压泵的容量及电动机功率 1.1液压泵的工作压力和流量计算取进油路的压力损失取，回路泄露系数取，则液压泵最高工作压力按液压与气压传动表10-12可知，取 根据上述计算选用单作用叶片泵，其型号规格为型定量叶片泵排量V=4mL/r）其流量 1.2确定驱动电动机功率。在快速时为最大功率 式中：-液压泵总效率，取。 查电机手册，可选用Y系列电动机。2、选择控制阀 根据泵的工作压力和通过各阀的实际流量，选取各元件的规格，如表4所示。 表4 液压元件选择列表序号元件名称最大通流量/型号规格1 定量叶片泵5.6YB-42溢流阀5.6Y-25B3三位四通电磁阀5.634D-25B4单向调速阀5.6QI-25B5二位三通电磁阀5.6Y10B 10636单向阀5.6I-25B7压力表开关E-388过滤器5.6WU-1680-J3、确定油管直径及管接头 进出液压缸无杆腔的流量，在快退和差动工况时为，所以流量为 。取压油管流速，则取吸油管流速，则 查相关机械手册可选用阴极铜管GB/T 1527-1987），压油管道选用直径为10mm，吸油管道选用直径为12mm。确定管道尺寸应与选定的液压元件接口处的尺寸一致。管接头可选用扩口式管接头。4、确定油箱容积 故取油箱容积为36L。七、液压系统的性能验算1、液压系统的效率 已知该液压系统中进、回油管的内经均为10mm，各段管道的长度分别为：AB=0.3m,AC=1.7m,AD=1.7m,DE=2m.选用L-HL32液压油，考虑到有的最低温度为15，查的15是该液压油的运动粘度=150cst=1.5cm/s,油的密度=920kg/m. 下面计算压力损失：工作进给时进油路压力损失：工作进给时的最大流量Q=dv/4=8.843L/min v1=Q/(d/4=188m/s管道流动雷诺数为：Rel=v1d /=125( v /2=0.2Mpa查的换向阀4WE6-61/G12的压力损失p1-2=0.05 Mpa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：p1=p1-1+p1-2=0.15 Mpa工作进给时回油路的压力损失： 由于选用单活塞液压缸，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的二分之一，则v2=v1/2=94Re2=v2d /=62.72=75/Re2=1.2回油管路的沿程成压力损失为：p2-1=2(l/d( v /2=0.15Mpa 查得：换向阀3WE650/G24的压力损失p2-2=0.025 Mpa,换向阀4WE6-61/G12的压力损失p2-3=0.025 Mpa，调速阀2FRM5-10的压力损失p2-4=0.5 Mpa回油管路总压力损失为：p2=p2-1+p2-2+p2-3+p2-4=0.6 Mpa变量泵出口处的压力： Pp=(F/cm+A2p2 A1+p1=0.8Mpa进油时的压力损失：快进时液压缸为差动连接，自汇流点A至液压缸进油口C之间的管路AC 中流量为液压泵出口流量的两倍即24L/min,管路沿程压力损失为： v1=Q/(d/4=510m/s Rel=v1d /=3401=75/Rel=0.221p1-1=1(l/d( v /2=0.52Mpa同样可求管道AB段及AD段的沿程压力损失为：V2=Q/(d/4=255m/s Re2=v1d /=1702=75/Re2=0.44p1-2=0.032 Mpap1-3=0.181 Mpa查产品样本知：流经各阀的局部压力损失为：4EW6-61/G12的压力损失p2-1=0.17 Mpa3EW650/G24的压力损失p2-2=0.17Mpa据分析在差动连接中，泵的出口压力为：Pp=2p1-2+p1-2+p2-2+p2-1+p2-2+ F/(A2cm=4.05 Mpa快退时压力损失验算从略，上述验算表明，无需修改原设计。2、溢流阀的调整压力 溢流阀共进的调整压力。取。3、液压系统效率 液压系统效率见液压与气压传动式10.4-1取泵的效率，液压缸的机械效率，回路效率为： P1=(F+A2P2/A1+P1 =(4010.46+6.26510.0110-4105/19.6310-4+0.63105Pa =24.3105Pa24105Pa当工进速度为时，当工进速度为时，4、液压系统的温升只验算系统在工进时的发热和温升）定量泵的输入功率为：工进时系统的效率，系统发热量为：取散热系数，油箱散热面积时，计算出油液温升的近似值：故油温符合要求。若油箱太小，温度过高，可换更换稍大油箱或使用冷却装置。八、集成块设计1液压集成回路设计 1.1回路划为若干单元回路，每个单元回路一般由三个液压元件组成，采用通用的压力油路P和回油路T，这样的单元回路称液压单元集成回路。设计液压单元集成回路时，优先选用通用液压单元集成回路，以减少集成块设计工作量，提高通用性。1.2连接起来，组成液压集成回路，图8所示为组合铣床的液压集成回路。一个完整的液压集成回路由底板、供油回路、压力控制回路、方向回路、调速回路、顶盖及测压回路等单元液压集成回路组成。 图8 组合铣床液压集成回路 2液压集成块及其设计组合铣床液压集成块装配总图是由底板、中间集成块1、中间集成块2和顶盖组成，由四个紧固螺栓把它们连接起来，再由四个螺钉将其紧固在液压油箱上，油压泵通过油管与底板连接，组成液压站，油压元件分别固定在各集成块上，组成一个完整的液压系统。 2.1底板的设计底板块作用是连接集成块组。液压泵供应的压力油P由底板引入各集成块，液压系统回油路T及泄漏油路L经底板引入液压油箱冷却沉淀。其零件图见附件。 2.2顶盖的设计顶盖的主要用途是封闭主油路，安装压力表开关及压力表来观察液压泵及系统各部分工作压力的。设计顶盖时，要充分利用顶盖的有效空间，也可把测压回路、卸荷回路以及定位夹紧回路等布置在顶盖上。其零件图见附件。 2.3集成块设计若液压单元集成块回路中液压元件较多或者不好安排时，可以采用过渡板把阀与集成块连接起来。如：集成块某侧面要固定两个液压元件有困难，如果采用过渡板则会使问题比较容易解决。使用过渡板时，应注意，过渡板不能与上下集成块上的元件碰撞，避免影响集成块的安装，过渡板的高度应比集成块小2mm。过渡板一般安装在集成块的正面，过渡板厚度为35至40mm，在不影响其部件工作的条件下，其长度可稍大于集成块尺寸。过渡板上孔道的设计与集成块相同。可采用先将其用螺钉与集成块连好，再将阀装在其上的方法安装。集成块上的公用通道，即压力油孔P、回油孔T、泄漏孔L有时不用）及四个安装孔。压力油孔由液压泵流量决定，回油路一般不得小于压力油孔。直接与液压元件连接的液压油孔由选定的液压元件规格决定。孔与孔之间的连接孔即工艺孔）用螺塞在集成块表面堵死。与液压油管连接的液压油孔可采用M制细牙螺纹或英制管螺纹。把制做好的液压元件样板放在集成块各视图上进行布局，有的液压元件需要连接板，则样板应以连接板为准。电磁阀应布置在集成块的前、后面上，要避免电磁换向阀两段的电磁铁与其它部分相碰。液压元件的布置应以在集成块上加工的孔最少为好。孔道相同的液压元件尽可能布置在同一水平面，或在直径d的范围内，否则要钻垂直中间油孔，不通孔道之间的最小壁厚h必须进行强度校核。液压元件在水平面上的孔道若与公共油孔相通，则尽可能地布置在同一垂直位置或在直径d范围，否则要钻中间孔道，集成块前后与左右连接的孔道应相互垂直，不然也要钻中间孔道。 集成块的零件图见附件。九、总结本次液压课程设计在本小组成员的合作下，可以说圆满的完成了预期的任务。通过这次的液压课程设计，我们切身体会了液压系统的整个设计体制，加深了液压传动学的知识的理解，了解和掌握了液压系统的设计步骤。本次液压系统的设计，采取小组成员分工合作制，在集体讨论好设计方案后，每个小组成员按工作量分别计算和设计液压系统的一部分集成块，完成各自的设计后，再汇总进行审查。本小组的方案进行审查后，可以成功的达到所需要求，液压系统的设计成功的完成。通过这次的液压课程设计，我们再次体会到团队合作的重要性，在设计的过程中，不断的查阅各种相关技术资料，加深了我们对液压系统设计过程的映像。这次课程设计为我们以后的工作做了一次良好的铺垫，为我们以后的工作奠定了一定的基础。在此要感谢曾亿山老师和夏永胜老师的悉心指导，感谢老师们给我的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。 参考文献1. 曾亿山编.液压与气压传动.合肥：合肥工业大学出版社.2008.2. 张利平编.液压传动系统及设计.北京：化工工业出版社，2005.3. 王守城，段俊勇编.液压元件及选用.北京：化工工业出版社，2007.4. 左健民编.液压与气压传动.北京:机械工业出版社.2007.5. 周士昌编.液压系统设计图集.北京：机械工业出版社，2003.6. 许贤良，王传礼编.液压传动.北京：国防工业出版社，2006.7. 徐之梦编.液压机构.机械工业出版社.2018.28 / 28