机械设计制造及其自动化专业毕业设计论文回转工作台液压系统设计.docx
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机械设计制造及其自动化专业毕业设计论文回转工作台液压系统设计
大学
毕业设计
题目回转工作台液压系统设计
专业
班级
学生
学号
指导教师
二〇一四年五月五日
1前言
1.1选题的背景与意义
随着科学技术的进步与发展，数控机床和加工中心的应用已日趋普及，数控机床正朝着高速、高精度多轴联动数控机床的方向发展,国际上把多轴联动数控技术作为一个国家生产设备自动化水平的标志。
其中高精度数控联动回转工作台是多轴联动数控机床关键部件之一。
因此高精度多轴数控回转工作台结构技术的研究是各国研究竞争的重点
回转工作台是数控铣床、复合磨床、数控滚齿机、数控镗床、立式（卧式）加工中心等数控机床的必备部件之一，它可以作为半自动精密铣床、镗床或其它机床的主要附件。
与伺服电机或单坐标数控系统配套，可完成一个或两个回转坐标的任意角度或连续分度工作。
与机床系统的多轴联动可完成各种复杂零件的曲线加工。
回转工作台的使用降低了工人的劳动强度，提高了生产效率，从而大大提高企业的经济效益。
因此回转工作台得到了广泛且普遍的使用。
同时回转工作台的研究也是企业竞争核心。
液压系统具有功率大、体积小、重量轻、响应快、精度高及抗负载刚性大等优点，使得它被广泛地应用于组合机床及其自动线中，以实现工作台（液压滑台，回转工作台）的进给、回转及工件的定位、夹紧、运输（上升、下降、翻转、输送）等动作。
所以液压回转工作台广泛应用于各种机床和工程机械中，例如数控机床、专用机床、组合机床、挖掘机等。
液压系统在各类设备和系统中往往处于控制和动力传输的重要核心地位。
本文主要阐述了回转工作台的液压系统泵站的设计过程。
[1]
1.2液压技术的特点
液压系统是将液压油的压力能转化为机械能来做功，其传动有如下特点：
1.优点：
（1）液压传动有很大的调速范围，并且可以实现无级变速。
（2）液压传动装置的体积相对而言较小，而且惯性小，能够传递较大的力或转矩。
（3）液压传动工作相对平稳，反应速度快，冲击力量小，能够快速启动，快速停止，和快速换向。
（4）液压系统的控制调节简单，易于实现机电一体化。
（5）液压传动装置可以实现过载保护，并且能自行润滑，寿命较长。
（6）液压传动易于标准化，系列化，通用化。
（7）液压传动工作中，工作磨擦产生的热量可以被流动的液压油带走。
2.缺点：
（1）工作介质为液体，容易泄漏，液体是可压缩的，所以，传动比不太精确。
（2）液压传动中，有机械损耗，压力损失，效率较低，不利于远距离传动。
（3）液压油对温度和负载的变化相对比较敏感，不利于在高温或低温下使用。
（4）为了减少泄露，液压元件的制造和装配精度要求较高，因此液压元件及液压设备的造价较高。
（5）因为液压油对污染比较敏感，所以要求液压设备在较好的工作环境中工作。
[2]
1.3液压传动的基本原理和组成
原理；
（1）液压传动以液体作为传递运动和动力的工作介质；
（2）液压传动中经过两次能量转换。
先把机械能液体的压力能，然后把液体的压力能转换为机械能对外做功；
（3）液压传动是依靠密封容器容积的变化来传递能量的。
组成:
液压传动系统一般由动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件、工作介质五部分组成。
[2]
2回转工作台液压系统工作原理
2.1分析回转工作台液压系统
为了适应某些零件加工的需要，机床的进给运动常常还增加了绕X、Y和Z三个坐标轴的圆周进给运动。
圆周进给运动一般由回转工作台来实现，它除了可以完成圆周进给运动外，还可以完成分度运动。
本设计采用液压系统完成回转工作台的分度停止，分度夹紧。
回转工作台定位，回转工作台夹紧，回转工作台静压平衡五种动作。
采用液压系统的原因是它具有功率大、体积小、重量轻、响应快、精度高及抗负载刚性大等优点。
回转工作台的液压系统由液压缸、控制油路及液压阀等组成。
图2.1 回转工作台结构简图
2.2制定回转工作台液压系统原理图
回转工作台液压系统主要分成两部分；
（1）液压部分
液压部分主要完成回转工作台的分度停止，分度夹紧，回转工作台定位，回转工作台夹紧动作。
从而完成工件的圆周进给运动，使得工件一次夹紧即可完成尽可能多的工序。
从而提高工件的加工精度，即提高加工质量。
（2）静压部分
静压部分主要完成回转工作台静压平衡动作。
回转工作台静压平衡是指在回转工作台上下台体之间充入压力油，形成油膜。
静压平衡依靠油膜在空间内形成的静压力差与外载荷相平衡的原理进行工作，可以保证两接触体之间处于纯液体摩擦状态。
因此静压平衡具有精度高、摩擦阻力小、承载能力强等特点。
2.2.1调速方案
液压系统的速度控制回路的功用是使执行元件获得能满足工作需求的运动速度。
速度控制回路包括调速回路、增速回路、和速度换接回路等。
通过改变液压执行元件输入或输出的流量或者利用变量泵或变量马达的容积变化实现执行元件速度控制。
液压系统的调速方法可分为节流调速、容积调速以及二者的结合的容积节流调速的三种形式。
由于已知条件已经给定定量叶片泵,该回转工作台液压系统适合用于节流调速回路。
即在执行元件的进油路上串接一流量阀，泵的供油压力由溢流阀调定，调节节流阀的开口，改变进入液压缸的流量，即可调节液压缸的速度。
泵多余的流量经溢流阀流回油箱，故溢流阀是必不可少的。
2.2.2压力控制方案
在液压系统中，液压执行元件工作时，要求液压系统保持一定的工作压力或在一定压力范围内工作，也有的需要多级或无级连续地调节压力，一般在节流调速系统中，液压系统通常由定量泵供油，用溢流阀调节所需要的压力，并保持恒定。
在容积调速系统中，液压系统通常用变量泵供油，用安全阀起安全保护作用。
在有些液压系统工作中，有时需要很小流量的的高压油，在这个时侯可以考虑用增压回路得到高压。
不必为此在液压系统中单独设高压泵。
有时液压执行元件在工作循环中，有段时间不需要供油，同时泵的停止又很不方便的情况下，此时需要利用卸荷回路。
在液压系统的某个局部，它的工作压力需低于主油源压力，此时可以利用减压回路。
回转工作台液压系统泵站的设计采用定量叶片泵、溢流阀、调速阀来实现液压回路压力的控制。
2.2.3顺序动作方案
主机各执行机构的顺序动作，根据不同的工作要求，有的按固定程序运行，有的是人为控制的，有的是随机控制的。
回转工作台液压系统泵站的顺序动作需要按固定程序运行。
因为回转工作台液压系统需要完成分度停止，分度夹紧。
回转工作台定位，回转工作台夹紧，回转工作台静压平衡，它的顺序必须是固定的。
回转工作台液压系统的操纵机构用电磁换向阀控制。
回转工作台液压系统泵站有时间控制。
当定量叶片泵无载启动，经过一段时间，当泵正常运转后，压力继电器作用，从而建立起正常的工作压力。
当某一执行元件完成预定动作时，液压系统回路中的压力达到一定的数值，压力继电器发出电信号或打开顺序阀使液压油通过，进行下一个动作。
2.2.4液压动力源
回转工作台液压系统的工作介质完全由液压源来提供，液压源的核心是叶片泵。
泵源系统用一个定量叶片泵供油：
主泵采用定量叶片泵，其排量为10ml/r；静压平衡泵也为叶片泵，其排量为8ml/r；节流调速系统中，定量叶片泵的供油量要大于回转工作台液压系统的需油量，多余的压力油经溢流阀流回油箱，溢流阀在系统中起到控制并稳定油源压力的作用。
油液的净化装置是回转工作台液压系统一个重要的组成装置。
泵的入口处可以装有粗过滤器，进入系统的压力油可以根据被保护元件的要求，通过相应的精高压过滤器再次过滤。
为防止系统中杂质流回油箱，可以在回油路上也设置过滤器。
加热、冷却措施可以根据液压设备所处环境及对温升的要求来实施。
[3]
2.3液压泵站技术参数及要求
设计参数与要求
（1）油泵a
类型叶片泵
型号PVL1-10-FF-1R-（1台）
排量10cm3/rev
（2）电动机a
型号Y2-100L2-4B35（1台）
功率3KW
电流5.03A
电压三相380V50HZ
转速1440r/min
（3）油泵b
类型叶片泵
型号PVL1-8-FF-1R-（1台）
排量8cm3/rev
（4）电动机b
型号Y2-90S-46B35（1台）
功率1.1KW
电流5.03A
电压三相380V50HZ
转速1440r/min
（5）油箱
有效容积：
420L
（6）控制集成阀组
控制集成阀组，安装于主机上。
2.4绘制回转工作台液压系统原理图
回转工作台液压系统泵站由液压控制油路，静压平衡油路两部分组成。
主油路由定量叶片泵提供液压油源，并在出口处设置了单向阀，单向阀在系统起保护作用，它可以防止工作负载的突然增加对定量叶片泵造成冲击。
同时在出口处设置了溢流阀，为系统提供稳定的压力油，保证执行元件稳定的工作速度。
静压平衡主油路由定量叶片泵提供液压油源，并在出口处设置了高压滤油器，对油液起到过滤作用，从而保证了油液清洁和后序阀的正常工作与寿命。
最重要的是清洁的油液是静压平衡系统中必备的条件。
在静压平衡主油路上还设置了溢流阀，起安全保护作用，设置了电磁换向阀保证了叶片泵的空载启动，设置了液位计和温度计显示液压油液位和温度。
液位开关实现低液位报警。
回转工作台液压系统泵站原理图如图2.2所示：
图2.2回转工作台液压系统原理图
1、空气滤清器2、温度计3、可控液位器4、球阀
5、电动机6、叶片泵7、溢流阀8、单向阀
9、压力继电器10、蓄能器11、油箱12、压力表
13、三位四通电磁换向阀14、减压阀15、单向节流阀16、叶片泵17、电动机18、溢流阀19、高压滤油器20、单向阀
3液压元件的选型
3.1.设计计算
3.1.1计算理论流量与理论最大压力
根据给定的已知参数，计算所需数值；
1.液压主油路
（1）叶片泵理论最大流量：
q=Vn=10××1440
=14.4（l/min）（3.1）
=2.4×（）
式中q--泵的理论最大流量
V—叶片泵的排量
n—电动机的转速
（2）液压主油路中理论最高压力为：
=12500000（Pa）
=12.5（Mpa）（3.2）
式中q--泵的理论最大流量
Pt—电动机功率
P—油液的理论最高压力
2.静压平衡油路
（1）静压油路中理论最大流量：
q=Vn=8××1440
=11.52（l/min）（3.3）
=1.92×（）
式中V—叶片泵的排量
n—电动机的转速
（2）静压油路中理论最高压力为：
=5729000（Pa）
=5.73（Mpa）（3.4）
式中q--泵的理论最大流量
Pt—电动机功率
P—油液的理论最高压力
因此：
对于液压主油路中系统的可能达到的最大理论流量为1.92×，液压油可能达到的最高压力为12.5Mpa
对于静压主油路中系统的可能达到的最大理论流量为2.4×，液压油可能达到的最高压力为5.73Mpa
1.静压主油路油泵采用型号为PVL1-8-FF-1R-L的叶片泵，公称排量为8ml/r、安装形式为标准法兰安装、油口连接为4螺栓连接、轴伸为标准圆柱形轴伸、旋转方向为顺时针旋转、输出口位置在左方。
图3.1.4油泵电机组
3.2液压阀
3.2.1单向阀的选型
（1）液压主油路单向阀的选型
根据液压系统中最大流量：
q=Vn=10××1440=14.4（l/min）
最高压力：
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