双面铣床课程设计Word下载.doc

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题目2：

一台专用双面铣床，最大的切削力为8000N，工作台、夹具和行程的总重量3500N，工件的总重量为1600N，工作台最大行程为600mm，其中工进行程为350mm。

工作台的快进速度为4m/min，工进速度在50～100mm/min范围内无级调速。

工作台往复运动的启制（加速减速时间）为0.05s，工作台快退速度等于快进速度，滑台采用平面导轨。

静摩擦系数为0.2s，动摩擦系数为0.1。

（夹紧力大于等于最大静摩擦力）

机床的工作循环为：

工作定位－工件夹紧－工作台快进－工作台工进－加工到位后停留－快退－原位停止－工件松开－定位销拔出。

要求系统采用电液结合实现自动化循环，速度换接无冲击，且速度要平稳，能承受一定量的反向负载。

试完成：

（1）按机床要求设计液压系统，绘制液压系统图；

（A3手绘）

（2）确定夹紧缸、主工作液压缸的结构参数；

（3）计算系统各参数，选择液压元件型号，列出元件明细表；

（4）列出设计系统中的电磁铁动作顺序表。

最大切削力

工作台、夹具的总重量

快进速度

工件重量

题目2

8000N

3500N

4m/min

1600N

题目3

9100N

4100N

5m/min

1900N

题目4

9200N

4200N

5.5m/min

2000N

题目5

9300N

4300N

6m/min

2100N

题目6

7000N

3000N

4.5m/min

1500N

二、工况分析

液压系统的工况分析是指对液压执行元件进行运动分析和负载分析，目的是查明每个执行元件在各自工作过程中的流量、压力、功率的变化规律，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。

负载分析

1.外负载

其中表示最大切削力。

对于专用铣床铣削时铣刀所承受的主切削力大小（单位N）为：

式中P—单位切削力（）

f—每转进给量（mm/r）

—背吃刀量（mm）

下面将进行具体参数的计算：

由公式可得（其中表示每分钟进给速度，n表示铣刀的转速）由设计依据可知n=300r/min，工进速度=50—100mm/min，故我们取=90mm/min。

对于单位切削力P，由以下的常用金属材料的单位切削力表可得，我们选P=2000。

类别

材料

牌号

单位切削力P（）

钢

易切钢

Y40Mn

1700

结构钢

45

2000

40Cr

不锈钢

1Cr17Ni9

2500

铸铁

灰铸铁

HT200

1140

铸造

合金

铸造锡青铜

ZcuSn5Pb5Zn5

700

铸造铝合金

ZALSn7Mg

720

对于铣削背吃刀量,我们选用硬质合金铣刀，查铣工计算手册可得，取。

根据以上的公式可得：

因为8000<

=9000N，所以选取的合适

2.阻力负载

静摩擦力：

其中—静摩擦力N

G1、G2—工作台及工件的重量N

—静摩擦系数

由设计依据可得：

动摩擦力

其中—动摩擦力N

—动摩擦系数

同理可得：

3.惯性负载

机床工作部件的总质量m=（G1+G2）/g=6400/9.81=652.40kg

惯性力Fm=m·

a=652.40x5/（60x0.1）=543.66

其中：

a—执行元件加速度m/s²

—执行元件末速度m/s²

—执行元件初速度m/s²

—执行元件加速时间s

因此，执行元件在各动作阶段中负载计算如下表所示：

工况

油缸负载（N）

负载值（N）

启动

1280

加速

1183.66

快进

640

工进

9640

快退

按上表的数值绘制负载如图所示。

对于速度而言，设计依据中已经有了明确的说明，所以按照设计依据绘制如下：

三、初步确定油缸参数，绘制工况图

1、初选油缸的工作压力、

由上可以知道，铣床的最大负载F=3580N，根据下表可得：

表按负载选择液压执行元件的工作压力

载荷/（kN）

<

5

5—10

10—20

20—30

30—50

>

50

工作压力（Mpa）

0.8~1

1.5~2

2.5~3

3~4

4~5

=5~7

选系统的工作压力P1=2Mpa。

由设计要求可知，导轨要求快进、快退的速度相等，故液压缸选用单活塞杆式的，快进时采用差动连接，且液压缸活塞杆直径d≈0.7D。

快进和工进的速度换接用三位四通电磁阀来实现。

铣床液压系统的功率不大，为使系统结构简单，工作可靠，决定采用定量泵供油。

考虑到铣床可能受到负值负载，故采用调速阀的进油节流加背压阀的调速回路，所以回油路上具有背压，取背压=0.5Mpa。

2、计算油缸尺寸

可根据油缸的结构及连接方式计算油缸的面积、油缸直径D及活塞杆直径d计算出后应按标准予以圆整，然后再计算油缸的面积：

此时由工进时的负载值按计算公式计算液压缸面积：

在将这些直径按照国标圆整成标准值得：

D=0.06m,d=0.04m

由此就求得液压缸两腔的实际有效面积为

3、油缸各工况的压力、流量、功率的计算

（1）、工进时油缸需要的流量

·

A1:

工进时油压作用的面积

—工进时油缸的速度

（2）、快进时油缸需要的流量

差动连接时：

A1、A2—分别表示油缸活塞腔、活塞杆截面积

U快进—油缸快进时的速度

（3）、快退时油缸需要的流量

U快退—油缸退回时的速度,

（4）、工进时油缸的压力

P2—为工进时回油腔的背压,上面已经选取为

（5）、快进时油缸压力

这里：

F分别表示快速启动、加速、快速时油缸的推力，

P—分别表示快速启动、加速、快速时油缸的压力。

表示管路中压力损失大小，这里我们取值为。

（6）、快退时油缸压力

F—分别表示快速启动、加速、快速时油缸的推力，

P2的值为

油缸工作循环中各阶段的压力、流量、功率实际值如表2所示：

表2液压缸在不同工作阶段的压力、流量和功率值

负载

F/N

回油腔压力

进油腔压力

输入流量

q/

输入功率

P/kW

（差动）

1160

0.96

—

—

1073

1.26

—

580

0.86

0.0063

0.09

工进

8580

0.5

1.60

0.0008

0.021

0.77

1.61

1.28

0.0078

0.166

由以上所计算的数据我们绘制出工况图如下所示：

四、确定液压系统方案和拟订液压系统原理图

1.确定油源及调速方式

由以上的计算可以知道，铣床液压系统的功率不大，工作负载的变化情况很小，因此，为使系统结构简单，工作可靠，决定采用定量泵供油。

考虑到铣床可能受到负值负载，故采用回油路调速阀节流调速方式，并选用开式循环。

从工况图中我们可以清楚的看出，在液压系统的工作循环中，液压缸要求油源提供的流量变化并不是很大，因此工进和快进的过程中，所需流量差别较小。

故我们选用定量单液压泵供油。

2.选择基本回路

1. 

选择换向回路及速度换接方式

由设计依据可以知道，设计过程中不考虑工件夹紧这一工序，并且从快进到工进时，输入液压缸的流量从6.3L/min降到0.8L/min，速度变化不是很大，所以采用电磁换向阀来实现速度的换接。

压力继电器发讯，由电磁换向阀实现工作台的自动启动和换向。

同时为了实现工作台能在任意位置停止，泵不卸载，故电磁阀必须选择O型机能的三位四通阀，如下图所示：

由于要求工作台快进与快退速度相等，故快进时采用差动连接来实现快速运动回路，且要求液压缸活塞杆直径d≈0.7D。

3.选择调压回路

设计过程中，在油源中采用溢流阀来调定系统的工作压力，因此调压问题基本上已经在油源中解决，无须在另外设置调压系统。

这里的溢流阀同时还能起到安全阀的作用。

1、组合成液压系统图

将上面所选的液压基本回路组合在一起，便可得到以下的液压系统原理图。

同时电磁铁的动作顺序表如下：

表3 

液压专用铣床电磁铁动作顺序表

工序

1Y

2Y

3Y

4Y

5Y

YJ

工作缸快进

+

工作缸工进

—

工作缸快退

— 

图4专用铣床液压系统原理图 

1-油箱；

2-过滤器；

3-叶片泵；

4--溢流阀；

5-三位四通电磁换向阀;

6-单向调速阀；

7-两位三通电磁换向阀；

8-工作缸；

9-压力继电器

五、选择液压元气件

1.液压泵的选择

由以上的设计可以得到，液压缸在整个工作过程中的最大压力是，如取进油路上的压力损失为，则此时液压泵的最大工作压力是。

由以上的计算可得，液压泵提供的最大流量是,因为系统较为简单，取泄漏系数，则两个液压泵的实际流量应为：

由于溢流阀的最小稳定溢流量为，而工进时输入到液压缸的流量是，由流量液压泵单独供油，所以液压泵的流量规格最少应为。

根据以上的压力和流量的数值查阅机械设计手册，最后选用型单叶片液压泵，其排量大小为,当液压泵的转速为时，该液压泵的理论流量为。

取液压泵的容积效率为，则液压泵的实际流量大小为：

由于由以上的计算过程中，我们知道了液压缸在快退时的输入功率最大，此时液压泵的工作压力是（进油路上的压力损失），流量为，查表可得，取液压泵的总效率，，则液压泵驱动电机所需的功率为

根据以上的数据查机械设计手册选用Y801型电动机，其额定功率为，额