卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台的液压系统的课程设计 2Word下载.docx
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液压与气动
设计题目:
组合机床动力滑台液压系统设计1
完成期限:
自2013年12月30日至2014年1月3日共1周
内
容
及
任
务
一、设计的主要技术参数
试为某厂汽缸加工自动线上设计一台卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台液压系统。
机床有主轴16根,钻14个φ13.9mm的孔,2个φ8.5mm的孔。
1）机床要求的工作循环就是:
快速接近工件,然后以工作速度钻孔,加工完毕后快速退回原始位置,最后自动停止。
动力滑台采用平导轨。
2）机床的工作参数如下:
假设运动部件重G＝9800N,切削力Fw=30500N;
快进快退速度v1=v3=5、5m/min;
动力滑台采用平导轨,静、动摩擦因数μs=0、2,μd=0、1;
往复运动的加速、减速时间为0、2s;
快进行程L1=100mm;
工进行程L2=50mm,执行元件使用液压缸,试设计计算其液压系统。
3）机床自动化要求:
要求系统采用电液结合,实现自动循环,速度换接无冲击,且速度要稳定,能承受一定量的反向负荷。
二、设计任务
完成如下工作:
1）按机床要求设计液压系统,绘出液压系统图。
2）确定滑台液压缸的结构参数。
3）计算系统各参数,列出电磁铁动作顺序表。
4）选择液压元件型号,列出元件明细表。
5）验算液压系统性能。
三、设计工作量
1）撰写课程设计计算说明书一份,不少于三千字。
要求计算说明书计算准确、文字通顺、编排规范。
2）绘制液压系统原理图图纸一张、要求图面布置合理、正确清晰、符合相关标准及有关规定。
进
度
安
排
起止日期
工作内容
2013、12、30
讲授设计的一般步骤与方法、设计的要求、布置设计题目;
2013、12、31-2014、1、2
学生进行设计;
2014、1、3
教师验收,学生修改打印设计报告。
答辩
主
要
参
考
资
料
[1]许福玲陈尧明主编,液压与气压传动,机械工业出版社,2007年6月。
[2]章宏甲等编,液压与气压传动,机械工业出版社,2004年2月。
[3]何存兴主编,液压传动与气压传动,华中科技大学出版社,2002年1月。
[4]张群生主编,液压与气压传动,机械工业出版社,2001年8月。
[5]姜继海等主编,液压与气压传动,高等教育出版社,2002年1月。
[6]左建民主编,液压与气压传动,机械工业出版社,1995年10月。
[7]成大先、机械设计手册（单行本）、液压传动、北京:
化学工业出版社,2001、
[8]杨培元,朱福元.液压系统设计简明手册、北京:
机械工业出版社,1999、
[9]刘忠伟主编、液压与气压传动,北京:
化学工业出版社2011、1
指导教师（签字）:
年月日
系（教研室）主任（签字）:
年月日
（课程设计名称）
设计说明书
（题目）
起止日期:
2013年12月19日至2014年1月2日
学生姓名
曹炎斌
班级
机工1102
学号
11495200131
成绩
指导教师（签字）
机械工程学学院（部）
2013年12月30日
液压传动课程设计指导书
湖南工业大学机械工程学院
2013年12月
第一章明确液压系统的设计要求
要求设计一台卧式单面多轴钻孔组合机床动力滑台的液压系统。
设计要求驱动动力滑台实现“快进→工进→快退→停止”的工作循环。
液压系统的主要参数与性能要求如下:
机床上有主轴16个,加工Φ13、9mm的孔14个,Φ8、5mm的孔2个。
刀具材料为高速钢,工件材料为铸铁,硬度为240HBS,运动部件总质量G=9800N,快进、快退的速度v1=v3=5、5m/min,快进行程长度l1=100mm,工进行程长度l2=50mm,往复运动的加速,减速时间为0、2s,动力滑台采用平导轨,其静摩擦系数fs=0、2,动摩擦系数fd=0、1,液压系统中的执行元件使用液压缸。
第二章负载与运动分析
负载分析中,暂不考虑回油腔的背压力,液压缸的密封装置产生的摩擦阻力在机械效率中加以考虑。
因工作部件就是卧式放置,重力的水平分力为零,这样需要考虑的力有:
夹紧力,导轨摩擦力,惯性力。
在对液压系统进行工况分析时,本设计实例只考虑组合机床动力滑台所受到的工作负载、惯性负载与机械摩擦阻力负载,其她负载可忽略。
（1）切削负载FW
工作负载就是在工作过程中由于机器特定的工作情况而产生的负载,对于金属切削机床液压系统来说,沿液压缸轴线方向的切削力即为工作负载。
切削负载（确定切削负载应具备机械切削加工方面的知识）用高速钢钻头（单个）钻铸铁孔时的轴向切削力Ft（单位为N）为
2（8—1）
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与每转进给量s按“组合机床设计手册”取:
对φ13、9mm的孔:
n1=360r／min,sl=0.147mm／r;
对φ8、5mm的孔:
n2=550r／min,s2=0.096mm／r;
所以,系统总的切削负载Ft为:
令Fw=Fq=30500N
2.惯性负载
往复运动的加速,减速时间为0、2s,所以取为0、2S
3.阻力负载
机床工作部件对动力滑台导轨的法向力为:
静摩擦阻力:
动摩擦阻力:
加速负载:
如果忽略切削力引起的颠覆力矩对导轨摩擦力的影响,并设液压缸的机械效率=0、9,根据上述负载力计算结果,可得出液压缸在各个工况下所受到的负载力与液压缸所需推力情况由此得出液压缸在各工作阶段的负载如表所列。
表8—1液压缸在各工作阶段的负载R
工况
负载组成
负载值F
启动
1960
快退
980
快进
停止
522
工进
31480
注:
在负载分析中,没有考虑动力滑台上倾翻力矩的作用
按表8-1数值绘制的动力滑台负载图如图8-1（a）所示。
第三章负载图与速度图的绘制
根据工作循环（总行程L1+L2=150mm工进速度V2绘制动力滑台速度图（如图8-1（b）所示。
快进、工进与快退的时间可由下式分析求出。
快进
工进
快退
根据上述已知数据绘制组合机床动力滑台液压系统绘制负载图（F-t）如图1（b）,速度循环图如图1（c）所示。
初选液压缸工作压力
所设计的动力滑台在工进时负载最大,在其它工况负载都不太高,参考表1与表2,初选液压缸的工作压力p1=4MPa。
组合机床液压缸的负载图与速度图
图1速度负载循环图
a）工作循环图b）负载速度图c）负载速度图
第四章确定液压系统主要参数4、1确定液压缸工作压力
由表2与表3可知,组合机床液压系统在最大负载约为40000N时宜取5MP。
表2按负载选择工作压力
负载/KN
<
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
表3各种机械常用的系统工作压力
机械类型
机床
农业机械
小型工程机械建筑机械
液压凿岩机
液压机
大中型挖掘机
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/Mpa
0、8~2
3~5
2~8
8~10
10~18
20~32
4、2计算液压缸主要结构参数
由于工作进给速度与快速运动速度差别较大,且快进、快退速度要求相等,从降低总流量需求考虑,应确定采用单杆双作用液压缸的差动连接方式。
通常利用差动液压缸活塞杆较粗、可以在活塞杆中设置通油孔的有利条件,最好采用活塞杆固定,而液压缸缸体随滑台运动的常用典型安装形式。
这种情况下,应把液压缸设计成无杆腔工作面积就是有杆腔工作面积两倍的形式,即活塞杆直径d与缸筒直径D呈d=0、707D的关系。
工进过程中,当孔被钻通时,由于负载突然消失,液压缸有可能会发生前冲的现象,因此液压缸的回油腔应设置一定的背压（通过设置背压阀的方式）,选取此背压值为p2=0、8MPa。
快进时液压缸虽然作差动连接（即有杆腔与无杆腔均与液压泵的来油连接）,但连接管路中不可避免地存在着压降,且有杆腔的压力必须大于无杆腔,估算时取0、5MPa。
快退时回油腔中也就是有背压的,这时选取被压值=0、6MPa。
工进时液压缸的推力计算公式为
F——负载力
ηm——液压缸机械效率
A1——液压缸无杆腔的有效作用面积
A2——液压缸有杆腔的有效作用面积
p1——液压缸无杆腔压力
p2——液压有无杆腔压力
因此,根据已知参数,液压缸无杆腔的有效作用面积可计算为
液压缸缸筒直径为
由于有前述差动液压缸缸筒与活塞杆直径之间的关系,d=0、707D,因此活塞杆直径为d=0、707×
109、89=77、69mm,根据GB/T2348—1993对液压缸缸筒内径尺寸与液压缸活塞杆外径尺寸的规定,圆整后取液压缸缸筒直径为D=110mm,活塞杆直径为d=80mm。
此时液压缸两腔的实际有效面积分别为:
工作台在快进过程中,液压缸采用差动连接,此时系统所需要的流量为
工作台在快退过程中所需要的流量为
工作台在工进过程中所需要的流量为
根据上述液压缸直径及流量计算结果,进一步计算液压缸在各个工作阶段中的压力、流量与功率值,如表4所示。
表8-2液压缸在不同工作阶段的压力、流量与功率值
负载
FL/N
回油腔
压力
P2/MPa
进油腔
P1/MPa
输入理论流量
q
/（L/s）
输入功率
P/kW
计算式
快迸
（差
动）
1、17
-
加速
1、005
恒速
0、804
0、5485
0、441
0、6
4、88
0、0084
0、041
快
退
0、38
0、573
0、424
0、486
0、205
并据表4可绘制出液压缸的工况图,如图2所示。
图2组合机床液压缸工况图
第五章液压系统方案设计
根据组合机床液
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