专用铣床的设计Word下载.docx
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6.1液压泵的选择·
6.2阀类元气件及辅助元气件的选择·
15
6.3确定油管直径·
16
6.4油箱的设计·
17
7、验算液压系统性能·
18
参考文献·
20
一、设计流程图
液压系统设计与整机设计是紧密联系的,设计步骤的一般流程如图
下面将按照这一流程图来进行本次液压课程设计。
二、设计依据:
专用铣床工作台重量为3000N,工件及夹具最大重量为1000N,切削力最大达9000N,工作台的快进速度为4.5m/min,进给速度为
60~1000mm/min,行程为400mm(其中快进340mm、工进60mm)。
工
作循环为快进→工进→快退→原位停止。
工作台往返运动的加速、减速时间为0.05s,假定工作台采用平面导轨,其摩擦系数=0.2,
=0.1,试设计其液压系统。
三、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
(一)外负载
=9000N
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:
(N)
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=60—1000mm/min,故我们取=300mm/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
合金结构钢
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=1.5mm。
根据以上的公式可得:
因为3000<
=9800N,所以选取的合适
(二)阻力负载
静摩擦力:
F=(G1+G2)·
其中F—静摩擦力NG1、G2—工作台及工件的重量N—静摩擦系数
由设计依据可得:
=(3000+1000)X0.2=800N
动摩擦力F=(G1+G2)·
其中F—动摩擦力N—动摩擦系数
同理可得:
F=(G1+G2)·
=(3000+1000)X0.1=400N
(三)惯性负载
机床工作部件的总质量m=(G1+G2)/g=4000/9.81=408kg
惯性力Fm=m·
N
其中:
a—执行元件加速度m/s
ut—执行元件末速度m/su0—执行元件初速度m/s
t—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
F=F
800
加速
F=F+Fm
740
快进
400
工进
F=F+Fc
3400
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:
四、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=9800N,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—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P2,取背压P2=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
:
工进时油压作用的面积
工进时油缸的速度mm/min
(2)、快进时油缸需要的流量
差动连接时:
、—分别表示油缸活塞腔、活塞杆截面积m²
—油缸快进时的速度mm/min
(3)、快退时油缸需要的流量,
=·
=
—油缸退回时的速度,mm/min
(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0.5Mpa
(5)、快进时油缸压力
0.989MPa
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0.3Mpa。
(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0.5MPa
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)
1.035
—
—
808
0.989
—
0.705
0.0063
0.07
工进
0.5
1.45
0.0008
0.019
1.43
1.391
1.165
0.0078
0.151
由以上所计算的数据我们绘制出工况图如下所示:
五、确定液压系统方案和拟订液压系统原理图
(一)
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。
图4差速回路
(二)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:
图5O型机能的三位四通阀
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。
(三)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。
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
YJ
工作缸快进
+
工作缸工进
工作缸快退
—
图6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
六、选择液压元气件
(一)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1.45Mpa,如取进油路上的压力损失为0.4Mpa,则此时液压泵的最大工作压力是=1.45+0.4=1.85Mpa。
由以上的计算可得,液压泵提供的最大流量是7.8L/min,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3L/min,而工进时输入到液压缸的流量是3.8L/min,由流量液压泵单独供油,所以液压泵的流量规格最少应为6.8L/min。
根据以上的压力和流量