半自动液压专用铣床液压系统.docx

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半自动液压专用铣床液压系统

1引言

1.1设计目的及要求

1设计的目的

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，学生可以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，为学生走向“机电液类”的工作岗位做好铺垫。

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。

对学生在计算、制图、运用设计资料以及经验估算、考虑技术决策、CAD技术等方面的基本技能进行一次训练，以提高这些技能的水平。

㈡设计的要求

1.设计时必须从实际出发，综合考虑实用性、经济性、先进性及操作维修方便。

如果可以用简单的回路实现系统的要求，就不必过分强调先进性。

并非是越先进越好。

同样，在安全性、方便性要求较高的地方，应不惜多用一些元件或采用性能较好的元件，不能单独考虑简单、经济；

2.独立完成设计。

设计时可以收集、参考同类机械的资料，但必须深入理解，消化后再借鉴。

不能抄袭；

3.在课程设计的过程中，要随时复习液压元件的工作原理、基本回路及典型系统的组成，积极思考。

不能直接向老师索取答案。

4.液压传动课程设计的题目均为中等复杂程度液压设备的液压传动装置设计。

1.2设计的内容及步骤

（一）设计内容

1.液压系统的工况分析，绘制负载和速度循环图；

2.进行方案设计和拟定液压系统原理图；

3.计算和选择液压元件；

4.验算液压系统性能；

5.绘制正式工作图，编制设计计算说明书。

（二）设计步骤

以一般常规设计为例，课程设计可分为以下几个阶段进行。

1.明确设计要求

⑴阅读和研究设计任务书，明确设计任务与要求；分析设计题目，了解原始数据和工作条件。

⑵参阅与本课题相关内容，明确并拟订设计过程和进度计划。

2.进行工况分析

⑴做速度-位移曲线，以便找出最大速度点；

⑵做负载-位移曲线，以便找出最大负载点。

⑶确定液压缸尺寸

确定液压缸尺寸前应参照教材选择液压缸的类型，根据设备的速度要求确定d/D的比值、选取液压缸的工作压力，然后计算活塞的有效面积，经计算确定的液压缸和活塞杆直径必须按照直径标准系列进行圆整。

计算时应注意考虑液压缸的背压力，背压力可参考下表选取。

系统类型

背压力（MPa）

回路上有节流阀的调速系统

0.2～0.5

回路上有背压阀或调速阀的进给系统

0.5～1.5

采用辅助泵补油的闭式回路（拉床、龙门刨等）

1～1.5

⑷绘制液压缸工况图

液压缸工况图包括压力循环图（p-s）、流量循环图（q-s）和功率循环图（P-s），绘制目的是为了方便地找出最大压力点、最大流量点和最大功率点。

3.进行方案设计和拟定液压系统原理图

方案设计包括供油方式、调速回路、速度转接控制方式、系统安全可靠性（平衡、锁紧）及节约能量等性能的方案比较，根据工况分析选择出合理的基本回路，并将这些回路组合成液压系统，初步拟定液压系统原理图。

选择液压基本回路，最主要的就是确定调速回路。

应考虑回路的调速范围、低速稳定性、效率等问题，同时尽量做到结构简单、成本低。

4.计算和选择液压组件

⑴计算液压泵的工作压力

⑵计算液压泵的流量

⑶选择液压泵的规格

⑷计算功率，选择原动机

⑸选择控制阀

⑹选择液压辅助元件

5.验算液压系统性能

⑴验算液压系统的效率

⑵验算液压系统的温升

6.设计总结与答辩

⑴完成答辩前的准备工作。

⑵参加答辩。

1.3设计任务

设计一台用成型铣刀在加工件上加工出成型面的液压专用铣床，工作循环：

手工上料——自动夹紧——工作台快进——铣削进给——工作台快退——夹具松开——手工卸料。

设计参数

设计参数见下表。

其中：

工作台液压缸负载力（KN）：

FL=28

夹紧液压缸负载力（KN）：

Fc=4.8

工作台液压缸移动件重力（KN）：

G=1.5

夹紧液压缸负移动件重力（N）：

Gc=55

工作台快进、快退速度（m/min）：

V1=V3=5.6

夹紧液压缸行程（mm）：

Lc=10

工作台工进速度（mm/min）：

V2=45

夹紧液压缸运动时间（S）：

tc=1

工作台液压缸快进行程（mm）：

L1=250

工作台液压缸工进行程（mm）：

L2=70

导轨面静摩擦系数：

μs=0.2

导轨面动摩擦系数：

μd=0.1

工作台启动时间（S）：

t=0.5

2.负载与工况分析

2.1分析工况及设计要求

机床工况由题可知为：

按设计要求，希望系统结构简单，工作可靠，估计到系统的功率不会很大，且连续工作，所以决定采用单个定量泵，非卸荷式供油系统；考虑到铣削时可能有负的负载力产生，故采用回油节流调速的方法；为提高夹紧力的稳定性与可靠性，夹紧系统采用单向阀与蓄能器的保压回路，并且不用减压阀，使夹紧油源压力与系统的调整压力一致，以减少液压元件数量，简化系统结构；定位液压缸和夹紧液压缸之间的动作次序采用单向顺序阀来完成，并采用压力继电器发讯启动工作，以简化电气发讯与控制系统，提高系统可靠性。

2.2工作负载

（1）定位液压缸

已知负载力R≈200N（惯性力与摩擦力可以忽略不计）

（2）加紧液压缸

已知负载力R≈4000N（惯性力与摩擦力可以忽略不计）

（3）工作液压缸

工作负载即为切削力

2.3摩擦负载

摩擦负载即为导轨的摩擦阻力:

静摩擦阻力

动摩擦阻力

2.4惯性负载

2.5运动时间

快进

工进

快退

设液压缸的机械效率，得出液压缸在各个阶段的负载忽然推力如表1所示

表1液压缸各阶段的负载和推力

工况

负载组成

液压缸负载F/N

液压缸推力=F//N

启动

300

337

加速

226.5

254

快进

150

169

工进

28150

31629

反向启动

300

337

加速

226.5

254

快退

150

169

根据液压缸在上述各阶段内的负载和运动时间，即可绘出负载循环图F-t和速度循环图。

如图1所示。

图1

3.确定液压系统的主要参数

3.1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，在其他工况负载都不太高，参考表2和表3，粗选液压缸的工作压力。

3.2计算液压缸的主要尺寸

鉴于动力滑台快进和快退速度相等，这里的液压缸可选用单活塞杆式差动液压缸（），快进时液压缸差动连接。

工进时为防止孔钻通时负载突然消失发生前冲现象，液压缸的回油腔应有背压，参考表4选背压力为。

表2按负载选择工作压力

负载/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

表3各种机械常用的系统压力

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

表4执行元件背压力

系统类型

背压力/MPa

简单系统或轻载节流调速系统

0.2~0.5

回油路带调速阀的系统

0.4~0.6

回油路设置由背压阀的系统

0.5~1.5

用补油泵的闭式回路

0.8~1.5

回油路较复杂的工程机械

1.2~3

回油路较短且直接回油

可忽略不计

表5按工作压力选取d/D

工作压力/MPa

<=5.0

5.0~7.0

>=7.0

d/D

0.5~0.55

0.62~0.70

0.7

表6按速比要求确定d/D

1.15

1.25

1.33

1.46

1.61

2

d/D

0.3

0.4

0.5

0.55

0.62

0.71

注：

——无杆腔进油时活塞运动速度；

——有杆腔进油时活塞运动速度。

由式得

则活塞直径

参考表5表6，得d≈0.71，D=77mm.圆整后取标准数值得D=110mm.d=80mm.

由此求得液压缸两腔的实际有效面积为

因为活塞杆总行程为320mm，而活塞杆直径为110mm，l/d=320/110=2.9<10,不稳定性校核需进行

根据计算出的液压缸的尺寸，可估算出液压缸在工作循环中各阶段的压力﹑流量和功率，如表7所列由此绘制的液压缸工况图如图2所示。

表7液压缸在各阶段的压力﹑流量和功率值

工况

推力

回油腔压力

进油腔压力

输入流量

输入功率P/KW

计算公式

快

进

启动

337

—

0.43

—

加速

254

0.77

—

恒速

169

0.66

0.5

0.33

工进

31629

0.6

3.96

0.84×

0.033

快进

启动

337

—

0.49

—

—

加速

254

0.5

1.43

—

—

恒速

169

0.5

1.31

0.45

0.59

注：

1.为液压缸差动连接时，回油口到进油口之间的压力损失，取=0.5MPa;

2.快退时液压缸有杆腔进油，压力为，无杆腔回油，压力为。

4.拟定液压系统原理图

4.1选择基本回路

4.1.1选择调速回路

由图2可知这台机床液压系统功率较小，滑台运动速度低，工作负载为阻力负载且工作中变化小，故可选用进口节流调速回路。

为防止孔钻通时负载突然消失发生前冲现象，在液压缸的回路上加背压阀。

由于系统选用节流调速方式，系统必然为开路循环系统。

4.1.2选择油源方式

从工况图可以清楚看出，在工作循环内，液压缸要求油源提供快进﹑快退行程的低压大流量和工进行程的高压小流量的油源。

最大流量与最小流量之比，其相应的时间之比=0.044这表明在一个工作循环中的大部分时间都处于高压小流量工作，从提高系统效率﹑节省能量角度来看，选用单定量泵油源显然是不合理的，为此可选用限压式变量泵或双联叶片泵作为油源。

考虑到前者流量突变时液压冲击较大，工作平稳性差，且后者可双泵同时向液压缸供油实现快速运动，最后确定选用双联叶片泵，如图3a所示。

abc

图3

4.1.3选择快速运动和换向回路

本系统已选定液压缸差动连接和双泵供油两种快速运动回路实现快速运动。

考虑到从工进转快进快退时回路流量较大，故选用换向时间可调的电液换向阀式换向回路，以减小液压冲击。

由于要实现液压缸差动连接，所以选用三位五通电液换向阀，如图3b所示。

4.1.4选择速度换向回路

由于本系统滑台由快进转为工进时，速度变化大（），为减少速度换向时的液压冲击，选用行程阀控制的换向回路，如图3c所示。

4.1.5选择调压和卸荷回路

在双泵供油的油源形式确定后，调压和卸荷问题都已基本解决。

即滑台工进时，高压小流量泵的出口压力由油源中的溢流阀确定，无需另设调压回路。

在滑台工进和停止时，低压大流量泵通过液控顺序阀卸荷，高压小流量泵在滑台停止时虽为卸荷，但功率损失较小，故可不许再设卸荷回路。

4.2组成液压系统

将上面选出的液压基本回路组合在一起，并经修改和完善，就可得到完整的液压系统工作原理图，如图4所示，在图4中，为了解决