半自动液压专用铣床液压系统的设计.docx

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半自动液压专用铣床液压系统的设计

毕业设计（论文）

题目:

半自动液压专用铣床液压系统的设计

设计任务书

一、机床对液压传动系统的具体参数要求

液压缸

名称

负载力

（N）

移动件

重力（N）

（速度M/min）

行程（MM）

启动时间（S）

定位夹紧缸运动时间（S）

快进

工进

快退

定位液

压缸

200

20

10

1

夹紧液

压缸

4000

40

15

1

进给液

压缸

2000

1500

6

0.35

6

快进

工进

0.5

300

80

二.机床类型及动作循环要求：

设计一台用成型铣刀在工件上加工出成型面的液压专用铣床，要求机床工作台一次可安装两只工件，并能同时加工。

机床工作循环为：

手工上料→按电钮→自动定位夹紧→工作台快进→铣削进给→工作台快退→夹具松开→手工卸料。

摘要

本次毕业设计的是半自动液压专用铣床的液压设计，专用铣床是根据工件加工需要，以液压传动为基础，配以少量专用部件组成的一种机床。

在生产中液压专用铣床有着较大实用性，可以以液压传动的大小产生不同性质的铣床。

此次设计主要是将自己所学的知识结合辅助材料运用到设计中，尤其是一些计算、绘图等细小方面。

在设计过程中最主要的是图纸的绘制，这不仅可以清楚的将所设计的内容完整的显示出来，还能看出所学知识是否已完全掌握了。

整个主要设计过程分成六个部分：

参数的选择、方案的制定、图卡的编制、专用铣床的设计、液压系统的设计以及最后有关的验算。

主体部分基本在图的编制和液压系统的设计两部分中完成的。

工序分为：

手工上料→按电钮→自动定位夹紧→工作台快进→铣削进给→工作台快退→夹具松开→手工卸料。

关键词：

铣削进给，液压传动，夹具

目录

第一章、绪论------------------------------------------------------------------------1

1.1设计目的----------------------------------------------------------1

1.2设计内容及要求

　1.2.1机床类型及动作循环要求

1.2.2机床对液压传动系统的具体参数要求

第二章、液压系统的设计

2.1液压系统的设计与计算

2.1.1分析工况及设计要求,绘制液压系统草图

2.1.2液压缸的负载计算

2.1.3确定系统的工作压力

2.1.4确定液压缸的几何参数

2.2确定液压泵规格和电动机功率及型号

2.2.1确定液压泵规格

2.2.2确定油液的压力

2.3确定各类控制阀

2.4确定油箱容积与结构

2.5选取液压油

第三章、液压缸及液压装置的结构设计

3.1确定液压缸的结构形式

3.2计算液压缸主要零件的强度和钢度

3.3完成液压缸的结构设计和部分零件图。

第四章、管路系统压力损失的计算

第五章、系统热平衡计算与油箱容积的计算

第六章、结论

致谢

参考文献

附录

附录A液压元件的规格

附录B液压系统图

第一章绪论

1.1设计目的

毕业设计是培养学生综合运用所学的基础理论和专业理论知识，独立解决机床设计问题的能力的一个重要的实践性教学环节。

因此，通过设计应达到下述目的。

a初步掌握正确的设计思想和设计的基本方法\步骤,巩固\深化和扩大所学的知识,培养理论联系实际的工作方法和独立工作能力。

b获得机床总体设计，结构设计，零件计算，编写说明书。

绘制部件总装图（展开图，装配图）和零件工作图等方面的基本训练及基本技能。

c熟悉有关标准、规格、手册和资料的应用。

d对专用机床的夜压系统初具分析能力和改进设计的能力。

1.2设计内容及要求

1.2.1机床类型及动作循环要求：

设计一台用成型铣刀在工件上加工出成型面的夜压专用铣床，要求机床工作台一次可安装两只工件，并能同时加工。

机床工作循环为：

手工上料→按电钮→自动定位夹紧→工作台快进→铣削进给→工作台快退→夹具松开→手工卸料。

1.2.2机床对液压传动系统的具体参数要求

液压系统参数图

液压缸

名称

负载力

（N）

移动件

重力（N）

（速度M/min）

行程（MM）

启动

时间（S）

定位夹紧缸运动时间（S）

快进

工进

快退

定位液

压缸

200

20

10

1

夹紧液

压缸

4000

40

15

1

进给液

压缸

2000

1500

6

0.35

6

快进

工进

0.5

300

80

工作台采用半导轨，导轨面的静摩擦系数f=0.2动摩擦系数f=.0.1

第二章设计步骤

2.1液压系统的设计与计算

2.1.1分析工况及设计要求,绘制液压系统草图

机床工况由题可知为:

定位液压缸夹紧液压缸工作台进给液压缸

定位夹松快进

工进

拔销紧开

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.考虑到铣销时可能有负的负载力产生,故采用回油节流调速的方法,为了提高夹紧缸的稳定性与可靠性,夹紧系统采用单向阀与蓄能器的保压回路,并能不用减压阀,使夹紧油源压力与系统的调节一致,以减少液压元件的数量,简化系统结构,定位后通过行程开控制二位四通电磁阀通点工作控制夹紧缸工作,并采用压力继电器,发讯使工作台液压工作以简化电气发讯与控制系统,提高系统的可靠性.

综合上面考虑,可绘制出液压系统图.（见附页）

2.1.2液压缸的负载计算:

（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）夹紧液压缸

已知负载力R=4000N（惯性力与摩擦力可以忽略不计）

（3）工作台液压缸

有效负载力R=200N（已知）

惯性力Rm=ma=1500/9.8/[（6/60-0）/0.5]=30.6N（按等加速处理）

摩擦力由液压缸的密封阻力与滑台运动的摩擦力组成,当密阻力按5%有效作用力估算时,总的摩擦阻力:

Rf=0.05Rw+Fc=0.05*2000+0.2*1500=4000N

故负载力:

R=Rw+Rm+Rf=2000+30.6+400=2430.6N

2.1.3确定系统的工作压力

因为夹紧液压缸的作用很大,所以可以按其工作负载来选定系统的压力

由设计参考资料可以初定系统的压力为0.8～1MPa,为使液压缸体积紧凑,可以取系统的压力为P1=1.5MPa

2.1.4确定夜压缸的几何参数

（1）定位液压缸的

D=

考虑到液压缸的结构与制造的方便性,以及插销的结构尺寸等因素,参考手册---可以取D=32mm,d=16mm

（2）夹紧液压缸

D=

实取D=63mm,d=32mm

（3）进给液压缸

因采用双出杆液压缸,所以

D=

按工作压力,可以选杆径d=0.3D代入上上式得:

D=

一般可取背压P2=0.5MPa（对低压系统而言）,代入上式有:

D=

取进给液压缸系列化的标准尺寸为:

D=63mm,d=20mm

2.2确定液压泵规格和电动机功率及型号

2.2.1确定液压泵规格

（a）确定理论流量

定位液压缸最大的流量:

Q1=A1v=πD

/4·L/Δt=3.14×0.032

/4×10×10

/1=8.04×10

m

/s=0.4824L/min

夹紧液压缸最大流量

Q2=A1v=πD

/4·L/Δt=3.14×0.063

/4×15×10

/1=4.68×10

m

/s=2.8L/min

因为有两个夹紧缸同时工作，所以

Q2=2Q2′=2×2.8=5.6L/min

进给液压缸最大流量

Q3=A2v=πD

-d

）/4·v=3.14×0.063

-0.02

）/4×6=0.0168m

/s=1008L/min

（b）确定液压泵流量

由于定位,夹紧,进给液压缸是分时工作的,所以其中液压缸的最大流量既是系统的最大理论流量,另外考虑到泄漏和益流阀的益流流量,可以取液压泵流量为系统最大流量的1.1～1.3倍,现取1.2倍计算则有:

Q泵=1.2Q3=1.2×16.8=20.16L/min

采用低压齿轮泵,则可选取CB-B25为系统的供油泵,其额定流量为25L/min,额定压力为2.5Mpa,额定转速为24.17r/s（1450r/min）

（C）确定电动机功率及型号

电动机功率N=PQ/612η=25×25/612×0.8=1.28KW按CB-B*型齿轮泵技术规格,查得驱动电动机功率为1.3KW,或取电动机功率略大一点的交流电机

动机型号为JQ2–22–4额定功率为1.5KW,转速为1450r/min

2.2.2确定油液的压力

（a）定位缸油液的压力

已知F=200ND=32mmd=16mmQ=0.4824L/min

求:

P1

因为F=A1P=πD

P=3.14/4×0.032

P1

所以P1=2.488×10

Pa

（b）夹紧缸油液的压力

已知F=4000ND=63mmd=32mmQ=5.6L/min

求:

P2

因为F=A1P=πD

P=3.14/4×0.063

P1

所以P2=1.283835×10

Pa

2.3确定各类控制阀

系统工作压力为1.5MPa,油泵额定最高压力为2.5MPa,所以可以选取额定压力大于或等于2.5MPa的各种元件,起流量按实际情况分别选取.

目前,中低压系统的液压元件,多按6.3MPa系列的元件选取,所以可以选取.

溢流阀的型号为:

Y-25B工作台液压缸换向型号为:

34D-25BY,快进二位二通电磁阀型号Q–10B;背压阀型号为:

B-25B定位,夹紧系统的最大流量为2.8L/min,所以可以选取.

单向阀型号为I–10B;换向阀型号24D-10B23D-10B;单向顺序阀型号为XI-B10B.

蓄能器供油量仅作定位夹紧系统在工作台快进,工进与快退时,补充泄漏和保持压力之用,其补油量极其有限,所以可以按各种最小的规格选取，现取N×Q–0.6/10–型胶囊式蓄能器，当△P=15%时，其有效补油体积为△V=0.07L。

滤油器可选用型号为wv-25-×180J的网式滤油器,过滤精度为180um

压力表可选用Y–60型量程6.3MPa的普通精度等级的量表,选用量程较高的压力表可以避免在系统有压力冲击时经常损坏,但量程选得过大会使观察和调整的精度降低.

管道通径与材料:

阀类一径选定,管道的通径基本上已经决定,既管道的通径同于阀类进出油口的通径,只有在有特殊需要时才按管内平均要求计算管道通径.

按标准:

（1）通径

25L/min流量处,选用Φ１２通径的管道

10L/min流量处,选用Φ８通径的管道

为便于安装,可以采取紫铜管,扩口接头安装方式.

（2）壁厚

按强度公式有:

　δ≥p.d/2[σ]

其中,紫铜的[δ]=250kgf/cm2为安全起见,可取

P=2.5MPa来计算:

δΦ12≥2.5×12/2×25=0.6mm

δΦ8≥2.5×8/2×25=0.4mm

所以可取

12,壁厚1mm和

8,壁厚0.8mm的紫铜管，考虑到扩口处管子的强度,壁厚可以略有增加，一般按常用紫铜管的规格选取即可（对低压系统而言）,对高压系统必须进行计算。

2.4确定油箱容积与结构

因为是低压系统,油箱容积按经验公式计算:

油箱容积V=（２–４）Q

现取V=４Ｑ=４×２５=100L

结构可以采用开式，分力，电动机垂直安置式标准油箱。

2.5.选取液压油

该系统为一般金属切削机床液压传动,所以在环境温度为-５℃～３５℃之间时,一般可选用２０号或３０号机械油。

冷天气用２０号机械油，热天气用３０号机械油。

第三章液压缸及液压装置的结构设计

3.1确定液压缸的结构形式

液压缸的结构形式是指他的类型,安装方法,密封形式,缓冲结构,排气等.

定位与夹紧液压缸均采用单出杆,缸体固定形式,为减少缸体与活塞体积,简化结构,采用“Ｏ”型密封圈;由于行程很短,运动部件质量很小,速度也不大,不必考虑缓冲结构;排气螺塞也可以由油塞接头来代替.

工作台液压缸采用装配活塞,双出杆,缸体固定定形式,采用双出杆可以使活塞杆在工作时处于受拉伸应力状态,有利于提高活塞杆的稳定性,并且可以减小活塞杆的直径,活塞上才用单个“Ｏ”型密封圈,另外,由于工作材料为铸铁,加工时粉尘及小片状或针状的铁销较多,所以有加上了一个防尘圈,夹紧液压缸的的防尘圈也是鉴于同样原因安放的.

由于机床工作台作直线进给运动,在运动方向上没有严格的定位要求（这一点与一般钻销动头液压缸的要求有所区别），不必采用机构。

快退事，可以采用电气行程开关预先发讯，使三位四通换向阀切至中位，工作台停住，避免刚性冲击；排气也采用松开油管进油螺塞的方法进行，而不设专门的放弃螺塞。

3.2计算液压缸主要零件的强度和钢度

定位夹紧油缸的内油和长度较小，一般可以按厚壁筒强度计算公式来估计必须的厚壁，有公式：

δ=Ｄ/２（

-１）

当额定压力Pn＜6.3MPa时,取[σ]钢=σb/n=4500/6=750kgf/cm2=75MPa

Pp=Pn×150%=2.5×150%=3.75MPa

将[σ]钢,Pp的值及定位,夹紧液压缸的直径D代入计算公式可得:

δ定≥3.2/2（

-1）＝0.072cm=0.72mm

δ夹≥3.2/2（

-1）＝0.142cm=1.42mm

工作台液压缸壁厚用薄壁筒计算公式来求:

δ工≥PpD/2[σ]=3.75×6.3/2×75=0.158cm=1.58mm

从以上计算可以看出,对与小型底压（D＜100mm,Pn＜2.5MPa）液压缸按强度条件计算出来的缸壁厚度尺寸是很小的,因此,在设计这类液压钢事,可以先不计算,而直接按机械结构尺寸的需要,主要是缸体与缸盖的连接出的尺寸,及考虑到缸体缸度所需的基本厚度尺寸,直接设计制图,然后进行强度校核.这样做在一般的情况下,均可满足强度要求.而对于高压的液压缸或铸铁材料的缸体、缸壁的强度估算是必要的这样可以避免结构设计图的返工和修改。

对于缸盖，活塞杆联接件，鉴于与上相同的原因，强度计算一般可以放在结构设计后的强度校核中进行。

3.3完成液压缸的结构设计和部分零件图。

液压缸的活塞宽度，一般可取b≥0.4D,同时应该考虑密封圈安装时的必要几何尺寸,缸盖应该考虑到进油及加工工艺要求,缸体连接处应考虑必要的导向与支撑的结构尺寸。

小型定位，夹紧传动液压缸与传动液压缸在结构与安装方法上不尽相同,总之要使结构设计达到结构简单、工艺性好、安装方便、取材便利、强度足够、要求输出力、位移和功率,也要能达到设计要求。

根据上述液压缸的结构特点及内径、杆径、行程等要求，液压缸的结构设计（如图A——1）。

第四章管路系统压力损失的计算

由于定位、夹紧、回路在夹紧后的流量几乎为零，即管路系统的压力损失，主要应在工作台液压缸回路中进行计算。

按快进时，最大流量来估计压力损失Q3=16.8L/min来考虑（因泵的额定流量Q=25L/min）。

总压力损失∑△p=∑△p沿+∑△p局

其中:

∑△p沿---管路中沿程阻力+损失之和

∑△p局---管路中局部阻力损失系各阀类元件的阻力之和

一般,简单的低压金属切削机床液压系统中∑△p值可取（0.1～0.3）Pn（Pn为系统调整压力）。

压力阀调整压力的确定:

Py=1.1Pn=1.1*1.5=1.65MPa由于系统压力在初步设计时一般取泵的额定压力的50%～70%目的是为了延长泵的寿命或减少噪音。

所以泵源总有一定的压力储备，系统的调整压力可在试车阶段进一步调节。

顺序阀的控制压力可以选择为先动液压缸最大起动压值的150%～200%，而必须比系统调整压力低，顺序阀的控制压力可调节为0.6～0.7MPa。

压力蓄电器发讯时压力必须比系统额定压力值稍小一些，可调节1.4～1.5MPa。

第五章系统热平衡计算与油箱容积的计算

系统发热量可以由功能守恒平均有效功率的概念，本设计中定位夹紧液压泵功率很小，所以略去不计。

第六章毕业设计总结

通过此次毕业设计，使自己有了更深层次地了解了设计液压系统时的一些方法及过程以及绘制有关零件时应注意的一些细小环节。

本次设计不算太好，只可以说大致完成了指导老师所提出的要求，毕竟在设计过程中对一些参数的选择上还存在一些不太全面、不合理的选择（选择的参数有些太靠近极限）。

在今后遇到类似的情况将重点对待参数的选择以及计算。

致谢:

在整个设计过程中，我始终感觉到指导老师范老师和孙老师那种诲人不倦的高风亮节，这将永远激励着我。

在我遇到困难的时候，孙老师总是耐心的引导我将困难解决并指出我在设计过程中存在的一些细小的问题以及制图中存在的问题。

在此，我感谢孙老师和范老师在这次毕业设计中予以我的极大帮助。

参考文献

1.季名善,齐人光主编.液气压传动.上海:

机械工业出版社,2001

2.王之栎,王大康主编.机械设计综合课程设计.北京:

机械工业出版社,2003

3.胡荆生主编.公差配合与技术测量基础.北京:

中国劳动社会保障出版社.2000

4.陈海魁主编.机械制造工艺基础.北京:

中国劳动社会保障出版社.2000

5.陈海魁主编.机械基础.北京:

中国劳动社会保障出版社.2001

6.赵家齐主编.机械制造工艺书.北京:

机械工业出版社,2000

7.孙丽媛主编.机械制造工艺及专用夹具设计指导.治金工业出版社,2003

液压元件型号规格

序号

元件名称

通过流量

q（L.min

）

型号规格

1

低压齿轮泵

25

CB-B25

2

溢流阀

25

Y-25

3

单向阀

2.8

I-10B

4

单向阀

20.16

B-25B

5

三位四通阀

25

34D-25BY

6

快进二位二通电磁阀

25

22D-25B

7

调速阀

＜1

Q-10B

8

二位四通换向阀

2.8

24D-10B

9

单向阀

2.8

XI-B10B

10

压力蓄电器

DP1-63B

11

蓄能器

NXQ-0.6/10

12

电动机

JQ2-22-4

13

压力表

Y-60

14

滤油器

25

WU-25×180J

15

二位三通换向阀

10

23D-10B

液压系统图