数控钻床液压系统改进毕业设计.docx

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数控钻床液压系统改进毕业设计

摘要

组合钻床是一种新型钻床，属于机械加工用钻床。

它由工作台、安装在工作台两端及一侧的导轨，导轨与工作台的边缘平行，钻架通过吊铁和锁紧螺钉安装在导轨上；导轨上设有燕尾，钻架可在导轨上水平移动；钻架包括溜板、溜板上装有传动机构，溜板底面上设有与导轨上的燕尾相配合的燕尾槽，机械滑台上装有主支撑架，主支撑架上装有纵向机械滑台及控制系统，控制系统连接控制活动按钮，纵向机械滑台上装有附属支撑架，附属支撑架上通过机械滑台装有水平方向的钻削动力头。

其动力系统由液压系统提供，通过双联叶片泵来提供液压能经三位五通电液阀和溢流阀、单向阀等液压件，到执行元件液压缸将液压能转换为机械能输出，具有体积小，动力稳定等特点。

它解决了现有的钻床加工大型零部件特别是回转体直径较大时操作不方便、加工困难等技术问题。

在设计过程中要先进行工况分析，计算其性能，并根据实际中的应用选择液压元件最后验算性能才能合格设计出组合钻床的液压系统。

目录

第一章液压传动系统的设计计算--------------------------------------1

1.1设计计算的工况分析--------------------------------------------1

1.2负载分析的计算--------------------------------------------------1

1.3绘制液压系统工况分析图--------------------------------------1

1.4动力分析和运动分析---------------------------------------------1

第二章滑台液压传动系统的设计-------------------------------------------1

2.1选择基本拟定液压传动系统图---------------------------------1

2.2选择液压元件及辅件---------------------------------------------1

第三章液压传动系统的设计计算-------------------------------------------1

3.1液压缸的计算--------------------------------------------------1

3.2液压泵的计算--------------------------------------------------1

3.3计算液压系统的技术性能-----------------------------------1

第四章绘制液压系统图和电气控制系统图-------------------------------1

第五章选择控制元件----------------------------------------------------------1

致谢---------------------------------------------------------------------------1

参考文献---------------------------------------------------------------------------1

第一章液压传动系统的设计计算

1.1设计计算的工况分析

一、运动分析

主机的执行元件按工艺要求的运动情况，可以用位移循环图（L—t），速度循环图（v—t），或速度与位移循环图表示，由此对运动规律进行分析。

1.位移循环图L—t

图9-1为液压机的液压缸位移循环图，纵坐标L表示活塞位移，横坐标t表示从活塞启动到返回原位的时间，曲线斜率表示活塞移动速度。

该图清楚地表明液压机的工作循环分别由快速下行、减速下行、压制、保压、泄压慢回和快速回程六个阶段组成。

2.速度循环图v—t（或v—L）

最后匀减速运动到终点；第二种，液压缸在总行程的前一半作匀加速运动，在另一半作匀减速运动，且加速度的数值相等；第三种，液压缸在总行程的一大半以上以较小的加速度作匀加速运动，然后匀减速至行程终点。

v—t图的三条速度曲线，不仅清楚地表明了三种类型液压缸的运动规律，也间接地表明了三种工况的动力特性。

二、动力分析

动力分析，是研究机器在工作过程中，其执行机构的受力情况，对液压系统而言，就是研究液压缸或液压马达的负载情况

液压缸负载的计算

工况

计算公式

液压缸负载F/N

液压缸驱动力F0/N

启动

F=faG

1960

2180

加速

F=fdG+G/gΔv/Δt

1480

1650

快进

F=fdG

980

1090

工进

F=Fc+fdG

31480

35000

反向启动

F=fsG

1960

2180

加速

F=fdG+G/gΔv/Δ

1480

1650

快退

F=fdG

980

1090

停止

其中，取液压缸机械效率ηcm=0.9。

计算快进、工进时间和快退时间

快进：

t1=L1/v1=100×10-3/0.1=1s

工进：

t2=L2/v2=50×10-3/0.88×10-3=56.6s

快退：

t3=（L1+L2）/v1=（100+50）×10-3/0.1=1.5s

取标准直径：

D＝110mm

因为A1=2A2，所以d≈80mm

则液压缸有效面积：

A1=πD2/4=π×112/4=95cm2

A2=π/4（D2-d2）=π/4（112-82）=47cm2

3.计算液压缸在工作循环中各阶段的压力、流量和功率液压缸工作循环各阶段压力、流量和功率计算表。

工况

计算公式

F0/n

P2/pa

P1/pa

Q/（10-3m3/s）

P/kw

快进

启动

P1=F0/A+p2

2180

P2=0

4.6*105

0.5

加速

Q=av1

1650

P2=7x105

10.5*105

快进

P=10-3p1q

1090

9x105

0.5

工进

p1=F0/a1+p2/2

q=A1V1

p=10-3p1q

3500

P2=6x105

40x105

0.83x105

0.033

快退

反向启动

P1=F0/a1+2p2

2180

P2=0

4.6x105

加速

1650

17.5x105

快退

Q=A2V2

1090

P2=7*105

16.4x105

0.5

0.8

制动

P=10-3p1q

532

15.2x105

4.确定油箱容量油箱容量可按经验公式估算，取V＝（5～7）q

1.1.1负载分析：

根据工件材料查机械加工工艺手册，得出钻孔的较合适的表面切削速度为：

V＝21～30m/min

从而计算出主轴的转速为：

446～637r/min

由加工直径查工艺手册，得出加工每转进给量：

f=0.18～0.38mm/r

从而计算出钻削缸的轴向进给速度：

Vf=80～242mm/min

根据切削原理得出钻削力计算公式：

扭矩：

（N.m）

轴向力：

（N）

根据工件材料查有关手册得出：

CM=210;XM=2;YM=0.8;CF=427;XF=1;YF=0.8

=1.09

故计算出在本工艺条件下的最大钻削扭矩及最大钻削轴向力：

=23.69（N.M）=2946（N）

（1）工作载荷Fg

常见的工作载荷有作用于活塞杆轴线上的重力、切削力、挤压力等。

这些作用力的方向如与活塞运动方向相同为负，相反为正。

（2）导轨摩擦载荷Ff

1.对于V型导轨

2.式中G——运动部件所受的重力（N）；

FN——外载荷作用于导轨上的正压力（N）；

μ——摩擦系数，见表1；

 α——V型导轨的夹角，一般为90°。

 （3）惯性载荷Fa

表1摩擦系数

导轨类型

导轨材料

运动状态

摩擦系数

滑动导轨

铸铁对铸铁

起动时

0.15～0.20

低速（υ＜0.16m/s）

0.1～0.12

高速（υ＞0.16m/s）

0.05～0.08

滚动导轨

铸铁对滚柱（珠）

0.005～0.02

淬火钢导轨对滚柱

0.003～0.006

静压导轨

铸铁

0.005

式中 g——重力加速度；g=9.81m/s2

△υ——速度变化量（m/s）；

（4）起动加速时FW=Fg+Ff+Fa 

（5） 稳态运动时FW=Fg+Ff 

（6）减速制动时FW=Fg+Ff-Fa

 工作载荷Fg并非每阶段都存在，如该阶段没有工作，则Fg=0

（7）除外载荷FW外，作用于活塞上的载荷F还包括液压缸密封处的摩擦阻力Fm，由于各种缸的密封材质和密封形成不同，密封阻力难以精确计算，一般估算为

 式中ηm——液压缸的机械效率，一般取0.90～0.95。

液压马达载荷力矩的组成与计算

（1）工作载荷力矩Tg

常见的载荷力矩有被驱动轮的阻力矩、液压卷筒的阻力矩等。

（2）轴颈摩擦力矩Tf

Tf=μGr    

  式中G——旋转部件施加于轴劲上的径向力（N）；

μ——摩擦系数，参考表1选用

r——旋转轴的半径（m）。

（3）惯性力矩Ta

  式中ε——角加速度（rad/s2）；

 △t——起动或制动时间（s）；

 J——回转部件的转动惯量（kg·m2）。

计算液压马达载荷转矩T时还要考虑液压马达的机械效率ηm（ηm=0.9～0.99）。

根据液压缸或液压马达各阶段的载荷，绘制出执行元件的载荷循环图，以便进一步选择系统工作压力和确定其他有关参数。

2.3计算液压缸的主要结构尺寸和液压马达的排量

1）计算液压缸的主要结构尺寸

  液压缸有关设计参数见图2。

为液压缸活塞杆工作在受压状态，图b活塞杆工作在受拉状态。

 2）活塞杆受压时

式中——无杆腔活塞有效作用面积（m2）；

——有杆腔活塞有效作用面积（m2）；

p1——液压缸工作腔压力（Pa）；

p2——液压缸回油腔压力（Pa），即背压力。

其值根据回路的具体情况而定，初算时可参照表4取值。

差动连接时要另行考虑

  D——活塞直径（m）；

d——活塞杆直径（m）。

表2按载荷选择工作压力

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

表3各种机械常用的系统工作压力

机械类型

机床

家业机械

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

龙门创床

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

回油路设置有背压阀的系统

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，且直接回油箱

可忽略不计

采用差动连接时，υ1/υ2=（D2-d2）/d2。

如果求往返速度相同时，应取d=0.71D。

 对行程与活塞杆直径比l/d＞10的受压柱塞或活塞杆，还要做压杆稳定性验算。

当工作速度很低时，还须按最低速度要求验算液压缸尺寸

式中A——液压缸有效工作面积（m2）；

Qmin——系统最小稳定流量（m3/s），在节流调速中取决于回路中所设调速阀或节流阀的最小稳定流量。

容积调速中决定于变量泵的

最小稳定流量。

 υmin——运动机构要求的最小工作速度（m/s）。

如果液压缸的有效工作面积A不能满足最低稳定速度的要求，则应按最低稳定速度确定液压缸的结构尺寸。

 另外，如果执行元件安装尺寸受到限制，液压缸的缸径及活塞杆的直径须事先确定时，可按载荷的要求和液压缸的结构尺寸来确定系统的工作压力。

  液压缸直径D和活塞杆直径d的计算值要按国标规定的液压缸的有关标准进行圆整。

如与标准液压缸参数相近，最好选用国产标准液压缸，免于自行设计加工。

常用液压缸内径及活塞杆直径见表7和表8

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

υ1

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：

υ1—无杆腔进油时活塞运动速度；

υ2—有杆腔进油时活塞运动速度。

表7常用液压缸内径D（mm）

40

50

63

80

90

100

110

125

140

160

180

200

220

250

表8活塞杆直径d（mm）

速比

缸径

40

50

63

80

90

100

110

1.46

22

28

35

45

50

55

63

3

45

50

60

70

80

速比

缸径

125

140

160

180

200

220

250

1.46

70

80

90

100

110

125

140

2

90

100

110

125

140

（2）计算液压马达的排量

 液压马达的排量为

式中T——液压马达的载荷转矩（N·m）；

△p=p1-p2——液压马达的进出口压差（Pa）。

 液压马达的排量也应满足最低转速要求

 式中Qmin——通过液压马达的最小流量；

nmin——液压马达工作时的最低转速。

 2.4计算液压缸或液压马达所需流量

（1）液压缸工作时所需流量

Q=Aυ  

     式中 A——液压缸有效作用面积（m2）；

    υ——活塞与缸体的相对速度（m/s）。

（2）液压马达的流量

Q=qnm    

式中q——液压马达排量（m3/r）；

 nm——液压马达的转速（r/s）。

      4.4管道尺寸的确定

（1）管道内径计算

 式中 Q——通过管道内的流量（m3/s）；

 υ——管内允许流速（m/s）

计算出内径d后，按标准系列选取相应的管子。

允许流速推荐值

管道

推荐流速/（m/s）

液压泵吸油管道

0.5～1.5，一般常取1以下

液压系统压油管道

3～6，压力高，管道短，粘度小取大值

液压系统回油管道

1.5～2.6

    液压系统性能验算

液压系统初步设计是在某些估计参数情况下进行的，当各回路形式、液压元件及联接管路等完全确定后，针对实际情况对所设计的系统进行各项性能分析。

对一般液压传动系统来说，主要是进一步确切地计算液压回路各段压力损失、容积损失及系统效率，压力冲击和发热温升等。

根据分析计算发现问题，对某些不合理的设计要进行重新调整，或采取其他必要的措施。

滑台液压传动系统的设计

如何制定回路系统图

1.送料缸换向阀选用二位四通电磁阀，能满足送料要求；夹紧缸换向选用二位四通电磁阀，在夹紧工件时，能一直保持一定的压力；钻销力换向选用三位四通电磁阀。

2.由于钻销缸的压力小于夹紧缸的压力，故在钻销支路上接一个减压阀，以保证夹紧力在切削过程中不下降。

3.由于钻销缸垂直安装，为使得运动平稳，采用液压缸出口节流调速回路。

4.为节约能源，钻销缸快进采用了查动回路。

为保证液压缸的差动快速进给与液压缸的快退之间水利切换，设置1个二位三通阀9。

5.各种电磁换向阀、溢流法、减压阀、调速阀的参数，均以泵的额定压力6.3Mpa、流量3.6L/min为基准进行选择。

6.油箱的容量一般为泵的额定流量2--4倍，取油箱的容量为7—14L.

2.2选择基本回路拟定液压传动系统图

2.3选择元器件及其他辅件

2.3.1辅件的器件有：

滤油器、蓄能器、管道和管接头等，选择油管和管接头时比较简便的办法是使它们的通径和阀的通径是一致的。

油箱既有储油又有散热的作用，因此必须有足够容积和散热面积。

当油箱和其长、宽、高的比例在一定范围内时，岂容机与散热面积之比变化不大，所以只要有足够容积V就能满足散热的要求，其推荐数值如下：

低压系统（P<2.5Mpa），V=（2~4）Qp

中压系统（p<6.3Mpa）,V=（5~7）Qp

中高压系统（p<6.3Mpa）,V=（6~12）Qp

中压以上系统都带有散热装置（其油箱容积可适当减小。

选择元件

阀类元件的选择

1.选择依据

选择依据为：

额定压力，最大流量，动作方式，安装固定方式，压力损失数值，工作性能参数和工作寿命等。

2.选择阀类元件应注意的问题

（1）应尽量选用标准定型产品，除非不得已时才自行设计专用件。

（2）阀类元件的规格主要根据流经该阀油液的最大压力和最大流量选取。

选择溢流阀时，应按液压泵的最大流量选取；选择节流阀和调速阀时，应考虑其最小稳定流量满足机器低速性能的要求。

（3）一般选择控制阀的额定流量应比系统管路实际通过的流量大一些，必要时，允许通过阀的最大流量超过其额定流量的20%

液压传动系统设计计算

液压缸的计算

工艺要求送料缸送料速度大于50mm/s,钻削缸快进速度大于50mm/s。

查液压传动产品手册：

选内径×活塞杆径＝40×20mm的液压缸作为夹紧缸，则当液压缸内油的压力达到P=W缸/A=4×3657/3.14/402=2.91Mpa时就可夹紧工件；选该液压缸行程不小于40mm。

因为钻削缸要支撑动力头，又双向受力，选直径大一点的液压缸，另外由于有差动联接要使得快进和退回的速度较接近而选活塞杆直径较粗的液压缸，故选内径×活塞杆径＝50×32mm的液压缸作为钻削缸，则当液压缸内油的压力大于

P=F/A=4×2946/3.14/502=1.55Mpa时就可钻削工件；由于钻削快进采用差动联接，所以当输入流量达到Q＝v×3.14×d2/4=50×60×3.14×322/4=2.41/min就能满足钻削缸快速进给要求；选该液压缸的行程不小于35mm.

选内径×活塞杆径＝32×16mm的液压缸作为送料缸，当输入流量达到:

Q＝v×A=50×60×3.14×322/4=2.35/min就能满足送料速度要求；液压缸的行程根据具体结构确定

3.2液压泵的计算：

根据以上所需最大压力及最大流量并考虑一定的损耗，所选泵的额定流量：

Q泵≥K漏Q缸＝1.1×2.41=2.65（/min）

所选泵的额定压力：

P泵≥K压P缸=1.3×2.91=3.78（Mpa）

查液压产品目录：

选泵型号：

YB1-2.5额定压力为6.3Mpa，排量为2.5m/r,转速为1450r/min的定量叶片泵。

该泵的输出流量为Q=2.5×1450=3.6（/min）

油箱设计为7～14。

常用中、低压各类阀的压力损失（Δpn）

阀名

Δpn（×105Pa）

阀名

Δpn（×105Pa）

阀名

Δpn（×105Pa）

阀名

Δpn（×105Pa）

单向阀

0.3～0.5

背压阀

3～8

行程阀

1.5～2

转阀

1.5～2

换向阀

1.5～3

节流阀

2～3

顺序阀

1.5～3

调速阀

3～5

绘制液压系统图和电气控制系统图

系统安全可靠性

拟定液压系统图时,应对系统的安全性和可靠性予以足够的重视.为防止过载,安全阀是必不可少的.为避免垂直运动部件在系统失压情况下自由下落,在回油路中增加平衡阀或液控单向阀是常用措施.用于起重机的液压马达除了有平衡回路外,还有机械制动装置以确保安全.在用一个泵供给两个以上执行元件运动时系统设计中应防止互相干扰.在系统中合理地配置滤油器,是其长期工作重要保证.

共进自动工作和主令电器状态变化如下：

滑台原位（SQ1得电）---按SB1---滑台快进---按下SQ2---滑台转共进---压下SQ3---滑台转快退---压下SQ1---滑台原位停止。

电液联合控制过程如下：

1.滑台原位

当电磁铁YA1、YA2、YA3都断电时，三位五通电磁阀处于中间位置，油泵卸荷，滑台停止不动。

此时，当块压下行程开关SQ1，使其常开触点闭合。

2.滑台快进

将转换开关SA转到工位置，按下按钮SB1,中间继电器KA1得电动作并自锁，其常开触点闭合，使电磁阀YA1、YA3同时得电，液压缸大腔不仅接通共进油路，不通过二位三通电磁阀左位实现差动连接，使液压缸小腔内的回油也排入大腔，加大了大腔的进油量，因此滑台作快素前进。

3.滑台共进

当滑台快进到当块压下SQ2时，其常开触点闭合，使其中继电器KA2得电动作并自锁，KA2的常闭触点断开使YA3断电，二位三通电磁阀右位切断差动回路，使滑台自动转成工作进给状态。

4.滑台快退

当滑台共进到终点时，挡块压下行程开关SQ3，其常开触点闭合，使KA3得电动作并自锁。

KA3的常闭触点断开，使YA1断电，滑台停止共进；常开触点闭合，使YA2得电，二位三通电磁阀右位工作，滑台快速退回。

当滑台退到原位时，挡块压下SQ1，其常闭触点断开，使KA3得电，YA2也断电，滑台原为停止。

5.点动调整滑台

将装换开关SA转到工位置，按下按钮SB1,KA1得电，使电磁铁压YA1、YA2得电，滑台可快速向前调整。

此时KA1不能自锁，因此松开SB1后，滑台立即停止。

当滑台需要后退调整时，可按下按钮SB2，使KA3得电，电磁阀YA2得电动作，滑台作快点动调整。

第五章选择控制元件

控制元件的规格根

方向阀:

按P=51*1000000Paq=12.5L/min选35D—25B。

单向阀:

按P=4*100000Pa.q=35.2L/min.选17—25B。

毕业设计总结

这次的毕业设计做的不是很好，提交完论文后，仍觉得有做的不好的地方，对于论文能不能最后通过，我心里也没底，下面来对毕设总结一下：

1.来源:

范文大全快速入题。

来源:

免费范文网ww拿到毕设题目要尽快把自己的蓝图勾画出来，不能走一步算一步，必须把整体把握好。

而我的这次毕设，都过了很长时间才知道自己要做什么。

2.频繁与导师讨论。

有问题多问导师，不能自己闷头做，方向偏了仍不知道，多把自己的想法和思路告诉老师。

3.软件的学习。

一定要边做边学软件，千万不能在做毕设期间，拿着本软件教程从第一页开始看，这样效率最低了，最好是根据已有论文资料中提到的软件用途，有针对性的学。

包括毕设前期读文献资料，也不能闷头读，要与毕设紧密联系起来，最好是边做边读，有针对性的读。

4.越挫越勇。

做毕设，常常感觉到这句话：

“山重水复疑无路，柳暗花明又一村。

”通常，一定是