M1432A万能外圆磨床液压系统设计含有全套CAD图纸可编辑.docx
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M1432A万能外圆磨床液压系统设计含有全套CAD图纸可编辑
M1432A万能外圆磨床液压系统设计（含有全套CAD图纸）
优秀设计
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摘要
在全面了解磨床结构、工作原理、液压系统的基础上,论文对磨床总体尺寸进行布局及对液压系统进行设计。
M1432A型万能外圆磨床主要以磨削圆柱形或圆锥形（包括阶梯形）的外圆表面和内孔,成品的尺寸精度可达1~2级,表面光洁度可达T8~T10。
对机床液压系统有着较高、较复杂的要求。
用液压系统实现工作台的自动往复运动、砂轮架的快速进退、尾架顶尖的伸缩以及必要的联锁动作。
本系统在结构上采用了将开停阀、先导阀、换向阀、节流阀、抖动缸等组合一体的操纵箱。
使结构紧凑、管路减短、操纵方便,又便于制造和装配修理。
此操纵箱属行程制动换向回路,具有较高的换向位置精度和换向平稳性。
而且采用活塞杆固定式双杆液压缸,还对液压系统的回路做了进一步的设计和改进。
关键词:
磨床;液压缸;万能型外圆磨床;液压系统;操纵箱
ABSTRACT
Basedonunderstandinggrinderstructure,workprinciple,andthehydraulicsystem,thepapercarriesontheoverallsizelayoutofthegrinderandthedesignofthehydraulicsystem.M1432Amultifunctioncylindricalgrindingismainlyusedtogrindthecylindricalsurfaceandtheholeinsideofcylinderandconeincludingsteppedappearance.Thesizeprecisionofthefinalproductmayachieve1~2grade.ThefinishdegreeofsurfacemayachieveT8-T10.Soitrequiredhigherandmorecomplexrequirementtothehydraulicpressuresystemofmachinetool.Throughhydraulicsystem,theautomaticallyreciprocatingmotionofworkingtable,theadvanceandretreatofgrindingwheelrack,theexpansionandcontractionoftailstockcenter,aswellastheessentialinterconnectionmovementcanberealized.
Inthepaper,thesystemadoptthecontrolboxwhichiscomposedoftheopeningandstoppingvalve,pilotvalve,directionalcontrolvalve,throttlevalve,thevibrationcylinderandsoon.Itmakesthestructurecompact,thepipelineshort,andtheoperationconvenient,anditisconvenienttomanufacture,assembleandrepair.Thiscontrolboxisatypeoftravelbrakingchangeovercircuit;ithashighercommutationpositionprecisionandthecommutationstability.Moreover,thesystemadoptsthepistonrodstationarytypedoublepolehydrauliccylinder,andwealsomakethefurtherdesignandchangetotheloopofhydraulicsystem.
Keywords:
Grinder;HydraulicCylinder;Multi-purposeCylindricalGrinder;HydraulicSystem;ControlBox
摘要I
AbstractII
第1章绪论1
1.1选题的背景目的及其意义1
1.1.1背景1
1.1.2目的及其意义2
1.2国内外磨床研究状况和相关领域中已有的研究成果2
1.3对选题的研究设想、研究方法3
1.4预期结果和意义5
第2章机床总体方案的确定6
2.1总体设计6
2.1.1主要技术指标设计6
2.1.2总体方案设计6
2.1.3总体方案综合评价和选择6
2.1.4总体方案的设计修改和优化6
2.2详细设计7
2.3机床整体综合评价7
2.4本章小结7
第3章总体尺寸布局设计8
3.1纵向尺寸关系图的确定与绘制8
3.1.1确定纵向尺寸的基准线8
3.1.2确定砂轮对称中心线位置8
3.1.3确定工作台对称中心线位置9
3.1.4确定上、下工作台长度9
3.1.5确定油压筒用活塞杆的固定形式和长度9
3.1.6确定后床身上面的垫导板导轨尺寸位置10
3.1.7确定横进给丝杆中心位置10
3.1.8确定手摇台面机构的手轮中心位置11
3.1.9确定齿条长度及齿轮位置11
3.2横向尺寸关系图的确定与绘制11
3.2.1确定横向尺寸的基准线11
3.2.2确定上下工作台厚度和宽度11
3.2.3确定头尾架顶尖中心位置13
3.2.4确定头尾架顶尖中心至床身面的高度13
3.2.5确定横进给机构手轮中心的高度13
3.2.6确定油压套中心位置13
3.2.7确定工作台回转中心位置13
3.2.8确定后床身有关的几个尺寸13
3.2.9确定最大最小极限位置14
3.2.10确定砂轮架横向行程长度14
3.2.11确定滑鞍长度15
3.2.12确定垫板长度15
3.3本章小结16
第4章M1432A万能外圆磨床液压系统17
4.1设计步骤17
4.2液压系统总体布局及其原理17
4.2.1工作台往复运动17
4.2.2砂轮架快速进退19
4.2.3尾架顶尖的液动夹紧19
4.3液压系统的工作原理19
4.3.1工作台的往复运动19
4.3.2砂轮架的快速进退20
4.3.3尾架顶尖的液动夹紧21
4.4液压系统中的换向机构及其性能21
4.4.1采用先导阀21
4.4.2选用行程控制式制动22
4.4.3使换向阀分段变速移动22
4.4.4使先导阀快跳23
4.5液压系统的特点23
4.6液压系统的计算24
4.6.1计算工作台的负载24
4.6.2选择油缸的工作压力和确定油泵的供油压力25
4.6.3计算工作台油缸直径25
4.6.4计算各油缸的流量和油泵流量26
4.6.5计算油泵的电动机功率26
4.6.6计算油管内径26
4.6.7油池的容积计算27
4.7本章小结27
第5章工作台液压操纵箱及液压缸的设计28
5.1工作台液压系统的功能28
5.2工作台液压系统的工作原理28
5.3操纵箱的系统的特点28
5.4液压缸的典型结构29
5.5液压缸的组成29
5.6本章小结32
结论33
参考文献34
致谢35
第1章绪论
1.1选题的背景、目的及其意义
磨床是利用磨具对工件表面进行磨削加工的机床。
大多数的磨床是使用高速旋转的砂轮进行磨削加工,少数的是使用油石、砂带等其他磨具和游离磨料进行加工,如珩磨机、超精加工机床、砂带磨床、研磨机和抛光机等。
1.1.1背景
1.正在精磨轧辊的大型磨床
磨床能加工硬度较高的材料,如淬硬钢、硬质合金等;也能加工脆性材料,如玻璃、花岗石。
磨床能作高精度和表面粗糙度很小的磨削,也能进行高效率的磨削,如强力磨削等。
十八世纪30年代,为了适应钟表、自行车、缝纫机和枪械等零件淬硬后的加工,英国、德国和美国分别研制出使用天然磨料砂轮的磨床。
这些磨床是在当时现成的机床如车床、刨床等上面加装磨头改制而成的,它们结构简单,刚度低,磨削时易产生振动,要求操作工人要有很高的技艺才能磨出精密的工件。
1876年在巴黎博览会展出的美国布朗-夏普公司制造的万能外圆磨床,是首次具有现代磨床基本特征的机械。
它的工件头架和尾座安装在往复移动的工作台上,箱形床身提高了机床刚度,并带有内圆磨削附件。
1883年,这家公司制成磨头装在立柱上、工作台作往复移动的平面磨床。
1900年前后,人造磨料的发展和液压传动的应用,对磨床的发展有很大的推动作用。
随着近代工业特别是汽车工业的发展,各种不同类型的磨床相继问世。
例如20世纪初,先后研制出加工气缸体的行星内圆磨床、曲轴磨床、凸轮轴磨床和带电磁吸盘的活塞环磨床等。
自动测量装置于1908年开始应用到磨床上。
到了1920年前后,无心磨床、双端面磨床、轧辊磨床、导轨磨床,珩磨机和超精加工机床等相继制成使用;50年代又出现了可作镜面磨削的高精度外圆磨床;60年代末又出现了砂轮线速度达60~80米/秒的高速磨床和大切深、缓进给磨削平面磨床;70年代,采用微处理机的数字控制和适应控制等技术在磨床上得到了广泛的应用[1]。
2.能做镜面磨削的精密磨床
随着高精度、高硬度机械零件数量的增加,以及精密铸造和精密锻造工艺的发展,磨床的性能、品种和产量都在不断的提高和增长。
磨床是各类金属切削机床中品种最多的一类,主要类型有外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、无心磨床、工具磨床等。
外圆磨床是使用的最广泛的,能加工各种圆柱形和圆锥形外表面及轴肩端面的磨床。
万能外圆磨床还带有内圆磨削附件,可磨削内孔和锥度较大的内、外锥面。
不过外圆磨床的自动化程度较低,只适用于中小批单件生产和修配工作。
内圆磨床的砂轮主轴转速很高,可磨削圆柱、圆锥形内孔表面。
普通内圆磨床仅适于单件、小批生产。
自动和半自动内圆磨床除工作循环自动进行外,还可在加工中自动测量,大多用于大批量的生产中。
平面磨床的工件一般是夹紧在工作台上,或靠电磁吸力固定在电磁工作台上,然后用砂轮的周边或端面磨削工件平面的磨床;无心磨床通常指无心外圆磨床,即工件不用顶尖或卡盘定心和支承,而以工件被磨削外圆面作定位面,工件位于砂轮和导轮之间,由托板支承,这种磨床的生产效率较高,易于实现自动化,多用在大批量生产中。
3.大型曲轴磨床
工具磨床是专门用于工具制造和刀具刃磨的磨床,有万能工具磨床、钻头刃磨床、拉刀刃磨床、工具曲线磨床等,多用于工具制造厂和机械制造厂的工具车间。
砂带磨床是以快速运动的砂带作为磨具,工件由输送带支承,效率比其他磨床高数倍,功率消耗仅为其他磨床的几分之一,主要用于加工大尺寸板材、耐热难加工材料和大量生产的平面零件等。
专门化磨床是专门磨削某一类零件,如曲轴、凸轮轴、花键轴、导轨、叶片、轴承滚道及齿轮和螺纹等的磨床。
除以上几类外,还有珩磨机、研磨机、坐标磨床和钢坯磨床等多种类型。
1.1.2目的及意义
磨床是金属切削行业的一个重要分支,随着工业的发展,对机械零件的加工精度及表面粗糙度的要求日益提高,磨削加工显得更加重要。
尤其在汽车、电力、船舶、冶金、军工、航空航天等行业,国产数控磨床正在发挥着越来越大的作用。
1.2国内外磨床研究状况和相关领域中已有的研究成果
随着生产的发展,社会需求也在发生变化。
在机械制造业中,多品种、小批量生产的需求日益增加,因此出现了与之相适应的FMS等先进制造系统。
机床是FMS的核心装备。
前期的FMS,可以说是“以机床为主的系统”设计,即根据现有机床的特点来构成FMS,但是传统的机床（包括数控机床）设计时并未考虑到它在FMS中的应用,因此在功能上制约了FMS的发展。
FMS的发展对机床提出了新的要求,要求机床设计向“以系统为主的机床设计”方向发展,即在机床设计时就要考虑到它如何更好地适应FMS等先进制造系统的要求,例如要求具有时、空柔性,与物流的可亲性等等,这就机床设计的方法学提出了新的要求。
国产数控磨床正在发挥着越来越大的作用。
“十一五”期间,经过调整和整合期后的磨床行业,将会迎来新一轮的发展期。
2003年和2004年两年的磨床市场交易量内销、进口、出口量的总和为64756台,其中内销量占63.63%、进口量为23.44%、出口量为12.92%;市场交易额为108.06亿元,其中内销额占34.34%、进口额占63.80%、出口额占1.86%。
从而可知,进口量占磨床市场交易量的23.44%,而进口额占磨床市场交易额的63.6%,可见进口磨床的技术档次或附加值远远高出内销磨床。
目前汽车制造厂曲轴线上的磨床主要依赖进口,而国产磨床基本供汽车零配件厂使用[5]。
1.3对选题的研究设想、研究方法
机床的设计方法是根据其设计类型而定。
通用机床采用系列化设计方法。
1.工艺范围
机床是用来完成工件表面加工的,应该具备完成一定工艺范围（包括加工方法、工件类型、加工表面形状、尺寸等）的加工功能,因此,也可以把工艺范围称之为机床的加工功能。
对于专用机床,工艺范围较窄,相应的功能也较少。
而普通机床,工艺范围较宽,功能较强,特别是多品种,小批量生产需求的增加,要求扩大机床的功能。
机床功能的增加,将使机床的结构复杂程度增加,制造难度、制造周期及制造成本增加。
对于生产率,就机床本身而言,功能增加,可能会使生产率下降,但就机械制造系统（或工件的制造全过程）而言,机床功能的增加,将会减少工件的装卸次数,减少安装、搬运等辅助时间,会使总的生产率提高。
机床的功能主要根据被加工对象的批量来选择。
大批量生产用的专用机床的功能设置较少,只要满足特定的工艺范围要求就行了,以获得提高生产率、缩短机床制造周期及降低机床成本等效果。
单件小批量生产用的通用机床则应扩大机床的功能。
2.柔性
随着多品种小批量生产的发展,对机床的柔性要求越来越高。
机床的柔性,是指其适应加工对象变化的能力,包括空间上的柔性和时间上的柔性。
所谓空间柔性也就是功能柔性,指的是在同一时期内,机床能够适应多品种小批量的加工,即机床的运动功能和刀具数目多,工艺范围广,一台机床具备有几台机床的功能,因此在空间上布置一台高柔性机床,其作用等于布置了几台机床。
所谓时间上的柔性也就是结构柔性,指的是在不同时期,机床各部分重新组合,构成新的机床功能,即通过机床重构,改变其功能,以适应产品更新变化快的要求。
又如,有的单件或小批量FMS作业线上,经过识别装置对下一个待加工的工件进行识别,根据其加工要求,在作业线上就可自动进行机床功能重构,有些重构几秒钟内即可完成,这就要求机床的功能部件具有快速分离与组合的功能。
3.与物流系统的可亲性
可亲性就是指机床与物流系统之间进行物料（工件、刀具、切屑等）交接的方便程度。
对于单机工作形式的普通机床,是由人进行物料交接的,要求机床的使用、操作、清理、维护方便。
对于自动化柔性制造系统,机床与物流系统（如输送线）是自动进行物料交接的,要求机床结构形式开放性好,物料交接方便。
4.刚度
机床的刚度将影响机床的加工精度和生产率,因此机床应有足够的刚度。
刚度包括静态刚度、动态刚度、热态刚度。
5.精度
为保证能加工出一定精度的工件,作为工作母机的机床必须具有更高的精度要求。
机床精度分为机床本身的精度,即空载条件下的精度（包括几何精度、运动精度、传动精度、定位精度等）和工作精度（加工精度）。
6.噪声
噪声损坏人的听觉器官和生理功能,是一种环境污染。
设计和制造过程中要设法降低噪声。
7.生产率和自动化
机床的生产率用单位时间内机床所能加工的工件数量来表示。
机床的切削效率越高,辅助时间越短,则它的生产率越高。
对用户而言,使用高效率的机床,可以降低工件的加工成本,机床的自动化程度越高,则它的生产率越高,加工精度的稳定性越好,越容易适应自动化制造系统的要求。
8.成本
成本概念贯穿在产品的整个生命周期内,包括设计、制造、包装、运输、使用维护和报废处理等的费用,是衡量产品市场竞争力的重要指标,应在尽可能保证机床性能要求的前提下,提高其性能价格比。
9.生产周期
为了快速响应市场需求变化,生产周期（包括设计和制造）是衡量产品市场竞争力的重要指标,应尽可能缩短机床的生产周期。
这就要求机床设计应尽可能采用现代设计方法,如CAD、模块化设计等。
10.可靠性
应保证机床在规定的使用条件下、在规定的时间内,完成规定的加工功能时,无故障运行的概率要高。
11.造型与色彩
机床的外观造型与色彩,要求简洁明快、美观大方、宜人性好。
应根据机床功能、结构、工艺及操作控制等特点,按照人机工程学的要求进行设计[6]。
1.4预期结果和意义
M1432A液压系统最终实现,
1.能实现工作台的自动往复运动,并能在0.05~4m/min之间无级调速,工作台换向平稳,起动制动迅速,换向精度高。
2.在装卸工件和测量工件时,为缩短辅助时间,砂轮架具有快速进退动作,为避免惯性冲击,控制砂轮架快速进退的液压缸设置有缓冲装置。
3.为方便装卸工件,尾架顶尖的伸缩采用液压传动。
4.工作台可作微量抖动:
切入磨削或加工工件略大于砂轮宽度时,为了提高生产率和改善表面粗糙度,工作台可作短距离1~3mm、频繁往复运动100~150次/min。
5.传动系统具有必要的联锁动作:
1工作台的液动与手动联锁,以免液动时带动手轮旋转引起工伤事故。
2砂轮架快速前进时,可保证尾架顶尖不后退,以免加工时工件脱落。
3磨内孔时,为使砂轮不后退,传动系统中设置有与砂轮架快速后退联锁的机构,以免撞坏工件或砂轮。
4砂轮架快进时,头架带动工件转动,冷却泵启动;砂轮架快速后退时,头架与冷却泵电机停转。
从而使M1432A型万能外圆磨床更加稳定的工作。
第2章机床总体方案的确定
2.1总体设计
2.1.1主要技术指标设计
主要技术指标设计是后续设计的前提和依据。
设计任务的来源不同,如工厂的规划产品,或根据机床系列型谱进行设计的产品,或用户订货等,具体的要求不同,但所要进行的内容大致相同。
主要技术指标包括:
1.用途即机床的工艺范围,包括加工对象的材料、质量、形状及尺寸等。
2.生产率包括加工对象的种类、批量、及所要求的生产率。
3.性能指标加工对象所要求的精度（用户订货设计）或机床的精度、刚度、热变形、噪声等性能指标。
4.主要参数即确定机床的加工空间和主参数。
5.驱动方式机床的驱动方式有电动机驱动和液压驱动方式。
电机驱动方式中又有普通电机驱动、步进电机驱动和伺服电机驱动。
驱动方式的确定不仅与机床的成本有关,还将直接影响运动方式的确定。
6.成本及生产周期无论是订货还是工厂规划产品,都应确定成本及生产周期方面的指标。
2.1.2总体方案设计
总体方案设计包括:
1.M1432A万能外圆磨床总体尺寸关系,包括纵向尺寸关系正视图,横向尺寸关系图侧视图,和顶视图。
2.M1432A万能外圆磨床液压系统,包括工作台液压系统,砂轮架液压系统,尾架液压系统。
3.操纵箱设计,将开停阀、先导阀、换向阀、节流阀、抖动缸等组合一体的操纵箱。
2.1.3总体方案综合评价和选择
在总体方案设计阶段,对其各种方案进行综合评价,从中选择较好的方案。
2.1.4总体方案的设计修改和优化
对所选择的方案进行进一步的修改或优化,确定最终方案。
上述设计内容,在设计过程中要交叉进行。
2.2详细设计
1.技术设计包括确定结构原理方案、装配图设计、分析计算或优化。
2.施工设计包括零件图设计、商品化设计、编制技术文档等。
2.3机床整体综合评价
上述步骤可反复进行,直到达到技术结果满意为止。
在设计过程中,设计和评价反复进行,可以提高一次设计成功率。
2.4本章小结本章介绍了机床以及液压系统的总体设计方案,进行了主要技术指标的设计、总体方案综合评价、机床整体综合评价。
根据任务书中的要求,做出自己的设计方案和理念。
第3章总体尺寸布局设计
3.1纵向尺寸关系图的确定与绘制
3.1.1确定纵向尺寸的基准线
画出床身对称中心线（O?
O）,它是纵向尺寸的基准线（图3.1）。
图3.1纵向尺寸图
3.1.2确定砂轮对称中心线位置
由于头架的纵向尺寸一般大于尾架的纵向尺寸,所以砂轮对称中心线位置偏于床身对称中心线的右侧,其偏离值根据头、尾架纵向尺寸的大小而定。
为避免头架伸出床身太多,考虑头架处磨内孔时要安放夹具,尾架处磨长工件时要砂轮修整器,故只取
mm定mm
式中:
?
?
头架纵向尺寸;?
?
尾架纵向尺寸。
由图3.1知得mm
式中:
?
?
头、尾架最大顶尖距而mm
式中:
?
?
最大磨削长度1000mm。
3.1.3确定工作台对称中心线位置
通常工作台对称中心线放在床身对称中心线同一位置（图3.1）。
3.1.4确定上、下工作台长度
上工作台长度应考虑除了能容纳头、尾架最大顶尖距和头、尾架长度外,其二端需有畅流的水槽和压板的弧形边。
按经验推荐,后者一般为前者1/10左右。
上工作台长度mm
故取mm
同样在确定下工作台长度（L下台）时,需考虑上、下工作台间压板及二头装导轨防护罩的位置,故定
2195mm
3.1.5确定油压筒用活塞杆的固定形式和长度
确定工作台最大行程
故定mm
由此能确定油压筒长度mm
式中:
?
?
活塞长度,定为85mm。
确定活塞杆的固定在床身上,即活塞杆固定,如图（3.1）
则:
mm
定mm
式中:
?
?
油压筒端盖厚度。
这样床身的长度（）可以初步确定:
mm
定mm
式中:
?
?
活塞杆支架长度。
3.1.6确定后床身上面的垫导板导轨尺寸位置
从砂轮对称中心线引出后床身垫板V开导轨中心线位置,再根据已确定的砂轮架垫板导轨参数B1、B2、中心,绘制V-平导轨（图3.1）。
5的大小决定于下列二个因素。
在可能情况下,5尽可能取小些,避免主轴悬伸过长,这对提高砂轮主轴刚性有利,查文献[2]得:
mm
式中:
?
?
V形导轨中心线到垫板侧面的距离,通常:
mm
Bmm砂轮宽
3.1.7确定横向进给丝杆中心位置
根据理论分析的要求,横向进给丝杆中心最好安排在砂轮架的中心位置上,而砂轮架的中心偏于V形导轨一边,故过去其位置均按设计,而不考虑具体条件,如导轨是滚动还是滑动,以及其他有关因素。
在设计M1432A万能外圆磨床时,根
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