组合机床液压动力滑台的液压及电气设计设计说明书.docx
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组合机床液压动力滑台的液压及电气设计设计说明书
设
计
说
明
书
第一章绪论
1、课题意义、背景及应用现状
2、液压控制特点
3、机械式与液压式滑台特点
第二章液压滑台的液压系统动力设计
1、运动负载分析计算
2、确定执行元件类型及基本参数
3、确定液压控制方案
4、确定液压控制元件
5、校核
第三章液压滑台的电气控制设计
1、确定控制对象
2、确定电气控制方案
第四章液压缸结构设计
1、确定类型主要参数
2、确定部件连接方式
3、排气缓冲设计
4、检验
第五章总结
第一章绪论
1课题意义、背景及应用现状
1.1课题意义
通过对专用铣床动力滑台的负载分析及工艺分析，熟悉机床液压及电气设计的基本思路、方法，掌握机电设备电气与液压系统设计机液压执行机构的机构设计方法。
通过本课题的训练加强对机床液压与电气控制知识的综合应用，具备初步的工程实践能力。
1.2液压动力滑台背景及应用现状
动力滑台是组合机床用以实现进给运动的通用部件,其运动由液压缸驱动。
在滑台上可根据加工工艺要求安装各类动力箱和切削头，以完成车、铣、镗、钻、扩、铰、攻螺纹等加工工序，并能按多种进给方式实现自动工作循环。
液压动力滑台应满足进给速度稳定、速度换接平稳、系统效率高、发热小等要求。
液压传动和气压传动称为流体传动，是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，是工农业生产中广为应用的一门技术。
如今，流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。
第一个使用液压原理的是1795年英国约瑟夫·布拉曼（JosephBraman,1749-1814），在伦敦用水作为工作介质,以水压机的形式将其应用于工业上,诞生了世界上第一台水压机。
1905年他又将工作介质水改为油,进一步得到改善。
第一次世界大战（1914-1918）后液压传动广泛应用,特别是1920年以后,发展更为迅速。
液压元件大约在19世纪末20世纪初的20年间,才开始进入正规的工业生产阶段。
1925年维克斯（F.Vikers）发明了压力平衡式叶片泵,为近代液压元件工业或液压传动的逐步建立奠定了基础。
20世纪初康斯坦丁·尼斯克（G·Constantimsco）对能量波动传递所进行的理论及实际研究;1910年对液力传动（液力联轴节、液力变矩器等）方面的贡献，使这两方面领域得到了发展。
我国的液压工业开始于20世纪50年代，液压元件最初应用于机床和锻压设备。
60年代获得较大发展，已渗透到各个工业部门，在机床、工程机械、冶金、农业机械、汽车、船舶、航空、石油以及军工等工业中都得到了普遍的应用。
当前液压技术正向高压、高速、大功率、高效率、低噪声、低能耗、长寿命、高度集成化等方向发展。
同时，新元件的应用、系统计算机辅助设计、计算机仿真和优化、微机控制等工作，也取得了显著成果。
目前，我国的液压件已从低压到高压形成系列，并生产出许多新型元件，如插装式锥阀、电液比例阀、电液伺服阀、电业数字控制阀等。
我国机械工业在认真消化、推广国外引进的先进液压技术的同时，大力研制、开发国产液压件新产品，加强产品质量可靠性和新技术应用的研究，积极采用国际标准，合理调整产品结构，对一些性能差而且不符合国家标准的液压件产品，采用逐步淘汰的措施。
由此可见，随着科学技术的迅速发展，液压技术将获得进一步发展，在各种机械设备上的应用将更加广泛。
工程机械主要配套件有动力元件、传动元件、液压元件及电气元件等。
目前工程机械动力元件基本上都用内燃式柴油发动机（简称柴油机）；传动分机械传动、液力机械传动、静液压传动、电传动等。
但目前工程机械用得最多、最普遍的为液力机械传动及静液压传动。
整个传动系统还包括传动轴、驱动桥等。
静液压传动有多种结构形式，有的有传动轴、驱动桥，有的没有，视情况而定；液压元件主要有缸、泵、阀、密封件及液压附件等。
静液压元件的泵（主要是变量泵）、马达（变量与定量），以及相应的减速机等；电气元件以前对工程机械的影响还并不大，最早的工程机械电气系统，主要是起动电路及照明电路，系统及元件都非常简单，起动可以用拖起动，白天干活不用照明，因此，这两个电路系统出了故障也能勉强维持工作。
但工程机械发展到今天，电气系统及电气元件已经成了工程机械一个非常关键的部分，可以说今天的绝大多数工程机械，电气系统出了故障根本就不能工作，有的甚至寸步难行，等于一堆废钢铁。
因此电气系统、电器元件目前也是工程机械最关键最主要的配套件之一。
主要电器元件除传统的元件外，还有各种传感器，各种控制元件及微处理机等等。
2液压控制特点
液压控制系统多采用伺服阀等电业控制阀组成的带反馈的闭外系统，以传递信息为主，以传递动力为辅，追求控制特性的完善。
由于加入了检测反馈，故系统可用一般元件组成精确的控制系统，其控制质量受工作条件变化的影响小。
液压控制系统的类型繁杂，可按不同方式分类，每种分类方式均代表一定特点。
（1）按系统的输出量分类
可分为位置控制、速度控制、加速度控制和力（或压力）控制系统。
（2）按控制的方式分类
可分为阀控系统和泵控系统。
阀控又称节流控制式系统，其主要控制元件是液压控制阀，具有响应快、控制精度高的优点，缺点是效率低，特别适合在中小功率快速高精度控制系统中使用。
按照控制阀的不同，阀控系统还可以分为伺服阀式、比例阀式、数字阀式系统等。
泵控系统主要的控制元件是变量泵，具有效率高、刚性大的优点，但是响应速度慢、结构复杂，适合在大功率而响应速度要求不高的控制场合中使用。
（3）按控制信号传递介质分类
按控制信号传递介质的不同可分为机械液压控制系统、电气液压控制系统。
机械液压控制系统简称机液控制系统，系统中的给定、反馈和比较元件都是机械构件。
其优点是简单可靠、价格低廉、环境适应性好，缺点是偏差信号的校正及系统增益的调整不如电气方便，难以实现远距离操作。
此外，反馈机构的摩擦和间隙都会对系统的性能产生不利影响。
电气液压控制系统简称电液控制系统，系统中偏差信号的检测、校正和初始放大都是采用电气、电子元件来实现的。
其优点是信号的测量、校正和放大都较为方便，容易实现远距离操作，容易与响应速度快、抗负载刚性大的液压动力元件实现整合，组成以电子、电气为神经，以液压为筋肉的电液控制系统。
具有很大的灵活性与广泛韵适应性，是目前响应速度和控制精度最优的控制系统。
由于机电一体化技术的发展和计算机技术的普及，电液控制系统已在工程上普遍得到应用并成为液压控制中的主流系统。
3机械式与液压式滑台特点
45.组合机床的工艺特点
55.1组合机床特点
6组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定形状和加工工艺设计的专用部件和夹具，组成的半自动或自动专用机床。
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8作为一种高效率的专用机床，组合机床在大批、大量机械加工生产中应用广泛。
本次课程设计将以组合机床动力滑台液压系统设计为例，介绍该组合机床液压系统的设计方法和设计步骤，其中包括组合机床动力滑台液压系统的工况分析、主要参数确定、液压系统原理图的拟定、液压元件的选择以及系统性能验算等。
9组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定外形和加工工艺设计的专用部件和夹具而组成的半自动或自动专用机床。
组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。
组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。
组合机床通常采用多轴、多刀、多面、多工位同时加工的方式，能完成钻、扩、铰、镗孔、攻丝、车、铣、磨削及其他精加工工序，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。
液压系统由于具有结构简单、动作灵活、操作方便、调速范围大、可无级连读调节等优点，在组合机床中得到了广泛应用。
105.2机械式滑台
11机械滑台用以实现进给运动，可卧式也可立式使用，在机械滑台上安装动力箱（装上多轴箱）钻削头、镗削头、铣削头、镗孔车端面头等各种部件，用以完成钻、扩、铰、镗、锪窝、刮端面、倒角、车端面、铣削及攻丝等工序，亦可在其上安装工件组成输送运动实现工作循环。
12 滑台又分A、B型，采用高牌号铸铁或镶刚结构，具有普通级和精密级两种精度。
A型为双矩型导轨，一般用于粗加工，B型为一山一矩合型导轨，用于精加工。
该系列滑台外形美观、设计合理、刚性好、性能可靠，是组合机床和自动线较理想的基础动力部件。
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16机械滑台它具有门式框架和卧式长床身的铣床,机械滑台加工精度和生产率均较高,适合在成批和大量生产中加工大型工件的平面和斜面。
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185.3液压式滑台
19是组合机床的重要通用部件之一，用于实现进给运动，液压滑台的主要元件有液压泵、电液换向阀、顺序阀、背压阀、液压缸。
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235.4机械式滑台与液压式滑台的比较
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26液压系统在组合机床上主要是用于实现工作台的直线运动和回转运动，如图1所示，如果动力滑台要实现二次进给，则动力滑台要完成的动作循环通常包括：
原位停止®快进®I工进®II工进®死挡铁停留®快退®原位停止。
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28图1组合机床动力滑台工作循环
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30.1机械滑台特点
机械滑台一般由齿轮或蜗杆传动，它的速度是由齿轮箱决定的固定速度，其特点式结构简单，比较容易实现。
30.2液压滑台特点
液压滑台一般是由液压缸驱动的，它的最大特点是可以实现无级变速和单程变速，但是其制造成本高。
第二章液压滑台的液压系统动能设计
1运动负载分析计算
专用铣床动力滑台参数：
工作循环为，快进——工进——快退，快进、快退的速度均为5cm/s，工进速度为0.45cm/s，工进时最大切削力为
，动力滑台的总重量为400Kg，行程为300mm，滑动轨道静摩擦系数0.2，动摩擦系数0.1，启动加速和制动减速的时间为0.08s。
动力滑台工作原理图
快退
液压缸在工作过程各阶段的负载为：
启动加速阶段
快进、快退阶段
工进阶段
将液压缸在各阶段的速度和负载值列于表1中。
工作阶段
速度v/（m/s）
负载F/N
启动加速阶段
1149
快进、快退阶段
0.05
436
工进阶段
0.45
39324
表1液压缸各阶段的速度和负载值
2确定执行元件类型及基本参数
2.1初选液压缸工作压力
由负载值大小查表、资料，参考同类型机床，取液压缸工作压力为3.5Pa。
2.2确定液压缸的主要结构参数
由表1看出最大负载为工进阶段的负载F=39324N，则
查设计手册，按液压缸内径系列表将以上计算值圆整为标准直径，取D=125mm。
为了实现快进速度与快退速度相等，采用差动连接，则d=0.7D，所以
同样圆整成标准系列活塞杆直径，取d=88mm。
由D=125mm，d=70mm算出液压缸无杆腔有效作用面积为
，有杆腔有效作用面积为
工进若采用调速阀调速，查产品样本，调速阀最小稳定流量
则：
故能满足低速稳定性要求。
2.3计算液压缸的工作压力、流量和功率
（1）复算工作压力
查表暂定背压为
。
液压缸在工作循环各阶段的工作压力
计算：
差动快进阶段
工进阶段
快退阶段
（2）计算液压缸的输入流量
因快进、快退速度
，工进速度
，则液压缸各阶段的输入流量需为：
快进阶段
工进阶段
快退阶段
（3）计算液压缸输入功率
快进阶段
工进阶段
快退阶段
将以上计算的压力、流量和功率值列于表2中
工作阶段
工作压力
输入流量
输入功率
快速前进
572667
0.0003
171.8
工作进给
4277000
0.000054
231
快速退回
322667
0.0003
96.8
表2液压缸在个工作阶段的压力、流量和功率
3确定液压控制方案
3.1速度控制回路的选择
本系统为小功率系统，效率和发热问题并不突出，铣削属于连续切削加工，切削力变化不大，而且是正负载，在其他条件相同的情况下，进油节流调速比回油节流调速能获得更低的稳定速度。
故本机床液压系统采用调速阀的进油节流调速，为防止退回时发生冲击，应在回油路上加背压阀。
由表2得知，液压系统的供油主要为低压大流量和高压小流量两个阶段，若采用单个定量泵，显然系统的功率损失大，效率低。
为了提高系统效率和节约能源，所以采用双泵供油回路
由于选定了节流调速方案，所以油路采用开式循环油路。
此外，根据本机床的运动形式和要求，选用单杆活塞式液压缸；为了使快进和快退速度相同，故选用差动连接增速回路；为了使速度换接平稳可靠，选用行程阀控制的速度换接回路。
3.2换向回路的选择
为使系统换向平稳冲击小，所以选用电液换向阀控制的换向回路。
为便于差动连接，选用三位五通电液换向阀。
为了调整方便和便于增设液压夹紧支路，故选用Y型中位机能换向阀。
为了控制轴向加工尺寸，提供高换位置精度，才用死挡块加压力继电器的行程终点转换控制。
3.3压力控制回路的选择
由于采用双泵供油回路，故用外控顺序阀实现低压大流量泵卸荷，用溢流阀调整高压小流量泵的供油压力。
将上述所选定的液压回路进行归并，并根据需要做出必要的修改调整，最后画出液压系统原理图如图1所示
4选择液压控制元件
根据所拟定的液压系统原理图，计算分析通过各压元件油液的最高压力和最大流量，选择各液压元件的型号规格，列于表3中。
序号
名称
型号
1
双连叶片泵
YB1-16/6
2
溢流阀
YF3-10B
3
单向阀
AF3-Ea10B
4
三位五通电液换向阀
35D-25B
5
压力继电器
DP1-63B
6
单向行程阀
AXQF3-E10L
7
背压阀
YF3-10B
8
外控顺序阀
XF3-10B
9
过滤器
XU-J340x80
5校核
由于本液压系统比较简单，力损失验算可以忽略。
又由于系统采用双泵供油方式，在液压缸工进阶段，大流量泵卸荷，功率使用合理；同时油箱容量可以取较大值，系统发热温升不大，故不必进行系统温升的验算。
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