专用铣床液压系统设计.docx
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专用铣床液压系统设计
广西科技大学
铣床液压与气压传动系统设计
学生姓名：
王玉琛
学生学号：
院（系）：
机械工程学院
年级专业：
机械Y132班
指导教师：
韦建军
攀枝花学院本科学生课程设计任务书
设计铣床液压系统。
要求为：
工作循环：
手工上料夹紧—工作台快进—工作台工进—工作台快退—卸料。
参数要求：
液压缸
负载力
（N）
移动件重力（N）
速度
（m/min）
行程
启动时间（s）
进给缸
5000
8000
10000
20000
25000
5000
8000
9000
10000
15000
快进
工进
快退
快进
工进
0.5
6
7
8
10
16
0.05
0.1
0.15
0.2
0.3
6
7
8
10
12
400
500
550
600
650
100
150
160
180
200
工作台采用平导轨，导轨面的静摩擦系数为f=0.2，动摩擦系数为f=0.1。
设计要求：
设计图纸1号图折合1张；说明书12页以上。
（图纸：
油缸，油箱，原理图，阀块等）
指导教师：
韦建军
本组成员：
本题可以组成多组，从括号中选一组数据（以红数字为例）为一个不同的组，本组最多5人
注：
任务书由指导教师填写。
摘要I
1设计题目1
1.1设计题目1
2工况分析2
2.1负载分析2
3确定液压缸的参数4
3.1初选液压缸的工作压力4
3.2确定液压缸的尺寸4
3.3液压缸工作循环中各阶段的压力、流量和功率的计算值6
3.3.1快进阶段6
3.3.2工进阶段7
3.3.3快退阶段7
3.3.4绘制液压缸工况图9
4液压系统图的拟定8
4.1制定液压回路方案8
油源型式及压力控制8
调速回路9
换向回路与快速运动回路及连接方式9
辅助回路9
4.2拟定液压系统图10
5液压元件的选择11
5.1液压泵及驱动电机的选择11
液压泵的最高工作压力计算11
5.12．液压泵的流量计算12
确定液压泵的规格12
5.1.4确定液压泵驱动功率及型号12
5.2阀类元件及辅助元件的选择13
5.3油管的选择16
5.4油箱的计算17
5.5吸油管和过滤器之间管接头的选择17
5.6堵塞的选取17
5.7空气过滤器的选取18
6液压系统性能的验算19
6.1验算系统压力损失并确定压力阀的调整值19
6.1.1快进
6.1.2工进20
6.1.3快退21
6.2油液温升验算21
7油箱的设计23
7.1壁厚、箱顶及箱顶元件的设计24
7.2箱壁、清洗孔、吊耳、液位计的设计24
7.3箱底、放油塞及支架的设计24
7.4油箱内隔板及除气网的设置25
7.5油箱的装配图的绘制26
参考文献27
总结27
摘要
本次设计的是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，巩固和深化已学知识，掌握液压系统设计计算的一般步骤和方法，正确合理的确定执行机构，选用标准液压元件，能熟练的运用液压基本回路，组成满足基本性能要求的液压系统。
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。
整个设计过程主要分成六个部分：
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。
关键词：
专用铣床，液压传动，回路设计.
1设计题目
1.1设计题目
设计一台专用铣床，其负载力为5000N，移动件重力为5000N，工作台快进行程为400mm，工进行程为100mm，快进快退速度为6米/分，工进速度为50毫米/分，其往复运动的启动时间为0.5秒，工作台用平导轨静摩擦系数
，动摩擦系数
，试设计该机床的液压系统。
设计参数
负载力（N）F=5000
移动件重力（N）F=5000
工作台快进、快退速度（m/min）：
V=6
工进速度（mm/min）V=50
工作台液压缸快进行程（mm）：
L1=400
工作台液压缸工进行程（mm）：
L2=100
工作台导轨面静摩擦系数：
工作台导轨面动摩擦系数：
，
往复运动的启动）时间（t）：
∆t=0.5
2工况分析
2.1负载分析
铣床工作台液压缸快进阶段，启动时的外负载是导轨静摩擦阻力，加速时的负载是导轨动摩擦阻力和惯性力，恒速时是动摩擦阻力，在快退阶段的外负载是动摩擦阻力，铣床工作台液压缸在工进阶段的外负载是工作负载，即刀具铣削力及动摩擦阻力。
根据给定条件，先计算工作台运动中惯性力
，工作台与导轨的动摩擦阻力
和静摩擦阻力
（2-1）
（N）（2-2）
（N）（2-3）
=5000（N）（2-4）
（N）
同时考虑到液压缸密封装置的摩擦阻力（取液压缸的机械效率
），工作台的液压缸在各工况阶段的负载值列于表2-1中，负载循环图如图2-1所示。
表2-1铣床工作台液压缸外负载和推力计算结果
工况
负载计算公式
液压缸负载F（N）
液压缸推力
（N）
起动
1000
1111
加速
600
667
快进
500
556
工进
5500
6111
反向起动
1000
1111
反向加速
600
667
快退
500
556
3确定液压缸的参数
3.1初选液压缸的工作压力
专用铣床归属于半精加工机床，根据液压缸推力为6111N（表2-1），初选液压缸的设计压力为
Pa.
3.2确定液压缸的尺寸
由于铣床工作台快进和快退速度相同，因此选用单杆活塞式液压缸，并使
快进时采用差动连接，因管路中有压力损失，快进时回油路压力损失取
Pa，快退时回油路压力损失亦取
Pa。
工进时，为使运动平稳，在液压缸回路油路上须加背压阀，背压力值一般为
Pa,选取背压
Pa。
确定液压缸尺寸取液压缸无杆腔作工作腔列液压缸力的平衡方程：
专用铣床液压缸力的平衡图
根据
可求出液压缸大腔面积
为
（3-1）
（3-2）
根据GB2348-80圆整成就近的标准值，得D=63mm，液压缸活塞杆直径
，根据GB2348-80就近圆整成标准值d=45mm，于是液压缸实际有效工作面积为
（3-3）
（3-4）
3.3液压缸工作循环中各阶段的压力、流量和功率的计算值
3.3.1快进阶段
1、启动阶段
（3-5）
（3-6）
故
2、加速阶段
（3-7）
（3-8）
3、恒速阶段
又因为
（3-9）
故输入功率为：
3.3.2工进阶段
（3-10）
因为：
故：
3.3.3快退阶段
1、启动阶段
故
2、加速阶段
3、恒速阶段
又因为
（3-13）
故输入功率为：
根据上述计算各参数值列入表3-1所示。
表3-1液压缸在不同阶段的压力、流量和功率值
工况
推力F/N
回油腔压力
进油腔压力P1
MPa
输入流量q
L/min
输入功率P/kw
计算公式
快进
起动
1111
0
0.69
—
—
加速
667
0.89
—
—
恒速
556
0.81
9.6
0.081
工进
6111
0.8
2.36
0.155
0.0061
快退
起动
1111
0
0.74
—
—
加速
667
0.5
1.48
—
—
恒速
556
1.40
9.0
0.21
4液压系统图的拟定
4.1制定液压回路方案
这台机床液压系统功率很小，滑台运动速度低，工作负载变化小，可以采用进口调速回路的形式。
为了解决进口调速回路在负载变化时的突然前冲现象，回油路上要设置背压阀。
由于液压系统选用了节流调速的方式，系统中的油液循环必定是开式的。
从系统压力流量表1-3中可以看到，在液压系统的工作循环内，液压缸要求压力变化不大。
快进、快退所需的时间和工进所需的时间分别为：
（4-1）
（4-2）
所以工进时间占总时间的比率为：
（4-3）
因此从节能和节约成本的角度考虑，采用单个液压泵就可以满足系统的工作要求工况图表明，系统的压力和流量均较小，故可采用单定量泵供油油源和溢流阀调压的方案，如图4-1所示：
铣床加工零件时，有顺铣和逆铣两种工作状态，故选用单向调速阀的回油节流调速，如图4-3所示。
由于已经选用节流调速回路，故系统必然为开式循环。
换向回路选用了三位四通“O”型中位机能的电磁换向阀实现液压缸的进退和停止，如图4-2所示。
采用二位三通电磁换向阀实现液压缸快进时的差动连接，如图4-4所示。
由于本机床工作部件终点的定位精度无特殊要求，故采用行程控制方式即活动挡块压下电气行程开关，控制换向阀电磁铁的通断电以及死挡铁即可实现自动换向和速度换接。
在液压泵进口设置一过滤器以保证吸入液压泵的油液清洁，出口设一单向阀以保护液压泵，在该单向阀与液压泵之间设一压力表及其开关，以便溢流阀调压和观察，如图4-5所示。
图4-1液压油源的选择图4-2换向回路
图4-3速度换接回路
图4-4差动回路
图4-5辅助回路
4.2拟定液压系统图
在制定个液压回路方案的基础上，经整理所得到的液压系统原理图如图。
由电磁铁动作顺序表更容易了解系统的工作原理及各工况下的油液流动路线。
5液压元件的选择
5.1液压泵的选择
液压缸在整个工作循环中的最大工作压力出现在快退阶段，其值为2.36MPa，由于进油路元件较少，故液压缸间的进油路上的压力损失估取为0.5MPa，则泵的最大工作压力
应为：
5.12．液压泵的流量计算
泵的供油流量按液压缸的快进（恒速时）阶段的流量q=9L/min进行估算。
由于系统流量较小，故取泄漏系数K=1.3，则液压泵供油流量
应为
>
=1.3*9=10.7（L/min）
根据系统所需流量，拟初选液压泵的转速为1450r/min，泵的容积效率为
=0.8，由此可得泵的排量参考值为
=1000
/（n1*
）=1000*10.7/（1500*0.8）=8.92（
）
根据以上压力和流量数值查阅产品样本，最后确定选取YB1-10型叶片泵，泵的额定压力为
=6.3MPa,液压泵的理论排量为:
，容积效率
=0.8，泵的额定转速为1500r/min。
输出流量为
，
比系统所需的流量稍大。
5.2阀类元件及辅助元件的选择
根据阀类及辅助元件所在的油路的最大工作压力和通过该元件的最大实际流量，可以选出这些液压元件的型号及规格见表5-1，表中序号与图4-6中标号相同。
表5-1元件的型号及规格
序号
元件名称
估计通过流量L/min
额定
流量/L/min
额定压力/MPa
额定压降/MPa
型号、规格
1
过滤器
6.67
16
2.5
<0.02
XU-B16X100
2
定量叶片泵
8.92
10
6.3
—
YB-6
3
溢流阀
9.3
63
6.3
—
YF3-10B
4
压力表开关
—
—
6.3
—
AF6EP30/Y63
5
单向阀
9.3
80
16
<0.2
AF3-Ea10B
6
三位四通
电磁阀
4.58
6
16
<0.5
34DF3-E4B
7
单向调速阀
4.26
6.3
16
—
AQF3-6aB
8
二位三通电磁换向阀
4.26
10
6.3
—
23D-10B
9
液压缸
自行设计
总结
一个星期的时间，课程设计终于完成了。
在这个过程中我对书本有了更深的了解，学到了很多有价值东西，能达到这样的效果是所有曾经指导过我的老师，帮助过我的同学，对我的教诲、帮助和鼓励的结果。
我要在这里对他们表示深深的谢意！
液压传动课程设计是液压传动课程的一个重要环节，它可以让我们进一步巩固和加深学生所学的理论知识，通过设计把课程中所获得的理论知识在设计实践中加以综合运用，使理论知识和生产实践密切的结合起来。
本次设计是我们学生首次进行完整综合的液压系统设计，它让我树立了正确的设计思想，培养了我对机械工程液压设计的独立工作能力；让我具有了初步的液压构件选型与组合和确定传动方案的能力；为我今后的设计工作打了良好的基础。
此次课程设计，让我感觉做一个大学生原来也可以这么辛苦。
但是，所有的这一切，都是值得的，它让我感觉大学是如此的充实。
参考文献
[1]王积伟，章宏甲，黄谊.主编.液压传动.机械工业出版社.2006.12
[2]成大先.主编.机械设计手册单行——本机械传动.化学工业出版社2004.1
[3]张利平．液压传动系统及设计[M]．北京：
化学工业出版社，2005．
[4]路甬祥主编.液压气动技术手册.北京.机械工业出版社.2002
[5]雷天觉主编.液压工程手册.北京.机械工业出版社.1990
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