设计一台钻镗两用组合机床的液压系统.docx
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设计一台钻镗两用组合机床的液压系统
攀枝花学院本科课程设计（论文）
[钻镗两用组合机床液压系统]
学生姓名：
学生学号：
院（系）：
机械工程学院
年级专业：
09机制一班
指导教师：
副教授
2012年6月
攀枝花学院本科学生课程设计任务书
题 目
钻镗组合两用机床液压系统课程设计
1、课程设计的目的
学生在完成《液压传动与控制》课程学习的基础上，运用所学的液压基本知识，根据液压元件、各种液压回路的基本原理，独立完成液压回路设计任务；从而使学生在完成液压回路设计的过程中，强化对液压元器件性能的掌握，理解不同回路在系统中的各自作用。
能够对学生起到加深液压传动理论的掌握和强化实际运用能力的锻炼。
2、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）
设计一台钻镗两用组合机床，完成8个Φ14mm孔的加工进给运动，根据加工需要，该系统的工作循环是：
快速前进----工作进给----快速退回----原位停止。
给定条件为：
快进快退速度6.55m/min,工进速度应在20~120mm/min范围内无极调速。
工作台最大行程411mm,工进行程182mm，最大切削力为16KN，运动部件自重21KN，启动换向时间△t=0.05s，采用水平放置的平导轨，静摩擦系数fs=0.2，动摩擦系数fd=0.1。
3、主要参考文献
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何玉林，沈荣辉，贺元成.主编.机械制图.重庆大学出版社.2000.8
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
4、课程设计工作进度计划
内容
学时
明确机床对液压系统的要求，进行工作过程分析
6
初步确定液压系统的参数，进行工况分析和负载图的编制
16
确定液压系统方案，拟订液压系统图
8
确定液压制造元件的类型并选择相应的液压元件，确定辅助装置
6
液压系统的性能验算
4
合计
1周
指导教师（签字）
日期
年月日
教研室意见：
年月日
学生（签字）：
接受任务时间：
年月日
注：
任务书由指导教师填写。
课程设计（论文）指导教师成绩评定表
题目名称
评分项目
分值
得分
评价内涵
工作
表现
20%
01
学习态度
6
遵守各项纪律，工作刻苦努力，具有良好的科学工作态度。
02
科学实践、调研
7
通过实验、试验、查阅文献、深入生产实践等渠道获取与课程设计有关的材料。
03
课题工作量
7
按期圆满完成规定的任务，工作量饱满。
能力
水平
35%
04
综合运用知识的能力
10
能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题，能正确处理实验数据，能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。
05
应用文献的能力
5
能独立查阅相关文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。
06
设计（实验）能力，方案的设计能力
5
能正确设计实验方案，独立进行装置安装、调试、操作等实验工作，数据正确、可靠；研究思路清晰、完整。
07
计算及计算机应用能力
5
具有较强的数据运算与处理能力；能运用计算机进行资料搜集、加工、处理和辅助设计等。
08
对计算或实验结果的分析能力（综合分析能力、技术经济分析能力）
10
具有较强的数据收集、分析、处理、综合的能力。
成果
质量
45%
09
插图（或图纸）质量、篇幅、设计（论文）规范化程度
5
符合本专业相关规范或规定要求；规范化符合本文件第五条要求。
10
设计说明书（论文）质量
30
综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学。
11
创新
10
对前人工作有改进或突破，或有独特见解。
成绩
指导教师评语
指导教师签名：
年 月 日
绪论
随着科学技术和工业生产的飞跃发展，国民经济各个部门迫切需要各种各样的质量优、性能好、能耗低、价格廉的液压机床产品。
其中，产品设计是决定产品性能、质量、水平、市场竞争能力和经济效益的重要环节。
产品的设计包括液压系统的功能分析、工作原理方案设计和液压传动方案设计等。
这些设计内容可作为液压传动课程设计的内容。
很明显，液压系统设计本身如果存在问题，常常属于根本性的问题，可能造成液压机床的灾难性的失误。
因此我们必须重视对学生进行液压传动设计能力的培养。
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。
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。
1钻镗液压机床的设计
1.1机床的设计要求
设计一台钻镗两用组合机床的液压系统。
钻镗系统的工作循环时快进→工进→快退→停止。
液压系统的主要参数与性能要求如下：
最大切削力18000N，移动部件总重量25000N；最大行程400mm（其中工进行程180mm）；快进、快退的速度为4.5m/min，工进速度应在（20~120）mm/min范围内无级调速；启动换向时间△t＝0.05s，采用水平放置的导轨，静摩擦系数fs＝0.2；动摩擦系数fd＝0.1。
机械效率取0.9。
1.2机床的设计参数
系统设计参数如表1所示，动力滑台采用平面导轨，其静、动摩擦系数分别为fs=0.2、fd=0.1。
l1=220mm，l2=180mm，l3=400mm其主要设计参数如表1-1
表1-1设计参数
参数
数值
切削阻力（N）
16000
滑台自重（N）
21000
快进、快退速度（m/min）
6.55
工进速度（mm/min）
20—120
最大行程（mm）
411
工进行程（mm）
182
启动换向时间（s）
0.05
液压缸机械效率
0.9
2执行元件的选择
2.1分析系统工况
2.1.1工作负载
钻镗两用组合机床的液压系统中，钻镗的轴向切削力为Ft。
根据题意，最大切削力为16000N，则有
2.1.2惯性负载
惯性负载
2.1.3阻力负载
静摩擦阻力
动摩擦阻力
由此可得出液压缸的在各工作阶段的负载如表2-1
表2-1
工况
负载组成
负载值F
推力
启动
4200N
4666N
加速
6685N
7428N
快进
2100N
2333N
工进
18100N
20111N
快退
2100N
2333N
注：
1、此处未考虑滑台上的颠覆力矩的影响。
2、液压缸的机械效率取
2.2负载循环图和速度循环图的绘制
根据表2-1中计算结果，绘制组合机床动力滑台液压系统的负载循环图如图2-1所示。
图2-1
图2-1表明，当组合机床动力滑台处于工作进给状态时，负载力最大为20111N，其他工况下负载力相对较小。
所设计组合机床动力滑台液压系统的速度循环图可根据已知的设计参数进行绘制，已知快进和快退速度V1=V2=6.55m/min、快进行程L1=411-182=229mm、工进行程L2=180mm、快退行程L3=411mm，工进速度V2=100mm/min。
根据上述已知数据绘制组合机床动力滑台液压系统的速度循环图如图2-2所示。
2-2组合机床液压系统速度循环图
2.3主要参数的确定
2.3.1初选液压缸工作压力
所设计的动力滑台在工进时负载最大，其值为20111N，其它工况时的负载都相对较低，参考表2-2和表2-3按照负载大小或按照液压系统应用场合来选择工作压力的方法，初选液压缸的工作压力p1=3MPa。
表2-2按负载选择工作压力
负载/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2-3各种机械常用的系统工作压力
机械类型
机床
农业机械
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
龙门刨床
拉床
工作压力/MPa
0.8~2
3~5
2~8
8~10
10~18
20~32
2.3.2确定液压缸主要尺寸
由于工作进给速度与快速运动速度差别较大，且快进、快退速度要求相等，从降低总流量需求考虑，应确定采用单杆双作用液压缸的差动连接方式。
通常利用差动液压缸活塞杆较粗、可以在活塞杆中设置通油孔的有利条件，最好采用活塞杆固定，而液压缸缸体随滑台运动的常用典型安装形式。
这种情况下，应把液压缸设计成无杆腔工作面积A1是有杆腔工作面积A2两倍的形式，即活塞杆直径d与缸筒直径D呈d=0.707D的关系。
工进过程中，当孔被钻通时，由于负载突然消失，液压缸有可能会发生前冲的现象，因此液压缸的回油腔应设置一定的背压（通过设置背压阀的方式），执行元件的背压力如表2-4，从表中选取此背压值为p2=0.8MPa。
表2-4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
可忽略不计
快进时液压缸虽然作差动连接（即有杆腔与无杆腔均与液压泵的来油连接），但连接管路中不可避免地存在着压降△P，且有杆腔的压力必须大于无杆腔，估算时取△P≈0.5MPa。
快退时回油腔中也是有背压的，这时选取被压值=0.6MPa。
工进时液压缸的推力计算公式为
，
式中：
F——负载力
m——液压缸机械效率
A1——液压缸无杆腔的有效作用面积
A2——液压缸有杆腔的有效作用面积
p1——液压缸无杆腔压力
p2——液压有无杆腔压力
因此，根据已知参数，液压缸无杆腔的有效作用面积可计算为
液压缸缸筒直径为
由于有前述差动液压缸缸筒和活塞杆直径之间的关系，d=0.707D，因此活塞杆直径为d=0.707×99=70mm，根据GB/T2348—1993对液压缸缸筒内径尺寸和液压缸活塞杆外径尺寸的规定，查表2-5和表2-6圆整后取液压缸缸筒直径为D=110mm，活塞杆直径为d=80mm。
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
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