卧式半自动组合机床液压系统及其有关装置设计.docx
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卧式半自动组合机床液压系统及其有关装置设计
合用标准文案
机电液压综合设计
卧式半自动组合机床液压系统
及其相关装置设计
学院机电工程学院__
专业
年级班别___
学号
学生姓名______
指导教师_______
年月日
优秀文档
合用标准文案
广东工业大学课程设计任务书
题目名称
学生学院
专业班级
姓名
学号
一、课程设计的内容
综合应用已学的课程，完成卧式半自动组合机床的液压系统的原理设计、液压系统的设计计算、液压系统元部件的选择、液压基本回路的实验考据、液压集成油路的设计、液压集成块的设计等。
二、课程设计的要求与数据
1．机床系统应实现的自动工作循环
（手工上料）→（手动启动）→工件定位（插销）→夹紧工件→动力头（工作台）快进→慢速工进→快退→停止→工件拔销→松动工件→（手工卸料）。
要求工进完了动力头无速度前冲现象。
工件的定位、夹紧应保证安全可靠，加工过程中及遇不测断电时工件不应松脱，工件夹紧压力、速度应可调，工件加工过程中夹紧压力坚固。
2．工件最大夹紧力为Fj；工件插销定位只要求到位，负载力小可不予计算。
3．动力头快进、快退速度v1；工进速度为v2可调，加工过程中速度坚固；快进行程为L1，工进行程为L2；工件定位、夹紧行程为L3，夹紧时间t=1s。
4．运动部件总重力为G，最大切削进给力（轴向）为Ft；
5．动力头能在任意地址停止，其加速或减速时间为△t；；工作台采用水平放置的平导轨，静摩擦系数为fs，动摩擦系数为fd。
三、课程设计应完成的
（一）液压系统设计
依照设备的用途、特点和要求，利用液压传动的基根源理进行工况解析，拟订合理、完满的液压系统原理图，需要写出详细的系统工作原理，给出电磁铁动作序次表。
再经过必要的计算确定液压相关参数，尔后依照所得参数选择液压元件、介质、相关设备的规格型号（或进行结构设计）、对系统相关参数进行验算等。
（二）系统基本回路的实验考据
以小组为单位设计实验考据回路，经老师确认后，由该组成员共同去液压实验室在实验台进步行实验考据。
该部分说明书的撰写格式可参照液压课程实验报告，实验过程要拍必然数量的照片。
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合用标准文案
（三）液压装置结构设计
由指导老师选出其中一个小组成员的设计方案和数据，由该组成员共同完成该方案液压系统的集成块组的结构设计，尽量做到每个小组成员负责其中的一个集成块的设计。
集成块之间必定考虑到互相之间的连通关系，是一个完满的液压系统的集成块。
（四）绘制工程图、编写设计说明书
1.绘制液压系统原理图
包括系统总油路图（A3，拜会图1-3）和集成块液压集成回路图（A4,拜会图3-4）。
2.集成块的部件图（A3或更大，拜会图3-8）。
须按GB要求打印或用铅笔绘制。
3.编写设计说明书（2万字左右），排版、结构等须规范。
四、课程设计进度安排
序号
设计各阶段内容
地址
起止日期
1
解析工况和动作要求，完成系统方案设计和设计计
宿舍
算，元部件选择。
完成指定方案的实验考据；完成指定方案的液压系统
2
集成油路的设计和集成块机构设计的分配，开始进行
宿舍
集成块的结构设计
3
完成集成块的设计和设计说明书的撰写。
宿舍
4
答辩
工2-729
五、应收集的资料及主要参照文件
[1]李笑，吴冉泉.液压与气压传动[M].北京：
国防工业初版社,2006年03月
[2]杨培元，朱福元.液压系统设计简短手册[M].北京：
机械工业初版社,2003
[3]雷天觉等.液压工程手册[M].北京：
机械工业初版社，1990
[4]博世力士乐公司.博世力士乐工业液压产品样本[M].
[5]任建勋，韩尚勇，申华楠等.液压传动计算与系统设计[M].北京:
机械工业初版社,1982
[6]周士昌主编.机械设计手册5?
第43篇?
液压传动与控制[M].北京：
机械工业初版社，2000
[7]章宏甲，周邦俊.金属切削机床液压传动[M].南京:
江苏科学技术初版社，1985
发出任务书日期：
2011年12月2日
指导教师签字：
预计完成日期：
2011年12月26日
专业负责人签章：
主管院长签章：
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合用标准文案
课程设计说明书.........................................................................错误！
不决义书签。
目录....................................................................................................................III
1、液压系统工况解析.............................................................................................4
2、拟订液压系统原理图..............................................................错误！
不决义书签。
3、确定液压系统主要参数..........................................................错误！
不决义书签。
4、计算和选择液压元件..............................................................错误！
不决义书签。
5、液压系统的验算....................................................................错误！
不决义书签。
6、液压集成块结构与设计..........................................................错误！
不决义书签。
7、液压系统实验考据.................................................................错误！
不决义书签。
8、总结.....................................................................................错误！
不决义书签。
9、参照文件..............................................................................错误！
不决义书签。
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合用标准文案
1、液系工况解析
依照已知条件，制运部件的速度循，如1-1所示。
尔后算各段的
外并制。
液缸所受外F包括三种型，既
FFwFfFa
（1-1）
式中Fw——工作，既切削力，在本例中Fw25000N；
Fa——运部件速度化的性；
Ff——摩擦阻力，启静摩擦力，启后摩擦力，于平
Ff可由下式求得
Ff
f（GFRn）
（1-2）
FRn——垂直于的工作，本例中零。
求得
静摩擦阻力
Ffs=0.18×5000N=900N
摩擦阻力
Ffd=0.1×5000N=500N
性
G
v
（1-3）
Fa
t
g
Fa=（G/g）×（V/t）⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（1-3）
=（5000/9.8）×（6/（0.12×60））N=425N
式中g--重力加速度；
t--加速或减速，一般0.01-0.5s，本中0.12s；
V--在t内的速度化量。
本中V=6m/min。
启、加速外：
F=Ffs+Fa=900+425=1325N
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合用标准文案
快进、快退时外负载为：
F=Ffa=500N
工进时外负载为：
F=Ffa+Ft=500+25000=25500N
依照上述计算结果，列出个工作阶段所受的外负载（见表1-1）并画出如图1-2所示的
负载循环图。
依照上述计算结果，列出各工作阶段所受的外负载（见表1-1），并画出如图1-2所示的负载循环图。
图1-1速度循环图图1-2负载循环图
表1-1工作循环各阶段的外负载
工作循环
外负载F（N）
工作循环
外负载F（N）
启动、加速
Ffs+Fa
1325
工进
Ffa+Ft
25500
快进
Ffa
500
快退
Ffa
500
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合用标准文案
2.制定液压系统原理图
2．1、初定液压系统
1）确定供油方式
液压泵的结构形式依照初定系统压力来选择，当p<21MPa时，采用齿轮泵和叶片泵。
考虑到该机床在工作进给时负载较大，速度较低；而在快进、快退时负载较小，
速度较高；从节约能量、减少发热考虑，泵源系统宜采用双泵供油或变量泵供油。
现采用带压力反响的限压式变量叶片泵。
2）调速方式的选择
在中小型专用机床的液压系统中，进给速度的控制一般采用节流阀或调速阀。
依照铣削类专用机床工作时对低速性能和速度负载特点都有必然要求的特点，决定采用限压式变量泵和调速阀组成的容积节流调速。
这种调速回路拥有效率高、发热小和速度恰巧的特点，而且调速阀装在回油路上，拥有承受切削力的能力。
3）速度换接方式的选择
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合用标准文案
本系统用电磁阀的快慢速换接回路，它的特点是结构简单、调治行程比较方便，阀的安装也较简单，但速度换接的平稳性较差。
4）夹紧回路的选择
用三位四通电磁阀来控制夹紧、松开换向动作时,考虑到夹紧时间可调治和当进油路压力瞬时下降时还可以保持夹紧力，因此接入节流阀调治和单向阀保压。
在该回路中还装有减压阀，用来调治夹紧力的大小和保持夹紧力的坚固。
5）定位回路的选择
用三位四通电磁阀来控制插销、拔销换向动作时，考虑到当进油路压力瞬时下降时还可以保持插销力，因此接入单向阀保压。
在该回路中还装有减压阀，用来调治夹紧力的大小和保持夹紧力的坚固。
2．2、确定液压系统
1）系统工作原理
最后把所选择的液压回路组合起来，即可组合成图2-1所示的液压系统原理图。
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合用标准文案
图2-1液压系统原理图
2）工作循环过程：
一．定位插销——按启动按钮，电磁阀7YA得电，换向阀在右位，定位缸16下腔进
油，活塞杆向上运动定位插销；
二．工件夹紧——当定位完成后，油液压力高升，压力继电器BP1发出信号，电磁铁
5YA得电，换向阀在右位，夹紧缸17下缸进油，活塞杆向上运动，工件夹紧；
三．快进——夹紧完成后，压力上升，压力继电器BP2发出信号，使电磁铁1YA、3YA得电，电磁，换向阀4处于左位，换向阀5处于右位，进给缸18左腔进油，右腔排油
流向左腔，形成差动连接，实现快进；
四．工进——当进给缸活塞杆上的挡块压下行程开关2SQ后，使电磁铁3YA失电，进给
缸16的回油流回油箱，实现工进；
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合用标准文案
五．快退——当进给缸活塞杆上的挡块压下行程开关1SQ后，电磁铁1YA失电，使电磁
铁2YA得电，进给缸右腔进油，左腔流回油箱，实现快退；
六．拔销——当进给缸活塞杆上的挡块压下行程开关3SQ后，使2YA失电，进给缸停止
工作，7YA失电，6YA得电，换向阀14处左位，定位缸16上腔进油，下腔的油液直接
接回油箱，实现拔销。
七．放松——当定位缸活塞杆上的挡块压下行程开关4SQ后，5YA、6YA失电，4YA得
电，夹紧缸17上腔进油，下腔经单向节流阀9流回油箱，实现放松。
八．系统停止——当夹紧缸活塞杆上的挡块压下行程开关5SQ后，电磁铁4YA失电，系
统停止工作。
3）电磁换向阀动作序次表
表2-1电磁换向阀动作序次表
1YA
2YA
3YA
4YA
5YA
6YA
7YA
插销
-
-
-
-
-
-
+
夹紧
-
-
-
-
+
-
+
快进
+
-
+
-
+
-
+
工进
+
-
-
-
+
-
+
快退
-
+
-
-
+
-
+
拔销
-
-
-
-
+
+
-
放松
-
-
-
+
-
-
-
停止
-
-
-
-
-
-
-
3．液压系统的计算和选择液压元件
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合用标准文案
3．1、液缸主要尺寸的确定
（1）工作力P的确定。
工作力P可以依照大小以及机器的型来初步确定，参参照文件
[2]表2-
1，取液缸的工作力4MP。
（2）算液缸内径D和活塞杆直径d
1）缸内径D和活塞杆直径d
由知道最大F30550N，按参照文件[2]可取，ηcm0.95，
考到快、快退速度相等，取d/D=0.7。
将上述数据代入参照文件[2]式（2-3）
D
4F
⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（3-1）
P2
d
2
P1cm{1
[1
]}
P1
D
D工作
4
25500
0.5[1
4
106
{1
0.72]}
4
依照参照文件[2]表2-4，将液缸内径整准系列直径D工作=100mm；活塞杆
直径d工作按参照文件[1],取，按参照文件[2]表2-5，活塞杆直径系列取d工作
=70mm。
2）缸内径D和活塞杆直径d
按工作要求力由个缸供应，考到力的定，缸的工作力
低于液缸的工作力，取缸的工作力3MPa，回油背零，ηcm0.95，按参照文件[2]式（2-3）可得
D夹紧
4
5000
m4.7102m
3
106
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合用标准文案
按参照文件[2]表（2-4）及表（2-5）液缸和活塞杆的尺寸系列，取液缸
的D夹紧和d夹紧分63mm和45mm。
3）定位缸缸内径D和活塞杆直径d和缸尺寸一
按最低工速度算液缸的最小定速度，由参照文件[2]式（2-4）可得
A
qmin
50
cm2
2⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（3-2）
vmin
3
式中，qmin是由品本得GE系列速AQF3-E10B的最小定流量
50mL/min。
本中速是安装在回油路上，故液缸流腔有效工作面取液
缸有杆腔的面，即
A（D2
d2）
（102
72）cm2
40cm2
4
4
可上述不等式能足，液缸能达到所需低速。
（3）算在各工作段液缸所需的流量
q快进d2v快进0.0725m3/min19.2103m3/min19.2L/min
44
q工进
D2v工进
2
3/min5.50103m3/min5.50L/min
4
4
q快退
（D2
d2）v快退
4
（2
0.072）5m3/min20L/min
4
2
2
30
10
360m3/min3.1103m3/min3.1L/min
D夹v夹
4
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合用标准文案
3．2、确定液缸的流量、力和的格
（1）的工作力的确定
考到正常工作中油管路有必然的力失，因此的工作力
ppp1p⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（3-4）
式中pp——液最大工作力；
p1——行元件最大工作力；
p——油管路中的力失，初算系可取0.2—，复系取
0.5—1.5，本中取
ppp1p=（4+0.5）
上述算所得的pp是系的静力，考到系在各种工况的度段出的
力经常超静力。
其他考到必然的力量，并保证的寿命，因此
的定力Pn足Pn
（1.25-1.6）pp。
中低系取小，高系取大
。
在本中Pn
。
pp
（2）的流量确定
液的最大流量
qpKL（q）max⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（3-5）
式中qp--液的最大流量；
（q）
max---同作的各行元件所需要流量之和的最大。
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合用标准文案
KL---系泄露系数，一般取KL=1.1—1.3，取KL=1.2。
qp
（
）
=
KL
qmax
×20L/min=24L/min
（3）液的格
依照以上算得的Pp和qp再参照文件[2]，用YBX-16限式量叶片
，的基本参照：
每排量V=16mL/r，的定的力Pn，机速
nH1450r/min，容效率v，效率=0.7。
（4）与液般配的机的定
第一分算出快与工两种不同样工况的功率，取两者大作机格的依照。
由于在慢出的流量减小，的效率急降低，一般当流量在
范内，可取=0.03—0.14。
同注意到，了使所的机
在的流量特点曲最大功率点不至停，需行算，即
pBqp
2pn
⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（3-6）
式中pn--所机定功率；
pB--限式量的限制力
qp---力pB，的出流量。
第一算快的功率，快的外500N，油路的力失，由
式（3-4）得
Pp
500
4
2106
0.3MPa0.42Mpa
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合用标准文案
快进时所需电动机功率为
P
ppqp
20
60
工进时所需电动机功率P为
P
查阅文件[4]，采用Y802-4型电动机，其额定功率为，额定转速为1390
r/min。
依照产品样本可查YBX-16的流量压力特点曲线。
再由已知的快进时流量为
20L/min，工进时的流量为，压力为，作出泵的本质工作时的流量压
力特点曲线，如图3-1所示：
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合用标准文案
图3-1YBX-16液压泵特点曲线
查得该曲线拐点处的流量为20L/min，压力为，该工作点对应的功率为
28.
8
P
60
所选电动机功率满足（3-6），拐点处能正常工作。
3．3、液压阀的选择
本液压系统可采用力士乐系统或GE系列的阀。
此方案：
均采用GE系列阀。
依照
所拟订的液压系统图，按经过各元件的最大流量来选择液压元件的规格。
选定的液压
元件如表4所示。
表3-1液压元件明细表
序号
元件名称
方案
经过流量（L/min）
1
滤油器
XU-B32×100
28．8
2
液压泵
YBX-16
28．8
3
减压阀
JF3-10B
6．5
4
单向阀
AF3-EA10B
6．5
5
三位四通换向阀
34EF3O-E10B
6．5
6
压力继电器
DP1-63B
6．5
7
单向阀
AF3-EA10B
6．5
8
三位四通换向阀
34EF30-E10B
6．5
9
单向节流阀
ALF-E10B
6．5
10
压力继电器
DP1-63B
6．5
11
三位四通换向阀
34EF30-E10B
24
12
单向调速阀
AQF3-E10B
24
13
二位三通换向阀
23EF3B-E10B
24
17
溢流阀
YF3-E10B
24
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合用标准文案
P1
压力表开关
KF3-E3B
P2
压力表开关
KF3-E3B
3．4、确定管道尺寸
油管内径尺寸一般可参照采用的液压元件接口尺寸而定，也可按管路赞同流速进
行计算。
本系统主油路流量为差动时流量q=38.4L/min,压油管的赞同流速取v=4m/s，则内径d为
若系统主油路流量按快退时取q=20L/min，则可算得油管内径。
综合诸因素，现取油管的内径d为12mm。
吸油管同样可按上式计算（q=24L/min、），选参照YBX-16变量泵吸油口连接尺寸，取吸油管内径d为25mm。
3．5、液压油箱容积的确定
本设计为中压液压系统，液压油箱有效容量按泵的流量的5-7倍来确定，参照文
献[2
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