液压课程设计镗床.docx

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液压课程设计镗床

常州工学院

课程设计

班级11机一

姓名张昊明

学号11010136

前言

1、镗床液压系统

（1）液压系统的概述

（2）镗床的概述

2、镗床液压系统设计要求及工作环境

3、镗床液压系统设计目的

4、镗床液压系统设计内容

（1）工况分析

（2）拟定液压系统原理图

1.确定供油方式

2.调速方式的选择

3.调速换接方式的选择

4.夹紧回路的选择

5.作原理图

（3）液压系统的计算和选择液压元件

1.液压缸主要尺寸的确定

2.确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格

3.液压阀的选择

4.确定管道尺寸

5.液压油箱容积及外形尺寸的确定

（4）液压系统的验算

1.压力损失的验算

2.系统温升的验算

前言

近五十年来，在工业中有两个学科分支发展极快。

其一是电子学中的计算机技术；其二是机械学中的液压控制与传动技术。

这两门技术互相渗透和融合，是现代机械的设计、制造和使用突飞猛进。

作为现代机械设备实现传动与控制的重要技术手段，液压技术在国民经济各领域得到了广泛的应用。

与其他传动控制技术相比，液压技术具有能量密度高﹑配置灵活方便﹑调速范围大﹑工作平稳且快速性好﹑易于控制并过载保护﹑易于实现自动化和机电液一体化整合﹑系统设计制造和使用维护方便等多种显著的技术优势，因而使其成为现代机械工程的基本技术构成和现代控制工程的基本技术要素。

液压压力机是压缩成型和压注成型的主要设备，适用于可塑性材料的压制工艺。

如冲压、弯曲、翻边、薄板拉伸等。

也可以从事校正、压装、砂轮成型、冷挤金属零件成型、塑料制品及粉末制品的压制成型。

本文根据小型压力机的用途﹑特点和要求，利用液压传动的基本原理，拟定出合理的液压系统图，再经过必要的计算来确定液压系统的参数，然后按照这些参数来选用液压元件的规格和进行系统的结构设计。

小型压力机的液压系统呈长方形布置，外形新颖美观，动力系统采用液压系统，结构简单、紧凑、动作灵敏可靠。

该机并设有脚踏开关，可实现半自动工艺动作的循环。

镗床液压系统设计，被加工零件是缸体，机床循环时间为5分钟，机床要完成的动作为：

装入工件，按启动按钮，油泵工作，定位夹紧后，右头镗杆快进，工进，同时立头和左头快进，工进、快退到原位，右头工进后，慢退20,快退300,夹紧松开，同时定位缸复位，卸工件，一个循环完成。

各头能单独调整，先定位，后夹紧，工件不夹紧时不能工作。

本设计中共有六个油缸，分别为两个夹紧油缸，立头油缸、左头油缸、右头油缸、定位油缸各一个。

在镗床液压系统设计时，首先要明确镗床对液压系统要求，对液压系统的工作进行分析，拟定液压系统原理图，并计算和合理选择液压元件，其目的是为了选择液压泵、控制阀、液压辅件等。

一、镗床液压系统

（一）液压系统概述　　

一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件（附件）和液压油。

　　动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。

液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。

　　执行元件（如液压缸和液压马达）的作用是将液体的压力能转换为机械能，驱动负载作直线往复运动或回转运动。

　　控制元件（即各种液压阀）在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。

根据控制功能的不同，液压阀可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。

压力控制阀又分为益流阀（安全阀）、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。

根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。

　　辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、快换接头、高压球阀、胶管总成、测压接头、压力表、油位油温计等。

液压油是液压系统中传递能量的工作介质，有各种矿物油、乳化液和合成型液压油等几大类。

液压系统由信号控制和液压动力两部分组成，信号控制部分用于驱动液压动力部分中的控制阀动作。

　　液压动力部分采用回路图方式表示，以表明不同功能元件之间的相互关系。

液压源含有液压泵、电动机和液压辅助元件；液压控制部分含有各种控制阀，其用于控制工作油液的流量、压力和方向；执行部分含有液压缸或液压马达，其可按实际要求来选择。

　　在分析和设计实际任务时，一般采用方框图显示设备中实际运行状况。

空心箭头表示信号流，而实心箭头则表示能量流。

基本液压回路中的动作顺序—控制元件（二位四通换向阀）的换向和弹簧复位、执行元件（双作用液压缸）的伸出和回缩以及溢流阀的开启和关闭。

对于执行元件和控制元件，演示文稿都是基于相应回路图符号，这也为介绍回路图符号作了准备。

　　根据系统工作原理，您可对所有回路依次进行编号。

如果第一个执行元件编号为0，则与其相关的控制元件标识符则为1。

如果与执行元件伸出相对应的元件标识符为偶数，则与执行元件回缩相对应的元件标识符则为奇数。

不仅应对液压回路进行编号，也应对实际设备进行编号，以便发现系统故障。

　　DINISO1219-2标准定义了元件的编号组成，其包括下面四个部分：

设备编号、回路编号、元件标识符和元件编号。

如果整个系统仅有一种设备，则可省略设备编号。

　　实际中，另一种编号方式就是对液压系统中所有元件进行连续编号，此时，元件编号应该与元件列表中编号相一致。

这种方法特别适用于复杂液压控制系统，每个控制回路都与其系统编号相对应。

（二）镗床的概述

主要用镗刀对工件已有的预制孔进行镗削的机床。

通常，镗刀旋转为主运动，镗刀或工件的移动为进给运动。

它主要用于加工高精度孔或一次定位完成多个孔的精加工，此外还可以从事与孔精加工有关的其他加工面的加工。

使用不同的刀具和附件还可进行钻削、铣削、切它的加工精度和表面质量要高于钻床。

镗床是大型箱体零件加工的主要设备。

螺纹及加工外圆和端面等。

由于制造武器的需要，在15世纪就已经出现了水力驱动的炮筒镗床。

1769年J.瓦特取得实用蒸汽机专利后，汽缸的加工精度就成了蒸汽机的关键问题。

1774年英国人J.威尔金森发明炮筒镗床，次年用于为瓦特蒸汽机加工汽缸体。

1776年他又制造了一台较为精确的汽缸镗床。

1880年前后，在德国开始生产带前后立柱和工作台的卧式镗床。

为适应特大、特重工件的加工，20世纪30年代发展了落地镗床。

随着铣削工作量的增加，50年代出现了落地镗铣床。

20世纪初，由于钟表仪器制造业的发展，需要加工孔距误差较小的设备，在瑞士出现了坐标镗床。

为了提高镗床的定位精度，已广泛采用光学读数头或数字显示装置。

有些镗床还采用数字控制系统实现坐标定位和加工过程自动化。

镗床分为卧式镗床、落地镗铣床、金刚镗床和坐标镗床等类型（见彩图）。

①卧式镗床：

应用最多、性能最广的一种镗床，适用于单件小批生产和修理车间。

②落地镗床和落地镗铣床：

特点是工件固定在落地平台上，适宜于加工尺寸和重量较大的工件,用于重型机械制造厂。

③金刚镗床:

使用金刚石或硬质合金刀具，以很小的进给量和很高的切削速度镗削精度较高、表面粗糙度较小的孔，主要用于大批量生产中。

④坐标镗床：

具有精密的坐标定位装置，适于加工形状、尺寸和孔距精度要求都很高的孔，还可用以进行划线、坐标测量和刻度等工作，用于工具车间和中小批量生产中。

其他类型的镗床还有立式转塔镗铣床、深孔镗床和汽车、拖拉机修理用镗床等。

1、以箱体零件同轴孔系为代表的长孔镗削，是金属切削加工中最重要的内容之一。

尽管现在仍有采用镗模、导套、台式铣镗床后立柱支承长镗杆或人工找正工件回转180°等方法实施长孔镗削的实例，但近些年来，一方面由于数控铣镗床和加工中心大量使用，使各类卧式铣镗床的坐标定位精度和工作台回转分度精度有了较大提高，长孔镗削逐渐被高效的工作台回转180°自定位的调头镗孔另一方面形床身布局之普通或数控刨台式铣镗床的大量生产和应用，从机床结构上使工作台回转180°自定位的调头镗孔，几乎成为在该种机床上镗削长孔的唯一方法。

2、立柱送进调头镗孔的同轴度误差及其补偿

影响铣镗床调头镗孔同轴度的主要因素与台式铣镗床一样，也是工作台回转180°调头的分度误差da和为使调头前已镗成的半个长孔d1轴线，在调头后再次与镗轴轴线重合而镗削长孔之另一半孔d2，所需工作台横（x）向移动Lx=2lx的定位误差dx2。

而且工作台回转180°前后，台面在xy坐标平面内产生的倾角误差df，在yz平面内产生的倾角误差dy及在y向产生的平移误差dy，也同样是刨台式铣镗床调头镗孔同轴度的重要影响因素。

但镗轴轴线空间位置对调头镗孔同轴度的影响，通常用立柱送进完成孔全长镗削的刨台式铣镗床，与通常用工作台纵移送进的台式铣镗床有明显的不同。

3、镗轴送进时立柱纵向位置的合理确定

当碰到特定情况，铣镗床必须把立柱固定在纵向床身上的一个合适位置，而用镗轴带着刀具伸出作为镗孔的送进形式时，镗轴轴线与被镗孔名义轴线在xz平面内的交角误差db，在yz平面内的交角误差dg，与台式铣镗床一样，对调头镗孔的同轴度都有重要的影响，并且随着镗轴送进长度的增加，镗轴自重引起之镗杆下挠变形，也对调头镗孔的同轴度产生较大影响。

与台式铣镗床所不同的是，刨台式铣镗床的镗轴伸出镗孔时，可纵向移动的立柱必须固置在纵床身上一个确定的位置，并且重要的是这个确定位置可以且应该被选择。

4、镗床上刀具位置的合理确定

在镗床上采用立柱送进调头镗孔时，装夹在镗轴之刀杆上的镗刀，其沿Z向的合理位置，一方面要满足刀尖回转中心至主轴箱前端面的距离稍大于孔全长的一半（再小将不能把长孔镗通，过大则镗轴刚度下降）；另一方面还要满足把刀具刀尖的回转中心，置于镗轴轴线与立柱纵移线的交点O上等等。

二、镗床液压系统设计要求及工作环境

镗床液压系统的动作和性能要求主要有：

运动方式、行程、速度范围、负载条件、运动平稳性、精度、工作循环和动作周期、同步等等。

对于工作环境而言，有环境温度、湿度、尘埃、防火要求及安装空间的大小等。

所设计镗床液压系统不仅能满足“定位—夹紧—快进—工进—快退—停止”工作循环要求，还要有较高的可靠性、良好的空间布置。

为了实现上述工作循环，并保证零件一定的加工长度，采用行程开关及电磁换向阀实现顺序动作。

拟采用液压缸作为执行元件。

本例中快进退速度均为4.5m/min，快进行程为200mm、一工进行程为40mm，二工进行程为40mm，采用平轨式和V轨式导轨，一工进切削力为15000N，二工进切削力为5000N，动力头自重为30000N，一工进速度为0.03m/min，二工进速度为0.01m/min。

三、镗床液压系统设计目的

液压传动与机械传动、电气传动为当代三大传动形式，是现代发展起来的一门新技术，《液压传动》是工科机械类专业的重点课程之一，既有理论知识学习，又有实际技能训练，为此，在教学中安排一至二周的课程设计，该课程的设计目的是：

1.综合运用液压传动及其他先修课的理论知识和物产实际知识，进行液压传动设计实践，从而使这些知识得到进一步的巩固加深和发展

2.熟悉和掌握拟定液压传动系统图，液压缸结构设计，液压元件选择以及液压系统的计算方法

3.通过课程设计，提高设计、计算和绘图的基本技能，熟悉设计资料和设计手册，培养独立分析问题和解决问题的能力，为之后毕业设计及设计工作打下必要的基础

3、镗床液压系统设计内容

1工况分析

根据已知条件，绘制出运动部件的速度循环图如图所示，然后根据各阶段的外负载绘制负载图。

液压缸所受外负载F包括三种类型即：

F=Fw+Ff+Fa

式中：

Fw——工作负载，活塞运动的切削力，一工进时，Fw1=15000N，二工进时，Fw2=5000N。

Fa——运动部件速度变化时的惯性负载。

Ff——导轨摩擦阻力负载，启动时为静摩擦阻力，启动后为动摩擦阻力

对于V型导轨Ff1可由下式求得

Ff1=

对于对于平导轨Ff可由下式求得

Ff2=

G——运动部件重力，G=15000N

Frn——垂直于导轨的工作负载，此例中Frn=0

F——导轨摩擦系数，取静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1

求得Ffs=

Ffa=

上式中Ffs为静摩擦阻力，Ffa为动摩擦阻力。

Fa=﹙

﹚×（

﹚

式中，g——重力加速度，取9.8N/kg

△t——加速或减速时间，取△t=0.05s

△v——△t时间内的速度变化量

求题中

Fa=15000*4.5/（9.8*0.05*60）=2295.9N

根据上述计算结果，列出各工作阶段所受的外负载，并画出负载循环

工作循环外负载F（N）

启动、加速F=Ffs+Fa=9538N

快进F=Ffa=3621N

一工进F=Ffa+Fw1=18621N

二工进F=Ffa+Fw2=8621N

快退F=Ffa=3621N

原位停止F=0N

2、拟定液压系统原理图

（1）确定供油方式

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，从节省能量，减少发热考虑，泵源系统选用带压力反馈的限压式变量叶片泵。

（2）调速方式的选择

根据镗床工作时对低速性能和速度负载特性都有一定要求的特点，决定采用限压式变量泵和调速阀组成的容积节流调速。

这种调速回路具有效率高，发热小和速度刚性好的特点，并且调速阀装在回油路上，具有承受负载切削力的能力。

（3）速度换接方式的选择

本系统采用电磁阀的快慢换接回路，它的特点是结构简单、调节行程比较方便，阀的安装也较容易，但速度换接的平稳性较差，若要提高系统的换接平稳性，则可改用行程阀切换的速度换接回路。

（4）夹紧回路的选择

用二位四通电磁阀来控制夹紧、松开换向动作时，为了避免工作时突然失电而松开，应采用失电夹紧方式。

考虑到夹紧时间可调和当进油路压力瞬时下降时仍能保持夹紧力，所以接入节流阀调速和单向阀保压。

在该回路中装保压阀，用来调节夹紧力的大小和保持夹紧力的稳定。

（5）组成系统原理图

电磁铁动作顺序表

电磁铁动作

1YA

2YA

3YA

4YA

5YA

快进

+

-

/

+

+

一工进

+

-

-

-

-

二工进

+

-

+

-

-

快退

-

+

/

+

-

（1）快进启动机床，完成夹紧工作后，三位四通换向阀3左边得电，二位二通换向阀6左边得电，二位二通换向阀8右边得电，差动连接实现差动快进1-3-6-7-8

（2）一工进三位四通换向阀3左边得电，二位二通换向阀6右端接入，二位三通换向阀8左边接入，以调速阀4进行一工进调速1-3-4-13-6-7-8-3-油箱

（3）二工进三位四通换向阀3左边得电，二位三通换向阀6右端接入二位三通换向阀8左边接入，电磁阀13左端得电，以调速阀5进行二工进调速1-3-4-5-6-7-8-3-油箱

（4）快退三位四通换向阀3右边得电，二位二通换向阀6左边得电，二位三通换向阀8左边得电，实现快退1-3-8-7-6-3-油箱

3、液压系统的计算和选择液压元件

（1）液压缸主要尺寸的确定

1）工作压力P的确定，根据负载大小及机器的类型来初步确定，参阅表2-1，取液压缸工作压力为4MP

2）计算液压缸内径D和活塞杆直径d

由图可知：

式中：

P1——液压缸的工作压力，取P1=4MPa

P2——液压缸回油腔有压力，P2=0

d/D——活塞杆直径与液压缸内径之比，按机床类型选取d/D=0.7

F——工作循环中最大外负载，有负载图可知F=18621N

Ffc——液压缸密封处摩擦力

ηcm——液压缸的机械效率，取ηcm=0.95

代入数据

D²=

解得D≈7.9

将液压缸内径圆整到标准系列直径D=80mm，活塞杆直径d，按d/D=0.7及活塞杆直径系列取d=56mm.

对选定的液压缸内径，外径进行最小稳定速度的验算，需保证液压缸节流腔的有效工作面积A，外径大于最小稳定速度的最小有效面积Amin

即A>Amin

Amin=qmin/vmin

式中qmin——由产品样本查得GE系列调速阀AQF3-E10B的最小稳定流量为0.05L/min

Vmin——液压缸的最低速度，Vmin=1cm/min

Amin——

A——

∴满足要求

∴综上D=80mmd=56mm

3）计算在各工作阶段液压缸所需的流量

（2）确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格。

　1）泵的工作压力的确定.

式中，Pp——液压泵最大工作压力

P1——执行元件最大工作压力

——进油管中的压力损失，初算时简单系统可取0.2-0.5Mpa

复杂系统取0.5-1.5MPa，本题取0.5MPa

∴Pp=P1+=（4+0.5）Mpa=4.5Mpa

上述计算所得的Pp是系统的静态压力，考虑到系统在各种工况的过滤阶段出现的动态压力往往超过静态压力。

另外考虑到一定的压力贮备量，并确保泵的寿命，选泵的额定压力Pn应满足Pn应满足Pn≥（1.25~1.6）Pa。

中低压系统取小值，高压系统取大值。

题中Pn=1.25Pp=4.4Mpa。

　2）泵的流量的确定

　液压泵的最大流量应为

　式中，qp——液压泵的最大流量

——同时动作的各执行元件所需的流量之和的最大值，加溢流

阀的最小流量2——3L/min

　Kl——系统泄漏系数，取Kl=1.2

　3）选择液压泵的规格。

　根据以上算得的Pp和qp再查阅手册，选用YBX-16限压式变量叶片泵，该泵的基本参数为：

每转排量q0=16ml/r,泵的额定压力Pn=6.3Mpa，电动机转速nH=1000r/min,容积效率y0=0.85，总效率y=0.7。

　4）电动机的选定。

　首先分别计算出快进与工进两种不同工况时的功率，取两者较大值作为选择电动机规格的依据。

由于在慢进时泵输出的流量减小，泵的功率急剧下降，一般当流量在0.2-1L/min范围内时可取η=0.03-0.14，同时还应注意解，为了使选择的电动机在经过泵的流量特性曲线最大功率时不致停转，需进行验算，即

式中Pn——所选电动机的额定功率

——限压式变量泵的限定压力

——压力为时，泵的输出流量

首先计算出快进时的功率，快进时的外负载为36HH，快进路的压力损失定为0.5MPa，解可求得

快进时所需的电动机功率为

一工进时所需的电动机功率为

二工进时所需的电动机功率为

根据导册查得选用YBB-4型电机

（3）液压阀的选择。

本系统可采用力士乐系列，根据所拟定的液压系统图，按通过各元件的最大流量来选择液压元件的规格，如下表所示

序号

元件名称

型号

估计通过流量（L/min）

1

液压泵

YBX-16

16mL/r

2

减压阀

JFC10D-1

16

3

二位四通换向阀

24DF3B-E10B-B

16

4

一工进调速阀

4WE6E5010AG24

11.5

5

二工进调速阀

AQF3-E10B

11.5

6

二位三通换向阀

3WE6E5010AG24

20

7

液压缸

8

二位三通换向阀

3WE6E5010AG24

11.5

9

单向阀

A-F10D-D10P1

16

10

二位四通换向阀

24DF3B-E10B-B

11.5

11

单向节流阀

LA-F10D-B-1

16

12

夹紧缸

13

电磁阀

14

压力表开关

K-H6

15

压力继电器

DP1-63B

16

滤油器

XU-B32×100

16

（4）确定管道尺寸。

油管内径尺寸一般可参照选用的液压元件接口尺寸而定，也可接管路允许的流速计算。

本系统主油路流量可取22L/min，压油箱的允许流速去v=4m/s，则内径d为：

若系统总油路流量安快退时取q=11.5L/min，则可算得油管内径d为78mm。

综合以上因素，取油管内径为9mm。

吸油管同样按上式计算，现参照YBX-16变量泵吸油口连接尺寸，取吸油管内径d为25mm。

（5）液压油箱容积的确定。

液压油箱在不同的工作条件下，影响散热的条件很多，通常按压力范围来考虑，液压油箱的参数各呈V可概略的确定为

在低压系统中（）可取

在中压系统中（）可取

在中高压式高压大功率系统中（）可取

式中V——液压油箱有效容量

——液压泵额定流量

注意：

设备停止运转后，设备中的那部分油液会因重力作用而流回液压油箱，为了防止液压油从邮箱中溢出，邮箱中的液压油径不能太高，一般不能超过液压油箱高度的80%。

本例中的液压系统P=4.5MPa，因此属于中压系统，液压油箱有效容量按泵的流量的5-7倍来确定，现选用容量为100L的油箱。

液压缸的有效容积确定后，需要设计液压油箱的外形尺寸，一般尺寸比为1：

1：

1-1：

2：

3，为提高冷却效率，在安装位置不变限制时，可将液压箱的容量予以增大。

若设计的液压油箱能满足下表中尺寸的要求时可选择一种。

型号尺寸

a

b

c

BEX-61A

550

450

600

BEX-100

700

500

600

BEX-160

800

600

660

BEX-250

1000

650

680

BEX-400

1250

860

680

BEX-630

1450

950

770

BEX-800

1600

1100

770

BEX-1000

1800

1100

800

液压油箱的结构简图：

综上，液压油箱型号取BEX-100

4.液压系统的验算

已知该系统中进、回油管的内径均为9mm，各级管道的长度分别为：

AB=0.3m，AcI=AGI=1.7m，AD=1.7m，DE=2m。

选用L-HL32液压油，油的最低温度为15℃，查得15℃时该液压油的运动粘度v=150cst=1.5cm²/s，油的密度ρ=920/m³。

（1）压力损失的验算

1）工作进给时进油路的压力损失

运动部件工作时进给的最大速度为0.03m/min，进给时的最大流量为0.15L

/min时液压油在管内的流速v1为

v1=q/（πd²/4）=4x151/（3.14x0.9²）cm/min=238cm/min=4cm/s

管道流动雷诺数Re1=v1d/v=2.4

Re1<2300,可见油液在管道内的流态为层流，其沿程阻力系数

λ1=75/Re1=31.25

∴进油管道BC的沿程压力损失ΔPH为

ΔPH=λ（l/d）（ρv²/2）=31.25x（1.7+0.3）/（0.009）x（920）

查得换向阀4WE6E50/AG24的压力损失ΔP1-2=0.05MPa，调速阀2FRM5-20/6的压力损失ΔP1-3=0.5MPa

忽略油液通过管道接头，油路扳等处的局部压力，则进油路总压力损失ΔP1为：

ΔP1=ΔP1-1+ΔP1-2+ΔP1-3=0.05MPa+0.05MPa+0.5MPa=0.555MPa

2）工作进给时回油路的压力损失

由于选用单活塞杆液压缸，且液压缸有杆腔的工作面积为无杆腔的工作面积的0.51，约为二分之一，所以管道的流量约为进油管道的二分之一时

v2=v1/2=2cm/s

Re2=v2d/v=2x0.9/1.5=1.2

回油管路的沿程压力损失ΔP2-1为：

ΔP2-1=λ

查产品样品知换向阀3WE6A50/AG24