卧式钻镗组合机床的液压专业系统设计.docx
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卧式钻镗组合机床的液压专业系统设计
卧式钻镗组合机床的液压专业系统设计
课程设计说明书
课程名称：
液压与气压传动
题目名称：
卧式钻、镗组合机床的液压系统设计
班级：
姓名：
学号:
指导老师：
评定成绩：
教室评语：
指导老师签名：
20年月日
机电工程学院课程设计任务书
题目
卧式钻、镗组合机床的液压系统设计
设计内容及基本要求
设计一台卧式钻、镗组合机床液压系统。
该机床用于加工铸铁箱形零件的孔系，运动部件总重G=10000N，液压缸机械效率为0．9，加工时最大切削力为12000N，工作循环为：
“快进——工进——死挡铁停留——决退——原位停止”。
行程长度为0.4m，工进行程为0.1m。
快进和快退速度为0.1m／s，工过速度范围为3×10-4～5×10-3m／s，采用平导轨，启动时间为0.2s。
要求动力部件可以手动调整，快进转工进平稳、可靠。
设计要求：
1）、绘制液压原理图。
2）、设计液压站和油缸的装配图
包括：
①泵、电机和阀的选用
②油箱、油缸、阀座的零件设计
3）、课程设计计算说明书一份。
设计起止时间
2014年5月19日至2014年5月24日
学生签名
年月日
指导教师签名
年月日
卧式钻、镗组合机床的液压系统设计说明书
第一章绪论
1.1开发背景及系统特点
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。
第二章液压系统的工况分析
一、工作负载
工作负载是在工作过程中由于机器特定的工作情况而产生的负载，即
=12000N
二、惯性负载
最大惯性负载取决于移动部件的质量和最大加速度。
已知加、减速时间为0.2s，工作台最大移动速度，即快进、快退速度为0.1m/s，因此惯性负载为：
三、阻力负载
阻力负载主要是工作台的机械摩擦阻力，分为静摩擦阻力和动摩擦阻力两部分。
静摩擦阻力
动摩擦阻力
根据上述负载力计算结果，可得出液压缸在各个工况下所受到的负载力和液压缸所需推力情况，如下表所示：
注：
1、液压缸的机械效率为0.9
2、不考虑动力滑台上的颠覆力矩的作用。
液压缸各运动阶段负载表
运动阶段
负载组成
负载F/N
推力/N
起动
=
2000
2222.2
加速
=+
1510.2
1687
快进
=
1000
1111.1
工进
13000
14444.4
快退
1000
1111.1
第三章负载图和速度图的绘制
按上面计算的数值以及已知条件进行绘制，即可绘制出负载和速度图，如下所示：
速度图
负载图
第四章液压缸主要参数的确定
由《液压传动》表11-2和表11-3可知，组合机床液压系统在最大负载约为14444.4N是宜取=4MPa。
快退时回油腔中也是有背压的，这时选取背压值=0.6MPa。
取液压缸无杆腔有效面积等于有杆腔有效面积的2倍
故有
快进速度V快=0.1m/s，工进速度V工进=0.005m/s,相差很大,应进行差动换接,取k=A2/A1=0.5,则：
d=0.707D=0.707×75.83=53.62mm，
根据GB/T2348—2001对液压缸缸筒内径尺寸和液压缸活塞杆外径尺寸的规定，圆整后取液压缸缸筒直径为D=80mm，活塞杆直径为d=60mm。
中低压液压系统,由其切削加工性能确定液压缸筒壁厚，按薄壁圆筒计算壁厚：
额定工作压力：
Pn=7MPa<16MPa
试验压力为：
Py=1.5Pn=1.5×7=10.5MPa
许用应力取：
（取安全系数n=5）
此时液压缸两腔的实际有效面积分别为：
按最低工进速度验算液压缸尺寸，查产品样本，调速阀最小稳定流量q=0.05L/min因工进速度为0.00265m/s为最小速度，则有
≥q/v=50000/15.9=3145
因为=5024≥3145，满足最低速度的要求。
初步确定液压缸流量为：
快进：
=30L/min
=15L/min
=15L/min
工进：
=0.8L/min
根据上述液压缸直径及流量计算结果，进一步计算液压缸在各个工作阶段中的压力、流量和功率值，如下表所示：
工作循环
计算公式
负载F
（N）
进油压力（Mpa）
回油压力（Mpa）
所需流量Q（L/min）
输入功率P（kw）
差动快进
Pj=（F+△pA2）/（A1-A2）
Q=v×（A1-A2）
P=Pj×Q
1111.1
0.78
0.5
16.95
0.22
工进
Pj=（F+PhA2）/A1
Q=v×A1
P=Pj×Q
14444.44
3.23
0.8
1.51
0.081
快退
Pj=（F+PhA1）/A2
Q=v×A2
P=Pj×Q
1111.11
1.68
0.6
13.19
0.369
第五章液压系统图的拟定
5.1液压回路的选择
首先要选择调速回路。
这台机床液压系统的功率小，滑台运动速度低，工作负载变化小，故采用节流调速的开式回路是合适的，为了增加运动的平稳性，防止钻孔时工件突然前冲，系统采用调速阀的进油节流调速回路，并在回油路中加背压阀。
从工况图中可以清楚地看到，在这个液压系统的工作循环中，液压缸要求油源交替地提供低压大流量和高压小流量的油源。
最大流量和最小流量之比约为11，而快进快退的时间和工进所需的时间分别为：
即是/=3。
因此从提高系统效率、节省能量的角度上来说，采用单个定量泵作为油源显然是不合适的，而宜选用大、小两个液压泵自动并联供油的油源方案。
如下图所示：
双泵供油油源
其次是选择快速运动和换向回路。
系统中采用节流调速回路后，不管采用什么油源形式都必须有单独的油路直接通向液压缸的两腔，以实现快速运动。
本系统中，单杆液压缸要作差动连接，所以它的快进快退换向回路，如下图所示：
换向回路
再次是选择速度缓解回路，工况图可以看出，当动力头部件从快进转为工进时滑台速度变化较大，可选用行程阀来控制快进转工进的速度换接，以减少液压冲击，图如下所示：
速度换接回路
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，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节和当进油路压力瞬时下降时仍能保持夹紧力，所以单向阀保压。
在该回路中还装有减压阀，用来调节夹紧力的大小和保持夹紧力的稳定，
图示如下所示：
5.2液压回路的综合
液压回路的综合和整理
第六章液压元件的选择
6.1液压泵
工进阶段液压缸工作压力最大，取进油总压力损失Σ=0.5MPa,压力继电器可靠动作需要压力差0.5MPa,则液压泵最高工作压力
Pp=+Σ+0.5MPa=4.8MPa
因此泵的额定压力Pr≥1.25×4800000Pa=6MPa
工进时所需要流量最小是0.8L/min,设溢流阀最小流量为2.5L/min,则小流量泵的流量
≥（1.1*0.32+2.5）L/min=2.85L/min
快进快退时液压缸所需的最大流量为15.4L/min,则泵总流量
qp=1.1*15.4L/min=16.9L/min。
即大流量泵的流量
≥qp-=（16.9-2.85）L/min=14L/min
根据上面计算的压力和流量，查产品样本，选用双联叶片泵，该泵额定压力6.3MPa，额定转速960r/min
二、电动机的驱动功率
系统为双泵共有系统，其中小泵的流量=（0.04/60）/s=0.000667/s
大泵的流量=（0.012/60）/s=0.0002/s
差动快进，快退时的两个泵同时向系统供油；工进时，小泵向系统供油，大泵卸载。
快进时，小泵的出口压力损失0.45MPa，大泵出口损失0.15MPa。
小泵出口压力=1.26MPa（总功率=0.5）
大泵出口压力=1.41MPa（总功率=0.5）
电动机功率=/+/=0.73Kw
工进时调速阀所需要最小压力差0.5MPa。
压力继电器可靠需要动力差0.5MPa。
因此工进时小泵的出口压力=+0.5+0.5=4.8Pa.
大泵的卸载压力取=0.2Pa
小泵的总功率=0.565
大泵总功率=0.3
电动机功率=/+/=0.7Kw
快退时小泵出口压力=1.65MPa（总功率=0.5）
大泵出口压力=1.8MPa（总功率=0.5）
电动机功率=/+/=0.9Kw
快退时所需的功率最大。
根据查样本选用Y90L-6异步电动机，电动机功率1.1Kw。
额定转速910r/min
6.2阀类元件及辅助元件
液压系统原理图中包括调速阀、换向阀、单项阀等阀类元件以及滤油器、空气滤清器等辅助元件。
阀类元件的选择
序号
元件名称
最大通过流量
规格
额定流量
额定压力MPa
型号
1
三位五通电磁阀
20
63
6.3
35-63BY
2
行程阀
20
63
6.3
AXQF-E10B
（单向行程调速阀）
3
调速阀
1.51
10
6.3
4
单向阀
20
25
6.3
5
单向阀
18
25
6.3
AF3-Ea10B
6
液控顺序阀
16
25
6.3
XF3-E10B
7
背压阀
0.125
10
6.3
YF3-E10B
8
溢流阀
4
10
6.3
YF3-E10B
9
单向阀
16
25
6.3
AF3-Ea10B
10
单向阀
16
25
6.3
AF3-Ea10B
11
过滤器
30
60
—
XU-63x80-J
12
压力继电器
—
—
—
HED1kA/10
6.3油管和油箱
各元件间连接管道的规格按元件接口处尺寸决定，液压缸进、出油管则按输入、输出的最大流量计算。
由于液压泵的具体选定之后液压缸在各阶段的进、出流量已与原定数值不同，所以要重新计算如表所示
液压缸的进、出流量和运动速度
流量、速度
快进
工进
快退
输入流量/（L/min）
排出流量/（L/min）
运动速度/（m/min）
当油液在压力管中流速取3m/min时，可算得与液压缸无杆腔和有杆腔相连的油管内径分别为：
这两根有关按GB/T2351-2005选用外径mm、内经mm的无缝钢管。
油箱容积按公式计算，当去K为6时，求得其容积为V=6×40=240L，按GB2876-81规定，取最靠近的标准值V=250L。
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