双面铣床课程设计.doc
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液压与气压传动
课程设计说明书
设计题目双面铣床
专业班级********
姓名********
学号********
指导老师********
目录
一、设计要求及数据 3
二、工况分析 3
1.外负载 4
2.阻力负载 5
3.惯性负载 5
三、初步确定油缸参数，绘制工况图 8
1、初选油缸的工作压力、 8
2、计算油缸尺寸 9
3、油缸各工况的压力、流量、功率的计算 10
四、确定液压系统方案和拟订液压系统原理图 13
1.确定油源及调速方式 13
2.选择基本回路 14
3.选择调压回路 15
五、选择液压元气件 16
1.液压泵的选择 16
2.阀类元气件及辅助元气件的选择 18
3.确定油管直径 19
六、验算液压系统性能 20
七、参考文献：
21
一、设计要求及数据
题目2：
一台专用双面铣床，最大的切削力为8000N，工作台、夹具和行程的总重量3500N，工件的总重量为1600N，工作台最大行程为600mm，其中工进行程为350mm。
工作台的快进速度为4m/min，工进速度在50～100mm/min范围内无级调速。
工作台往复运动的启制（加速减速时间）为0.05s，工作台快退速度等于快进速度，滑台采用平面导轨。
静摩擦系数为0.2s，动摩擦系数为0.1。
（夹紧力大于等于最大静摩擦力）
机床的工作循环为：
工作定位－工件夹紧－工作台快进－工作台工进－加工到位后停留－快退－原位停止－工件松开－定位销拔出。
要求系统采用电液结合实现自动化循环，速度换接无冲击，且速度要平稳，能承受一定量的反向负载。
试完成：
（1）按机床要求设计液压系统，绘制液压系统图；（A3手绘）
（2）确定夹紧缸、主工作液压缸的结构参数；
（3）计算系统各参数，选择液压元件型号，列出元件明细表；
（4）列出设计系统中的电磁铁动作顺序表。
最大切削力
工作台、夹具的总重量
快进速度
工件重量
题目2
8000N
3500N
4m/min
1600N
题目3
9100N
4100N
5m/min
1900N
题目4
9200N
4200N
5.5m/min
2000N
题目5
9300N
4300N
6m/min
2100N
题目6
7000N
3000N
4.5m/min
1500N
二、工况分析
液压系统的工况分析是指对液压执行元件进行运动分析和负载分析，目的是查明每个执行元件在各自工作过程中的流量、压力、功率的变化规律，作为拟定液压系统方案，确定系统主要参数（压力和流量）的依据。
负载分析
1.外负载
其中表示最大切削力。
对于专用铣床铣削时铣刀所承受的主切削力大小（单位N）为：
式中P—单位切削力（）
f—每转进给量（mm/r）
—背吃刀量（mm）
下面将进行具体参数的计算：
由公式可得（其中表示每分钟进给速度，n表示铣刀的转速）由设计依据可知n=300r/min，工进速度=50—100mm/min，故我们取=90mm/min。
对于单位切削力P，由以下的常用金属材料的单位切削力表可得，我们选P=2000。
类别
材料
牌号
单位切削力P（）
钢
易切钢
Y40Mn
1700
结构钢
45
2000
结构钢
40Cr
不锈钢
1Cr17Ni9
2500
铸铁
灰铸铁
HT200
1140
铸造
合金
铸造锡青铜
ZcuSn5Pb5Zn5
700
铸造铝合金
ZALSn7Mg
720
对于铣削背吃刀量,我们选用硬质合金铣刀，查铣工计算手册可得，取。
根据以上的公式可得：
因为8000<=9000N，所以选取的合适
2.阻力负载
静摩擦力：
其中—静摩擦力N
G1、G2—工作台及工件的重量N
—静摩擦系数
由设计依据可得：
动摩擦力
其中—动摩擦力N
—动摩擦系数
同理可得：
3.惯性负载
机床工作部件的总质量m=（G1+G2）/g=6400/9.81=652.40kg
惯性力Fm=m·a=652.40x5/（60x0.1）=543.66
其中：
a—执行元件加速度m/s²
—执行元件末速度m/s²
—执行元件初速度m/s²
—执行元件加速时间s
因此，执行元件在各动作阶段中负载计算如下表所示：
工况
油缸负载（N）
负载值（N）
启动
1280
加速
1183.66
快进
640
工进
9640
快退
640
按上表的数值绘制负载如图所示。
对于速度而言，设计依据中已经有了明确的说明，所以按照设计依据绘制如下：
三、初步确定油缸参数，绘制工况图
1、初选油缸的工作压力、
由上可以知道，铣床的最大负载F=3580N，根据下表可得：
表按负载选择液压执行元件的工作压力
载荷/（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
>=5~7
选系统的工作压力P1=2Mpa。
由设计要求可知，导轨要求快进、快退的速度相等，故液压缸选用单活塞杆式的，快进时采用差动连接，且液压缸活塞杆直径d≈0.7D。
快进和工进的速度换接用三位四通电磁阀来实现。
铣床液压系统的功率不大，为使系统结构简单，工作可靠，决定采用定量泵供油。
考虑到铣床可能受到负值负载，故采用调速阀的进油节流加背压阀的调速回路，所以回油路上具有背压，取背压=0.5Mpa。
2、计算油缸尺寸
可根据油缸的结构及连接方式计算油缸的面积、油缸直径D及活塞杆直径d计算出后应按标准予以圆整，然后再计算油缸的面积：
此时由工进时的负载值按计算公式计算液压缸面积：
在将这些直径按照国标圆整成标准值得：
D=0.06m,d=0.04m
由此就求得液压缸两腔的实际有效面积为
3、油缸各工况的压力、流量、功率的计算
（1）、工进时油缸需要的流量
·
A1:
工进时油压作用的面积
—工进时油缸的速度
（2）、快进时油缸需要的流量
差动连接时：
A1、A2—分别表示油缸活塞腔、活塞杆截面积
U快进—油缸快进时的速度
（3）、快退时油缸需要的流量
U快退—油缸退回时的速度,
（4）、工进时油缸的压力
P2—为工进时回油腔的背压,上面已经选取为
（5）、快进时油缸压力
这里：
F分别表示快速启动、加速、快速时油缸的推力，
P—分别表示快速启动、加速、快速时油缸的压力。
表示管路中压力损失大小，这里我们取值为。
（6）、快退时油缸压力
F—分别表示快速启动、加速、快速时油缸的推力，
P—分别表示快速启动、加速、快速时油缸的压力。
P2的值为
油缸工作循环中各阶段的压力、流量、功率实际值如表2所示：
表2液压缸在不同工作阶段的压力、流量和功率值
工况
负载
F/N
回油腔压力
进油腔压力
输入流量
q/
输入功率
P/kW
快进
（差动）
启动
1160
0
0.96
—
—
加速
1073
1.26
—
—
快进
580
0.86
0.0063
0.09
工进
8580
0.5
1.60
0.0008
0.021
快退
启动
1160
0
0.77
—
—
加速
1073
0.5
1.61
—
—
快退
580
1.28
0.0078
0.166
由以上所计算的数据我们绘制出工况图如下所示：
四、确定液压系统方案和拟订液压系统原理图
1.确定油源及调速方式
由以上的计算可以知道，铣床液压系统的功率不大，工作负载的变化情况很小，因此，为使系统结构简单，工作可靠，决定采用定量泵供油。
考虑到铣床可能受到负值负载，故采用回油路调速阀节流调速方式，并选用开式循环。
从工况图中我们可以清楚的看出，在液压系统的工作循环中，液压缸要求油源提供的流量变化并不是很大，因此工进和快进的过程中，所需流量差别较小。
故我们选用定量单液压泵供油。
2.选择基本回路
1. 选择换向回路及速度换接方式
由设计依据可以知道，设计过程中不考虑工件夹紧这一工序，并且从快进到工进时，输入液压缸的流量从6.3L/min降到0.8L/min，速度变化不是很大，所以采用电磁换向阀来实现速度的换接。
压力继电器发讯，由电磁换向阀实现工作台的自动启动和换向。
同时为了实现工作台能在任意位置停止，泵不卸载，故电磁阀必须选择O型机能的三位四通阀，如下图所示：
由于要求工作台快进与快退速度相等，故快进时采用差动连接来实现快速运动回路，且要求液压缸活塞杆直径d≈0.7D。
3.选择调压回路
设计过程中，在油源中采用溢流阀来调定系统的工作压力，因此调压问题基本上已经在油源中解决，无须在另外设置调压系统。
这里的溢流阀同时还能起到安全阀的作用。
1、组合成液压系统图
将上面所选的液压基本回路组合在一起，便可得到以下的液压系统原理图。
同时电磁铁的动作顺序表如下：
表3 液压专用铣床电磁铁动作顺序表
工序
1Y
2Y
3Y
4Y
5Y
YJ
工作缸快进
+
—
+
—
—
+
工作缸工进
+
—
—
—
—
+
工作缸快退
—
+
—
—
—
+
图4专用铣床液压系统原理图
1-油箱；2-过滤器；3-叶片泵；4--溢流阀；5-三位四通电磁换向阀;6-单向调速阀；7-两位三通电磁换向阀；8-工作缸；9-压力继电器
五、选择液压元气件
1.液压泵的选择
由以上的设计可以得到，液压缸在整个工作过程中的最大压力是，如取进油路上的压力损失为，则此时液压泵的最大工作压力是。
由以上的计算可得，液压泵提供的最大流量是,因为系统较为简单，取泄漏系数，则两个液压泵的实际流量应为：
由于溢流阀的最小稳定溢流量为，而工进时输入到液压缸的流量是，由流量液压泵单独供油，所以液压泵的流量规格最少应为。
根据以上的压力和流量的数值查阅机械设计手册，最后选用型单叶片液压泵，其排量大小为,当液压泵的转速为时，该液压泵的理论流量为。
取液压泵的容积效率为，则液压泵的实际流量大小为：
由于由以上的计算过程中，我们知道了液压缸在快退时的输入功率最大，此时液压泵的工作压力是（进油路上的压力损失），流量为，查表可得，取液压泵的总效率，，则液压泵驱动电机所需的功率为
根据以上的数据查机械设计手册选用Y801型电动机，其额定功率为，额
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