课程设计任务书钻床组合机床.docx
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课程设计任务书钻床组合机床
液
压
课
程
设
计
任
务
说
明
书
目录
一、课程设计任务书--------------------------2
二、负载分析--------------------------3
三、液压系统方案设计--------------------------4
3.1确定液压泵类型及调速方式--------------------------4
3.2选用执行元件---------------------------5
3.3快速运动回路和速度换接回路---------------------------5
3.4换向回路的选择---------------------------6
3.5组成液压系统绘原理图---------------------------6
四、液压系统的参数计算
（一）液压缸参数计算---------------------------6
1.初选液压缸的工作压力---------------------------7
2.确定液压缸的主要结构尺寸-------------------------7
3.计算液压缸的工作压力、流量和功率-----------------8
（二）液压泵的参数计算---------------------------8
（三）电动机的选择---------------------------9
1.差动快进---------------------------9
2.工进---------------------------10
3.快退---------------------------10
四、液压元件的选择
4.1液压阀及过滤器的选择---------------------------11
4.2油管的选择----------------------------11
4.3邮箱容积的确定----------------------------12
五、验算液压系统性能---------------------------12
（一）压力损失的验算及泵压力的调整--------------------13
（二）液压系统的发热和温升验算-------------------------13
六、总结----------------------------14
七、参考文献----------------------------15
课程设计任务书
学院班学生
课程设计课题：
卧式单面多轴钻孔组合机床液压系统设计
一、课程设计工作日自年月日至年月日
二、同组学生：
三、课程设计任务要求（包括课题来源、类型、目的和意义、基本要求、完成时间、主要参考资料等）：
1．目的：
（1）巩固和深化已学的理论知识，掌握液压系统设计计算的一般步骤和方法；
（2）正确合理地确定执行机构，运用液压基本回路组合成满足基本性能要求的、高效的液压系统；
（3）熟悉并运用有关国家标准、设计手册和产品样本等技术资料。
2．设计参数：
试设计一台卧式单面多轴钻孔组合机床的液压系统，要求完成“快进-工作-快退-停止”的工作循环。
已知：
机床有主轴16个，加工φ13.9mm（n1=360r/min;s1=0.147mm/r）的孔14个，加工φ8.5mm（n2=550r/min;s2=0.096mm/r）的孔2个；刀具材料为高速钢，工件为铸铁，硬度为240HB；液压系统中的执行元件使用液压缸。
学号尾数
设计参数
1，2
3，4
5，6
7，8
9，0
运动部件重力G（KN）
10
11
12
13
14
快进，快退速度
（m/min）
5
5.5
6
6.5
7
往复运动加减速时间
（s）
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
工进速度
（m/min）
0.5
0.6
0.7
0.8
1
工进行程
（mm）
50
60
70
80
90
快进行程
（mm）
100
122
144
166
188
动摩擦系数
0.1
0.1
0.1
0.1
0.1
静摩擦系数
0.2
0.2
0.2
0.2
0.2
机械效率
0.91
0.92
0.93
0.94
0.95
3．设计要求：
（1）负载分析，绘制负载、速度图、工作循环图；
（2）确定执行元件（液压缸）的主要参数；（3）绘制液压系统原理图、液压缸装配图和电磁铁动作循环表；（4）选择各类元件及辅件的形式和规格。
4．主要参考资料：
[1]许福玲.液压与气压传动.北京：
机械工业出版社，2001.08
[2]陈奎生．液压与气压传动．武汉：
武汉理工大学出版社，2001.8
[3]朱福元．液压系统设计简明手册．北京：
机械工业出版社，2005.10
[4]张利平．液压气动系统设计手册．北京：
机械工业出版社，1997.9
1、负载的计算
1.1、外负载
高速钢钻头钻铸铁孔时的轴向切削力Ft单位为N）为：
式中D——钻头直径，单位为mm；
s——每转进给量，单位为mm/r；
HBS——铸件硬度，HBS=240。
代人D=13.9D=8.5s=0.147s=0.096得出：
Ft=30468N
1.2、惯性负载
机床工作部件的总质量m=F/GG=9.8F=12000N得m=1224N，取Δt=0.2s
由公式
=612N
1.3、阻力负载
Fn=mg=12000N
1.4:
液压缸在各个工作阶段的负载F（N）
工况
负载公式
负载值
启动
F=Fnfs
2400
加速
F=Fnfd+mΔv/Δt
1812
快进
F=Fnfd
1200
工进
F=Fnfd+Fg
31688
快退
F=Fnfd
1200
1.4:
按上表数值绘制负载图
2、确定执行元件主要参数
组合机床在最大负载约为32000N时液压系统宜取压力P1=4MPa。
鉴于动力滑台要求快进、快退速度相等，这里的液压缸可选用单活塞杆式的，并在快进时作差动连接。
这种情况下液压缸无杆腔的工作面积A1应为有杆腔工作面积A2的两倍，即φ=A1/A2=2，而活塞杆直径d与缸筒直径D成d=0.707D的关系。
在钻孔加工时，液压缸回油路上必须具有背压P2，以防止孔钻通时滑台突然前冲。
取P2=0.6MPa。
快进时液压缸作差动连接，管路中有压力损失，有杆腔的压力应略大于无杆腔，但其差值较小，可先按0.3MPa考虑。
快退时回油腔中是有背压的，这时p2也可按0.6MPa估算。
（课本P194表9.3）
有杆腔面积
代入F=31668N效率=0.93P1=4P2=0.6
得出A=0.004601平方米
无杆腔面积
=2X0.004601=0.009202平方米
直径
=0.108md=0.707D=0.076m
将这些直径按GB/T2348—2001圆整成就近标准值得D=0.11m、d=0.08m
由此求得液压缸两腔的实际有效面积为:
=0.009503平方米
=0.004477平方米
液压缸在不同工作阶段的压力、流量和功率值：
工况
工况
负载F/N
回油腔压力p2/MPa
进油腔压力p1/MPa
输入流量
q10-3/m3·s-1
输入功率
P/kW
计算工式
快进
起动
2400
0
0.78
p1=[（F/m）+A2Δp]/（A1-A2）
快进
加速
1812
0.65
q=（A1-A2）v1
快进
恒速
1200
0.52
0.5026
0.26
P=p1q
工进
31668
0.6
3.86
0.01109
0.043
p1=[（F/ηm）+p2A2]/A1
q=A1v2
P=p1q
快退
起动
2400
0
0.57
p1=[（F/ηm）+p2A1]/A2
快退
加速
1812
0.6
1.71
q=A2v3
快退
恒速
1200
0.6
1.56
0.4477
0.698
P=p1q
据此绘出工况图：
3:
设计液压系统方案和拟定系统原理图
由于该机床是固定式机械，且不存在外负载对系统作功的工况，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。
所以该液压系统以采用节流调速方式和开式循环为宜。
现采用进油路节流调速回路，为解决孔钻通时滑台突然前冲的问题，回油路上要设置背压阀。
从工况图中可以清楚地看到，在这个液压系统的工作循环内，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液。
最大流量约为最小流量的63倍，
而快进加快退所需的时间
=2.73s
工进所需的时间
=56.6s
因此从提高系统效率、节省能量的角度来看，采用单个定量液压泵作为油源显然是不合适的，而宜采用大、小两个液压泵自动两级并联供油的油源方案。
系统原理图如下:
4、选择液压元件
4.1、液压泵
液压缸在整个工作循环中的最大工作压力为3.86MPa，如取进油路上的压力损失为1MPa，为使压力继电器能可靠地工作，取其调整压力高出系统最大工作压力0.5MPa，则小流量液压泵的最大工作压力应为：
Pp1=（3.86+1+0.5）MPa=5.36MPa
大流量液压泵在快进、快速运动时才向液压缸输油，快退时液压缸的工作压力比快进时大，如取进油路上的压力损失为0.5MPa（因为此时进油不经调速阀故压力损失减小），则大流量液压泵的最高工作压力为：
Pp2=（1.56+0.5）MPa=2.06MPa
两个液压泵应向液压缸提供的最大流量为30.156L/min，因系统较简单，取泄漏系数KL=1.05，则两个液压泵的实际流量应为：
1.05×30.156L/min=31.66L/min
由于溢流阀的最小稳定溢流量为3L/min，而工进时输入液压缸的流量为0.6654L/min，由小流量液压泵单独供油，所以小液压泵的流量规格最少应为3.67L/min。
根据以上压力和流量的数值查阅产品样本，最后确定选取PV2R12-6/33型双联叶片液压泵，其小液压泵和大液压泵的排量分别为6mL/r和33mL/r，当液压泵的转速n=940r/min（600-1800r/min）时该液压泵的理论流量为35.1L/min，若取液压泵的容积效率ηv=0.9，则液压泵的实际输出流量为：
q=[（6+33）×940×0.9/1000]L/min=32.994L/min（基本满足要求）
由于液压缸在快退时输入功率最大，这时液压泵工作压力为
2.06MPa、流量为32.994L/min。
按表取液压泵的总效率η=0.75，则液压泵驱动电动机所需的功率为
=1.5KW（根据此数值查阅电动机产品样本选取Y100L-6型电动机，其额定功率Pn=1.5kW，额定转速n=940r/min。
）
4.2、阀类元件及辅助元件
根据阀类及辅助元件所在油路的最大工作压力和通过该元件的最大实际流量，可选出这些液压元件的型号及规格见表。
序号
名称
估计通过流量L·min-1
额定流量
L·min-1
额定压力
MPa
额定压降
MPa
型号、规格
1
双联叶片泵
6+33
17．5
—
PV2R12—6/26
Vp=（6+26）Ml/r
2
三位五通电液阀
60
80
16
<0.5
35DYF3Y—E10B
3
行程阀
50
63
16
<0.3
AXQF—E10B
4
调速阀
0.5
0.07~50
16
—
（单向行程调速阀）
5
单向阀
60
63
16
0.2
qmax=100L/min
6
单向阀
25
63
16
<0.2
AF3—Ea10B
qmax=80L/min
7
液控顺序阀
25
63
16
<0.3
XF3—E10B
8
背压阀
0.5
63
16
—
XF3—E10B
9
溢流阀
5
63
16
—
XF3—E10B
10
单向阀
25
63
16
<0.2
AF3—Ea10B
qmax=80L/min
11
滤油器
30
63
16
<0.02
XU—63×80J
12
压力表开关
—
—
16
—
KF3—E3B3测点
13
单向阀
60
63
16
<0.2
AF3—Ea10B
qmax=80L/min
14
压力继电器
—
—
10
—
HED1kA/10
快进
工进
快退
输入流量
/L·min-1
q1=（A1qp）/（A1-A2）
=（9×33）/（95-44.77）
=59.12
q1=0.67
q1=qp=32.994
排出流量
/L·min-1
q2=（A2q1）/A1
=（44.77×59.12）/95
=27.86
q2=（A2q1）/A1
=（44.77×0.67）/95
=0.31
q2=（A1q1）/A2
=（95×33）/44.77
=70.02
运动速度
/m·min-1
v1=qp/（A1-A2）
=（33×10）/（95-44.77）
=6.57
v2=q1/A1
=（0.67×10）/95
=0.07
v3=q1/A2
=33×10/44.77
=7.37
4.3油管
各元件连接管道的规格按液压元件接口处的尺寸决定，液压缸进、出油管则按输入、排出的最大流量计算。
根据表中数值，取压油管流速为V=3m/s则：
=20.45mm
取吸油管流速为V=1m/s则：
=35.4mm
查相关机械手册可选用阴极铜管（GB/T1527-1987），压油管道可选用直径22X22mm,吸油管科选用直径36X36mm，管头可选扩口式管接头（GB/T5652.1-1985）
4.4、确定油箱容量
油箱容积按工式估算，取经验数据ζ=5-7，故其容积为：
=33X（5-7）=165-231L
按JB/T7938-1999规定，取最靠近的标准值V=250L
5、验算液压系统性能（压力损失计算工进和快退即可）
5.1、工进
工进时，油液在进油路上通过电液换向阀2的流量为0.5L/min，在调速阀4处的压力损失为0.5MPa；油液在回油路上通过换向阀2的流量是0.24L/min，在背压阀8处的压力损失为0.6MPa，通过顺序阀7的流量为（0.24+22）L/min=22.24L/min，因此这时液压缸回油腔的压力P2为：
=0.64
可见此值略大于原估计值0.6MPa。
故可按表8-21中公式重新计算工进时液压缸进油腔压力P1，即：
=3.88Mpa
考虑到压力继电器可靠动作需要压差ΔPe=0.5MPa，故溢流阀9的调压PplA应为：
=4.88Mpa
5.2、快退
快退时，油液在进油路上通过单向阀10的流量为28L/min、通过换向阀2的流量为33L/min；油液在回油路上通过单向阀5、换向阀2和单向阀13的流量都是70L/min。
因此进油路上总压降为：
=0.124Mpa
回油路上总压降为：
=0.62Mpa
此值与表中的估计值（0.6）相近，故不必重算。
所以，快退时液压泵的工作压力pp应为
=1.56+0.124=1.684Mpa
因此大流量液压泵卸荷的顺序阀7的调压应大于1.684MPa。
5.3、验算油液温升
工进是整个工作循环过程中所占的时间的绝大部分，所以系统发热和油液温升可按工进时的工况来计算。
P=FV=31668X0.7/60000=0.37KW
这时大流量液压泵经顺序阀7卸荷，小流量液压泵在高压下供油。
大液压泵通过顺序阀7的流量为q2=28L/min，由表查得该阀在额定流量qn=63L/min时的压力损失ΔPn=0.3MPa，故此阀在工进时的压力损失
=0.059Mpa
小液压泵工进时的工作压力Pp1=4.88MPa，流量q1=5.64L/min，所以两个液压泵的总输入功率为：
=0.084KW
算得液压系统的发热功率为:
=0.084-0.059=0.025KW
可算出油箱的散热面积为（V=6.57）
=2.28平方米
查得油箱的散热系数K=9W/（平方米·℃），则可求出油液温升为:
=12.18度（此温升值没有超出允许范围，故该液压系统不必设置冷却器。
）
七．参考文献
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