两缸顺序动作专用组合机床的液压系统的设计.docx

1、两缸顺序动作专用组合机床的液压系统的设计任务书一、设计课题题目：（05）设计一台两缸顺序动作专用组合机床的液压系统，要求液压系统：1、工作循环：A缸水平向左快进-A缸水平向左工进-A缸死挡铁停留-B缸垂直向上快进-B缸垂直向上工进-B缸垂直向下快退-B缸原位停止-A缸水平向右快退-A缸原位停止2、A、B缸快进速度为4m/min、快退速度为5m/min,工进速度20100mm/min;3、A、B缸进给最大行程为400mm，其中工进行程200mm;4、A、B缸最大切削力为12000N,运动部件自重均为8000N；5、启动换向时间0.05s;6、导轨为平导轨，静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1。

2、二、设计内容及要求：1、液压系统：（1）设计液压系统图（含：工作循环图、电磁铁及其他元件动作表、液压系统 原理图、液压元件目录表，用一张2号图纸打印）； （2）设计液压缸（B缸）并绘制液压缸组件装配图（用一张1号图纸打印）；2、设计液压系统的电气控制原理图（含：工作循环图、电磁动作表电气控制系统原理图、电气元件目录表，用一张2号图纸打印）；3、PC编程（指令表、梯形图、功能图、PLC外部接线图），以实现自动控制；（功能图和接线图画在一张3号图纸上梯形土图用一张3号图纸）;4、设计说明书一份(不少于30页),应有:封面、目录、封底、任务书、毕业小结、参考文献及书目、致谢等内容。目录第一章 绪论4

3、第二章 液压系统设计5第一节 明确液压系统设计要求5第二节 分析液压系统工况5第三节 确定液压缸的主要参数6第四节 初选液压缸的工作压力、流量和功率7第五节 液压系统原理图的拟订10第六节 选择液压元件14第三章 机床电器原理图的设计16第一节 设计概述和设计要求 16第二节 电器元件的选择 17第四章 PLC编程设计 20第一节 PLC设计的概述及要求20第二节 PLC功能图I/O接线图和梯形图的设计 20第五章 致谢25第六章 参考文献26第一章 绪论 主要介绍了一台两缸顺序动作专用组合机床的液压系统、电气控制系统、液压缸的设计和计算过程，以液压系统设计指导进行电气控制线路等设计。在设计液

4、压系统的过程中还对进给缸进行了设计，同时，还对液压缸进出油口工序的设计以及流量、流速的控制与设计。第二章 液压系统设计 第一节 明确液压系统设计要求1、工作循环：A缸水平向左快进-A缸水平向左工进-A缸死挡铁停留-B缸垂直向上快进-B缸垂直向上工进-B缸垂直向下快退-B缸原位停止-A缸水平向右快退-A缸原位停止2、A、B缸快进速度为4m/min、快退速度为5m/min,工进速度20100mm/min;3、A、B缸进给最大行程为400mm，其中工进行程200mm;4、A、B缸最大切削力为12000N,运动部件自重均为8000N；5、启动换向时间0.05s;6、导轨为平导轨，静摩擦系数为0.2，动

5、摩擦系数为0.1。第二节 分析液压系统工况1、A液压缸在工作过程各阶段的负载为：启动加速阶段：快进阶段：工进阶段：快退阶段2、B液压缸在工作过程各阶段的负载为：启动加速阶段：快进阶段：工进阶段： 快退阶段： 将液压缸在各阶段的速度和负载值列于表1中：表1工作阶段速度v/(ms-1)）负载F/NA快进阶段00678889A工进阶段 00003-0.0016714222.2A快退阶段0.08314598.6B缸启动加速阶段10104.3B快进阶段006788889B工进阶段000030.0016722222.2B快退阶段0.0830第三节 确定液压缸的主要参数一、初选液压缸的工作压力由负载值大小查

6、表9-3，参考同类形组合机床，取液压缸工作压力为2MP。二 、确定液压缸的主要结构参数1、A 进给缸1液压缸内径和活塞杆直径设计由表1得最大负载为快退阶段的负载F=14598.6N则查设计手册按液压缸内径系列列表将以上计算值圆整为标准直径，取D1=100mm.因工作压力p5Mpa,所以d1=0.5D=50mm,由于快进速度与快退速度不相等,故采用一般连接：由D1=100mm，d1=50mm,算出进给缸无杆腔有效作用面积AI1=78.5cm2, 有杆腔作用面积AI2=58.9cm2工进若采用调速阀,查产品样本,调速阀最小流量故能满足最低稳定性要求.2活塞组件活塞组件由活塞杆和连接件等组成.随工作

7、压力、安装方式和工作条件的不同。但由于本系统是轻载，所以才用螺纹连接。活塞受油压的作用在缸内做往复运动，则其外圆表面应当耐磨并有防锈能力，故活塞杆外圆表面有时需镀铬。密封装置3密封装置主要是用来防止液压油的泄漏，液压缸因为是依靠密闭油液容积的变化来传递动力和速度，故密封装置的优势，将直接影响液压缸的工作性能。而活塞是往复运动的时候活塞两端压力高，而Y型密封圈一般适用于工作压力小于20Mpa、工作温度为-30+100C。、速度小于0.5m/s的场合，因此选用Y型密封圈。缓冲装置4当液压缸拖动质量较大的部件作往复运动时，运动部件具有很大的动能，这样，当活塞运动到液压缸的终端时，会与端盖发生碰撞，产

8、生很大的冲击和噪声，会引起液压缸的损坏，故还要有缓冲装置。当缓冲柱塞进入到缸盖内孔时，回油路被柱塞堵住，只能通过节流阀回油，调节节流的开度，可以控制回油量，从而控制活塞的缓冲速度。当活塞反向运动时，压力油通过单向阀很快进入液压缸内，并作用在活塞的整个有效面积上，故活塞不会因为推力不足而产生启动缓冲现象。这一缓冲装置可以根据负载情况调整节流阀的开度大小，改变缓冲压力的大小，故选用可调节流孔式缓冲装置。2、B垂直缸1垂直缸内径和活塞杆直径的设计垂直缸的工作压力由表1得，最大负载为工进阶段负载F=22222.2N则查表9-3，参考同类形组合机床，取液压缸工作压力为3MP。 查设计手册按液压缸内径系列

9、表将以上计算值圆整为标准直径：取D2=100mm,同样取d2=50mm;由D2=78.5cm2,有杆腔面积A22=58.9cm22液压缸缸筒长度L液压缸缸筒长度L由液压缸最大行程、活塞宽度、活塞导向长度、活塞杆密封长度和特殊要求的其他长度确定。 缸筒的最大行程 活塞宽度 导向长度（加工在端盖上） 活塞杆密封长度 挡圈厚度 （两片） 锁紧螺母厚度 (2M20) 后端盖（有缓冲装置）厚度 B4取40mm 则缸筒长度 3液压缸校核因液压缸工作为轻载运行，可选用无缝钢管壁厚0.08D=8mm,取=6mm,活塞杆直径为d=60mm,无需校核，强度足够。4活塞组件活塞组件由活塞杆和连接件等组成。随工作压力

10、、安装方式和工作条件的不同。但由于本系统是轻载，所以才用螺纹连接。活塞受油压的作用在缸筒内作往复运动，因此活塞具备一定的强度和良好的耐磨性。则活塞由钢材料铸造而成。同时活塞杆在导向套内往复运动，则其外圆表面应当耐磨并有防锈能力，故活塞杆外圆表面有时需镀铬。5密封装置密封装置主要是用来防止液压油的泄漏，液压缸因为是依靠密闭油液容积的变化来传递动力和速度，故密封装置的优势，将直接影响液压缸的工作性能。而活塞是往复运动的时候活塞两端压力高，而Y型密封圈一般适用于工作压力小于20Mpa、工作温度为-30+100C。、速度小于0.5m/s的场合，因此选用Y型密封圈。6缓冲装置当液压缸拖动质量较大的部件作

11、往复运动时，运动部件具有很大的动能，这样，当活塞运动到液压缸的终端时，会与端盖发生碰撞，产生很大的冲击和噪声，会引起液压缸的损坏，故还要有缓冲装置。当缓冲柱塞进入到缸盖内孔时，回油路被柱塞堵住，只能通过节流阀回油，调节节流的开度，可以控制回油量，从而控制活塞的缓冲速度。当活塞反向运动时，压力油通过单向阀很快进入液压缸内，并作用在活塞的整个有效面积上，故活塞不会因为推力不足而产生启动缓冲现象。这一缓冲装置可以根据负载情况调整节流阀的开度大小，改变缓冲压力的大小，故选用可调节流孔式缓冲装置。则B缸装配图如图B缸装配图。 第四节 算液压缸的工作压力、流量和功率1、复算工作压力根据表9-5,本系统的背

12、压估计只值可在0.50.8Mpa范围选取,故暂定:工进时:Pb=0.8Mpa; 快进时:Pa=0.5Mpa液压缸在工作循环各阶段的工作压力P11后又用公式(9-10)、（9-11）或（9-12）等公式计算。A缸快进阶段 A工进阶段A快退阶段B缸快进阶段B工进阶段B快退阶段2、计算各缸的输入流量因为快进速度0.067m/s,快退速度0.083m/s,最大工进速度0.0017m/s,则液压缸各阶段的输入流量为:A缸快进阶段工进阶段Qv1=A11XV3=78.5X10-4X0.0017m3/s=0.013x10-3m3/s=0.8L/min快退阶段3、计算各缸的输入功率A缸快进阶段工进阶段快退阶段B

13、缸快进阶段工进阶段快退阶段将以上进给缸的压力流量和功率值整理列入下表:工作阶段工作压力p11/MPa输入流量qv1(L/min)输入功率P11/kwA缸快近阶段27.90.260工进阶段2.410.80.031快退阶段3.1529.31.544B缸快进阶段6.047.90.785工进阶段3.430.80.045快退阶段0.6729.30.328第五节 液压系统原理图的拟订 根据组合机床的设计任务和工况的分析,该机床对调速范围、低速定性有一定要求，因此速度控制是该机床要解决的主要问题，速度调节、换接和稳定性是该机床液压系统设计的核心。 1、速度控制回路的选择 本机床的进给运动要求有较好的低速稳定

14、性和速度负载特性，故采用调速阀调速。这样有三样方案供选择，进油节流调速、回油节流调速、限压式变量泵加调速阀的容积节流调速。本系统的小功率系统、效率和发热问题并不突出；钻镗属于连续切削加工，切削力变化不大，而是正负载，在其他条件相同的情况下，进油节流调速比回油接流调速能获得更低的稳定调速。故本机床液压系统采用调速阀的进油节流调速，为防止孔钻通过时发生前冲，应在回路上加背压阀。 由表1.2得知，液压系统的供油主要为低压大流量和高压小流量两个阶段，若采用单个定量泵，显然功率损失大，功率低。为了提高系统效率和节约能源，所以采用双泵供油回路。 由于选定了节流调速方案，所以油路采用开式循环油路。 此外，根

15、据本机床的运动和要求，选用单杆活塞式液压缸；为了使快进和快退速度不相同，故使用一般连接增速回路。 2、 换向回路和顺序动作回路的选择 本系统对换向平稳性的要求不是很高，所以选用价格较低的电磁换向阀控制的换向回路。为了便于一般连接，选用二位三通、二位五通电磁换向阀。由于此回路用于使两缸按预定的顺序动作，所以选择顺序动作回路，用压力续电器进行控制。 3、压力控制回路的选择 由于采用双泵供油回路，故用外空顺序阀实现低压大量泵卸荷，用溢流阀调整高压小流量泵的供油压力。为了观察调整压力，在液压泵的出口处、背压阀和液压缸无杆腔进口处设测压点。将上述所选定的液压回路进行归并，并根据需要作必须的修改调整，最后

16、画出液压系统原理如图液压系统原理图。 第六节 选择液压元件 1、选择液压泵 由表1.2可知工进阶段液压缸的工作压力最大，若取进油路总压力损失P1=0.5Mpa,则液压泵最高工作压可按公式(9-13)算出:因此,泵是额定压力可取将表1-2的流量值带入式(9-14),可分别求出快速以及工进阶段泵的供油流量.快进、快退时泵的流量为：工进时泵的流量为：考虑到节流阀系统中溢流阀的性能特点，须加上溢流阀稳定工作的最小溢流，一般取3L/min, 所以小流泵的流量为：查产品样本，选用小泵排量v=6mL/r的YB1型双联叶片泵，额定转速n=960r/min.则小泵的额定流量为：因此，大流量泵的流量为：查产品样本

17、，选用大泵排量mL/r的YB1型双联叶片泵，额定转速n=1450r/min.则大泵的额定流量为：由于qvN2接近QVp2基本可以满足要求。故本系统选用一台YB1-16/6型双联叶片泵。由表1-2和表1-3得，快退时的功率最大，故按快退时估算电动机的功率，若取快退时进油路是压力损失p1=0.2Mpa.液压泵的总效率：p=0.7.则电动机的功率为: 查电动机产品样本，选用Y112M-4型异步电动机。P=4kw.n=1440r/min.2、选用液压阀根据所拟定的液压系统原理图。计算分析通过各液压阀的最高压力和最大流量，选择各液压阀的型号规格，列于下表 元件表如下序号元件名称通过流量去qv/(L/mi

18、n)型号规格1双联叶片泵44.33YB1-16/62溢流阀5.18YF3-10B3调速阀1L-25B4溢流阀5.18YF3-10B5二位二通电磁换向阀2123D1-25B6三位五通电磁换向器44.3335EF3Y-E10B7压力继电器DP1-63B8单向阀5.18AF3-Ea10B9过滤器44.33XU-J40X8010单向阀39.5AF3-Ea10B11行程阀12顺序控制阀26.95XF3-10B13压力计Y-100T14压力计开关KF3-E3B15三位四通电磁换向器44.3335EF3Y-E10B3、选择辅助元件油管内径一般可参照所接元件的型号尺寸确定，也可按管路元件允许流速进行计算，本系

19、统油管选10x1无缝钢管，油箱容量：第四章 机床电器原理图的设计第一节 设计概述和设计要求一台两缸顺序动作专用组合机床是性能优良应用广泛的普通机床，进给的最大行程为400mm，其中工进行程200mm.1、电动机的选择根据设计要求需要一台电动机来驱动液压泵，设该电机为M，则电动机的型号选择为：液压泵的电机M选为Y112M-4（4KW、8.8A、1440r/min）2、主电路设计液压泵电机M，由于电动机的功率较大，额定电流为8.8A，但该电动机在工作时是常时间工作，则控制电动机的接触器为KM。由于工作时间较长，则还要有短路保护和过载保护。3、控制电源设计考虑到安全可靠和满足照明及指示灯的要求，采用

20、控制变压TC供电。其一次则为交流380V，二次则为交流127V、36V、和6. 3v。其中127V提供接触器和中间继电器的线圈。36V交流安全电压提供给局部照明电路，6.3V提供给电路。4、控制电路设计主电机M的控制，该电机由驱动按钮SB1和停止按钮SB4进行操纵，可得到M的控制电路如图5、局部照明与信号指示灯电路设计设置照明灯EL和灯开关SA和照明回路熔断器FU3，可设三相电源接通指示灯HL2（绿色），在电源开关QS接通以后立即发光显示，表示机床电气线路已处于供电状态。另设指示灯HL1（红色）表示液压泵电动机是否运行。此两指示灯HL1和HL2可分别由接触器KM的常开和长闭触点进行切换通电显示

21、 综合如下图第二节 电器元件的选择1、电源开关的选择 电源开关QS1的选择主要考虑电动机M的额定电流和起动电流，而在控制变压器TC二次侧的接触器及继电器线圈，照明灯和显示灯在TC一次产生的电流相对来说较小，因而可不作考虑，已知M额定电流为8.8A，由于电动机的功率较大，则额定电流放大1.5倍，为13.2倍A。因电源开关的额定电流就选15A左右，具体选择QS为：三极转换开关（组合开关）为：HZ10-25/3型，额定电流为25A。2、热继电器的选择据电动机M的额定电流选择如下，FR1应该选用JR16-20/3D，热元件额定电流为16A,额定电流调节范围为1016A，工作使调整电流为13.8A。3、

22、接触器的选择因为液压泵电动额定电流为8 .8A，控制回路电源127V，需要主触电三对，辅助常开触电两对，辅助常闭触电一对。所以接触器KM应选用CJ10-20型接触器，主触电额定电流20A，线圈电压127V。4、中间继电器的选择中间继电器KA1、KA2、KA3和KA4，由于在本系统中电动机的额定电流较大，所以这些中间继电器可以选普通的JZ7-44型交流中间继电器代替接触器进行控制，每个中间继电器常开闭触点各四对，额定电流为5A，线圈电压127V。5、熔断器的选择熔断器FU1对M进行短路保护，额定电流为8.8 A，则可选RL1-15型熔断器，配用10A的熔体；熔断器FU2和FU3的选择将同控制变压

23、器的选择结合进行。6、按钮的选择两个起动按钮SB1和SB2，可选择LA-18型按钮，黑色，两个停止按钮KT3的常闭触点和SB4选择LA-18型按钮，红色7、照明灯及开关的选择照明灯EL和灯开关SA成套购置，EL可选用JC2型，交流360V、40W。8、指示灯选择指示灯HL1和HL2，都可选ZSD-0型，6.3v 、0.25A分别为红色和绿色9、压力继电器的选择压力继电器是在一定压力下工作的，则应选在工进时压力大一点的压力，才能实现停留这一阶段，所以选用交流板式DP-10B型。3A、360A 。10、行程开关的选择行程开关是机床在工作运行时改变为工作的状况，为了能使工作继续运行，行程开关有自动复

24、位，则五个常开自动复位行程开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4和SQ5，均可选LX12-2型，300V、4A。11、控制变压器的选择控制变压器可实现高低压电路隔离，使得控制电路中的电器元件，如按钮，行程开关和接触器及中间继电器线圈等同电网电压不直接相接，提高了安全性，另外各种照明灯，指示灯和电磁阀等执行元件的提供电压有多种，有时也需要控制变压器降压提供，常用的控制变压器有BK-50、100、150、200、300、400、和1000等型号，其中的数字为额定功率（VA）一次侧电压一般为380V和220V二次侧电压一般为交流6.3V,12V,24V,36V和27V。控制变压器具体选用时要考虑所需要电

25、压的种类和进行容量计算。控制变压器的容量P可以根据由它提供的最大工作负载所需要的功率来计算，并留有一定的余量。这样可得经验公式：式中Pi为电磁元件的吸持功率和灯负载等其他负载消耗的功率；K为变压器的容量储备系数，一般取1.11.5,虽然电磁线圈在起动吸合时消耗功率较大，但变压器有短时过载能力。故式子中，对电磁器件仅考虑吸持功率。 对本设计而言，接触器KM的吸持功率为12W，中间继电器KA1、KA2、KA3和KA4的吸持功率为12W，而照明电路EL的功率为40W，指示灯HL1和HL2的功率都为1.15W，易算出总功率为89.15W。若取K为1.15。则算得 p约等于102.5W，因此控制变压器T

26、C可选用BK-100A，380V，220V/127，36，6.3V易算得KM、KA1、KA2、KA3、KA4线圈电流及HL1和HL2电流之和小于4A，EL的电流也小于2A ，故熔断器FU2和FU3可选用RL1-15型，熔体4A。这样就可以在电气原理图上作出电气元件目录表电气元件目录表序号符号名称型号规格数量1M液压泵电机Y112M-44KW，8.8A1440r/min12QS1三极转换开关HZ10-25/3三极，500V，25A13KM交流接触器CJ10-2020A，线圈电压127V14KA1-KA4交流中间继电器JZ7-445A，线圈电压127V75FR1热继电器JR16-20/3D热元件额

27、定电流16A，整定电流13。8A16FU1熔断器RL1-15500V熔体10A17FU2，FU3熔断器RL1-15500V熔体2A28TC控制变压器BK-100100VA,380V/127,36,6.3V19SB1，SB2控制按钮LA-185A，黑色210SB3，SB4控制按钮LA-185A红色211SQ1SQ5行程开关LX12-2500V,4A512HL1，HL2指示灯ZSD-06.3V绿色红色213EL，SA照明灯及开关JC236V,40W各114KP1压力继电器DP-10B3A,360V1 第四章 PLC编程设计第一节 PLC设计的概述及要求根据加工要求，该系统的工作循环由进给缸和夹紧缸

28、共同完成，而进行PLC在设计时主要考虑系统在工作进给，则工作循环如下：A缸快进A缸工进A缸缸停留B缸快进-B缸工进-B缸快退B缸停止A缸快退A缸停止第二节 PLC功能图I/O接线图和梯形图的设计一、控制要求，根据系统原理图1-2中电磁动作表所示。在电气原理图中用压力继电器来控制死挡铁停留，功能图二、PLC采用FX1N系列，其选择元件如下 1、中央处理单元为CPU 2、存储器选用RAM 3、输入/输出（I/O）单元 输入选用交流220V输入，输出选用继电器输出 4、电源选用单相交流电源，额定电压为AC220V，额定频率为50Hz,电压允许范围为 85-264V，瞬间停电时间10ms以下。 5、编程器 主要选用键盘，显示器和通用接口等组成， 主要任务是输入程序，调试程序和监控程序执行。 6、辅助继电器选用M8002 7、定时器T选用10ms时钟脉冲计数器 8、智能接口模板 选用高速计数模板三、设计过程 电动机已启动，按下SB2，A缸向左快进，触碰SQ2A缸左工进，死挡铁A缸停留，0.05s后B缸垂直向上快进，触碰SQ3，B缸垂直向上工进，触碰SQ4，B缸垂直向下快退，触碰SQ5，B缸原位停止0.05s后A缸向右快退，触碰SQ1，A缸原位停止。 所对应接口如下： 1、