冲床的液压系统设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 摘 要 本文主要阐述了冲床的液压系统，该系统主要工作特点是高频、高速、高压。液压技术是机械设备中发展速度最快的技术之一。 冲床的 滑块由液压缸驱动，用于液压工件的冲剪加工，可以实现滑块快速下降 冲剪下降 快速上升 停止的工作循环。 近年来，冲压液压机在提高行程次数的快速性技术、提高工作精度的主动抗偏技术、改善工作特性和降低工作噪声的冲裁减震技术、降低安装功率的节能混合传动技术以及多压力点同步技术和滑块位置与传送的数控调节技术等方面进步很快，过去液压机与机械压力机对比中的缺点已经接近消失。传统的冲压加工设备， 在技术性能、加工质量保证和可靠性以及运转经济性方面越来越不适应现代汽车工业大规模、大批量自动化生产的需求。 关键词： 液压系统 、 冲床 、 液压缸 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 of of is is of in of in so a of by of a a in a is of is it of so of of is in as In in to at C in of is in t to 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目 录 摘 要 . I . 1 章 绪论 . 1 液压技术及其影响 . 1 冲床液压系统 . 2 液压传动的工作原理及其组成部分 . 2 压传动的工作原理 . 3 液压传动的组成 . 3 液压传动的优缺点 . 4 液压传动的优点 . 4 液压传动的缺点 . 5 冲压设备发展概况及发展趋势 . 8 冲压设备概述 . 8 冲压设备发展趋势 . 8 课题的来源及研究的目的和意义 . 9 课题的研究内容 . 9 第 2 章 冲床液压系统分析 . 10 高速冲床液压系统分析 . 10 床液压系统图 . 10 高速冲床液压系统工作过程 . 11 系统 基本工作参数 . 11 最大冲载孔径和冲载板厚的确定 . 11 系统压力选定 . 12 周期和行程 . 12 第 3 章 确定执行元件 . 14 液压缸基本参数确定 . 14 缸筒的设计计算 . 14 活塞杆 . 16 压缸进油口尺寸 . 17 液压缸的密封 . 17 液压缸摩擦力的计算 . 18 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 液压缸基本结构 . 19 的选择 . 20 泵的排量 . 20 泵的选用 . 20 电机的选择 . 20 速度验算 . 20 空行时速度验算 . 20 冲压板厚为 1速度验算 . 21 蓄能器 . 22 蓄能器分类 . 22 蓄能器充气压力 P 的确定 . 22 蓄能器容量计算 . 22 管路的选择 . 24 管路内径计算 . 24 管道壁厚 . 24 油箱设计 . 25 冷却器 . 25 过滤器 . 26 阀的选用 . 26 比例伺服阀的选择 . 26 其他阀的选择 . 26 第 4 章 冲床液压系统结构设计 . 28 阀块的总装结构图 . 28 阀块结构图 . 28 冲床液压站结构图 . 29 液压缸结构图 . 30 第 5 章 液压缸缸筒缸杆的有限元分析 . 31 有限元基本理论分析 . 31 有限元的发展介绍 . 31 有限元分析的基本思想 . 33 有限元分析基本过程 . 34 件介绍 . 35 静力分析 . 36 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 总结与分析 . 38 第 6 章 冲床液压站成本估算统计 . 39 元件明细 . 39 液压站报价明细 . 40 结 论 . 41 致 谢 . 42 参考文献 . 43 附 录 1 . 44 附 录 2 . 46 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 1 章 绪 论 研究意义 液压冲床（如图 1示）是目前是冲压设备行业上的 一款全自动、智能化的伺服电液复合压力机，其与传统冲床和注压机相比，无论是在机械结构上，还是控制系统及功能上都有极大的突破。液压冲床采用了自主研发的双死循环伺服系统控制方式，人性化程度高、全程自动化、智能化且功能强大。 16 图 1压冲床 液压技术及其影响 液压技术作为实现现代传动与控制的关键基础技术之一，已成为工业机械、工程建设机械及国际尖端产品不可缺少的重要技术基础。是它们向自动化、高精度、 高效率、高速度、小型化、轻量化方向发展的关键技术。世界买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 工业发达国家都将液压工业列为竞争发展的行业，其发展速度远高于机械工业的发展速度。液压元件及其控制已发展成为综合的液压工程技术。 机械制造是为国民经济各部门和自身技术改造提供先进技术装备的工业部门。铸造、锻压、焊接、热处理、及切削等是机械制造工业获取毛坯、成形产品及提高零件机械性能的重要生产方法，在众多金属冷、热加工机器设备中普遍使用液压技术，其中压力机和金属切削机床是应用液压技术较早较广的领域。 在车、铣、刨、磨、钻各类液压机床中，主要利用液压技术可在较 宽范围内进行无级调速，具有良好的换向及换接性能，易于实现工作循环等优点，完成工件及刀具的夹紧、控制进给速度和驱动主轴作业，尽管现代数控机床、加工中心等先进制造设备中采用电伺服系统，但采用液压传动与控制仍然是现代金属切削机床自动化的重要途径。在锻造机、液压机、折弯机、剪切机等压力加工设备中，主要利用液压传动传递力较大、便于压力调节控制和过载保护的特点，进行下料、成形加工等作业。铸造、锻压、焊接、热处理等机器设备的生产作业环境极为恶劣，温度高、粉尘多、湿度大、有腐蚀性气体、振动噪声大。因此要求机器要有良好的适应 性、可靠性和维护性。在造型机及浇铸机、焊接机、淬火机等铸造、焊接及热处理机器设备中，主要利用液压技术便于无级调速和远距离遥控作业等特点，进行造型及铸型输送与浇铸、高温零件抓取等作业，以减轻劳动者劳动强度、避免和减少热辐射和有害气体对人身的侵袭并提高生产率。 冲床液压系统 冲床的滑块由液压缸驱动，用于液压工件的冲剪加工，可以实现滑块快速下降 冲剪下降 快速上升 停止的工作循环。 液压传动的工作原理及其组成部分 液压传动有许多突出的优点，因此它的应用非常广泛，如一般工业用的塑料加工机械、 压力机械、机床等；行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等；钢铁工业用的冶金机械、提升装置、轧辊调整装置等；土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装置、河床升降装置、桥梁操纵机构等；发买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 电厂涡轮机调速装置、核发电厂等等；船舶用的甲板起重机械（绞车）、船头门、舱壁阀、船尾推进器等；特殊技术用的巨型天线控制装置、测量浮标、升降旋转舞台等；军事工业用的火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置等。 压传动的工作原理 液压系统利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能 ，通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和管路的传递，借助于液压执行元件（液压缸或马达）把液体压力能转换为机械能，从而驱动工作机构，实现直线往复运动和回转运动。其中的液体称为工作介质，一般为矿物油，它的作用和机械传动中的皮带、链条和齿轮等传动元件相类似。 液压传动的组成 液压传动系统主要由下列 5 部分组成： （ 1） 动力元件，即液压泵，其职能是将原动机的机械能转换为液体的压力动能（表现为压力、流量），其作用是为液压系统提供压力油，是系统的动力源。 （ 2）执行元件，指液压缸或液压马达，其职能 是将液压能转换为机械能而对外做功，液压缸可驱动工作机构实现往复直线运动（或摆动），液压马达可完成回转运动。 （ 3）控制调节元件，指各种阀利用这些元件可以控制和调节液压系统中液体的压力、流量和方向等，以保证执行元件能按照人们预期的要求进行工作。 （ 4）辅助元件，包括油箱、滤油器、管路及接头、冷却器、压力表等。它们的作用是提供必要的条件使系统正常工作并便于监测控制。 （ 5）工作介质，即传动液体，通常称液压油。液压系统就是通过工作介质实现运动和动力传递的，另外液压油还可以对液压元件中相互运动的零件起润滑作用。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 液压传动的优缺点 液压传动的优点 (1) 传动平稳 在液压传动装置中，由于液压油液的压缩量非常小，在通常压力下可以认为不可压缩，依靠油液的连续流动进行传动。油液有吸振能力，在油路中还可以设置液压缓冲装置，因此不像机械机构因加工和装配误差会引起振动扣撞击，使传动十分平稳，便于实现频繁的换向；因此它广泛地应用在要求传动平稳的机械上，例如磨床几乎全都采用了液压传动。 (2) 质量轻体积小 液压传动与机械、电力等传动方式相比，在输出同样功率的条件下，体积和质量可以减少很多，因此惯性小、动作灵敏 ；这对液压仿形、液压自动控制和要求减轻质量的机器来说，是特别重要的。例如我国生产的 1掘机在采用液压传动后，比采用机械传动时的质量减轻了 1t。 (3) 承载能力大 液压传动易于获得很大的力和转矩，因此广泛用于压制机、隧道掘进机、万吨轮船操舵机和万吨水压机等。 (4) 容易实现无级调速 在液压传动中，调节液体的流量就可实现无级凋速，并且凋速范围很大，可达 2000:1，很容易获得极低的速度。 (5) 易于实现过载保护 液压系统中采取了很多安全保护措施，能够自动防止过载，避免发生事故。 (6) 液压元件能够自动润滑 由于采用液压油作为工作介质，使液压传动装置能自动润滑，因此元件的使用寿命较长。 (7) 容易实现复杂的动作 采用液压传动能获得各种复杂的机械动作，如仿形车床的液压仿形刀架、数控铣床的液压工作台，可加工出不规则形状的零件。 (8) 简化机构 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 采用液压传动可大大地简化机械结构，从而减少了机械零部件数目。 (9) 便于实现自动化 液压系统中，液体的压力、流量和方向是非常容易控制的，再加上电气装置的配合，很容易实现复杂的自动工作循环。目前，液压传动在组合机床和自动线上应用得很普遍。 液压传动的缺点 (1) 液压元件制造精度要求高 由于元件的技术要求高和装配比较困难，使用维护比较格。 (2) 实现定比传动困难 液压传动是以液压油液为工作介质，在相对运动表面间不可避免的要有泄漏，同时油液也不是绝对不可压缩的。因此不宜应用在在传动比要求严格的场合，例如螺纹和齿轮加工机床的传动系统。 (3) 液压油液受温度的影响 由于液压油的粘度随温度的改变而改变，故不宜在高温或低温的环境下工作。 (4) 不适宜远距离输送动力 由于采用油管传输压力油，压力损失较大，故不宜远距离输送动力。 (5) 油 液中混入空气易影响工作性能 油液中混入空气后，容易引起爬行、振动和噪声，使系统的工作性能受到影响。 (6) 油液容易污染油液污染后，会影响系统工作的可靠性。 (7) 发生故障不易检查和排除。 液压技术的国内外研究现状分析 液压传动和气压传动称为流体传动，是根据 17 世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，是工农业生产中广为应用的一门技术。如今，流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。第一个使用液压原理的是 1795 年英国约瑟夫 布拉曼（ 749在伦敦用水作为工作介质，以水压机的形式将其应用于工业上，诞生了世界上第一台水压机。 1905 年他又将工作介质由水改为油，使其性能买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 得到了进一步的到改善。 第一次世界大战（ 1914液压传动广泛应用，特别是 1920 年以后 ,发展更为迅速。液压元件大约在 19 世纪末 20 世纪初的 20 年间，才开始进入正规的工业生产阶段。 1925 年维克斯（ F. 明了压力平衡式叶片泵，为近代液压元件工业或液压传动的逐步建立奠定了基础。 20 世纪初康斯坦丁 尼斯克（ G 能量波动传递所进行的理论及实际研究； 1910 年对液力传动（液力联轴节、液力变矩器等）方面的贡献，使这两方面领域得到了展。 我国的液压工业开始于 20 世纪 50 年代，液压元件最初应用于机床和锻压设备。 60 年代获得较大发展，已渗透到各个工业部门，在机床、工程机械、冶金、农业机械、汽车、船舶、航空、石油以及军工等工业中都得到了普遍的应用。当前液压技术正向高压、高速、大功率、高效率、低噪声、低能耗、长寿命、高度集成化等方向发展。同时，新元件的应用、系统计算机辅助设计、计算机仿真和优化、微机控制等工作，也取得了显 著成果。 目前，我国的液压件已从低压到高压形成系列，并生产出许多新型元件，如插装式锥阀、电液比例阀、电液伺服阀、电业数字控制阀等。我国机械工业在认真消化、推广国外引进的先进液压技术的同时，大力研制、开发国产液压件新产品，加强产品质量可靠性和新技术应用的研究，积极采用国际标准，合理调整产品结构，对一些性能差而且不符合国家标准的液压件产品，采用逐步淘汰的措施。由此可见，随着科学技术的迅速发展，液压技术将获得进一步发展，在各种机械设备上的应用将更加广泛。 国内的压力加工行业对数控压力机有着很大的需求量。据有关统计 ，在“八五 ”期间国内数控压力机的年需求量将不断上升。但是引进外国设备不仅价格高，而且还受到外汇使用上的限制。只有大型企业和经济实力很雄厚的企业才有能力购买，而许多中、小型厂家则无法购买到所需的数控压力机。 由于液压技术广泛应用了高科技成果，如：自控技术、计算机技术、微电子技术、可靠性及新工艺新材料等，使传统技术有了新的发展，也使产品的质量 、水平有一定的提高。尽量如此，走向 21 世纪的液压技术不可能有惊人的技术突破，应当主要靠现有技术的改进和扩展，不断扩大其应用领域以满足未来的要求。其主要的发展趋势将集中在以下 几方面。减少损耗，充分利用能量液压技术在将机械能转换成压力能及反转换过程中，总存在能量损耗。为减少能量的损失，必须解决下面几个问题：减少元件和系统的内部压力损失，以减少功率损失；减少或消除系统的节流损失，尽量减少非安全需买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 要的溢流量；采用静压技术和新型密封材料，减少摩擦损失；改善液压系统性能，采用负荷传感系统、二次调节系统和采用蓄能器回路。 我国电液伺服技术始于六十年代，到七十年代有了实际应用产品，目前约有年产能力 2000 台；电液比例技术到七十年代中期开始发展，现有几十种品种、规格的产品，约形成有年产能力 5000 台。总的看，我国电液伺服比例技术与国际水平比有较大差距，主要表现在：缺乏主导系列产品，现有产品型号规格杂乱，品种规格不全，并缺乏足够的工业性试验研究，性能水平较低，质量不稳定，可靠性较差，以及存在二次配套件的问题等，都有碍于该项技术 进一步地扩大应用，急待尽快提高。 在流体产品领域内，目前世界上最大的流体产品（主要是液压件、密封件及液压附件等）制造企业，美国的派克（ 司，成立于 1918 年，也有近 100 年历史，可以提供品种齐全的、高技术水平的液压件、密封件及所有的液压附件。目前世界上最大的用于 静液压系统的变量液压元件制造企业，德国的博士 力士乐公司，已有 200 多年的历史，从 1953 年开始全面制造液压元件，也有 50 年以上历史。其最具特色的产品是用于静液压传动的变量系统液压元件，无论是斜盘式或斜轴式，闭式（泵控）或开式（阀控）系统液压元件品种都非常齐全，能为各种需要静液压系统元件的工程机械整个系统成套配套。还有世界上最大的传动部件制造企业，德国的 司，成立于 1915 年，也有近 100 年历史，能为各种工程机械提供品种齐全的传动部件。在电气配套件方面，世界最大的德国西门子电气公司，以及日本的东芝公司 、川崎公司、德国的博士（ 司等，都有 50 年以上，甚至 100年以上的悠久历史，能满足工程机械各种高技术水平的电气系统和电气元件的要求。 在科学技术迅猛发展的今天，计算机技术、网络技术、通信技术等现代化信息技术正对人类 的生产生活产生着前所未有的影响。这些信息技术的进步，为今后制造业的发展，设计方法与制造技术模式的改变指明了方向，为数字化设计资源与制造资源的远程共享，进一步提高产品开发效率奠定了基础。这一点已经引起了学术界的广泛关注，并且有很多科研学者已经投入到了这方面的研究。目前在液压领域中，特别是 中小企业在进行液压传动系统的设计时，存在着零部件种类繁多、系统集成复杂、参考资料缺乏等一系列困难，而远程设计服务可以解决这些问题。为减轻液压设计人员的工作负担，实现现代化设计模式的转变以及设计资源、技术资源和产品信息的共享。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 冲压设备发展概况及发展趋势 冲压设备概述 冲压技术是目前被广泛应用的金属压力加工方法之一，它具有效率高、质量好、能量省、成本低的特点，所以工业先进的国家越来越多的采用冲压技术来代替切削技术和其他加工技术。冲压技术广泛应用于汽车工业、农业机械、家用电器、电子仪表、 国防工业及日用品等生产部门。 先进的冲压设备是冲压技术发展的先决条件，当今国内外的冲压设备其冲压系统主要由机械式和液压式两种 3。 随着电子技术和液压技术的发展，出现了各种液压式数控压力机。液压式压力机采用液压传动系统来代替曲柄滑块机构。 冲压设备发展趋势 近年来，冲压液压机在提高行程次数的快速性技术、提高工作精度的主动抗偏技术、改善工作特性和降低工作噪声的冲裁减震技术、降低安装功率的节能混合传动技术以及多压力点同步技术和滑块位置与传送的数控调节技术等方面进步很快，过去液压机与机械压力机对比 中的缺点已经接近消失 1。传统的冲压加工设备，在技术性能、加工质量保证和可靠性以及运转经济性方面越来越不适应现代汽车工业大规模、大批量自动化生产的需求 2。为提高工作效率，降低能源消耗，实现大规模生产，国外生产厂家制造出先进的数控告诉冲压设备，其基本特点为： （ 1） 滑块行程次数高，滑块行程次数一般高于 200 次 / （ 2） 精度要求高，尤其是对压力机的动态精度要求很高； （ 3） 震动和噪声要求小，设备的动平衡要求高； （ 4） 制动性能好； （ 5） 检测控制系统完善，一般采用 制器和数控技术队冲压设备各元件和参数进行检测和设定 来实现工作过程自动化。 （ 6） 其辅助设备齐全，应配备自动送料及废料剪切等机构。 现代先进的冲压设备发展趋势： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 高速化、高效化、低消耗。提高液压机的工作效率，降低生产成本 ； 机电液 一体化。充分利用机械和电子方面的先进技术促进整个液压系统的完善； 自动化、智能化 ； 液压元件集成化，标准化。 课题的来源及研究的目的和意义 课题来源于 沈阳中之杰 流体 传动控制 有限公司 冲床就是一台冲压式压力机。在国民生产中，冲压工艺对于比较传统机械加工来说有节约材料和能源，效率高，对操作者技术要求不高及通过各种模具应 用可以做出机械加工所无法达到的产品这些优点，因而它的用途越来越广泛。 因此通过本次毕业设计主要学习掌握综合运用液压传动、机械设计、工程系统等课程中所学理论知识的能力；着重突出液压系统设计的独立性和实用性，培养和提高独立分析问题和解决实际问题的能力，为今后适应工作岗位和创造性地开展工作打下坚实基础。 课题的研究内容 对现有的冲床液压系统进行调研和分析，明确冲床液压系统的工作机理和分类，设计 冲床 液压系统中的相关部分，并对其进行总结。其中包括： （ 1） 分析现有液压冲床 液压系统 的组成和工作原理； （ 2） 设 计冲床液压 系统原理 图； （ 3） 设计冲床液压油源； （ 4） 设计液压缸的装配图； （ 5） 设计液压缸的部分零件图； （ 6） 设计系统所需的阀块装配图； （ 7） 设计阀块的零件图； （ 8） 撰写 毕业论文 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 2 章 冲床液压系统分析 高速冲床液压系统分析 高速冲床既可对工件进行冲孔又可进行冲压成形。不同的加工方式对系统的压力，冲头的速度都有不同的要求，冲孔时，要求冲头以最大的速度下降加工工件，并且快速上升返回。而成形过程要求滑块以较快的速度下降，遇到负载时冲头速度降低且系统压力升高，确保对钢板的准确冲压成形 ，冲压完毕冲头以较快的速度上升。该系统主要工作特点是高频、高速、高压 4。 床液压系统图 系统最大压力为 p=25率为 f=300 次 /床系统原理图如图 2示。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12图 2床液压系统原理图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 高速冲床液压系统工作过程 比例伺服阀的比例电磁铁输入电压为正时，其右位工作，来自泵的液压油通过比例伺服阀进入油 缸的上腔，油缸的下腔排出的液压油经过液控换向阀和比例伺服阀进入油缸的上腔，组成差动快速回路，活塞杆带动冲头快速向下运动，当冲头遇到工件受阻时，系统压力升高，达到液控换向阀的压力，液控换向阀的左位接通，差动连接被切断，由泵自己本身出来的液压油向上腔供油，活塞缓慢向下运动，冲压工件，下腔的油通过液控换向阀流回油箱，冲压完毕后冲头到达下位极限，接近开关 控制系统发信号，使比例伺服阀输入电压信号为负，控制比例伺服阀左位工作，同事负载消失，液控换向阀右位接通，泵向下腔供油，同时上腔的油通过比例伺服阀流回油箱，活塞 向上运动，完成了一个工作循环。 系统基本工作参数 最大冲载孔径和冲载板厚的确定 要求系统最大工作载荷 200F 载力的计算公式： （ 2 式中 ： L 冲载周长（ t 板材厚度（ 材料抗剪强度（ 材料抗剪强度不仅与材料的性质有关还与材料硬化强度，材料相对厚度，凹凸模相对间隙（ Z/t）以及冲载速度有关。为简化计算，可按表 2用 值 表 2料抗剪强度值选用 孔径 D Z=文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 D （ 5t b (b D (21.5)t (b (b D =t 1.8 b 3.6 b 该系统中 Z=表可以看出冲孔直径相对于板材厚度越大时，其抗剪强度越小，对于冲床，板材厚度一般相对于冲孔直径来说很小，所以在该系统中选用 = b 。 所以冲孔时冲载力计算公式为：