铣床液压系统设计完整版--机械论文.doc

摘 要本次专用铣床液压系统设计，根据任务书说明要求，首先应该对铣床结构有一定的了解，对液压的有关知识有一定的掌握，从给定的条件和数值，进行分析计算，理论结合实际，进行工况图的绘制，分析它的运动负载选择元件的基础上应先计算它的有关参数量，在festo软件中绘制出液压系统图，进行编译下载可以形象仿真出动作过程，液压系统完成快进、工进、快退、等动作在返回原位。运动的过程中受各方向的力，对它的分力进行分析计算，设定加减速时间不能太短，加速时间设置的短，启动时的冲击力比较大，减速时间设置的短会造成振动过大，这样损害设备会使故障的几率增大。根据铣头电机驱动功率、铣头直径、转速、运动所受的力和工作台的最大行程进行设计计算。摩擦系数也是需要考虑的一部分，动静摩擦系数虽然相对的阻力比较小，但也会有一定的影响，外加负载的受力大小将直接影响工作台的性能。用plc电气控制二位五通电液换向阀及其它部件使液压缸动作 从而完成铣床液压系统设计。这次设计中的难点主要是工作原理的分析不能完全掌握渗透，设计的目的不仅是为了达到相应的控制要求，而且要选择相应合理的.精度高的.经济实惠低成本的，只有这样设计出的才能得到广泛应用。目 录第一章 绪论31.1设计要求31.1.1工作负载31.1.2液压系统分析3第二章 铣床液压系统工况分析52.1 工作负载52.2 摩擦阻力52.3 惯性负荷5第三章 系统计算分析63.1 初选液压缸的工作压力。63.2 计算液压缸尺寸。63.3绘制液压缸的工况图。7第四章 绘制负载图和速度图84.1负载、速度分析图84.2运动循环图：8第五章 拟定液压系统图95.1选择液压基本回路105.2组成系统图10第六章 液压部分126.1 液压传动系统12第七章 液压系统的性能验算157.1 液压系统的效率157.2 液压系统的温升157.3 液压传动系统参数及元件选择167.4 plc控制部分16第八章 液压系统图绘制188.1 液压系统图188.2 plc外部接线图：198.3 电气控制图：208.4 plc梯形图：21总结22致 谢23参 考 文 献24第一章 绪论1.1设计要求设计一台专用铣床，铣头驱动电机功率7.5千瓦，铣头直径120mm，转速350r/min.若运动部件总重5500n，快进行程500mm,快进行程200mm,快进、快退速度为5m/min,工进速度为60-100mm/min,加速、减速时间均为0.1s,工作台为平导轨，动、静摩擦系数分为0.1、0.2试设计该机床工作台进给液压系统。1.1.1工作负载液压传动系统的设计是机器整体设计的一个组成部分。所设计的液压系统首先应的工作情况要求，其次还应满足结构组成简单、工作安全可靠、操纵维方便、经济性好的条件。1.1.2液压系统分析 液压系统原理图是整个设计工作中最主要的步骤，它对系统的性能以及设计方案的经济性、合理性具有决定性的影响。其一般方法是，根据动作和性能的要求先分别选择和拟定基本回路，然后将各个回路组合成一个完整的系统。选择液压回路是根据系统的设计要求和工况图从众多的成熟方案中评比挑选出来的。选择时，既要考虑调速、调压、换向、顺序动作、动作互锁等要求，也要考虑节省能源、减少发热、减少冲击、保证动作精度等问题。组合液压系统是把挑选出来的各种液压回路综合在一起，进行归纳并整理，增添必要的元件或辅助油路，使之成为完整的系统。工作压力，计算出液压缸内径、活塞杆直径，柱塞缸的柱塞直径、柱塞杆直径；根据液压缸缸径、活塞杆直径及行程的国家标准系列，确定主要参数。如采用液压马达，还需计算出液压马达的排量。在开始设计液压系统时，首先要对机械设备主机的工作情况进行详细的分析，明确主机对液压系统提出的要求，具体包括：1.主机的用途、主要结构、总体布局；主机对液压系统执行元件在位置布置和空间尺寸上的限制.2.主机的工作循环，液压执行元件的运动方式（移动、转动或动）及其工作范围。3.液压执行元件的负载和运动速度的大小及其变化范围。4.主机个各液压执行元件的动作顺序或互锁要求。5.对液压系统工作性能（如工作平稳性、转换精度等）、工作效率、自动化程度等方面的要求。6.液压系统的工作环境和工作条件，如周围介质、环境温度、湿度、尘埃情况、外界冲击振动等。7.其他方面的要求，如液压装置在重量、外形尺寸、经济性等方面的规定或限制。第二章 铣床液压系统工况分析2.1 工作负载fw=3410.46n2.2 摩擦阻力=0.25500n=1100n=0.15500n=550n2.3 惯性负荷查液压缸的机械效率=0.9，可计算出液压缸在各工作阶段的负载情况，如下表表1所示：第三章 系统计算分析3.1 初选液压缸的工作压力。查各类液压设备常用工作压力初选，3.2 计算液压缸尺寸。选用差动液压缸，无杆腔与有杆腔的有效面积为；回油路上有背压阀或调压阀，取背压;回油管路压力损失.按jb218377取标准值d=50mm活塞杆的直径d为：d=0.7d=0.750=35mm由此求得液压缸的实际有效工作面积工作负载 a摩擦阻力ffj=fjg=0.25500n=1100n ffd=fdg=0.15500n=550n 惯性负荷fg=g/gv/t=5500/9.815/(0.160)=467.21n 液压缸工作循环中各阶段的压力、流量和功率的计算值如下表表2 液压缸所需的实际流量、压力和功率工况负载回油腔压力进油腔压力输入流量输入功率计算公式快进启动1222.2212.7加速1545.5321.27恒速611.1111.564.330.08工进4400.51826.51.960.120.086快退启动1222.2212.2加速1545.5325.24恒速611.1115.914.50.1193.3绘制液压缸的工况图。第四章 绘制负载图和速度图4.1负载、速度分析图根据工况负载和已知速度和及行程s，可绘制负载图和速度图。图一（负载图）速度图4.2运动循环图：液压系统完成快进-工进-快退-停止。第五章 拟定液压系统图5.1选择液压基本回路从工况图可知：该系统的流量、压力较小，可选用定量泵和溢流阀组成的供油源，如图a所示。铣床有顺铣和逆铣之分，宜采用出口节流调速，具有承受负切削的能力，如图b所示。考虑到工作进给时负载大、速度低，而快进、快退行程中负载小、速度快，所以采用由换向阀联通的差动快速回路，如图c所示。根据一般专用铣床的要求不高，采用电磁阀的快慢换接回路，其特点是结构简单。选用简便的液压缸的形式 图4-2选择的基本回路液压缸：活塞缸有双杆、单杆。柱塞缸有单杆、双杆。复合速缸；复合增压器；如图（a）(b) (c)液压基本回路是几个液压元件组成，用以完成某种特定功能的液压基本回路包括压力控制回路、速度控制回路、方向控制回路、和多缸控制回路，其内容主要包含了各种回路的组成，工作原理，工作特性，以及回路的使用场合，它既是液压阀的综合应用也是分析和设计液压系统的基础。5.2组成系统图按下sb1工作台快进压下2工作台工进压下sp1工作台快退压下1s工作台停止。电液联合控制如下：（1）工作台快进按下按钮sb1，中间继电器k1得电动作并自锁，其常开触点闭合，使电磁铁yv1得电。yv1得电使三位五通电液换向阀左位动作，工作台向前快速移动。（2）电磁铁yv1得电。yv1得电使三位五通电液换向阀左位动作，工作台向前快速移动。（3）工作台工进当工作台快进到2被挡块压下时，其常开触点闭合，使中间继电器k2得电动作并自锁，k2的常闭触点断开，二位二通机械换向阀关闭油液经过调速阀实现工进。（4）工作台快退当工作台工进到压力继电器压下sp1闭合，其常开触点闭合，使k3得电动作并自锁。k3的常闭触点断开，工作台停止工进；其常开触点闭合，使yv2得电。二位五通电液换向阀右位工作，工作台快速退回.(5)循环动作 当工作台退到行程开关1s接通时，其常开触点闭合，使k3断电，yv1得电，工作台停止。电磁铁顺序表：如下表电磁铁工作台yv1yv2主令信号快进+-sb1工进+-2快退-+sp1停止-1s急停-sb2第六章 液压部分6.1 液压传动系统液压元件的选择，主要是计算它们的主要参数（如压力和流量）来确定。一般先计算工作负载，再根据工作负载和工作要求的速度计算液压缸的主要尺寸、工作压力和流量或液压马达的排量，然后计算液压泵的压力、流量和液压系统性能的验算确定了各个液压元件之后，要对液压系统进行验算。验算内容一般包括系统的压力损失、发热温升、运动平稳性和泄露量等。 1液压装置的结构设计，绘制工作图及编制技术文件。根据拟定的液压系统原理图绘制正式工作图。正式工作图应包括a.液压泵的型号、压力、流量、转速以及变量泵的调节范围 。执行元件的运转速度、输出的最大扭矩或推力、工作压力以及工作行程等。b.所有执行元件及辅助设备的型号及性能参数。c.管路元件的规格与型号。d.在绘制时，各元件的方向和位置，尽量与实际装配时一致。 e.设计该机床的液压传动系统。2液压传动系统参数及元件选择 对液压系统进行分析，就是要查明它的每个执行元件在各自工作过程中的运动速度和负载的变化规律。这是满足设备规定的动作要求和承载能力所必须具备的。液压系统承受的负载可由设备的规格规定，由样机通过试验测定，也可以有理论分析确定。当用理论分析确定系统的实际负载时，必须仔细考虑它所有的组成项目，例如工作负载（切削力、挤压力、弹性塑性变形抗力、重力等）、惯性负载和阻力负载（摩擦力、背压力）等，并把它们绘制成图，同样地，液压执行元件在各动作阶段内的运动速度也须相应地绘制成图，设计简单的液压系统时，这两种图可以省略不画。3.确定系统工作压力 系统工作压力由设备类型、载荷大小、结构要求和技术水平而定。系统工作压力高，则省材料，机构紧凑，重量轻，是液压系统的发展方向；但要注意些泄露、噪声控制和可靠性问题的妥善处理。系统工作压力可根据负载来选取，也可根据设备类型选取。4.执行元件控制方案拟订根据已订的液压执行元件、速度图或动作线路图，选择适当的压力控制、方向控制、速度换接、差动连接回路，以实现对执行元件的方向、出力及速度的控制。需要无级调速或无级变速时，可选择的方案。有级变速比无级调速使用方便，适用于速度控制精度低，但要求速度能够预置，以及在动作循环过程中有多重速度自动变换的场合。具体参见基本回路一章的内容。完成上述的选择，所需液压泵的类型就基本确定了。5.确定执行元件的主要参数根据液压系统载荷图和已确定的系统工作压力，计算出液压缸内径、活塞杆直径，柱塞缸的柱塞直径、柱塞杆直径；根据液压缸缸径、活塞杆直径及行程的国家标准系列，确定主要参数。如采用液压马达，还需计算出液压马达的排量。6.确定液压泵的容量及电动机功率液压泵的工作压力和流量计算。进油路的压力损失取,回路泄露系数取k=1.1,则液压泵的最高工作压力和流量为：根据上述计算数据查泵的产品目录，选用yb-6型定量叶片泵。7.控制阀的选择根据泵的工作压力和通过各阀的实际流量，选取各元件的规格，如下表所示。表3 各元件的规划序号元件名称最大通流量/（l/min）型号规格1过滤器6xub161002定量叶片泵6yb6 6633先导式溢流阀6y10b 10634三位五通电液换向阀634d10b5单向调速阀6i10b6二位二通机动换向阀623d10b8. 确定油箱直径进出液压缸无杆腔的流量，在快退和差动工况时为2q,所以管道流量q按12l/min计算。取压油管流速v=3m/s , ,取内径为10mm的管道。吸油管的流速v=1m/s,通过流量为6l/min,则,取内径为12mm管道确定管道尺寸应与选定的液压元件接口处的尺寸一致。9. 确定油箱容积第七章 液压系统的性能验算7.1 液压系统的效率经计算，取泵的效率，液压缸的机械效率，回路效率为:=当工进速度为1m/min时，当工进速度为60mm/min时，=0.750.9（0.290.0178）=0.1960.0127.2 液压系统的温升（只验算系统在工进时的发热和温升）定量泵的输入功率为：工进时系统的效率=0.012，系统发热量为：取散热系数，油箱散热面积时，计算出油液温升的近似值：=，固合理。7.3 液压传动系统参数及元件选择 对液压系统进行分析，就是要查明它的每个执行元件在各自工作过程中的运动速度和负载的变化规律。这是满足设备规定的动作要求和承载能力所必须具备的。液压系统承受的负载可由设备的规格规定，由样机通过试验测定，也可以有理论分析确定。当用理论分析确定系统的实际负载时，必须仔细考虑它所有的组成项目，例如工作负载（切削力、挤压力、弹性塑性变形抗力、重力等）、惯性负载和阻力负载（摩擦力、背压力）等，并把它们绘制成图，同样地，液压执行元件在各动作阶段内的运动速度也须相应地绘制成图，设计简单的液压系统时，这两种图可以省略不画。1. 确定系统工作压力 系统工作压力由设备类型、载荷大小、结构要求和技术水平而定。系统工作压力高，则省材料，机构紧凑，重量轻，是液压系统的发展方向；但要注意些泄露、噪声控制和可靠性问题的妥善处理。系统工作压力可根据负载来选取，也可根据设备类型选取。2.执行元件控制方案拟订根据已订的液压执行元件、速度图或动作线路图，选择适当的压力控制、方向控制、速度换接、差动连接回路，以实现对执行元件的方向、出力及速度的控制。需要无级调速或无级变速时，可选择的方案。有级变速比无级调速使用方便，适用于速度控制精度低，但要求速度能够预置，以及在动作循环过程中有多重速度自动变换的场合。具体参见基本回路一章的内容。完成上述的选择，所需液压泵的类型就基本确定了。7.4 plc控制部分 电气系统分析电-液动系统的结构及其信号流图通过电信号反馈到输入组件。油压源末级控制组件输出执行机构电源输入组件输入信号处理组件处理器的信号返回到末级控制组件电-液动系统的信号流图如上所示，其中水平直线代表气源的流动方向。气源通过末级控制组件驱动输出执行机构。其他直线代表了电流及控制信号的流动方向，输入组件通常包括电气按钮、各种传感器。处理组件可以是继电器-接触器控制机等。末级控制元件主要是各种电控方向控制阀、电控压力及流量控制阀。输出执行机构的状态通常通过电信号反馈到输入组件。-液动控制系统主要利用光电开关、接近开关、磁性开关等确定工件的有无、工件的位置及气缸活塞的移动状况，利用电磁阀来控制汽缸的换向。电-气动控制系统响应快，动作准确，广泛应用于气动自动化中。电气气动控制回路包括气动回路和电气回路两部分。气动回路一般指动力部分，包括气源处理、末端控制元件（方向控制阀）和气动执行元件。电气回路指气动系统的控制部分，与常规的电气回路一样，由主令电器、控制电器和电磁阀组成。通常在设计电气回路之前，一定要先设计出气动回路，按照动力系统的要求，选择采用何种形式的电磁阀来控制气动执行件的运动，从而设计电气回路。在设计中，气动回路图和电气回路图必须分开绘制。第八章 液压系统图绘制8.1 液压系统图图表 1液压系统原理图（8-1）将上面选出的液压基本回路组合在一起，并经修改和完善，就可得到完整的液压系统工作原理图，如图8-1所示。在图8-1中，为了解决滑台工进时进、回油路串通使系统压力无法建立的问题，增设了单向阀6。为了避免机床停止工作时回路中的油液流回油箱，导致空气进入系统，影响滑台运动的平稳性，图中添置了一个单向阀13。考虑到这台机床用于铣削加工，对位置定位精度要求较高，图中增设了一个压力继电器14。当滑台碰上死挡块后，系统压力升高，它发出快退信号，操纵电液换向阀换向。按下sb1工作台快速前进当2压下时工作台工进压下sp1工作台快退压下1s工作台停止。8.2 plc外部接线图：plc外部接线图i/o地址分配输入输出sb10001开始按钮前进0500sb20002停止按钮快退0501sp10003压力继电器前进指示灯05021s0004行程开关快退指示灯05038.3 电气控制图： 电气控制图8.4 plc梯形图：总结一个人的人生，要走的永远是自己的路，不管你的路有多曲折，有多么的坎坷，都是你前世所注定你要走的道路，也许有的朋友不会相信，但是你如果知道你前世所有的一切，你就明白是你自己的选择，也许你的选择在今生是个错误，但是你别无选择，所以你是别无选择。 人生的道路有许多的坎坷，不是一条通往光明之路，有痛苦，有伤心，有无助，也有面对一切所不能忍受的，这就是生活。但是生活中确实有许多美好的东西，有些时候你不会看到它的本身的色彩，如果你用这一种方式感受不到的话，不妨换一种方式