毕业设计(论文）-滤清器底座扩孔、攻丝专机与液压设计.docx

目 录中文摘要：3英文摘要41 引 言41.1 机床设计目的、要求41.2 专用机床国内外发展概况51.3 题目内容及要求62 专用机床的整体设计72.1 零件分析72.2 加工方案确定82.3 机床布局92.4 确定切削用量102.4.1 选择切削用量102.4.2 确定机床切削扭矩t. 切削力f.切削功率p113 确定机床三图一卡123.1 被加工零件工序图123.2 加工示意图133.2.1刀具选择133.2.2 选择攻丝卡头143.3 机床联系尺寸图的确定153.4 机床生产率计算卡194 液压控制系统设计214.1 液压传动的工作原理和组成214.1.1 工作原理：224.1.2 液压系统的基本组成224.2 液压传动的优缺点224.3 扩孔运动分析234.3.1 扩孔所用动力滑台的工作循环图244.3.2 扩孔所用动力滑台的工况分析244.4 扩孔液压系统的计算：264.4.1 初选液压缸工作压力264.4.2 液压缸主要尺寸的确定264.4.3 计算在个工作阶段液压缸所需的流量284.5 攻丝的运动分析：284.5.1 运动分析284.5.2 工况分析284.6 攻丝液压系统的计算304.6.1 初选液压缸工作压力304.6.2 计算在个工作阶段液压缸所需的流量324.6.3 计算液压泵的最大工作压力324.7 拟定液压系统原理图334.7.1 确定供油方式的选择334.7.2 调速方式的选择344.7.3 速度换接方式的选择344.7.4 夹紧回路的选择354.7.5 回转台液压系统354.8 液压元件的选择：354.8.1 确定液压泵和电机规格354.8.2 阀类元件和辅助元件的选择374.8.3 油管确定384.8.4 油箱的确定39结论39谢辞40参考文献41完整论文，如需图纸，外文文献翻译，联系qq153893706滤清器底座扩孔、攻丝专机与液压设计摘要：本论文是扩孔攻丝专用机床及其液压系统的设计，被加工零件是滤清器底座，专机对零件进行扩孔和攻丝，机床的结构轮廓是用两个扩孔动力头和两个攻丝动力头及中间的液压旋转台组成，其中动力头前进后退使用液压滑台在动的。滑台循环是：快速前进 工作进给 快速退回 原位停止。液压控制系统在机床中有着重要的作用，对液压控制系统的设计也是进行专机设计的重要组成部分。本文对该专用机床液压控制系统的设计主要有以下几点内容：对液压系统工况分析拟定液压原理图选择液压元件编辑专用机床液压系统的相关技术文件关键词:专用机床、液压系统、液压元件abstract: this paper designs about reaming tapping machine tools and hydraulic system, the part to be machined is a filter base, the special machine is used to ream and tap to parts, outline structure of the machine is consisted of two reaming and tapping power head and a hydraulic rotary table in the middle, in which the power head is drived forward and backward by the hydraulic slider. the slide cycle is: fast forwardwork feedquick returnstop in situ. hydraulic control system plays an important role in the machine, the design of which is also the important part of the design of special machine.design of hydraulic machine control system has several main points:condition analysis of hydraulic system;production of hydraulic schematic diagram;selection of the original hydraulic;editing technical document of special machine tool hydraulic system;key words: special machine hydraulic system hydraulic components1 引 言1.1 机床设计目的、要求目的：近年来，中国汽车产业快速发展，拉动了汽车零部件的市场需求，滤清器行业就是一个例子。滤清器一般分为空气滤清器、燃油滤清器和机油滤清器三种（通常被称为三滤），其功能分别是滤除空气、燃油、或机油中的杂质，对发动机起到有效的保护作用，从而延长发动机的使用寿命。滤清器也是大批量生产的零件，考虑到零件加工的特殊性，为了提高生产效率以及降低工人劳动强度，有必要设计一种专用的组合机床对其进行加工。我们的工作就是做出来一台组合机床，对零件进行加工，在生产滤清器时，组合机床可多刀、多轴、多面、多工位加工的优点就显得犹为突出。组合机床及其自动线是集机电于一体的综合自动化程度较高的制造基础的成套工艺装备。它的特征是高效、高质、经济实用，因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。本设计就是在扩孔攻丝攻丝组合机床的设计基础上，将plc控制技术和液压控制技术应用到其中，以便进一步提高组合机床的自动化程度。设计要求：评价机床性能的优劣，主要是根据技术及经济指标来判定发的。技术先进合理质优价廉才会受到用户的欢迎，在国内和国际市场上才有竞争力。机床设计的技术经济指标可以从满足性能要求、经济效益和人机关系等方面进行分析。1.2 专用机床国内外发展概况在我国近期专用机床发展迅速，其科研和生产也都具有相当的基础，应用也已深入到很多行业。是当前机械制造业实现产品更新，进行技术改造，提高生产效率和高速发展必不可少的设备之一。组合专用机床及其自动线是集机电于一体的综合自动化程度较高的制造技术和成套工艺装备。它的特征是高效、高质、经济实用，因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。我国传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液压控制，它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型箱体类和轴类零件（近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额），完成钻孔、扩孔、铰孔，加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台，在孔内镗各种形状槽，以及铣削平面和成形面等。组合机床的分类繁多，有大型组合机床和小型组合机床，有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复合式，还有多工位回转台式组合机床等；随着技术的不断进步，一种新型的组合机床柔性组合机床越来越受到人们的青睐，它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换，配以可编程序控制器（plc）等，能任意改变工作循环控制和驱动系统，并能灵活适应多品种加工的可调可变的组合机床。另外，近年来组合机床加工中心、数控组合机床、机床辅机（清洗机、装配机、综合测量机、试验机、输送线）等在组合机床行业中所占份额也越来越大。由于专用机床及其自动线是一种技术综合性很高的高技术专用产品，是根据用户特殊要求而设计的，它涉及到加工工艺、刀具、测量、控制、诊断监控、清洗、装配和试漏等技术。我国专用机床及其自动线总体技术水平比发达国家要相对落后，国内所需的一些高水平组合机床及自动线几乎都从国外进口。工艺装备的大量进口势必导致投资规模的扩大，并使产品生产成本提高。因此，市场要求我们不断开发新技术、新工艺，研制新产品，由过去的“刚性”机床结构，向“柔性”化方向发展，满足用户需求，真正成为刚柔兼备的自动化装备。在数届国际机床博览会上都有来自世界相当多的国家和地区的机床制造商和团体展示的最先进机床设备中，超高速和超高精度加工技术装备与复合、多功能、多轴化控制设备等深受欢迎。据有关数据调查，复合、多功能、多轴化控制装备的前景亦被看好。在零部件一体化程度不断提高、数量减少的同时，加工的形状却日益复杂。多轴化控制的机床装备适合加工形状复杂的工件。另外，产品周期的缩短也要求加工机床能够随时调整和适应新的变化，满足各种各样产品的加工需求。 然而更关键的是现代通信技术在机床装备中的应用，信息通信技术的引进使得现代机床的自动化程度进一步提高，操作者可以通过网络或手机对机床的程序进行远程修改，对运转状况进行监控并积累有关数据；通过网络对远程的设备进行维修和检查、提供售后服务等。在这些方面我国专用机床装备还有相当大的差距，因此我国专用机床技术装备高速度、高精度、柔性化、模块化、可调可变、任意加工性以及通信技术的应用将是今后的发展方向。1.3 题目内容及要求本题目的主要内容是设计一台扩、攻滤清器两侧面孔专机，机床类型为卧式双面，液压驱动，由plc控制。1、完成5000字以上的外文翻译；2、查阅相关资料，了解本课题的研究现状和研究的内容；3、完成开题报告（课题的意义；研究方法、方案及技术路线；结论）；4、整机方案设计及优化（主要是图纸工作量）；绘制零件图，工序图，给出总体设计方案。三图一卡的完成（尺寸联系图，工序图，加工示意图，生产效率计算卡）。手绘一张0号图纸（尺寸联系图或装配图 ）。各主要功能标准部件的选择与计算，同时完成外协零、部件图纸。设计机床专用夹具、刀具。5、完成液压系统设计（液压站、液压工作原理图、液压元件的选择与计算、集成块设计等）完成整机的机床电气控制方案（控制原理图，接线图，plc程序编写）。7、撰写毕业设计论文，字数不少于1万。2 专用机床的整体设计2.1 零件分析被加工零件材料为铝合金，硬度为35hbs，扩攻m16的孔2个，2个孔分布在零件两侧，现设计专用机床，把零件放置在专机中间，对零件两空同时扩孔，然后旋转180度同时攻丝。被加工零件的外形如图3-1所示。图2.1 被加工零件外形图2.2 加工方案确定本专机扩孔采用钻削动力头，主轴与刀具之间采用标准接杆连接，并由主轴前端压紧螺钉固定接杆。扩孔工序的工作循环如下：图2.2 扩孔工序的工作循环攻丝采用攻丝动力头，由攻丝靠模装置实现加工螺纹内联系传动。用攻丝靠模装置加工内螺纹的特点是，攻丝主轴系统的进给运动由攻丝靠模机构得到。此种攻丝方法，靠模可以经磨制得到较准确的螺距，由于靠模螺杆带动丝锥进给比较轻巧，同时又有攻丝接杆补偿攻丝主轴靠模系统与丝锥自行引进的进给差，因而攻丝时可得到较高的精度。该靠模装置除了具有结构简单、制造成本较低的特点外，还由于每根靠模螺杆都各自具有自己的螺距数值，因此可用一个攻丝装置方便地加工出不同尺寸规格的螺纹，且可各自选用合理的切削用量，目前应用很广泛。攻丝工序的工作循环如下：图2.3 攻丝工序的工作循环2.3 机床布局工件底面为主要定位面。用3个支承块支撑，用短销和支承钉定位。装夹方便、平稳，故可采用卧式机床。由于扩孔攻丝不在同一工位上，中间需要安装回转工作台。具体布局如图3.2。图2.4 机床大体布局2.4 确定切削用量2.4.1 选择切削用量扩孔加工直径均为14.5，所以可以采用同样的主轴和刀具使得所有刀具的每分钟进给量相同。根据专用机床设备设计表7-19查得： 高速钢扩孔钻加工铝合金切削速度，进给量f=0.10.6mm/r.对主轴转速的选取，当取切削速度v为30m/min时，主轴的转速为：。对进给量的选取，考虑到工件为铝合金，可选用较低的数值，即取f为0.20mm/r。攻丝孔径均为m16，所以可以采用同样的主轴和刀具使得所有刀具的每分钟进给量相同。根据专用机床设备设计表7-18查得：高速钢丝锥攻丝切削速度查机械加工工艺手册得：螺纹间距， 选切削速度：满足要求每分钟进给量式中：主轴系统的进给量（）；丝锥每分钟自行引进量（）；丝锥每分钟转速（）；丝锥的螺距（）。2.4.2 确定机床切削扭矩t. 切削力f.切削功率p1、切削扭矩的计算根据专用机床设备设计表7-24查得：扩孔时式中：d加工直径（mm）扩孔进给量（/r）；hb布氏硬度。攻丝时式中：工件螺距（）；加工直径（）。2、切削力的计算 3、切削功率的计算根据专用机床设备设计表7-24查得：考虑到功率损失， 3 确定机床三图一卡三图一卡的内容主要包括：被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸总图和编制生产率计算卡。3.1 被加工零件工序图被加工零件工序图是根据选定的工艺方案，表示一台组合机床或自动线完成的工艺内容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求、加工用定位基准、夹压部位及被加工零件的材料、硬度、重量和本道工序加工前毛坯或半成品状况的图纸。因此，它是在原零件图基础上，突出本机床或自动线的加工内容，加上必要的说明绘制成的。它是组合机床设计的主要依据，也是制造、使用、检验和调整机床的重要技术文件。图上应表示出：1）被加工零件的形状和轮廓尺寸及与本机床设计有关的部位的结构形状及尺寸。尤其是当需要设置中间导向套时，应表示出零件内部的肋、壁布置及有关结构的形状及尺寸。以便检查工件、夹具、刀具是否发生干涉。2）加工用定位基准、夹压部位及夹压方向。以便依此进行夹具的定位支承（包括辅助定位支承）、限位、夹紧、导向系统的设计。3）本道工序加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、形状位置尺寸精度及技术要求，还包括本道工序对前道工序提出的要求（主要指定位基准）。4）必要的文字说明。如被加工零件编号、名称、材料、硬度、重量及加工部位的余量等。图3.1 被加工零件工序图3.2 加工示意图3.2.1刀具选择根据扩孔，攻丝孔的深度及直径大小，并结合加工条件及要求，根据机械加工工艺手册，扩孔时选择高速钢扩孔钻，其直径为，攻丝时选择的刀具为丝锥，其直径分别为。刀具的具体结构和尺寸如图所示： 3.2.2 选择攻丝卡头攻丝卡头用于连接丝锥和攻丝主轴（或靠模装置），其主要作用是：1)保证丝锥与被加工的螺纹底孔自动对中，并保证丝锥顺利引进。2)补偿丝锥每分钟引进量与攻丝主轴（或靠模装置）每分钟进给量之差值，保证丝锥引进与攻丝装置进给同步。因此，要求攻丝卡头有很好的定心性及补偿灵活性，径向尺寸应较小，以适应中心距小的螺孔加工。攻丝卡头的主要形式有：丝锥“超前”进给的单向补偿攻丝卡头；主轴或攻丝靠模“超前”进给的单向补偿攻丝卡头。其具体结构如图3-4所示。图3.2 主轴“超前”进给的单向补偿攻丝卡头1卡头芯杆；2销；3套罩；4卡头体；5压力弹簧3）确定动力部件的工作循环及工作行程动力部件的工作循环是指：加工时动力部件从原始位置开始运动到加工终了位置又返回到原始位置的动作过程。一般包括快速引进、工作进给、快速退回等动作。a 、工作行程长度的确定工作进给长度应等于工件加工部位长度（多轴加工时应按最长孔计算）与刀具切入长度和切出长度之和。如图3-6所示。图3.3 工作进给长度切入长度l1应根据工件端面的误差情况在之间选择，误差大时取大值。切出长度根据专用机床设备设计表7-32查得：扩孔时 l2 =1015mm攻丝时 l2 =5+l锥式中：丝锥前端锥部的长度。根据加工深度，选择工作行程 b快进、快退长度按加工具体情况而定，保证加工所有刀具均退至夹具套内，不影响工件装卸，因此取快进长度为160mm。c动力部件总行程长度动力部件的总行程为快退行程长度与前后备量之和。 依此作为选择标准动力滑台或设计专用动力部件的依据。3.3 机床联系尺寸图的确定1、动力部件的选择确定扩孔动力头时，根据切削功率，查组合机床设计简明手册表5-27，选用钻削头型号为。确定攻丝动力头时，根据切削功率，查组合机床设计简明手册表5-33，选用攻螺纹头型号为1tg16.根据前面计算的行程，选择动力滑台为型，滑台侧底座为型，行程为。二级进给及压力继电器型号为。导轨防护装置型号为。分级进给装置型号为。根据选定的动力滑台型号为。3、夹具轮廓尺寸确定综合考虑工件的轮廓尺寸形状、结构以及夹具底座与机床其他部件连接固定尺寸，初步定夹具长宽高为。4、机床装料高度机床装料高度是指机床上工件的定位基准面到地面的垂直距离。为提高通用部件及支承部件的刚度并考虑自动线设计时中间底座内要安装夹具输送装置、冷却排屑装置，新颁布的组合机床标准推荐装料高度，与国际标准一致。在现阶段设计组合机床时，装料高度可根据具体情况在之间选取。由于受工件孔位置、多轴箱最低主轴高度和所选通用部件、中间底座、夹具高度等尺寸的限制（滑台与滑座总高，侧底座高度，夹具底座高度，中间底座高度），本设计的机床装料高度。5、中间底座轮廓尺寸中间底座的轮廓尺寸要满足夹具在其上面安装连接的需要。根据选定的动力箱滑台、侧底座等标准的位置关系，并考虑到毛坯误差和装配偏移，中间底座支承夹具底座的空余边缘尺寸，算出的长度应圆整，并按优选数系选用。图3.4 中间底座外形图中间底座长度方向尺寸可按下式确定： 式中：加工终了位置，主轴箱端面至工件端面间的距离，本设计中；主轴箱厚度，本设计；工件沿机床长度方向的尺寸，本设计；机床长度方向上，主轴箱与动力滑台的重合长度，本设计； 加工终了位置，滑台前端面至滑座前端面的距离，对于通用的标准动力滑台，尺寸的最大范围为。本设计； 滑座前端面至侧底座前端面的距离，本设计。 根据，查专用机床设备设计表7-10（中间底座主要尺寸）：选定中间底座长为又根据被加工零件的宽度为，夹具底座宽度为，以及其他联系尺寸，选定中间底座宽度为。中间底座的长宽为。6、确定回转工作台回转台选用液压回转，在市场上能买得到图3.5 液压回转工作台7、机床联系尺寸图如下，图3.6 机床尺寸联系图3.4 机床生产率计算卡根据选定的机床工作循环所要求的工作行程长度、切削用量、动力部件的快进及工进速度等，就可以计算机床的生产率并编制生产率计算卡，用以反映机床的加工过程，完成每一动作所需的时间、切削用量、机床生产率及机床的负荷率等。1、理想生产率指完成年生产纲领（包括备品及废品率在内）所要求的机床生产率。它与全年工时总数有关，一般情况下，单班制生产取，则 件h2、实际生产率指所设计机床每小时实际可以生产的零件数量。 件h式中：生产一个零件所需的时间（），它可以根据下式计算：式中：、分别为刀具第、第工作进给行程长度（）；、分别为刀具第、第工作进给速度（）；当加工沉孔、止口、锪窝、倒角、光整表面时，动力滑台在死挡铁上的停留时间，通常指刀具在加工终了时无进给状态下旋转转所需的时间（）；、分别为动力部件快进、快退行程长度（）；动力部件快速行程速度。采用机械动力部件取，液压动力部件取；直线移动或回转工作台进行一次工位转换的时间，一般可取；工件装、卸（包括定位、夹压及清除铁屑等）时间，它取决于工件重量大小、装卸的方便性及工人的熟练程度。根据各类组合机床的统计，一般取。取为 件h3、机床负荷率当时，计算二者的比值即为负荷率。根据组合机床的使用经验，适宜的机床负荷率为。所以该负荷率满足要求。表3.1 生产率计算卡4 液压控制系统设计4.1 液压传动的工作原理和组成液压传动是以液体为工作介质，利用液压能来驱动执行机构的传动方式。驱动机床工作台的液压系统是由邮箱、过滤器、液压泵、溢流阀、开停阀、节流阀、换向阀、液压缸及连接这些元件的油管、接头等组成。4.1.1 工作原理：电动机驱动液压泵经滤油器从油箱中吸油，液压被加压后，从泵的输出口输入管路。油液经开停阀，节流阀，换向阀进入液压缸，推动活塞而使工作台左右移动。液压缸里的油液经换向阀和回油管排回油箱。工作台的移动速度是通过节流阀来调节的。当节流阀开大时，进入液压缸的有量增多，工作台的移动速度增大；当节流阀关小时，进入液压缸的油量减少，工作台的移动速度减小。由此可见，速度是由油量决定的。4.1.2 液压系统的基本组成1. 能源装置液压泵。它将动力部分所输出的机械能转换成液压能，给系统提供压力油液。2. 执行装置液压机（液压缸、液压马达）。通过他将液压能转换成机械能，推动负载做功。3. 控制装置液压阀。通过他们的控制和调节，事业流的压力、流速和方向得以改变，从而改变执行元件的力、速度和方向。4. 辅助装置油箱、管路、蓄能器、管接头、压力表开关等。通过这些元件把系统连接起来，以实现各种工作血环。5. 工作介质液压油。绝大多数液压油采用矿物油，系统用它赖传递能量或信息。4.2 液压传动的优缺点(1)优点 1）传动平稳 在液压传动装置中，由于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，故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。 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）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。 5）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。 6）简化机构 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。 (2) 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，使用维护比较严格。 2）实现定比传动困难 液压传动是以液压油为工作介质，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）油液受温度的影响 由于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。4.3 扩孔运动分析这台专用机床，扩孔时要求系统完成的工作循环是：工件夹紧（扩孔）工作台快进工作台工进工作台快退旋转台旋转180 （攻丝）工作台快进工作台快退工件松开。运动部件的重力为25000n，快进快退速度为10m/min，工进速度为132mm/min，最大行程为400mm，其中工进行成为47mm，最大切削力为107n，采用平面导轨，夹紧缸的行程为20mm，夹紧力为30000n，加紧时间为1s。 4.3.1 扩孔所用动力滑台的工作循环图图4.1 动力滑台的工作循环图4.3.2 扩孔所用动力滑台的工况分析首先绘出运动部件的速度循环图如下， 图4.2 滑台速度循环图液压缸所受外负载f包括三种类型，即 f=fw+ff+fa式中 fw工作负载，即扩孔切削力为107n； fa运动部件速度变化时的惯性负载；ff导轨摩擦阻力负载，启动时为静摩擦阻力，启动后为动摩擦阻力，对于平导轨可由下式求得ff = f(g+frn);g部件重力；frn垂直与导轨的工作负载，在此处等于零。f导轨摩擦系数，取静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1。则求得 ffs = 0.2脳25000 = 5000n ffa = 0.1脳25000 = 2500n上式中ffs为静摩擦阻力，ffa为动摩擦阻力。 g为重力加速度；为加速或减速时间，一般 根据上述计算结果，列出各个工作阶段所受的外负载（见下表）并画出负载循环图。工作循环外负载f(n)启动、加速f=ffs+fa9230快进f=ffa2500工进f=ffa+fw2607快退f=ffa2500表 4.1 图4.3 滑台负载循环图4.4 扩孔液压系统的计算：4.4.1 初选液压缸工作压力所设计的动力滑台在工进时负载最大，其值为9230n，其它工况时的负载都相对较低，参考课本第10章表2和表3按照负载大小或按照液压系统应用场合来选择工作压力的方法，初选液压缸的工作压力p1=3.0mpa。负载f/kn50工作压力p/mpa5.07.0表 4.2 按负载选择执行元件的工作压力设备类型机 床农业机械、小型工程机械液压压力机、重型机械、大中型挖掘机起重运输机械。磨床组合机床龙门刨床拉床工作压力p/mpa0.82.03.05.08.08.010.010.016.020.032.0表 4.3 各类液压设别常用工作压力4.4.2 液压缸主要尺寸的确定图4.4 动力滑台缸的尺寸由于工作进给速度与快速运动速度差别较大，且快进、快退速度要求相等，从降低总流量需求考虑，应确定采用单杆双作用液压缸的差动连接方式。通常利用差动液压缸活塞杆较粗、可以在活塞杆中设置通油孔的有利条件，最好采用活塞杆固定，而液压缸缸体随滑台运动的常用典型安装形式。这种情况下，应把液压缸设计成无杆腔工作面积是有杆腔工作面积两倍的形式，即活塞杆直径d与缸筒直径d呈d = 0.707d的关系。工进过程中，当孔被扩通时，由于负载突然消失，液压缸有可能会发生前冲的现象，因此液压缸的回油腔应设置一定的背压(通过设置背压阀的方式)，选取此背压值为p2=0.8mpa。快进时液压缸虽然作差动连接（即有杆腔与无杆腔均与液压泵的来油连接），但连接管路中不可避免地存在着压降，且有杆腔的压力必须大于无杆腔，估算时取0.5mpa。快退时回油腔中也是有背压的，这时选取被压值=0.6mpa。工进时液压缸的推力计算公式为，式中：f 负载力 hm液压缸机械效率 a1液压缸无杆腔的有效作用面积 a2液压缸有杆腔的有效作用面积 p1液压缸无杆腔压力 p2液压有无杆腔压力因此，根据已知参数，液压缸无杆腔的有效作用面积可计算为液压缸缸筒直径为由于有前述差动液压缸缸筒和活塞杆直径之间的关系，d = 0.707d，因此活塞杆直径为d=0.70771=50.2mm，根据gb/t23481993对液压缸缸筒内径尺寸和液压缸活塞杆外径尺寸的规定，圆整后取液压缸缸筒直径为d=70mm，活塞杆直径为d=50mm。此时液压缸两腔的实际有效面积分别为：a1=蟺d24=3.85脳10-3m2m24.4.3 计算在个工作阶段液压缸所需的流量工作台在快进过程中，液压缸采用差动连接，此时系统所需要的流量为q快进 =（a1-a2）v1=19.7 l/min工作台在快退过程中所需要的流量为q快退 =a2v2=18.8l/min工作台在工进过程中所需要的流量为q工进 =a1v1=0.51 l/min夹紧缸在夹紧过程中所需要的流量为q夹 =a夹v夹=（/4）v夹=（/4）=9.42 l/min其中最大流量为快进流量为19.7l/min。4.5 攻丝的运动分析：和扩孔不一样，攻丝用的是攻丝动力头，动力头主轴箱带有靠模，所以没有工进，只有快进快退。4.5.1 运动分析 绘制动力滑台的工作循环图图4.5 动力滑台的工作循环图4.5.2 工况分析绘出运动部件的速度循环图如下， 图4.6 攻丝速度循环图液压缸所受外负载f包括三种类型，即 f=fw+ff+fa式中 fw工作负载为零n； fa运动部件速度变化时的惯性负载；ff导轨摩擦阻力负载，启动时为静摩擦阻力，启动后为动摩擦阻力，对于平导轨可由下式求得ff = f(g+frn);g部件重力；frn垂直与导轨的工作负载，在此处等于零。f导轨摩擦系数，取静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1。则求得 ffs = 0.225000 = 5000n ffa = 0.125000 = 2500n上式中ffs为静摩擦阻力，ffa为动摩擦阻力。 fa=m g为重力加速度；为加速或减速时间，一般 fa=n根据上述计算结果，列出各个工作阶段所受的外负载（见下表）并画出负载循环图。工作循环外负载f(n)启动、加速f=ffs+fa9230快进f=ffa2500快退f=ffa2500表4.4 攻丝外负载图图4.7 攻丝循环图4.6 攻丝液压系统的计算4.6.1 初选液压缸工作压力所设计的动力滑台在工进时负载最大，其值为9230n，其它工况时的负载都相对较低，参考课本第10章表2和表3按照负载大小或按照液压系统应用场合来选择工作压力的方法，初选液压缸的工作压力p1=3.0mpa。液压缸主要尺寸的确定图4.8 攻丝滑台液压缸图由于采用单杆双作用液压缸的差动连接方式。所选方式和前面选择扩孔液压滑台是一样。所以在这里比在描述。工进时液压缸的推力计算公式为，式中：f 负载力 hm液压缸机械效率 a1液压缸无杆腔的有效作用面积 a2液压缸有杆腔的有效作用面积 p1液压缸无杆腔压力 p2液压有无杆腔压力因此，根据已知参数，液压缸无杆腔的有效作用面积可计算为液压缸缸筒直径为由于有前述差动液压缸缸筒和活塞杆直径之间的关系，d = 0.707d，因此活塞杆直径为d=0.70771=50.2mm，根据gb/t23481993对液压缸缸筒内径尺寸和液压缸活塞杆外径尺寸的规定，圆整后取液压缸缸筒直径为d=70mm，活塞杆直径为d=50mm。此时液压缸两腔的实际有效面积分别为：m2m24.6.2 计算在个工作阶段液压缸所需的流量工作台在快进过程中，液压缸采用差动连接，此时系统所需要的流量为 q快进 =（a1-a2）v1=19.7 l/min工作台在快退过程中所需要的流量为q快退 =a2v2=18.8l/min夹紧缸在夹紧过程中所需要的流量为q夹 =a夹v夹=（/4）v夹=（/4）=9.42 l/min其中最大流量为快进流量为19.7l/min。上面计算的分别是一个扩孔和攻丝的液压系统，由前面对整个系统的描述可知，整个系统是有两个扩孔动力头和两个攻丝动力头组成的，由于两个扩孔动力头是同时进行的，快进工进快退基本上一样，所以在这里不再单独计算另外一个扩孔滑台；同样两攻丝的快进快退也基本上一样，所以也不单独计算另外一个攻丝滑台。整个系统除了有两个攻丝的和两个扩孔的油缸之外还有两个位置的零件夹紧，还有旋转台的油缸系统，所以选泵的时候最大工作压力按各油缸的最大压力算，流量按各油缸最大流量和计算。下面来做泵和阀有关计算。4.6.3 计算液压泵的最大工作压力由于本设计采用双泵供油方式，大流量液压泵只需在快进和快退阶段向液压缸供油，因此大流量泵工作压力较低。小流量液压泵在快速运动和工进时都向液压缸供油，而液压缸在工进时工作压力最大，因此对大流量液压泵和小流量液压泵的工作压力分别进行计算。根据液压泵的最大工作压力计算方法，液压泵的最大工作压力可表示为液压缸最大工作压力与液压泵到液压缸之间压力损失之和。式中 pp液压泵最大的工作压力 p1执行元件最大的工作压力 进油管路中的压力损失，复杂系统取0.51.5mpa对于调速阀进口节流调速回路，选取进油路上的总压力损，同时考虑到压力继电器的可靠动作要求压力继电器动作压力与最大工作压力的压差为0.5mpa，则小流量泵的最高工作压力可估算为mpa大流量泵只在快进和快退时向液压缸供油，快退时液压缸中的工作压力比快进时大，如取进油路上的压力损失为0.5mpa，则大流量泵的最高工作压力为：上述计算所得的pp是系统的静态压力，考虑到系统在各种工况的过渡阶段出现的动态压力往往超过静态压力。另外考虑到一定的压力储备量，并确保泵的寿命，因此选泵的额定压力pn应满足。中低压泵取最小值，高压泵取最大值。pn1=4.3脳1.6=6.88mpa4.7 拟定液压系统原理图4.7.1 确定供油方式的选择 考虑到该机床速度较高，四个加工方位，两个扩孔动力头动力滑台同时工作，两个攻丝动力头动力滑台也同时工作，考虑到同步性要求比较高。从节省能量减少发热考虑，泵源系统宜选用双泵供油。除采用双联泵作为油源外，也可选用限压式变量泵作油源。但限压式变量泵结构复杂、成本高，且流量突变时液压冲击较大，工作平稳性差，最后确定选用双联液压泵供油方案，有利于降低能耗和生产成本。双联叶片泵限压式变量叶片泵1流量突变时，液压冲击取决于溢流阀的性能，一般冲击较小1流量突变时，定子反应滞后，液压冲击大2内部径向力平衡，压力平衡，噪声小，工作性能较好。2内部径向力不平衡，轴承较大，压力波动及噪声较大，工作平衡性差3须配有溢流阀、卸载阀组，系统较复杂3系统较简单4有溢流损失，系统效率较低，温升较高4 无溢流损失，系统效率较高，温升较低表4.5 泵的对比图4.9 双联泵4.7.2 调速方式的选择所设计组合机床液压系统在整个工作循环过程中所需要的功率较小，系统的效率和发热问题并不突出，因此考虑采用节流调速回路即可。虽然节流调速回路效率低，但适合于小功率场合，而且结构简单、成本低。该机床的进给运动要求有较好的低速稳定性和速度-负载特性，因此有三种速度控制方案可以选择，即进口节流调速、出口节流调速、限压式变量泵加调速阀的容积节流调速。扩孔攻丝加工属于连续切削加工，加工过程中切削力变化不大，因此扩孔钻削过程中负载变化不大，采用节流阀的节流调速回路即可。由于选定了节流调速方案，所以油路采用开式循环回路，以提高散热效率，防止油液温升过高。4.7.3 速度换接方式的选择所设计组合机床液压系统对换向平稳性的要求不高，流量不大，压力不高，所以选用价格较低的电磁换向阀控制换向回路即可。选用三位五通电磁换向阀。为了调整方便和便于增设液压夹紧支路，应考虑选用y型中位机能。由前述计算可知，当工作台从快进转为工进时，进入液压缸的流量大大减小，可选二位二通行程换向阀来进行速度换接，以减少速度换接过程中的液压冲击。由于工作压力较低，控制阀均用普通滑阀式结构即可。由工进转为快退时，在回路上并联了一个单向阀以实现速度换接。为了控制轴向加工尺寸，提高换向位置精度，采用死挡块加压力继电器的行程终点转换控制。图4.10 三位五通换向阀4.7.4 夹紧回路的选择用二位五通电磁阀来控制加紧、松开换向动作时，为了避免工作时突然断电而松开，应采用失电夹紧方式。考虑到夹紧时间可调节和当进油路压力瞬时下降时仍能保持夹紧力，所以接入节流阀调速和单向阀保压。在该回路中还装有减压阀，用来调节夹紧力的大小和保持夹紧力的稳定。4.7.5 回转台液压系统在这台组合机床上装回转台是为了让工件平稳的旋转到不同的工位，回转工作台在市场上能买到原件，说以在此只介绍一下回转工作台液压装置实现步骤：工作台的抬起与锁紧装置脱开、离合器打开、回转台快速慢速回转、回转台反向定位、离合器夹紧、回转台夹紧与锁紧装置锁紧。回转刚的速度一般为34m/min。采用双联定量泵是可选用4/16l/min或4/25l/min的规格。图4.11 旋转台液压系统4.8 液压元件的选择：4.8.1 确定液压泵和电机规格 1、泵的选择：在整个扩孔工作循环过程中，液压油源应向液压缸提供的最大流量出现在快进工作阶段，为19.7 l/min，若整个回路中总的泄漏量按液压缸输入流量的10%计算，则液压油源所需提供的总流量为：所以两个扩孔动力头用流量是工作进给时，液压缸所需流量约为0.51 l/min，但由于要考虑溢流阀的最小稳定溢流量3 l/min，故小流量泵的供油量最少应为3.51 l/min。所以两个扩孔动力头小流量泵的供油量最少是7.02l/min。在攻丝工作循环过程中，液压油源应向液压缸提供的最大流量也是出现在快进工作阶段，为19.7 l/min，攻丝总的泄漏量按液压缸输入流量的也取10%计算，则液压油源所需提供的总流量为：所以两个攻丝动力头用流量是2qp=2脳1.1脳19.7=am43.34l/min所以四个动力头的由油泵提供的流量为43.34+43.34=86.68l/min。有上述计算可知每个夹紧缸的流量为9.42 l/min，所以两个夹紧缸由泵提供的流量为18.84l/min。由前面选择液压回转台时选取的双联泵流量为4/16l/min。可知选择小流量泵流量为4，大流量泵流量为16.有上述可得到双联泵小流量泵最小流量为4+7.02=11.02l/min。大流量泵最小流量为86.68+18.84+16=111.52l/min选取液压泵的规格据以上液压最大工作压力pn和总流量qp的计算数值，上网或查阅机械设计手册.第4卷，例如yuken日本液压泵样本，确定pv2r型双联叶片泵能够满足上述设计要求，因此选取pv2r12-17/153型双联叶片泵，其中小泵的排量为17.1ml/r，大泵的排量为153ml/r，若取液压泵的容积效率=0.9，则当泵的转速=940r/min时，小泵的输出流量为qp小=17.19400.9/1000=14.467 l/min该流量能够满足液压缸工进速度的需要。大泵的输出流量为qp大=1539400.9/1000=129.438 l/min双泵供油的实际输出流量为qp=14.467+129.438=143.905l/min该流量能够满足液压缸快速动作的需要。元件名称估计流量规格额定流量额定压力mpa型号双联叶片泵最高工作压力为16 mpapv2r12-17/153表4.6 液压泵参数电机的选择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4.38mpa，流量为143.9l/min。取泵的总效率，则液压泵驱动电动机所需的功率为：表4.7 电动机型号根据上述功率计算数据，此系统选取y160m-6型电动机，其额定功率pn=17kw，额定转速nn=970r/min。4.8.2 阀类元件和辅助元件的选择根据上述流量及压力计算结果，原理图中初步拟定的液压系统原理图中各种阀类元件及辅助元件进行选择。其中调速阀的选择应考虑使调速阀的最小稳定流量应小于液压缸工进所需流量。通过原理图中10个单向阀的额定流量是各不相同的，因此最好选用不同规格的单向阀。各个顺序阀和减压阀的所需压力也是各不相同的，因此最好选用不同规格的顺序阀和减压阀。在原理图中溢流阀4、和顺序阀3的选择可根据调定压力和流经阀的额定流量来选择阀的型式和规格，其中溢流阀4的作用是调定工作进给过程中小流量液压泵的供油压力，因此该阀应选择先导式溢流阀，连接在大流量液压泵出口处的顺序阀3用于使大流量液压泵卸荷，因此应选择外控式。最后本设计所选择方案如表5所示，表中给出了各种液压阀的型号及技术参数。辅件元件的选择 根据液压泵的工作压力和通过阀的实际流量，选择各种液压元件和辅助元件的规格。序号元件名称估计流量规格额定流量额定压力mpa型号1三位五通电液换向阀19,20,21,2266/821006.335d-100b2行程阀33,3