电磁阀体中心孔组合机床、机床总体工位布置和钻、扩、铰工位液压系统设计说明书

目 录中文摘要.英文摘要.前言.1第一章电磁阀体中心孔加工工艺 .21.1零件分析 .21.2明确设计要求 .21.3 对电磁阀体总体加工工艺方案设计 .21.3.1 确定毛坯制造形式 .21.3.2 基准的选择 .31.3.4 电磁阀体中心孔加工中心孔的槽的加工部分 .31.3.5 电磁阀体总体加工工艺 .31.4确定工作循环 .31.5专用机床的概述 .4第二章编制中心孔加工工艺 .62.1 确定加工方案 .62.1.1 刀具的选择 .62.2 钻孔 .62.2.1 钻削时的进给量 .62.2.2 确定其各加工余量 .62.2.3 确定麻花钻直径并选择 .62.2.4 确定主轴速度的转速 .72.3 扩孔 .72.3.1 扩孔钻的选择 .72.3.2 扩孔时的速度 .72.3.3 扩孔时的转速 .82.4 铰孔 .82.4.1 铰刀的选择 .82.4.2 铰刀的速度 .82.4.3 铰刀转速 .82.5 计算切削力 .82.5.1 钻孔时的切削力 .82.5.2 扩孔时的扭矩 .92.6 钻、扩、铰切削的功率 .92.6.1 钻孔时的功率 .92.6.2 扩孔时的功率 .9第三章液压传动的设计 .103.1 负载分析 .103.2 速度图和负载图的绘制 .113.3 液压缸主要参数的确定 .123.3.1 稳定性验算 .133.4 液压缸的组成 .153.4.1 缸筒和缸盖的联接 .153.4.2 活塞和活塞杆的联接 .153.4.3 液压缸的密封 .163.5 液压系统的拟定 .173.5.1 液压回路的选择 .173.5.2 缸筒的厚度 .213.5.3 螺栓的计算 .213.5.4 端盖厚度计算 .223.5.5 缸体连接计算 .223.6 液压元件的选择 .243.6.1 选择液压泵 .243.6.2 阀类元件辅助元件 .253.7 液压系统的性能验算 .273.7.1 回路压力损失验算 .283.7.2 油液温升验算 .28第 6 章 结论.30参考文献 .31致谢.32附录 A：加工工序卡 .33摘要电磁换向阀是液压传动中用来改变油路的重要零件，针对该零件的加工，特别设计一组合机床，按流水线运作，实现自动化加工。本文主要介绍电磁阀体中心孔加工的工作布置和钻、扩、铰孔的加工，要运用液压传动来实现加工中心孔的进给运动。关键词：电磁换向阀，组合机床，液压传动4ABSTRACTThe electromagnetism cross valve is in the hydraulic transmission usesfor to change the oil duct the important components, in view of thiscomponents processing, specially designs a aggregate machine-tool,according to assembly line operation, realization automationprocessing. This article main introduction solenoid valve body centerbore processes the work arrangement and drills, expands, Reams theprocessing, must realize using the hydraulic transmission processesthe center bore entering for the movement. Key word: Electromagnetism cross valve, aggregate machine-tool,hydraulic transmission 5前言本课题主要涉及机械、液压传动两大方面，近年来，液压传动在防漏、治污、降噪、减震、节能和材质等各方面都有长足进步，它和电子技术的结合也由拼装、混合到到整合，步步深入。到现在，在尽可能小的空间内传出尽可能在的功率并加以精确控制这一点上，液压传动已稳居各种传动方式之首，无可替代。这种情况使液压传动的元件类型、油路结构、系统设计和制作工艺等都发生了深刻的变化，也改变了人们对它进行认识、分析和综合的方式方法。6第一章电磁阀体中心孔加工工艺1.1 零件分析对生产纲领 5 万件/年的电磁阀体加工属于大量生产，为了提高劳动生产效率，减轻工人的劳动强度，保证产品质量，采用高效专用机床及自动化机床，按流水线或自动线依据工序对工件进行加工，为了实现工序自动化或建立自动线，应实行机床加工循环自动化，一般可通过机械、电气、液压、气压等控制实现自动化循环。电磁阀是用来控制流体的自动化基础元件，属于执行器；并不限于液压，气动。电磁阀用于控制液压流动方向，工厂的机械装置一般都由液压缸控制，所以就会用到电磁阀。 电磁阀的工作原理，电磁阀里有密闭的腔，在的不同位置开有通孔，每个孔都通向不同的油管，腔中间是阀，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边，通过控制阀体的移动来档住或漏出不同的排油的孔，而进油孔是常开的，液压油就会进入不同的排油管，然后通过油的压力来推动油刚的活塞，活塞又带动活塞杆，活塞杆带动机械装置动。这样通过控制电磁铁的电流就控制了机械运动。1.2 明确设计要求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、转动或摆动)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)其它方面的要求，如液压装置在重量、外形尺寸、经济性等方面的规定或限制。71.3对电磁阀总体加工工艺方案的设计1.3.1.确定毛坯的制造形式零件的材料为 HT200 的灰铸铁。由于零件的生产纲领为 5 万件/年，属于大量生产，而且零件的轮廓尺寸不大， 为了提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度，保证产品的质量，采用砂型压实型铸造。1.3.2基准的选择（1）粗基准的选择：对于一般的阀体类零件而言，以面作为粗基准是完全合理的。采用完全定位即可。（2）精基准的选择：精基准是选择主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算。1.3.3加工 25 公升电磁阀体的 55 毫米的四个平面铣削部分根据工件的特点和需要本机床由左、右两端各二个铣削头组成,分别进行粗铣和精铣两道工序。工件穿入心轴后装入夹具体内,本机床一次可装三个工件,一次走刀完成两平面的粗、精加工工序。工件材料:HT21-40工件硬度:HB170-241刀具:直径 90mm 镶硬质合金端面铣刀被加工阀体面单向余量:rl21则 FK 309.164算得：FK1.0510 11（N）FK4 51算得结果为：0.262510 11FR所以，稳定性验算结果满足要求则 液压缸在不同工作阶段的压力、流量和功率值为表 32液压缸在不同工作阶段的压力、流量和功率值为工况 负载 回油腔压力 进油腔压力 输入负载 输入功率启动 1333.4 P20 0.35加速 1063.5 0.29快进恒速 666.7P2=P1+P0.18 27 0.081工进 4226.7 0.8 1.08 0.5 0.009快退 启动 1333.4 P2=0 0.3319加速 1063.5 0.28恒速 666.70.50.17 28 0.0793.4 液压缸的组成：通常它主要是由缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置和排气装置五个部分组成的。但是根据工作具体情况的需要，在此次设计中没有设置缓冲装置都已经达到工作的3.4.1 缸筒和缸盖的联接如图所示：图 33缸筒和缸盖的联接一般地说，缸筒和缸盖的结构形式和其使用的材料有关。工作压力 P10MPa 时使用无缝钢管，这里所用的联接形式为半环连接式，它的缸筒壁部因开了环形槽而削弱了强度，为此有时要加厚缸壁，它容易加和装折，重量较轻，常用于无缝钢管或锻钢制的缸筒上。3.4.2活塞和活塞杆的联接活塞和活塞杆的联接形式有很多，这里所用的联接是螺纹式连接，它结构简20单，装折方便，但在高压大负载下需备有螺帽防松装置。活塞一般用耐磨铸铁制造，活塞杆是采用空心的，用钢料制造。螺纹联接形式采用类似的如图所示3.4.3液压缸的密封：图 35液压缸密封图通常中用形密封，它是利用橡胶或塑料的弹性使各种截面的环形圈幔在静、动配合面之间、缸盖和活塞杆之间、活塞和活塞杆之间、缸筒和缸盖这间都能使用。对于活塞杆外伸部分来说，由于它很容易把脏物带入液压缸，使油液受污染，使密封件磨损，因此常需要在活塞杆密封处增添防尘圈，并在向着活塞杆外伸的一端。图 34活塞和活塞杆连接图213.5液压系统图的拟定3.5.1 液压回路的选择首先选择调速回路，由图可知，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，可采用进口节流的调速形式，为了解决进口节流的调速形式，为了解决进口节流调速在孔钻通时的滑台突然前冲现象，回油路上要设置背压阀。快进、快退时工进所花的时间为：T1= （37）3Vl代入数据：T1 1073607）（算得：T12.32(s) 0.35 0.290.181.080.330.280.17进油图图 3液压进油图270.528输入流量图图 37液压流量图220.0810.0090.079功率图图 38液压功率图T2= 10568.3算得：T213.74（s）则 92.51t其速比为： 21A代入数据算得： 206.45783.5.2 缸筒厚度 （38）21DP查液压传动控制骆简文，主编 重庆大学出版社 P69 (412 式)Py1.25Pn Pn16MPa 时则 5102.算得：3.68mm 取 5mm因本缸属于中低压系统它的强度已足够，不需要进行校核则 缸的外径为：10025110mm233.5.3螺栓的计算固定螺栓直径按式计算：ds （39）2.5ZKF(查液压传动机械工业出版社 P 25 52 式)其中： F 为液压缸负载 Z 为固定螺栓个数 K 为螺栓拧紧系数 一般 K 取1.121.5 s为材料屈服极限5.21s则 ds= 21084.37.6算得：ds20.7mm查 液压传动北京理工大学出版社 李寿刚 编 P93查得： 缸筒材料多用无缝钢管，若缸筒上焊有缸底，耳轴等零部件时，缸筒用 35 号钢，并需调质处理，若缸筒上无焊接零件，则用 45 钢调质，若缸筒有内部油道，常用铸钢。缸筒内径和活塞用 配合，表面粗糙度 0.40.1,缸筒内表面研磨，珩磨或滚压，97fH直径的圆度不大于直径公差之半，轴线的直径线度在 500mm 长度上不大于 0.03mm 端面对轴线的垂直度 100 以上应小于 0.04mm，缸体内孔与螺纹或卡环的同轴度先差为0.020.05mm活塞材料通常用耐磨铸铁，个别用铜（在外径上套尼龙 66 或尼龙 101 耐磨环）其主要的两个问题是活塞和缸筒之间的密封以及活塞杆的连接和密封，活塞和活塞杆之的密封多用 O 形密封圈。3.5.4端盖厚度计算（310）bemHdDph2前面算得：De=200mm dH=150mm db=24mm d1=115mm d2=125mmd=100mm 代入数据算得：h=0.11 3102410254108. 24h=0.0061m(即取 h=7mm)平底缸进度计算： 43.0Pdh代入数据算得： 4108.9.算得：h=7.722mm (即取 h=8mm)3.5.5缸体连接计算缸体端部采用螺纹连接进其强度计算为：螺纹拉应力：2120)(4DdKP（311）代入数据算得：20.54.76）（算得： 216螺纹处剪切应力计算：3301.0）（ DdKP（312）代入数据算得： 33052.7.46）（算得： 7.则 2F（313）代入数据算得： 22F7.3.16算得：408.F（其中： 许用应力（MPa） ; 缸体材料的屈服极限（MPa）; nnn 为安全系数 n=1.22.5; P 液压最大推力; D 缸内径; 25K1 螺纹内摩擦系数 K10.072; d0:螺纹直径; d1:螺纹内径; t:螺距（m）; K：拧紧螺纹系数 K1.251.5.）缸体法兰连接的螺纹计算：螺栓的强度计算：螺纹处的拉应力：（314）22104(）ZdP代入数据算得： 85.37.62 4螺纹处的剪切应力：（315）2310.KP） （ Zd代入数据算得： 2310)8502.7.46(算得：其合成为：73.43543缸体焊接计算：（316）2102)(dDP代入数据得： 221054.37.6）（算得：71因 6. )430(n 则焊接合格3.5.6 液压回路的选择：26首先选择调速回路，由其前面的工况图得：这台机床系统的功率大小，滑台运动速度低。工作负载变化不大，可采用节口节流调速回路。为解决进口节流调速回路在钻孔时的滑台，突然前冲现象，回油路上要设置背压阀。（注： 进油节流调速回路的使用普遍，但由于执行元件的回油不受限制，所以不宜用在超越负载（负载方向与运动方向相同）的场合。阀应安装在液压执行元件的进油路上，多用于轻载，低速场合，对速度稳定性要求不高时，可采用节流阀对速度稳定性要求较高时，应用调速阀该回路效率低功率损失大。 ）其次是选择快速运动和换向回路，系统中采用节流高速回路后，不管采用什么油源形式都必须有单独的油路直接向液压缸两腔以实现快速运动。图 310换接回路图(注： 换接回路的功用是使执行机构在一个工作循环中有一种运动速度换成另一运动速度。 ) 图示用行程程阀来实现快慢速度换接速度回路，当换向阀右位和行程阀下位接入回路中时，节流阀被短路，流入液压缸左腔的压力油使活塞快速向右运动。当活塞移动到挡块压下行程阀的位置时，行程阀关阀液压缸右腔的油液必须通过节流阀才能流图 3调速回路27回油箱，活塞运动转变为慢速工进，当换向阀在位接入回路时，压力油经单向阀进入液压缸右腔，活塞快速向左返回这种快慢换接过程比较平稳，活塞换接点较易控制，缺点是行程阀的安装位置不能任意布置，管路连接较为复杂，如将行程阀改用电磁阀，并通过挡块下的电气行程开关操作纵也可实现上述的快慢)自动换接，这样虽可灵活地布置电磁阀的安装位置，但换接平稳性和慢换接精度没有行程阀好！溢流定压回路：（注： 它是通过改变回路中流量控制元件通流截面积的大小来控制流入执行元件或自动执行元件流出流量以调节真运动速度，定压式节流调速回路的一般形式都是使用定量泵，并且必须并联一个溢流阀。 ）图 311溢流定压回路图卸荷回路：卸荷回路的功用是在液压泵驱动电机不须频繁启闭的情况下，使液压泵在零压或很低压力下运转，以减少功率损耗，降低系统发热，延长液压泵和电机的使用寿命。 把上面所选回路组合在一起，得到的图为则液压回路的综合：28图 312液压系统图表 33钻扩铰动作情况表电磁铁编号序号 动作名称 工位代号 记号来源1DT 2DT 3DT3 快进 1K3 4 工进 K7 5动力头快退 K8 6 停止 K10 3.6液压元件的选择3.6.1 选择液压泵液压泵是一种能量转换装置，它把驱动电机的机械能转换成输到系统中去的湍流的压力能，供液压系统使用。液压泵在整个工作循环中的最大工作压力 1.08MPa，如取进油路上压力损失为 0.8MPa,则流量泵的最大工作压力为：1.080.81.88MPa。供油时最大输入流量为 28Lmin 若回路中的泄漏按 10%的输入流量估计，则溢流阀的最小稳定流量为 2.8Lmin，而工进时输入的流量为 0.5Lmin 所以流量泵的最小规格为 3.3Lmin.根据以上压力和流量的数值查阅产品目录，最后确定选取 CBB4 单级齿轮泵主要技术规格为：型号：CBB4; 工作压力：25（公斤平方厘米）;转速 1450 转分 传动功率（千瓦）：0.21; 容积效率（ V）0.85; 重量：2.8 公斤 生产厂：上海机床厂取单级齿轮的总效率取 P0.75 则液压泵驱动电机所需的功率为：pqP（317）29代入数据算得：Kw1075.6283P根据此查阅电机产品目录最后选定 Y8012 型电动机。其主要技术数据为：额定功率：0.75Kw; 满载：2825; 额定转矩：2.2; 质量：16Kg同步转速：300r/min; 2 极齿轮泵的优缺点：外啮合齿轮泵的优点是结构简单，尺寸小，重量轻，制造方便，价格低廉，工作可靠，自吸能力强（容许的吸油真空度大） ，对油液污染不敏感，维护容易。它的缺点是一些机件承受不平衡径向力，磨损严重，泄漏大，工作压力的提高受到限制。此外，它的流量脉动大，因而压力脉动和噪声都较大。3.6.2 阀类元件及辅助元件液压阀的作用液压阀是用来控制液压系统中油液系统中的流动方向或调节其压力和流量的。一个形状相同的阀，可以因为作用机制的不同，而具有不同的功能。压力阀和流量阀利用截面的节流作用控制着系统的压力和流量，而方向阀则利用通流的更换控制着湍流的流动方向。这就是说，尽管液压阀存在着各种各样的不同的类型，它们之间还是保持着一些基本共同之点的。在结构上，所有的阀都由阀体、阀心（座阀或滑阀）和驱动心动的元、部件组成。在工作原理上，所有阀的开口大小，阀进、出口间的压差以及流过阀的流量之间的关系都符合孔口流量公式，仅是各种阀控制的参数各不相同而已。辅助装置的功用液压系统中的辅助装置，如蓄能器、滤油器、油箱、热交换器、管件等，对系统的动态性能、工作稳定性、工作寿命、温升等都有直接影响，必须予以重视。其中油箱须根据系统要求自行设计，其它辅助装置则做成标准件，供设计时选用。根据液压系统的工作压力和通过各个阀类元件和辅助元件的实际流量可选出这些元件的型号和规格：30表 34液压元件选择图序号 元件名称 估计通过流量型号 规格 生产厂家1 单级齿轮泵 CBB4 28Lmin 上海机床厂2 三位四通电磁阀 63 34E103 二位二通电磁阀（2）63 22D634 二位二通电磁阀（1）10 22D105 单向阀 1 63 I636 单向阀 2 63 I637 单向阀 3 25 I258 粗过滤器 32 XUB3210025Kg/cm29 溢流阀 4.5 YF3E10B 16MPa 10 通径10 压力表开关 KF3E3B 16MPa 3 测点11 调速阀 1(L/min) AXQF-E10B 16MPa 10 通径选择油管液压系统中使用的油管种类很多，如钢管、铜管、尼龙管、塑料管、橡胶管等，须按照安装位置、工作环境和工作压力来正确选用。油管的管径不宜选得过大，以免使液压装置的结构庞大，但也不能选得太小，以免使管内液体流速加大，系统压力损失增加或产生振动和噪声，影响正常工作。在强度保证的情况下，管壁可尽量选得薄些。薄壁易于弯曲，规格较多，装接较容易，采用它可减少管系统接头数目，有助于解决系统泄漏问题。液压系统中的泄漏问题大部分都出现在它管系中的接头上，为此对管材的选用，接头形式的确定（包括接头设计、垫圈、密封、箍套、防漏涂料的选用等） ，管系的设计（包括弯管设计、管道支承和支承形式的选取等）以及管道的安装（包括正确的运输、储存、清洗、组装等）都要仔细，以免影响整个系统的使用质量。31各元件间连接管道的规格按元件接口处尺寸决定，液压缸进出油管则按输入排出最大流量计算，由于液压泵具体选定之后，液压缸在各阶段进出流量已与原来数值不同，则需要重新计算，见表表 35元件选择后的工作情况表根据这些数值：当油液在压力管中流速取 3m/min 时，按液压传动式（78）算得和液压缸无杆腔和有杆腔相连油管内径分别为：mm 601378.2dmm 4算得：d=18.54mm d=9.86mm这两根管都按 JB82760 选用内径 10mm、外径 20 的无缝钢管选择油箱油箱的功用：油箱的功用主要是储存油液，此外还起着散发油液中的热量（在周围环境温快进 工进 快退输入流量21)(Aqp06.435780.5 311pq排出流量12Aq54.78603 12Aq6.078.45 21A78.6045.3 运动速度21VAqp.506478. 12VAq064.578. 213VAq 74.06 32度较较低的情况下是保持油液中热量） 、释出混在油液中的气体、沉淀油液中污物等作用。油箱容积按液压传动式（77）估算，当取 为 4 时，求得其容积为：L1284V按 GB287681 规定取最接近的标准值：取得：V125L3.7液压系统的性能验算3.7.1 回路压力损失验算由于系统的具体管路布置沿未确定，整个回路的压力损失无法估算，仅只阀类元件对压力损失造成的影响可以看出来，供调定系统中某些压力值时参考，这里估算从略。3.7.2油液温升验算工进在整个工作循环中所占的时间比例很大，所以系统发热和油液温升可用工时的情况来计算。工进时液压缸的有效功率为：（318）FVpqP20代入数据得：P0 41.658.723 则泵的总输出功率： 1Ppiq代入数据得：i31075.68=0.744Kw由此得液压系统的发热量为：Hi= 0P代入数据算得：Hi=0.744-0.041=0.703Kw按液压传动式（113）求出油液温升近似值： T 3210Vi代入数据得：33 T 3321057.28.1 度温升没有超出