卧式双面铣削组合机床液压传动

1、液压与气压传动课程设计任务书 系 别 机汽学院 专 业 机械制造及其自动化 班 级 机制1111班 姓 名 陈晨 目 录一、设计任务1二、工况分析1 2.1负载分析1 2.2液压缸参数计算 2三、拟定液压系统原理图3四、液压元件计算及选型8 4.1设计步骤 8 4.2滑台受力分析及其计算 9 4.3液压缸的设计 13 4.4夹紧缸参数的设计 17 4.5管件选择 20 4.6油箱的选择 20五、液压系统性能验算 21 5.1 计算系统的压力损失 21 5.2 验算 23六、参考文献 24七、小结 24一、设计任务：设计卧式双面铣削组合机床的液压系统。机床的加工对象为铸铁变速箱箱体，动作顺序为夹

2、紧缸夹紧工作台快速趋近工件工作台进给工作台快退夹紧缸松开原位停止。工作台移动部件的总质量为400kg，加、减速时间为0.2s。采用平导轨，静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1，夹紧缸行程为30mm，夹紧力为 800N。工作台快进行程为 100mm，快进速度为 3.5mmin，工进行程为 200mm，工进速度为 80300mmin，轴向工作负载为12000N，快退速度为6mmin。要求工作台运动平稳，夹紧力可调并保压。二、工况分析2.1负载分析根据加工要求，工件夹紧装置及滑台的快进工进快进停止，工件循环拟定采用液压传动方式来实现，故决定选取油缸做执行机构。 考虑到进给系统传动功率不大

3、，且要求低速稳定性好，以及滑台的速度调节，故拟定选用调速阀，单向阀组成的节流阀调速方式。 为了自动实现上述工作循环并保证滑台的行程在最大行程内（该行程并无过高的精度要求）拟定采用行程开关及电磁换向阀的控制顺序动作暂不考虑回油腔的背压力，液压缸的密封装置产生的摩擦阻力在机械效率中加以考虑。因工作部件是卧式放置，重力的的水平分力为零，这样需要考虑的力有：切削力，导轨摩擦力和惯性力。如果忽略切削力引起的颠覆力矩对导轨摩擦力的影响，并设液压缸的机械效率，则液压缸在各工作阶段的总机械负载可以算出，见表2-1。0表2-1 液压缸各运动阶段负载表工况负载组成负载值F/N推力起动800889N加速5

4、17574N快进400444N工进1240013778N快退400444N根据负载计算结果和已知的各阶段的速度，可绘制出负载图（F-l）和速度图（F-2） 图2-1负载图和速度图2.2液压缸参数的计算组合机床液压系统的最大负载约为14000N，初选液压缸的设计压力P1=3MPa，为了满足工作台快速进退速度要求，并减小液压泵的流量，这里的液压缸课选用单杆式的，并在快进时差动连接，则液压缸无杆腔与有杆腔的等效面积A1与A2应满足A1=0.37A2（即液压缸内径D和活塞杆直径d应满足：d=0.607D。为防止铣削后工件突然前冲，液压缸需保持一定的回油背压，暂取背压为0.5MPa，并取液压缸机械效率=

5、0.9。则液压缸上的平衡方程1故液压缸无杆腔的有效面积： 液压缸内径： 按GB/T2348-1980，取标准值D=80mm；因A1=0.37A，故活塞杆直径d=0.607D=50mm（标准直径）则液压缸有效面积为：差动连接快进时，液压缸有杆腔压力P2必须大于无杆腔压力P1，其差值估取P2P1=0.5MPa，并注意到启动瞬间液压缸尚未移动，此时P=0；另外取快退时的回油压力损失为0.5MPa。根据假定条件经计算得到液压缸工作循环中各阶段的压力.流量和功率，并可绘出其工况图表21液压缸在不同工作阶段的压力、流量和功率值工作阶段计算公式推力F（N）回油腔压力P2（MPa）工作腔压力P1（MPa）输入

6、流量q（L/min）输入功率P（KW）快进启动 8710 0.440 0 快进加速 566 1.57 1.07变化 变化快进恒速 436 1.5 1.00 6.86 0.114工进137690.83.2280.41.50.210.8快退启动 871 0 0.284 0 0快退加速 566 0.3 0.677 变化 变化快退恒速 436 0.3 0.634 18.378 0.194注：1.差动连接时，液压缸的回油口到进油口之间的压力损失. 2.快退时，液压缸有杆腔进油，压力为，无杆腔回油，压力为液压缸的工况图： 图2-2工况图 三、 拟定液压系统工作原理图 图3-1双面铣削组合机床液压原理图 表

7、3.1 动作顺序表1 夹紧工件按下启动按钮，5DT的得电，电磁阀左端接通，电磁阀7切换至左位，主油路的进油路：过滤器4-泵2-单向阀15电磁阀14左端单项节流阀12液压缸左腔。液压缸右腔回油单项节流阀13电磁阀14左端油箱。液压推动火塞向右移动至5J2 滑台快速趋近铣削头 1DT,3DT,4DT，5DT得电，电磁阀6接通，在电磁阀6切换至左端主油路进油路：过滤器4泵2电磁阀6左端二位二通换向阀7双杆活塞缸左腔。液压缸右腔回油二位二通换向阀11电磁阀6左端油箱。液压缸移动至1J3 滑台工进 1DT,4DT，5DT得电，电磁阀6左端接通；主油路进油路：过滤器4泵2电磁阀6左端调速阀8双杆活塞缸左腔

8、。液压缸右腔回油二位二通换向阀11电磁阀6左端油箱。液压缸移动至2J4 滑台快速离开铣削头1DT,3DT,4DT，5DT得电，电磁阀6接通，在电磁阀6切换至左端主油路进油路：过滤器4泵2电磁阀6左端二位二通换向阀7双杆活塞缸左腔。液压缸右腔回油二位二通换向阀11电磁阀6左端油箱。5 滑台停止夹松6DT得电，电磁阀14右端通电，主油路的进油路：过滤器4泵2单向阀15电磁阀14右端单向节流阀13液压缸右腔。液压缸左腔回油单向节流阀12电磁阀14右端油箱。滑台松开工件6 夹紧工件 5DT的得电，电磁阀左端接通，电磁阀7切换至左位，主油路的进油路：过滤器4-泵2-单向阀15电磁阀14左端单项节流阀12

9、液压缸左腔。液压缸右腔回油单项节流阀13电磁阀14左端油箱。液压推动火塞向右移动至5J7 滑台反向快进铣头2DT,3DT，4DT,5DT得电，电磁阀6接通，在电磁阀6切换至右端主油路进油路：过滤器4泵2电磁阀6右端电磁换向阀7双杆活塞缸右腔。液压缸左腔回油二位二通换向阀7三位四通电磁阀6右端油箱。液压缸移动至3J8 滑台反向工进2DT,3DT，4DT，5DT得电，电磁阀6右端接通；主油路进油路：过滤器4泵2电磁阀6右端调速阀11双杆活塞缸右腔。液压缸左腔回油二位二通电磁阀7-三位四通电磁阀6右端-油箱液压缸移动至4J9 滑台反向快离铣头2DT,3DT,4DT,5DT得电，电磁阀6接通，在电磁阀

10、3切换至右端主油路进油路：过滤器4泵2电磁阀6右端二位二通电磁阀11双杆活塞缸右腔。液压缸左腔回油二位二通电磁阀7电磁阀6右端油箱。10 滑台停止夹松6DT得电，电磁阀14右端通电，主油路的进油路：过滤器4泵2单向阀15电磁阀14右端单向节流阀13液压缸右腔。液压缸左腔回油单向节流阀12电磁阀14右端油箱。滑台松开工件11 卸荷 1DT,2DT,5DT,6DT断电，阀6阀14处于中立，泵2卸载 四、计算和选择液压元件4.1 设计步骤4.1.1 铣刀选择工件材料：灰铸铁HBS=190，铣刀类型：端面铣刀，刀具材料：高速钢（不用切削液） 铣刀参数；查1 p9-105公式 V=（3-1）查1 表9.

11、4-8得 =23 =0.2 =0.1 =0.4 =0.1 =0.1 m=0.15 =1.0 查表1 9.4-1得：=0.12mm/z查1 表 9.2-11得：铣刀直径：铣刀直径：D=250mm Z=26 =4.7mm代入公式（3-1）V=37.78m/min4.1.2 铣刀转速计算查2p53 n= (3-2)代入（3-2）计算：n=30.08r/min4.1.3 铣削力计算查1 表P9-109公式得：=（3-3）查1 表9.4-10= 294 =1.0 = 0.65 =0.83 =0 =0.83又Z=26 =4.7mm =0.12mm =1.0 n=30.08r/min代入公式（3-3）得：=

12、467.61N铣削力与的关系：逆铣: =1.0-1.2 顺铣： =0.8-0.9逆铣时，取=1.1；顺铣时，取=0.8=1.1467.61=514.37N =0.8467.61=374.09N铣削力与的关系：逆铣=0.2-0.3 顺铣=0.75-0.80逆铣时，取=0.25 顺铣时，取=0.775=0.25467.61=116.90N =0.775467.61=362.40N4.2 滑台受力分析及其计算a,滑台和夹具及工件的最大总和质量M=700(kg)b, 液压动力滑台为矩凹槽平导轨,静摩擦系数f1=0.27；动摩擦系数f2=0.18 c, 运动过程速度切换的加、减速度时间t=0.05(s)

13、。滑台受力情况。见 图3-1 图4-1 滑台受力分析 系统功能设计：（1） 工况分析摩擦力F=Mg=0.27 7009.8=1852.2N =Mg=0.187009.8=1234.8N 工进，工退时所需推动 =（Mg-）=0.18（7009.8-116.90）=1213.76（逆铣） =(Mg+)=0.18 (7009.8+362.40)=1300.03（顺铣）=M=700=956.67N V1= V2 =956.67 = M=700=816.67N=816.67N工作台液压缸外负载计算结果见表3-1表4-1液压缸负载工况 计算公式及数据液压缸负载（N）启动F=F=1852.2N1852.2N

14、加速F=+=2051.47N2051.47N快进F=1234.8N1234.8N工进 F=-=925.94N925.94N快进 F=1234.8N1234.8N启动F=F=1852.2N1852.2N加速F=+=2051.47N2051.47N快退F=1234.8N1234.8N工退 F=+=1728.13N1728.13N快退F=1234.8N1234.8N工进速 度=0.122630.08=93.85mm/min0.094m/min根据表3-1即可绘制出图3-2 液压缸L-t图 v-t图和F-t图图4-2 液压缸L-t图 v-t图和F-t图根据图3-2所示，可知：=0.12*26*30.0

15、8=93.85mm/min恰好满足设计要求工作时运动速度范围80-300mm/min4.3液压缸的设计：4.3.1 液压缸参数计算由前面的计算知，液压缸的最大负载F=2051.47N，当=1时，液压缸的推动=2051.47N查2p188，表8-1，初定液压缸的工作压力为 =1MPa 4.3.2 确定液压缸的主要结构尺寸，初选油缸的工作压力表4-1 按负载选择工作压力负载/ KN<5510102020303050>50工作压力/Mpa<0.811.522.5334455表4-2 各种机械常用的系统工作压力机械类型机 床农业机械小型工程机械建筑机械液压凿岩机液压机大中型挖掘机重型

16、机械起重运输机械磨床组合机床龙门刨床拉床工作压力/MPa0.82352881010182032查3 p127，见表4-1，可选双杆活塞缸，活塞固定，缸移动即两缸的工作面积相等，在端面加工时，液压缸回路油上必须有背压，为防止滑台突然前冲，有表4-2，可取=0.5MPa根据活塞受力平衡得：查4p24 公式： A=A+ （4-1）A=41.02A=取d=D/D=51.12mm d=36.15mm按GB/T2348-1993将所计算的D与d值分别圆整到相似的标准直径，以便采用标准的密封装置。圆整后得：D=63MM d=40MM液压缸的实际有效面积为=A=(-)=2311.86mm=18.6 当活塞缸自

17、傲稳定状态下仅承受轴向载荷时，活塞杆直径按简单拉压强度计算：查2p52 d= （4-2） 取110MPa代入（4-2）得： d=0.0048m=5mm查2p52 （4-3）=1.5=1.51.0=1.5MPa代入公式（4-3）=0.4mm取整由于活塞杆是固定的，所以活塞杆强度和稳定性符合要求。根据上述假定条件经计算得到液压缸工作循环中各阶段的压力，流量和功率（见表4-1），并绘出其工况图（图4-1）表4-1 液压缸工作循环中各阶段的压力，流量和功率工 况负载F(N)回油腔压力（mpa）进油腔压力(MPa)输入流量Q()输入公率P(W)计算公式Q=A=AQ=A,P=顺 铣启动1852.2N00.

18、99-加速2051.47N 0.51.60-快进1234.8N 0.51.136.51122.6工进925.94N 0.50.990.172.8快进1234.8 0.51.136.51122.6 逆 铣 启动 1852.2N 00.99-Q=A=AQ=A,P=加速2051.47N 0.51.60-快退1234.8N 0.51.137.6143.1工进1728.13N 0.51.420.174.02快退1234.8N 0.51.037.6143.1注A=16.8cm=16.8*m V1= V3 =3.5m/min ， V4= V6=4.1m/min =0.094m/m图4-3液压缸工作缸工况图4

19、.4夹紧缸参数的设计（1）液压缸直径及活塞杆直径设计 参数取=3MPa =0.5MPa 最小夹紧力N=8000N-()8000 取 0.090M 取=100mm， d2=80mm=28.26cm（2）活塞杆直径按简单拉压强度计算：查4p15 d= （4-1） 取110MPa代入公式（4-1）得：d=0.03m=30mm已求得d=50mm故满足要求。 查4p15 （4-2）=1.5=1.5 3=4.5MPa代入公式（4-2）得：=0.002mm 取=3mm由以上校核知液压缸及活塞杆的强度均满足要求的选择取压力损失0.5MPa, 由液压的工况图可知液压缸的最高工作压力出现在快进上p=1.6Mpa

20、泵的最大工作压力=1.6+0.5=2.1MPa液压缸最大流量为6.51L/min泵的总流量为：=1.1 7.6=8.3L/min查5p87 选择：Y-6.3型单级叶片泵能满足上述估算得到的压力和流量要求：该泵的额定压力为6.3Mpa，公称排量V=6.3mL/min 额定转速为n=1450r/min.估计泵的容积效率为=0.85，当选用n=1400r/min的驱动电动机时，泵的流量为=Vn=6.3*1400*0.85=7.41L/min由工况图可知，最大功率出现在逆铣的快进，快退阶段，查5 p87取泵的总效率为=0.75则P=169.38w查5p175表1-99 选用电机型号：Y90s-4型封闭

21、式三相异步电动机满足上述要求，其转速为1400r/min额定功率为1.1KW 根据所选择的液压泵规格及系统工作情况，可算出液压缸在各阶段实际进出流量，运动速度和持续时间（见表4-2），从而为其他液压元件的选择及系统的性能计算奠定 基础。表4-2 液压缸在各阶段的实际进出流量，运动速度和持续时间工作阶段流量（L/min）速度（m/s）时间（s） 顺 铣快进 6.5 V=/A=0.05=0.035min工进 0.17V=/A=0.002=8.5min快进 6.5 V1=/A=0.05=0.035min 逆 铣快退 7.6V=/A=0.068=0.03min工退 0.17V=/A=0.002=8.5

22、min快退 7.6V=/A=0.068=0.03min（3）液压控制阀和部分液压辅助元件 根据系统工作压力与通过各液压控制阀及部分元件的最大流量，查5所选择的元件型号规格如表4-3所示表4-3 铣床在液压系统中控制阀和部分元件的型号规格序号名称通过流量（L/min）额定流量（L/min）压力损失型号规格 1过滤器7.6160.2XU-B16*100 2二位二通换向阀7.6150.14WE6.0/A 3三位四通电磁阀7.6150.24WE5E6.0/A 4溢流阀7.6150.2D型直动式溢流阀 5单项阀7.6150.2S10P0 6压力蓄电器-0.3-4- DP-40B 7单向节流阀 7.610

23、0.2SRCG03HBBBBBBBBBBBBBBSRCG03 8三位四通电磁阀7.6150.24WE5E6.0/A 9调速阀6.5100.52FRM54.5 管件的选择 由表4-3知油管的实际最大流量为7.6L/min,查5表5-2 可取油管的允许流量为4m/min查4p17（1-10）可算出油管的管径d d=6.4mm可取内径为10mm，外径为18mm根据推荐可选10号无缝钢管，查6p352 可得钢管的抗拉强度为412MPa安全系数n=8查4p17（1-11）对管子进行校核：所选的管子管厚安全。 其他油管，可直接按所连接的液压元，辅件的接口尺寸决定其管径大小。4.6 油箱的选择查4p18 公

24、式1-12 取=6，按式算的液压系统中的邮箱容量为 V=q=6*7.6=45.6L五、液压系统性能验算由于本系统的油管布局尚未确定，故只能估算阀类元件的压力损失。估算时，首先确定管道内液体流动状态，然后根据公式计算各种工况下的压力损失，现取进，回油管的长为l=2mm，油液运动黏度去v=1 油液的密度取判断流量状态在逆铣时的，快进快退时回油量最大q=7.6L/min，此时的油液雷诺数查7p175 （7-1）代入公式（7-1）得：=506.6也为最大。因为最大的雷诺数小于临界雷诺2000，故可推出：各工况下的进，回油路中的油液的流动状态全为层流。5.1计算系统的压力损失将层流动状态沿程阻力系数 =

25、和油液在管道内流速 同时代人沿程压力损失计算公式得： 0.87 q可见，沿程压力损失的大小与流量成正比，这是有层流流动所决定的。 在管道结构尚未确定的情况下，管道的局部压力损失 即 计算各工况下的阀类元件的局部压力损失 液压系统在快进，工进和快退工况下的压力损失计算如下：5.1.1 快进 =0.87 q=0.87 =0.11MPa =0.1 0.11MPa=0.011MPa= =0.101MPa=+ =0.11+0.011+0.101 =0.323MPa在回油路上，压力损失分别为=0.87 q=0.87 =0.11MPa =0.011MPa=0.5 =0.262MPa=+ =0.11+0.011+0.262 =0.482MPa=+ =0.323+0.482 =0.805MPa此值与上面计算的数值基本相符，故不必重算5.1.2 工进 油液通过电磁阀3，调速阀8，调速阀9进入液压缸，在回路上，油液通过单向阀5，电磁阀3.若忽略管道的沿程损失和局部损失，则进油路上的总压力损失为 =0.2 =0.262MPa 在回油路中的压力损失为 =0.262MPa5.1.3 快退由于快进时与快退时的输入流量相同且快进快退所用的液压器件相同所以快退时的进油路上的压力损失即为快进时回油路上的压力损失 =0.482MPa回油路压力损失即为快进时进