组合机床液压系统设计液压课程设计

攀枝花学院学生课程设计（论文）题目： 组合机床液压系统设计学生姓名：XXXXXXX学号：空所在院（系）： 机电工程学院专业： 机械设计制造及其自动化班级：09级机制一班指导教师： XXXX职称： 副教授二O一二年六月十五日

攀枝花学院教务处制攀枝花学院本科学生课程设计任务书题目 组合机床液压系统设计1、课程设计的目的学生在完成《液压传动与控制》课程学习的基础上，运用所学的液压基本知识，根据液压元件、各种液压回路的基本原理，独立完成液压回路设计任务；从而使学生在完成液压回路设计的过程中，强化对液压元器件性能的掌握，理解不同回路在系统中的各自作用。能够对学生起到加深液压传动理论的掌握和强化实际运用能力的锻炼。2、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）设计一台用成型铳刀在加工件上加工出成型面的液压专用铳床，工作循环：手工上料一一自动夹紧一一工作台快进一一铳削进给一一工作台快退一一夹具松开一一手工卸料。系统参数如附表序号41列数据。题号（）完成设计计算，拟定系统方案图，确定各液压元件的型号及尺寸，设计液压缸。3、主要参考文献[1]章宏甲主编，《液压与气压传动》，机械工业出版社出版2007.1[2]路甬祥主编.液压气动技术手册.北京.机械工业出版社.2002[3]雷天觉主编.液压工程手册.北京.机械工业出版社.19904、课程设计工作进度计划内容学时明确机床对液压系统的要求，进行工作过程分析4初步确定液压系统的参数，进行工况分析和负载图的编制14确定液压系统方案，拟订液压系统图4确定液压制造元件的类型并选择相应的液压元件，确定辅助装置4液压系统的性能验算2液压油箱的结构设计，制图及编制技术文件12合计1周指导教师（签字） 日期 年月日教研室意见：年月日学生（签字）:接受任务时间： 年月日注：任务书由指导教师填写。摘要攀枝花学院课程设计（论文）摘要摘要目前，液压系统被广泛应用在机械、建筑、航空等领域中，成为一种新型的动力源。由于液压元件的制造精度越来越高，再配合电信号的控制，使液压系统在换向方面可以达到较高的频率。不管是在重型机械和精密设备上都能满足要求。液压系统本身有较多的优点，比如：在同等的体积下，液压装置产生的动力更大；由于它的质量和惯性小、反映快，使液压装置工作比较平稳；能够实现无级调速，特别是在运动中进行调速；液压装置自身能实现过载保护；实现直线运动远比机械传动简单。但是液压传动对温度的变化比较敏感，不宜在很高或很低的温度下工作。液压系统应用在机床上，实现对工作台和夹紧工件的循环控制起着重要的作用。对铳削类组合机床，运用液压来控制运动循环，结构简单，所占空间小，而且能满足较大的切削负载要求。关键词：液压系统，组合机床，运用摘要攀枝花学院课程设计（论文）摘要AbstractAtpresent,thehydraulicsystemarewidelyusedinmachinery,construction,aviation,etc,becomeakindofnewtypeofpowersupply.Becausethemanufacturingprecisionofthehydraulicelementmoreandmorehigh,combinedwithelectricalsignalcontrol,hydraulicsysteminthereversingofthehigherfrequency.Whetherinheavymachineryandprecisionequipmentcanmeettherequirements.Hydraulicsystemitselfhasmoreadvantages,suchas:inthesamevolume,hydraulicdevicethepowergeneratedlarger;Becauseofitsqualityandtheinertiasmall,reflectingthequickly,makehydraulicequipmentworksmoothly;Canrealizesteplessspeedregulation,especiallyinthemovementspeed;Hydraulicdeviceitselfcanrealizeoverloadprotection;Realizethelinearmotionthansimplemechanicaltransmission.Buthydraulictransmissionismoresensitivetotemperaturechanges,notinveryhighorverylowtemperatures.Hydraulicsystemusedinthemachine,andtorealizetheclampingworkpiecetableandthecyclecontrolplayanimportantrole.Ofmillingclasscombinationmachinetools,usinghydraulicpressuretocontrolmovementcycle,simplestructure,accountingforthespaceislittle,andcanmeettherequirementsofthelargercuttingload.Keywords:hydraulicsystem,combinationmachinetools,use攀枝花学院课程设计（论文） 目录目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"摘要 3\o"CurrentDocument"1方案的确定 7\o"CurrentDocument"整体性分析 7\o"CurrentDocument"拟定方案 7\o"CurrentDocument"比较方案并确定方案 8\o"CurrentDocument"2工况分析 8\o"CurrentDocument"运动参数分析 8\o"CurrentDocument"动力参数分析 8\o"CurrentDocument"负载图和速度图的绘制 9\o"CurrentDocument"3液压缸尺寸和所需流量 10\o"CurrentDocument"液压缸尺寸计算 10\o"CurrentDocument"确定液压缸所需流量 10\o"CurrentDocument"夹紧缸的有效面积、工作压力和流量的确定 11\o"CurrentDocument"4拟定液压系统图 12\o"CurrentDocument"确定执行元件类型 12\o"CurrentDocument"换向方式确定 13\o"CurrentDocument"调速方式的选择 13快进转工进、一工进转二工进控制方式的选择 13\o"CurrentDocument"终点转位控制方式 13\o"CurrentDocument"快速运动的实现和供油部分的设计 13\o"CurrentDocument"夹紧回路的确定 135选择液压元件的确定辅助装置 14选择液压泵 14\o"CurrentDocument"电机的选择 15\o"CurrentDocument"选择阀类元件 15\o"CurrentDocument"确定油管尺寸 16\o"CurrentDocument"6油箱的设计 17目录攀枝花学院课程设计（论文）目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"油箱容量的确定 17\o"CurrentDocument"估算油箱的长、宽、高 17\o"CurrentDocument"确定油箱壁厚 17\o"CurrentDocument"确定液位计的安装尺寸 17\o"CurrentDocument"隔板尺寸的计算 17\o"CurrentDocument"油箱其他附件的选择 17\o"CurrentDocument"7液压系统的性能验算 18验算系统压力损失和确定压力阀调定值 18油液温升验算 20油液温升验算 20油液温升验算 21\o"CurrentDocument"结论 22\o"CurrentDocument"参考文献 23方案的确定方案的确定攀枝花学院课程设计（论文）题目五：组合机床液压系统设计试设计立式组合机床的液压系统。已知切削负载为29863牛，滑台工进速度为50毫米/分，快进和快退速度为6.8米/分，滑台（包括动力头）的重量为131247牛，往复运动的加速（减速）的时间为^t=0.05秒，滑台用平面导轨，静摩擦系数f=0.2,动摩擦系数fd=0.1，快进行程为121毫米，工进行程为62毫米。1方案的确定整体性分析要求此液压系统实现的工作循环是：工件夹紧一工作快进一工作台工进一＞工作台快退一工作台原位停止一►工件松开一►液压泵卸荷。滑台的重量为131247N,快进快退的速度6.8米/分，滑台工进速度50mm/s，快进行程121mm,工进行程62mm,切削负载为29863N.对于立式组合机床的液压系统而言，加工的零件需要精度高，定位准确。所以整个系统的设计要求定位精度高，换向速度快。在设计阀的时候，考虑这些方面变的尤其重要，要考虑到工作在最低速度时调速阀的最小调节流量能否满足要求。在行程方面，应该比要求的工作行程大点，包括工作行程、最大行程和夹紧缸行程，主要是考虑到在安全方面和实际运用中。在压力方面也要考虑到满足最大负载要求。而且在液压系统能满足要求的前提下，使液压系统的成本较低。拟定方案方案一液压系统中工作台的执行元件为伸缩缸，工件的夹紧用单杆活塞缸；工作台采用节流阀实现出油口节流调速，用行程阀实现工作台从快进到工进的转换，在工进回路上串接个背压阀；为了防止工件在加工过程中松动，在夹紧进油路上串接个单向阀；工作台的进、退采用电磁换向阀；夹紧缸的夹紧与放松用电磁阀控制。方案二液压系统中工作台的执行元件为单杆活塞缸，工件的夹紧也采用工况分析攀枝花学院课程设计（论文）工况分析单杆活塞缸；工作台采用调速阀实现进油口节流调速，也采用行程阀实现工作台从快进到工进的转换，工进时，为了避免前冲现象，在回路上串接个背压阀;夹紧缸上串接个蓄能器和单向阀，避免工件在加工过程中松动；工作台的进、退换向采用电液换向阀，工作台快进时，采用差动连接；夹紧缸的夹紧与放松用电磁阀控制。比较方案并确定方案单杆活塞缸比伸缩缸结构简单，价格便宜，易维护，而且也能满足要求；调速阀的性能比节流阀稳定，调速较好，用于负载变化大而运动要求稳定的系统中；采用出油口调速回路中油液通过节流阀产生的热量直接排回油箱散热；夹紧缸进油口处串接蓄能器，更好的保证工件的夹紧力，使工件在加工过程中始终在夹紧状态。电液换向阀的信号传递快，配合液压动力的输出力大、惯性小、反映快的优点使控制灵活、精度高、快速性好。综上比较选择方案二较好。2工况分析运动参数分析首先根据主机要求画出动作循环图（图一）。夹紧快进工进快 快退放松图一动力参数分析计算各阶段的负载工作负载：由已知条件可知切削力Ft=29863N。工况分析攀枝花学院课程设计（论文）工况分析惯性负载:29863 X惯性负载:29863 X9.86.80.05x60二6907.09N（参考机床的工作台加速时间，取At=0.05s）阻力负载：静摩擦阻力F=0.2X131247=26249.4N动摩擦阻力F'=0.1x131247=13124.7N（滑动导轨：铸铁对铸铁一启动低速时u=0.1〜0.20,v<0.16m/s）表1液压缸在各个工作阶段的负载值其中"m=0.9工况负载组成 m 负载值（N）推力F/“m（N）夹紧6907.09快起动F=Ffs2624.942916.6加速F=FJFm8261.799146.4进快进F=Ffd13124.714583工进工进F=Fd+F42987.747764快退F=Ffd13124.714583负载图和速度图的绘制负载图按上面的数值绘制，如图2所示。速度图按已知数值v=v=6.8m/min，工进的速度v?=62mm/min。攀枝花学院课程设计（论文）液压缸尺寸和所需流量3液压缸尺寸和所需流量液压缸尺寸计算工作压力的确定：工作压力可根据负载和主机类型确定，由（书）表11-3得出:p=4MP计算液压缸尺寸:由于立式组合机床工作台快进和快退速度相同，因此选用单杆活塞式液压缸，并使4=2A2，快进时采用差动连接，因管路中有压力损失，快进时回油路压力损失取Ap=5X105Pa,快退时回油路压力损失亦取Ap=5x105Pa。工进时，为使运动平稳，在液压缸回路油路上须加背压阀，背压力值一般为(5~10)X105P，选取背压p=6X105Pa。131247=0.035(m2)根据pA=pA+F131247=0.035(m2)D=p-0.5P 4X106—0.5x6X105D=J4X°.03547=0,212(m)3.1410液压缸尺寸和所需流量攀枝花学院课程设计（论文）液压缸尺寸和所需流量根据GB2348-80圆整成就近的标准值，得D=220mm，液压缸活塞杆直径D220d=D==220155.56mm，根据GB2348-80就近圆整成标准值d=160mm。TOC\o"1-5"\h\z<2 22缸径、杆径取标准值后的有效工作面积：兀 兀无杆腔有效面积A=—D2=-义220*220氏3799mm2兀 兀活塞杆面积 A=—d2=—x160c1682009mm23 4 4有杆腔有效面积A2 =A1-A3 =37994-20096=17898mm2确定液压缸所需流量Q快进=Ay快=37994x10-6x6.8=258359x10-6m3/min=258.36L/minQ=AV=1789X8-1X）W.8121760m10= /miL121.71/min快退2快Q工进=A1V工进=37994x10-6x0.05=1899.7x10-6m3/min=1.90L/min夹紧缸的有效面积、工作压力和流量确定确定夹紧缸的工作压力：根据最大夹紧力，由《液压传动》中的表11-2（书）取工作压力P=4MPa。计算夹紧缸有效面积、缸径和杆径： 夹夹紧缸面积A=F夹=131247=32812x10-6m2夹P 4x106夹十反左「击々八 '4A '4x32812x10-6夹紧缸直径D=j——英=' =0.205m=205mm夹、冗 3.14取标准值D夹=220mm活塞杆直径，一般取0.5D夹。d夹=0.5xD夹=0.5x220=110mm取标准值d夹=32mm计算夹紧缸的流量：30x10-3Q=AxV=32812x10-6x 六0.99L/min夹夹夹 1s液压缸回油路上有背压P2，保证速度平稳。根据《现代机械设备设计手册》中11

拟定液压系统图攀枝花学院课程设计（论文）拟定液压系统图推荐值，取P2=0.8MPa,快进时液压缸虽做差动连接，但油管中有压降口p，取口p=0.5MPa。快退市油腔中有被压，这时可取口p=0.6MPa根据上述计算数据，可估算液压缸在各个工作段中的压力、流量和功率，如下表所示：表2工况推力F/N回油腔压力p2/MPa进油腔压力pjMPa输入流量q/LDmin-输入功率P/KW计算式夹紧690703.50.990.057P=pxq快进起动291700.145p1=(F+A2AP)/(4—A2)q=(A]-AJ匕P=p1q加速9146p=p+ApAp=0.5MPa0.9恒速145831.171132.52.58工进j［工收・汪二47764叼弓 i:.;cjy0.8■D.3BB1.631.8990.052p=(F+pA)/A1 22 1q=AV12P=pq1快退.15190170n-fnp=(F+pA)/A1 22 2q=AV24P=pq1A3动!.00.163加］速91460.6f1.1117LJ,C.恒逊145830.661.415107.32.534拟定液压系统图确定执行元件类型：工作缸：根据组合机床特点和要求、=，，所以选用无杆腔面积等于两倍的有杆腔面积的差动液压缸。 退夹紧缸：由于结构上的原因和为了有较大的有效工作面积，也采用单杆活塞液压缸。12拟定液压系统图攀枝花学院课程设计（论文）拟定液压系统图换向方式确定为了便于工作台在任意位置停止，使调整方便，所以采用三位换向阀；为了便于组成差动连接，应采用三位五通电液换向阀。阀的中位机能的选择对保证系统工作性能有很大作用，为了满足本专机工作位置的调整方便性和采用液压夹紧的具体情况，决定采用“Y”型中位机能。调速方式的选择在组合机床的液压系统中，进给速度的控制一般采用节流阀或调速阀。根据洗削类专机工作时对低速性能和速度负载特性都有一定的要求，因此决定采用调速阀进行调整。为了便于实现压力控制，采用进油节流调速，同时为了满足低速进给时平稳性，以及避免出现前冲现象，在回路上设有背压阀。快进转工进为了保证转换平稳、可靠、精度高，采用行程阀控制快进转工进的控制。终点转换控制方式的选择采用行程开关和加死挡块控制。快速运动的实现和供油部分的设计因为快进、快退和工进的速度相差比较大，为了减少功率损耗，采用变量泵。夹紧回路的确定由于夹紧回路的压力大于进给系统压力。为了防止夹紧系统的主压力下降，在夹紧系统串接个单向阀和蓄能器。夹紧缸不用中间停留，故采用二位阀控制即可，这里采用二位五通电磁换向阀。为了实现夹紧后才能让工作台快进的顺序动作，和保证进给系统工作时夹紧系统压力始终不低于最小夹紧压力，所以在夹紧回路上安装个压力继电器实现顺序控制。当压力继电器动作时，工作台进给。根据上述分析，画出液压系统草图，如下图所示：13攀枝花学院课程设计(论文)诜择液压亓件和确定辅助装置5.1选择液压泵取液压系统的泄漏系数K=1.1则液压泵的最大流量QB>K(£Q)=1.1x132.5=145.75L/min，即Qb=145.75L/min。根据拟定的液压系统是采用回油路节流调速，进油路压力损失选取£2与10Pa，故液压泵工作压力为：Pb=P1+ZAP=(14.19+5)x105=19.19x105Pa考虑到系统动态压力因素的影响，液压泵的额定工作压力为:Pb=19.19(1+250Px105Pa=23.99x105p=2.399MPa根据Q、p和已选定的单向定量泵型式，查手册书(二)选用PVL3-153-F-2R-D-1BB型定量叶片泵。该泵额定排量为153mL/r,额定转速960r/min，其额定流量为14攀枝花学院课程设计（论文）诜择液压亓件和确定辅助装置m3/s。的选择最大功率在快退阶段，如果取液压泵的效率为为0.75,驱动液压泵最大输入功率P为：P=PiQb」919*145-75kw=6.22kwBBn 60X0.75B查电工手册选取7.5kw的电动机YCT200—4B。类元件各类阀可通过最大流量和实际工作压力选择，阀的规格如下表所示:表3序号元件名称估计通过流量L/min额定流量L/min额定压力MPa额定压降MPa型号、规格1过滤器15016025<0.02XU-160X80-J2变量叶片泵10〜160 6.3 YBP3单向阀6014025<0.2AF3-Ea10B4单向阀2514025<0.2AF3-Ea10B5溢流阀314025 YF3-Ea10B6二位五通电磁换向阀5016025<0.525E-25B7蓄能器 NXQA-L2.5/10-H8液控顺序阀6014025 XF3-E10B9背压阀614025 YF3-E10B10压力继电器 DP1-6311单向阀3014025<0.2AF3-Ea10B12三位五通6014025<0.535DYF3Y-E10B15

电液换向阀13单向阀6014025<0.2AF3-Ea10B14行程阀4114025<0.3AXQF-E10B15调速阀1350.07〜140250.5QCI-63B16调速阀2350.07〜140250.5QCI-63B17二位二通电磁阀60140250.32WE10O1019二位二通手动换向阀 2WMM10AB攀枝花学院课程设计（论文）诜择液压亓件和确定辅助装置管尺寸径的确定可按下式计算： d=、4Q-兀v泵的总流量为1.29L/min,但快速时，部分回油管流量可达132.5L/min,故按132.5L/min计算：V取6.8m/min_20.47mmd_I4x132.5x_20.47mm一，-x6.8x103x60取标准值d=25mm，外径为巾34mm、内径为巾25mm的紫铜16攀枝花学院课程设计(论文) 油箱的设计6油箱的设计油箱容量的确定中压系统中，油箱有效容积可按泵每分钟内公称流量的5〜7倍来确定，即油箱的容积V=(5〜7)QB=5x145.75=728.75L查《机械设计手册》得油箱的标准值为800L。估算油箱的长、宽、高设油箱的长、宽、高比值范围为1：1：1〜3：2：1,则根据油箱的容量可算出油箱的长、宽、高分别为a=b=c=930mm,由于在选择油箱的容量时系数选的较大，在此就不在考虑油箱的壁厚，即油箱的壁厚包括在上面计算的长、宽、高中。确定油箱壁厚800以上容量的油箱箱壁厚取4mm。箱底厚度应大于箱壁，取箱底厚度为6mm,箱盖厚度应为箱壁的3〜4倍，取箱盖厚度为12mm。确定液位计的安装尺寸在设计液位计时，要考虑液位计的显示最大刻度与最小刻度之间的差值和油箱的高度。油箱内的液面高度为油箱高度的80%,所以：H液=800x804=640mm选择液位计XYW—1000「最大刻度与最小刻度之间为700mm。安装时，液位计的中心位置与上述的液面高度在同一水平面。隔板的尺寸计算隔板的长度由油箱的内部尺寸可以确定，主要计算隔板的高度。隔板的高度一般为油箱内液面高度的3/4。但是也要考虑到当油箱内的油液降到最低位置时，液压油也能流入到吸油腔，避免液压系统吸入空气。所以隔板的高度为H、 =640—35-10=595mm回油腔一侧的隔板要考虑吸油腔快速吸油时，油箱底部的沉淀杂质不能流入吸油腔中，再此取隔板离油箱底的尺寸为300mm。油箱其它附件的选择油箱的其它附件可根据《中国机械设计大典》上选择。17

液压系统性能的验算攀枝花学院课程设计（论文）液压系统性能的验算7液压系统性能的验算回路中压力损失回路压力损失计算应在管道布置图完成后进行，必须知道管道的长度和直径。管道直径按选定元件的接口尺寸确定，即d=15mm,长度在管道布置图未完成前暂按进油管、回油管均为L==4m估算。油液运动粘度取v=1.5义10-4m2/s，在此设计中主要验算工进和快退工况时的压力损失。工进时压力损失进油管路压力损失：首先判别进油管液流状态，由于雷诺数，必=当

e，必=当

ev兀dv4X132.5x10-3兀x25x10-3x1.5x10-4x60=750<2320故为层流。管路沿层压力损失:41xv41xvxQxLs 兰——X1012二d441x1.5x10-4x132.5x10-3x425^X1012=0.083X105pa取管道局部损失AP=0.1XAP九=0.0083x105Paq油液流经单向阀和三位五通换向阀的压力损失按下面公式计算，有关数据=0.424MPa见表5-12AP=0.424MPaVn工进时进油路总压力损失:APi=AP+AP+EAP20.433MPa此值小于0.5MPa,所以是安全的工进时回油路压力损失：因回油管路流量Q2为132.5X132.5X10-32=0.0663m3/min液流状态经判断为层流R=«=4Q-= 4X66.3X10-3 =375<2320(于是沿程压力损失：ev 兀dv兀x25x10-3x1.5x10-4x60AP九41AP九41xvxQxLs X1012二d441x1.5x10-4x66.3x10-3x425^X1012=0.042X105pa局部压力损失：AP=0.1xAP九=0.0042x105Paq回油路中油液流经调速阀和三位五通换向阀时的压力损失计算方法同上，18液压系统性能的验算攀枝花学院课程设计（论文）液压系统性能的验算VnIQ]QVnIQ]QVn(35I0.2x——I=0.296MPa工进时回油路总压力损失AP“=AP+AP+EAP20.342MPa将回油路中压力损失折算到进油路上，就可求出工进时回路中整个压力损失A 17898AP=AP'+AP”一=0.433+0.342x——=0.594MPaA 37994快退时压力损失快退时进油路和回油路中经检查都是层流，进油路压力损失为:AP九41xAP九41xvxQxLsx1012=d441x1.5x10-4x120.85x10-3x4254x1012=0.076x105pa”=0.1xAP九=0.0076x105Pa进油路中油液流经单向阀、三位五通换向阀、单向调时压力损失计算方法同前EAP=£APVn同前EAP=£APVn0.2xfJ011140)2+0.5xf9I=0.349MPa快退时进油路总压力损失：AP，=AP+AP+EAP20.433MPa快退时回油路中压力损失：由于Q=2Q,则有132.5x10-3=0.0663m3/min4x66.34x66.3x10-3=375<2320v 兀dv兀x25x10-3x1.5x10-4x60AP九41xvxQxLs 41AP九41xvxQxLs 41x1.5x10-4x66.3x10-3x4 兰——x1012: 254x1012=0.042x105paEAP=EAPVnI1QJ

Vn(35I0.2x——2+0.5xf吧II160)2I=0.296MPa回油路总压力损失:AP“=AP+AP+EAP20.342MP