液压传动课程设计-专用铣床液压系统

新疆工程学院课程设计题目：专用铣床液压系统设计系部:专业:班级:姓名:学号:指导老师:完成日期:新疆工程学院机械工程系课程设计任务书学年下学期年月日专业班级课程名称液压传动设计题目专用铣床液压系统设计指导教师起止时间周数1周设计地点新疆工程学院设计目的：液压系统的设计是整机设计的重要组成部分，主要任务是综合运用前面各章的基础知识，学习液压系统的设计步骤、内容和方法。通过学习，能根据工作要求确定液压系统的主要参数、系统原理图，能进行必要的设计计算，合理的选择和确定液压元件，对所设计的液压系统性能进行校验算，为进一步进行液压系统结构设计打下基础。主要内容：熟悉设计任务，明确设计目标。根据设计要求和已学过的设计流程，拟定系统工作原理图。计算各元件的参数并验算。液压元件选型。编制文件，绘制速度，负载图谱。设计进度与要求：1、液压系统图一张。2、设计说明书一份。主要参考书及参考资料：[1]液压与气压传动杨慧敏西北工业大学出版社2009-8[2]液压传动（第三版）丁树模、丁问司机械工业出版社2009-6[3]液压传动设计指南张利平化学工业出版社2009-7[4]雷天觉主编.液压工程手册（M）[5]章宏甲.液压与气压传动（M）.北京：机械工业出版社,2005教研室主任（签名）系（部）主任（签名）2013年7月新疆工程学院机械工程系课程设计成绩表学生姓名专业班级设计题目专业铣床液压系统设计指导教师（签名）指导教师单位机械系工程机械教研室说明书评语评阅成绩：评阅教师签字：年

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日答辩记录答辩成绩：提问教师签字：年

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日设计鉴定及成绩设计成绩：答辩小组组长签字：年

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日一、前言作为一种高效率的专用铣床，在日常生活中，广泛在大批量机械加工生产中应用。本次课程设计是以专用铣床工作台液压系统为例，介绍该组合机床液压系统的设计方法及设计步骤，其中包括工作台液压系统的工况分析、主要参数确定、液压系统原理图的拟定、液压元件的选择以及系统性能验算等。«液压传动»课程设计是整个教学过程中最后一个综合性教学环节，通过课程设计可以让我们了解液压传动系统设计的基本方法和设计要求，提高我们运用所学理论知识解决具体工程技术问题的能力。能根据设计任务要求，按照正确的设计步骤，拟定出液压系统。整个主要设计过程分成七个部分：（一）机床设计方案，机床液压传动方案的分析与液压原理的拟定；(二)主要液压元件的设计计算和选型；（三）液压辅助装置的计算、设计或选择；（四）机床液压传动系统的验算和校核；（五）机床液压系统图的绘制；（六）机床液压部件(液压缸)装配图、零件工作图的绘制一、设计流程图液压系统设计与整机设计是紧密联系的，设计步骤的一般流程如图明确液压系统的设计要求明确液压系统的设计要求否否液压CAD是否符合要求？绘制工作图，编制技术文件是否通过？验标液压系统性能选择液压元件拟定液压系统原理图确定执行元件主要参数执行元件运动与负载分析否否液压CAD是否符合要求？绘制工作图，编制技术文件是否通过？验标液压系统性能选择液压元件拟定液压系统原理图确定执行元件主要参数执行元件运动与负载分析是是结束是结束是下面将按照这一流程图来进行本次液压课程设计。二、设计依据：专用铣床工作台重量G1=3200N，工件及夹具重量G2=1000N，切削力最大为8500N，工作台的快进速度为4.8m/min，工进速度为80-900mm/min，行程为L=330mm（工进行程可调），工作台往复加速、减速时间的时间t=0.05s，假定工作台用平导轨，静摩擦系数f=0.2，动摩擦系数f=0.1。设计此专用铣床液压系统。三、工况分析液压系统的工况分析是指对液压执行元件进行运动分析和负载分析，目的是查明每个执行元件在各自工作过程中的流量、压力、功率的变化规律，作为拟定液压系统方案，确定系统主要参数（压力和流量）的依据。负载分析外负载=8500N其中表示最大切削力。对于专用铣床铣削时铣刀所承受的主切削力大小（单位N）为：式中p—单位切削力（）f—每转进给量（mm/r）—背吃刀量（mm）下面将进行具体参数的计算：由公式可得（其中表示每分钟进给速度，n表示铣刀的转速）由设计依据可知n=300r/min,工进速度=60—1000mm/min，故我们取=300mm/min。对于单位切削力P，由以下的常用金属材料的单位切削力表可得，我们选P=2000。类别材料牌号单位切削力P（）钢易切钢Y40Mn1700结构钢45200040Cr不锈钢1Cr17Ni92500铸铁灰铸铁HT2001140铸造合金铸造锡青铜ZcuSn5Pb5Zn5700铸造铝合金ZALSn7Mg720对于铣削背吃刀量,我们选用硬质合金铣刀，查铣工计算手册可得，取mm。根据以上的公式可得：因为3000<=3185N，所以选取的合适阻力负载静摩擦力：F=（G1+G2）·f其中F—静摩擦力NG、G—工作台及工件的重量Nf—静摩擦系数由设计依据可得：F=（G+G）·f=(3200+1000)X0.2=840N动摩擦力F=（G+G）·f其中F—动摩擦力Nf—动摩擦系数同理可得：F=（G+G）·f=(3200+1000)X0.1=420N惯性负载机床工作部件的总质量m=（G+G）/g=(3200+1000)/9.81=428kg惯性力F=m·a=m=428×其中：a—执行元件加速度m/s²u—执行元件末速度m/s²u—执行元件初速度m/s²t—执行元件加速时间s因此，执行元件在各动作阶段中负载计算如下表所示：工况油缸负载（N）负载值（N）启动F=Ffj840加速F=Ffd+Fm快进F=Ffd420工进F=Ffd+Fc3605快退F=Ffd420按上表的数值绘制负载如图所示。图1铣床液压缸负载图对于速度而言，设计依据中已经有了明确的说明，所以按照设计依据绘制如下：图1铣床液压缸负载图图2铣床液压缸速度图图2铣床液压缸速度图铣床机床液压缸负载图铣床机床液压缸负载图四、初步确定油缸参数，绘制工况图1、初选油缸的工作压力、由上可以知道，铣床的最大负载F=8500N，根据下表可得：表按负载选择液压执行元件的工作压力载荷/（kN）<55—1010—2020—3030—50>50工作压力（Mpa）<0.8~11.5~22.5~33~44~5>=5~7选系统的工作压力P=2Mpa。由设计要求可知，导轨要求快进、快退的速度相等，故液压缸选用单活塞杆式的，快进时采用差动连接，且液压缸活塞杆直径d≈0.7D。快进和工进的速度换接用三位四通电磁阀来实现。铣床液压系统的功率不大，为使系统结构简单，工作可靠，决定采用定量泵供油。考虑到铣床可能受到负值负载，故采用调速阀的进油节流加背压阀的调速回路，所以回油路上具有背压P，取背压Pa。2、计算油缸尺寸可根据油缸的结构及连接方式计算油缸的面积、油缸直径D及活塞杆直径d计算出后应按标准予以圆整，然后再计算油缸的面积：此时由工进时的负载值按计算公式计算液压缸面积： A===1073mA==2=2146mD=在将这些直径按照国标圆整成标准值得：由此就求得液压缸两腔的实际有效面积为，。3、油缸各工况的压力、流量、功率的计算（1）、工进时油缸需要的流量QL/minQ=A·VA1:工进时油压作用的面积V—工进时油缸的速度m/s(2)、快进时油缸需要的流量QL/min差动连接时:Q=(A-A)·V=A、A—分别表示油缸活塞腔、活塞杆截面积m²V—油缸快进时的速度m/s(3)、快退时油缸需要的流量Q,L/minQ=A·VV—油缸退回时的速度,m/s(4)、工进时油缸的压力P=P2—a。（5）、快进时油缸压力P=P=P=这里：F分别表示快速启动、加速、快速时油缸的推力，P—分别表示快速启动、加速、快速时油缸的压力。a。（6）、快退时油缸压力P=P=P=F—分别表示快速启动、加速、快速时油缸的推力，P—分别表示快速启动、加速、快速时油缸的压力。Pa油缸工作循环中各阶段的压力、流量、功率实际值如表2所示：表2液压缸在不同工作阶段的压力、流量和功率值工况负载F/N回油腔压力进油腔压力输入流量q/输入功率P/kW快进(差动)启动84000.7——加速——快进4200.350254工进36051.32快退启动84000.56——加速——快退420075由以上所计算的数据我们绘制出工况图如下所示：图3液压缸工况图五、确定液压系统方案和拟订液压系统原理图(一)

确定油源及调速方式由以上的计算可以知道，铣床液压系统的功率不大，工作负载的变化情况很小，因此，为使系统结构简单，工作可靠，决定采用定量泵供油。考虑到铣床可能受到负值负载，故采用回油路调速阀节流调速方式，并选用开式循环。从工况图中我们可以清楚的看出，在液压系统的工作循环中，液压缸要求油源提供的流量变化并不是很大，因此工进和快进的过程中，所需流量差别较小。故我们选用定量单液压泵供油。（二）选择基本回路

1.

选择换向回路及速度换接方式

min降到，速度变化不是很大，所以采用电磁换向阀来实现速度的换接。压力继电器发讯，由电磁换向阀实现工作台的自动启动和换向。同时为了实现工作台能在任意位置停止，泵不卸载，故电磁阀必须选择O型机能的三位四通阀，如下图所示：

由于要求工作台快进与快退速度相等，故快进时采用差动连接来实现快速运动回路，且要求液压缸活塞杆直径d≈0.7D。（三）选择调压回路设计过程中，在油源中采用溢流阀来调定系统的工作压力，因此调压问题基本上已经在油源中解决，无须在另外设置调压系统。这里的溢流阀同时还能起到安全阀的作用。组合成液压系统图将上面所选的液压基本回路组合在一起，便可得到以下的液压系统原理图。同时电磁铁的动作顺序表如下：表

3

液压专用铣床电磁铁动作顺序表

工序1Y2Y3Y4Y5YYJ工作缸快进+

—+

—

—+工作缸工进+

—

———+工作缸快退

—+——

—

+图4专用铣床液压系统原理1-油箱；2-过滤器；3-叶片泵；4-溢流阀；5-三位四通电磁换向阀

6单向调速阀；7-两位三通电磁换向阀；8-工作缸；9-压力继电器;10-两位两通电磁换向阀六、选择液压元气件液压泵的选择由以上的设计可以得到，液压缸在整个工作过程中的最大压力是，如取进油路上的压力损失为，则此时液压泵的最大工作压力是+0.4=1.32Mpa。由以上的计算可得，液压泵提供的最大流量是L/min,因为系统较为简单，取泄漏系数，则两个液压泵的实际流量应为：=1.1×由于溢流阀的最小稳定溢流量为3L/minminL/min。ml/r,当液压泵的转速为1450r/min时，该液压泵的理论流量为9.14L/min。取液压泵的容积效率为，则液压泵的实际流量大小为：由于由以上的计算过程中，我们知道了液压缸在快退时的输入功率最大，此时液压泵的工作压力是+0.4（进油路上的压力损失）=1.01Mpamin，查表可得，取液压泵的总效率，则液压泵驱动电机所需的功率为P=kw，额定转速为1200r/min。（二）阀类元气件及辅助元气件的选择表4元气件的型号及规格根据阀类及辅助元气件所在油路的最大工作压力和通过的最大实际流量，可选择这些器件的型号和规格如下表:表4元气件的型号及规格序号元件名称额定流量（L/min）额定压力(Mpa)质量(kg)型号1单叶片泵2三位四通电磁阀25—34D-25BOP3二位三通电磁阀25—23D-25B4单向调速阀0.05（最小）QI-10B5溢流阀20Y-10B6压力继电器—DP1-63B7滤油器16XU-B16X1008开关阀25—22D-25B（三）确定油管直径由于液压泵在选定之后液压缸在各个工作阶段的进、出流量已与原来的数值不同，所以要重新计算，计算如下表5所示：表5液压缸的进出、流量表5液压缸的进出、流量快进工进快退输入流量（L/min）输出流量(L/min)运动速度(m/min)由上表中的数值，按照书中推荐的油液在压油管的流速u=3m/s可得，液压缸有杆腔和无杆腔相连的油管内径分别为：两根油管按YB231—64选用外径为13mmmm的冷拔无缝钢管。油箱的设计对油箱容积我们进行估算，取经验数据，故其容积为：取靠其最近的标准值