卧式双面铣削组合机床的液压系统设计

第12页共18页液压传动课程设计题目：卧式双面铣削组合机床设计院系：物理与机电工程学院专业：机械设计制造及其自动化班级：姓名：学号：指导老师：起止日期：目录目录…………………1一、金属切削机床的基本知识……2二、设计过程…………31、技术要求…………32、工况分析……………43、确定主要参数……………………64、绘制系统工况图……………………75、拟定液压系统图…………………86、液压元件选择……………………121）工作原理分析……………………102）系统压力损失计算……………143）液压温升计算……………………16三、设计心得体会……………………17四、参考文献…………18一、金属切削机床的基本知识金属切削机床是采用切削（或特种加工）的方法将金属毛胚加工成所要求的几何形状、尺寸精度和表面质量的机械零件的机器，它是制造机器的机器，所以又称为“工作母机”或“工具机”，习惯上简称为机床。机床的“母机”属性决定了它在国民经济中的重要地位。在现代化的工业生产中，会大量使用各种机器、仪器、仪表和工具等技术设备，这些技术设备都是由机械制造部门提供的。而在各类机械制造工厂中需要各种加工金属零件的设备，包括铸造的、锻压的、焊接的、热处理的和切削加工的设备。由于机械零件的尺寸精度、形状精度、位置精度和表面质量目前主要靠切削加工方法来达到，所以金属切削机床担任的工作量约占机械制造总工作量的40%～60%。在一般机械制造工厂拥有的技术设备中，机床占有相当大的比重，约在50%～60%。另一方面，机床的质量和技术水品直接影响机械产品的质量和劳动生产率。因此，一个国家生产的机床质量、技术水平、品种和产量以及机床的拥有量是衡量国家整个工业水平的重要标准。二、设计过程1）．技术要求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重力为480kg，加、减速时间为0.2s，采用平导轨，静、动摩擦因数μs=0.2，μd=0.1。夹紧缸行程为30mm，夹紧力为850N，工作台快进行程为100mm，快进速度为3.5m/min，工进行程为200mm，工进速度为80～320mm/min，轴向工作负载为13000N，快退速度为5.5m2）．工况分析1.负载分析负载分析中，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。导轨的正压力等于动力部件的重力，设导轨的静摩擦力为Ffs，动摩擦力为Ffd,则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液压缸各运动阶段负载表工作循环负载组成负载值F/N推力起动9601055N加速620687N快进480527N工进1314014440N快退480517N2.绘制液压缸负载图和速度图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-s）和速度图（v-s）3确定主要参数初定液压缸的工作压力组合机床液压系统的最大负载约为15000N，查表9-2初选液压缸的设计压力。液压缸主要参数的确定为了满足工作台快速进退速度相等，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=2A2（即液压缸内径D和活塞杆直径d应满足：d=0.707D。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，查表9-4暂取背压为P2=0.5MPa，并取液压缸机械效率=0.91。则液压缸上的平衡方程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=2A2，故活塞杆直径d=0.707D=56mm（标准直径）则液压缸有效面积为：4.绘制液压系统工况图差动连接快进时，液压缸有杆腔压力P2必须大于无杆腔压力P1，其差值估取P2－P1=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，并可绘出其工况图液压缸在不同工作阶段的压力、流量和功率值工况图:5.拟定液压系统图(1)确定供油方式考虑到该机床在工作进给时负载较大，速度较低。而在快进、快退时负载较小，速度较高。从节省能量、减少发热考虑，泵源系统宜选用双泵供油或变量泵供油。现采用限压式变量叶片泵。(2)调速方式的选择在中小型专用机床的液压系统中，进给速度的控制一般采用节流阀或调速阀。根据铣削类专用机床工作时对低速性能和速度负载特性都有一定要求的特点，决定采用限压式变量泵和调速阀组成的容积节流调速。这种调速回路具有效率高、发热小和速度刚性好的特点，并且调速阀装在回油路上，具有承受负切削力的能力。(3)速度换接方式的选择本系统采用电磁阀的快慢速换接回路，它的特点是结构简单、调节行程比较方便，阀的安装也较容易，但速度换接的平稳性较差。若要提高系统的换接平稳性，则可改用行程阀切换的速度换接回路。(4)夹紧回路的选择用三位四通电磁阀来控制夹紧、松开换向动作时，为了避免工作时突然失电而松开，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。最后把所选择的液压回路组合起来，即可组合成下图所示的液压系统原理图。卧式双面铣销组合机床液压系统原理图工作原理:1夹紧工件按下启动按钮，4DT的得电，电磁阀10左端接通，电磁阀10切换至左位，主油路的进油路：过滤器1-泵2—减压阀12—单向阀11—电磁阀10左端—液压缸9左腔。回油路:液压缸9右腔—电磁阀10左端—油箱。2滑台快速趋近铣削头1DT,3DT,4DT得电，电磁阀5左端接通。主油路进油路：过滤器1—泵2—电磁阀5左端—液压缸6左腔。回油液路：液压缸6右腔—二位三通换向阀7左端—可调单向节流阀8（100%）—电磁阀5左端—油箱。3滑台工进1DT,4DT得电，3DT失电，电磁阀5左端接通。主油路进油路：过滤器1—泵2—电磁阀5左端—液压缸6左腔。回油路：液压缸6右腔—二位三通换向阀7左端—可调单向节流阀8（50%）—电磁阀5左端—油箱。4滑台快速离开铣削头2DT,4DT得电，电磁阀5接通，在电磁阀5切换至右端。主油路进油路：过滤器1—泵2—电磁阀5右端—可调单向节流阀8—二位三左端通换向阀7—液压缸6右腔。回油路：液压缸6左腔—电磁阀5右端—油箱。5松开工件5DT得电，电磁阀10右端通电接通。主油路的进油路：过滤器1-泵2—减压阀12—单向阀11—电磁阀10右端—液压缸9右腔。回油路：液压缸9右腔—电磁阀10右端—油箱。滑台松开工件6卸荷2DT,35DT,5DT断电，阀5阀10处于中立，泵2卸载6.选择液压元件(1)液压泵的选择1)泵的工作压力的确定考虑到正常工作中进油管路有一定的压力损失，所以泵的工作压力为pp—液压泵最大工作压力；p1—执行元件最大工作压力；∑△p—进油管路中的压力损失，初算时简单系统可取0.2～0.5MPa，复杂系统取0.5～1.5MPa，本例取0.5MPa。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贮备量，并确保泵的寿命，因此选泵的额定压力pn应满足pn≥(1.25～1.6)pp。中低压系统取小值，高压系统取大值。在本例中pn=1.25pp=4.5MPa。2)泵的流量确定液压泵的最大流量应为qp—液压泵的最大流量；(∑q)min同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值。如果这时溢流阀正进行工作，尚须加溢流阀的最小稳定溢流量3L／min；KL—系统泄漏系数，一般取KL=1.1～1.3，现取KL=1.2。3)选择液压泵的规格根据以上算得的pp和qp，再查阅有关手册，现选用YBX—25限压式变量泵，该泵的基本参数为：每转排量q＝25mL/r,泵的额定压力pn＝6.3MPa,电动机转速nH＝1450r/min,容积效率≥0.88，总效率0.72，驱动功率3KW,输出流量:。由于液压缸在快退时输入功率最大，这是液压泵工作压力为3.63MPa,流量为21.24L/min,取泵的总效率为0.75，则液压泵驱动电动机所需的功率为根据此数值,查阅液压设计手册174页表1-98电动机产品样本选取Y112M-6型电动机，其额定功率，额定转速(2)选择阀类元件及辅助元件根据阀类及辅助元件所在油路的最大工作压力和通过该元件的最大实际流量，可以选出这些液压元件的型号及规格见表液压元件选择列表序号元件名称输出流量L/MIN额定流量L/MIN额定压力型号、符号1过滤器22.3251.6WU-16*2限压式变量叶片泵22.3366.3YBX—253流量表2——8MPLC124溢流阀22.3407YF-B10B5、10三位四通电磁阀22.3302134D—B10H-T7二位三通换向阀22.3302123D—B10H-T8可调单向节流阀22.32514LDF—L10C11单向阀22.32521DIF—L10H12减速阀22.32514J—D6B该系统油管长度为2m，规格182（外径18mm,壁厚2mm）,选用L-HM32液压油，按40度时计算。1.判断流动状态流动状态为层流2.沿程压力损失3．局部压力损失根据分析与较小，不作详细计算4.局部压力损失（油液流经阀的损失）按计算或直接查产品得到。（1）快进1）进油路上（阀5）2)回油路上（阀8）（阀7）（阀5）3）快进时总压力损失（2）工进1）进油路上（阀5）2)回油路上（阀7）阀8阀53）快退时总压力损失4）折算到油路上5）工进是总压力损失（3）快退1）进油路上（阀5）（阀8）（阀7）快退时总压力损失2)回油路上（阀5）折算到油路上3）快退时总压力损失溢流阀背压为0.4MPpa(2)液压系统的发热与温升工进在整个工作循环中所占的时间比例达95%，所以系统发热和油液温升可用工进的情况来计算。工进时液压缸的有效功率为：液压泵输入功率:此时泵卸荷,且压力为3.63MP,所液压泵的输入功率为：由此得液压系统的发热量为：温升近似值如下：取，验算表明,温升没有超出范围，液压系统中不需设置冷却器。三、设计心得体会刚拿到本次的设计题目的时候，我甚是烦躁，我觉得这个题目真的是太难了，比别的同学凭空多了两个步骤，首先就想到了退宿，不止一次的跟老师要求更换题目。但是在老师的帮助和细心的指导下，我发现我的题目只是在其他同学的基础上再增加一个夹紧缸即可。在明确了自己的设计目的之后，我按照课本上例题的步骤开始进行计算，但是由于图书馆里的设计手册都被借走了，使我有一些配件的选用无法进行，如油管的选择。使我现在都不是很清楚要如何选择配件，不的不说这是本次课程设计中的一个遗憾。在这不到一周的课程设计中，能学到的东西真的很有限，但是不能说一点收获都没有，我想我知道了一般机床液压系统的设计框架而且我也掌握了设计一个液压系统的步骤，我想本次课程设计是我们对所学知识运用的一次尝试，是我们在液压知识学习方面的一次有意义的实践。在本次课程设计中，我独立完成了