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1、本本 科科 毕毕 业业 设设 计计深孔钻床液压系统分析及其改进设计姓名*学院交通学院交通学院专业机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化年级20102010 级级学号2010281430120102814301指导教师苏子林苏子林2014 年 6 月 22 日目 录1 引言 12 深孔钻床液压系统的分析 22.1 深孔钻床 22.1.1 深孔钻床的简介和发展 22.1.2 深孔钻床的分类 32.2.3 深孔加工过程中存在的问题 32.2 深孔钻床液压系统 32.2.1 液压系统的选择 42.3 深孔钻床液压系统的组成 52.4 深孔钻床液压系统的工作原理 62.5 深孔钻床液压系统的特点
2、73 深孔钻床液压系统的改进 83.1 深孔钻床液压系统存在的问题 83.2 电液比例换向阀 83.3 改进后的液压系统的组成和工作原理 93.4 改进后液压系统的特点 114 结束语 11参考文献 11致谢 12鲁东大学本科毕业设计1深孔钻床液压系统分析及其改进设计*（交通学院 机械设计及其自动化专业 2010 级 机械本 1002 班 20102814301）摘要：摘要：在现代机械加工过程中，需要用到深孔加工的地方越来越多，深孔钻床的作用不断得到重视，为了解决深孔加工过程中出现的问题，深孔钻床也得到了不断的改进和发展。本设计对深孔钻床的现有液压系统进行了分析，找出了现有系统中存在的不足，从
3、而对其进行改进，用电液比例换向阀改进了液压缸速度和方向控制，使液压系统更适应现代深孔加工的要求。 关键词：关键词：深孔钻床；液压系统；电液比例换向阀Analysis and improved design of the hydraulic system of deep hole drilling machine Zhao QingHua（Communications School, Mechanical Design, Manufacturing and Automation,Grade2010, Jixieben1002 20102814301) Abstract: In modern ma
4、chining process, deep hole processing is more and more important, deep hole drilling machine has got more attention, aiming at the problems in the process of deep hole drilling, deep hole drilling machine has been in improvement and development. The design of the deep hole drilling machine of the ex
5、isting hydraulic system analyzed the problems existed in the system, thus to improve it, using electro-hydraulic proportional directional valve to improve the hydraulic cylinder to control the speed and direction of the hydraulic system, so it is more suitable for the modern deep hole processing req
6、uirementsKey Word: deep hole drilling machine; hydraulic system; electro-hydraulic proportional directional valve1 引言在科学技术不断的进步和发展的今天，产品也在不断的推陈出新，因此许多难加 工零件拥有更高的强度和硬度，由于深孔加工在机械加工过程中有十分重要的地位， 伴随着难加工零件的出现，加工效率和深孔加工质量都有了更高的要求。在深孔钻床 的发展中，伴随着钻头的不断改进深孔钻床也在不断的进步中。在深孔钻床中主要由鲁东大学本科毕业设计2液压系统中的液压马达和液压缸为加工过程提供动力
7、，并与钻头互相配合从而保证其 加工的稳定性和精确度。因此对液压系统的改进也能够使深孔加工更加适用于现代机械加工，更有利于解决现代深孔加工中存在的问题。本设计利用电液比例换向阀控制 液压缸速度的同时，也对其方向进行控制，改变了原来利用两个电磁换向阀控制的方 式，从而使整个液压系统速度控制更加精准，并且节省了压力油，在逐渐重视节约的 今天，这种改进方式更适应社会发展的方向。2 深孔钻床液压系统分析2.1 深孔钻床2.1.1 深孔钻床的简介和发展在机械加工的过程中，在正常情况下，只要孔深 L 与孔径 d 之比大于 5 的孔称为 深孔1。深孔加工是机械加工中很难解决的问题，特别是细长孔的加工，容易出现
8、直 径变大，出现锥形等情况，所以很难达到加工质量的要求。在机床加工过程当中，决 定孔加工工艺刚度的是孔的深度和直径之比，随着 L/d 增大，工艺系统的刚度便会越 来越低，冷却润滑和切屑排除都会增加难度。因此深孔加工对深孔钻床的要求很高， 深孔钻床在不断地发展中。深孔钻床在发展过程中主要经历了以下几个阶段：（1）在深孔钻床中，最早利用的钻头是扁钻，后来美国人把扁钻改进成了麻花钻， 但是麻花钻在钻孔过程中，不利于冷却和排屑，所以生产效率很低。（2）在后来发展过程中，为了解决枪管的加工问题，枪钻便随之产生。枪钻依然 是外排屑加工的方式，并且由于它的非对称结构，能传递的转矩是非常有限的，只适用于一些小
9、孔零件的加工，而且排屑会划伤已经加工好的孔的表面，生产效率依然很 低。（3）为了改进枪钻中存在的问题，一位德国的科学家发明了内排屑深孔钻的加工 方式，后来加以完善便形成了 BAT 深孔加工的方式。它是一种在枪钻原来结构上改善 了排出废屑的方式，增加了钻杆的刚性，从而使孔的表面质量得到了提高，这是深孔 加工技术的一次伟大的飞跃。（4）BAT 加工方式存在密封困难，切屑液压力较高等问题，为了适应科技的进一步 发展并进一步解决 BAT 加工方式的问题，一种巧妙利用喷吸效应，从而改善排屑方式 的喷吸钻便产生了，它可以利用压力较低的切削液将切屑用推和吸联合作用的方式排 出，进一步改变了排屑的方式。（5）
10、喷吸钻产生以后，对其进一步改进，便形成了现在深孔钻床中常用的 DF 单管 喷吸钻，它是 BAT 加工方式和喷吸钻法的结合体，在生产应用中得到了 广大用户的肯定，是一种最受欢迎的一种深孔加工方式。 鲁东大学本科毕业设计32.1.2 深孔钻床的分类（1）根据运动方式的不同，深孔钻床有两种形式，一种是工件不动，刀具做进给 运动和旋转；另一种是工件旋转，刀具做进给运动或者刀具反向旋转的同时也做进给 运动。 （2）根据主轴的布置情况，深孔钻床可以分为卧式深孔钻床，三坐标式深孔钻床 和立式深孔钻床2。 （3）根据排屑方式的不同，深孔钻床可以分为外排屑深孔钻床，例如常见的枪钻 深孔钻床；另一种是内排屑深孔钻
11、床，BTA 系统的深孔钻床便属于这种方式。 （4）根据加工系统进行分类，深孔钻床又可以分为枪钻深孔钻床，喷吸钻深孔钻 床以及 BTA 单管深孔钻床。2.1.3 深孔加工过程中存在的问题（1）因为深孔加工是处在封闭或者是半封闭的条件下，因此加工过程中很难直接 观察到孔加工的情况，现在还只能是凭经验，听声音，触摸震动等方法来发现加工过 程的问题，但这些方法无法保证发现问题的准确性，也无法保证加工的效率，这个问 题一直存在于深孔加工的发展中，尽管有所改进，当仍然存在问题。 （2）深孔加工中另一个问题就是排屑问题，尤其是在细长孔时，这个问题更加不 容易解决。在深孔钻床的发展过程中，一般都是基于排屑问题
12、而发展起来的，不同深 孔钻床系统的出现就是为了解决这一问题。在加工过程中，钻头已经占据的大部分空 间，所以需要去改变切屑或钻头的形状，使切屑更容易排出，又不会影响孔的表面加 工质量，有时候还需要进行强制性排屑。这是深孔钻床中又一个困扰人们的问题。（3）一般的机械加工过程中切屑热一般都会由切屑带走，但在深孔加工过程中切 屑却只带走了小部分热量，大部分热量集中在了刀具上，使刀具温度过高，所以深孔 加工的切屑热不易排出，因此必须要加一些强制性冷却设施，这样才能提高加工效率， 深孔的加工质量更符合工艺要求。 （4）深孔加工中，孔的直径一般不会很大，在这种情况下深孔钻床的钻杆会比较 细长，因此钻杆的刚性
13、不好，很容易产生震动，在这种加工的条件下钻孔很容易就会 走偏，这直接就影响了孔的加工质量，而且是对材料的一种浪费，因而作为支撑和导 向的机构是非常关键的，只有保证了可靠的稳定性，提高工艺系统的刚性，孔的加工 才能继续下去。2.2 深孔钻床液压系统液压系统是在很多机械装置中被广泛利用的动力系统，它是通过改变液压油的压 强从而使机械设备获得动力。对于一个结构完整的液压系统，一般是由五个部分组成， 即动力元件，执行元件，控制元件，辅助元件和压力油3。液压系统对每一部分都有一鲁东大学本科毕业设计4定的要求，液压回路要合理，从而可以适应加工工艺的需要，液压元件性能的好坏也 能对液压系统产生影响，所以在保
14、证成本的条件下，选用质量高的液压元件。现在液压系统中最主要存在的问题是系统污染问题，这个问题在现代机床液压系统的设计中 越来越受到重视。 （1）动力元件：液压系统中提供动力的元件，也是将动能转化为压力能的装置叫动力元件，它可以向全部液压系统提供动力。一般情况下动力元件就是指油泵，也就 是液压泵，根据结构的不同，液压泵可以分为齿轮泵，柱塞泵和叶片泵。深孔钻床液 压系统中动力元件是定量液压泵。 （2）执行元件：在液压系统中执行元件就是把压力能转化为运动能量的装置。如今液压系统中的执行元件一般是液压马达或者是液压缸，液压马达是运用压力能带动 物体做旋转运动。而液压缸则是把液压能转化成为直线运动或者是摆动。深孔钻床液 压系统的执行元件是摆线液压马达和控制直线运动的液压缸。 （3）控制元件：在液压系统中控制元件的作用就是调节系统中液压油的方向，压 力和流量大小的装置。这部分装置就是液压阀。按照控制能力的不同，液压阀可以分 为流量控制阀，方向控制阀，以及压力控制阀。其中流量控制阀主要有节流阀，调速 阀等。方向控制阀主要包括单向阀，换向阀等。压力控制阀则包括溢流阀，减压阀等4。 另外有一些特殊的液压阀如插装阀和叠加阀，伺服阀以及电液比例阀等。上述这些液 压阀互相组合可以对液压系统起到一个很好的调节作用，从而可以使液压系统满足加 工工艺的要求。 （4）辅助元件：在液压系统中辅助元件
