组合机床液压动力滑台的液压及电气设计

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1、(2014 届届) 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 组合机床液压动力滑台的液压及电气设计组合机床液压动力滑台的液压及电气设计 专 业 机械制造及自动化 班 级 机制 S2011-1 学 号 10 姓 名 指导老师 II 设 计 说 明 书 3 【摘要】 本论文主要阐述了组合机床动力滑台液压系统，能实现的工作循环是：快 速前进 工作进给 快速退回 原位停止，液压技术是机械设备中发展速度 最快的技术之一。特别是近年可与微电子、计算机技术相结合、使液压技术进 入了一个新的发展阶段。目前，已广泛应用在工业各领域。由于近年来微电子、 计算机技术的发展，液压元器件制造技术的进一步提高，使液压技术不仅在作

2、 为一种基本的传统形式上占有重要地位而且以优良的静态、动态性能成为一种 重要的控制手段。 面对我国经济近年来的快速发展，机械制造工业的壮大，在国民经济中占 重要地位的制造业领域得以健康快速的发展。制造装备的改进，使得作为制造 工业重要设备的各类机加工艺装备也有了许多新的变化，尤其是孔加工，其在 今天的液压系统的地位越来越重要。 本液压系统的设计，除了满足主机在动作和性能方面规定的要求外，还必 须符合体积小、重量轻、成本低、效率高、结构简单、工作可靠、使用和维修 方便等一些公认的普遍设计原则。液压系统的设计主要是根据已知的条件，来 确定液压工作方案、液压流量、压力和液压泵及其它元件的设计。 综上

3、所述，完成整个设计过程需要进行一系列艰巨的工作。设计者首先应 树立正确的设计思想，努力掌握先进的科学技术知识和科学的辩证的思想方法。 同时，还要坚持理论联系实际，并在实践中不断总结和积累设计经验，向有关 领域的科技工作者和从事生产实践的工作者学习，不断发展和创新，才能较好 地完成机械设计任务。 关键词: 组合机床 液压系统 液压缸 液压泵换向阀 4 目录目录 一、绪论一、绪论5 1.1 课题意义和背景及应用现状 .5 1.2 液压控制特点.6 1.3 机械式与液压式滑台特点7 二、液压滑台液压系统动能设计二、液压滑台液压系统动能设计.10 2.1 运动负载分析计算10 2.2 确定执行元件类型

4、及基本参数11 2.3 确定液压控制方案13 2.4 选择液压控制元件14 三、液压动力滑台的电气控制设计三、液压动力滑台的电气控制设计.16 3.1 确定电气控制的对象16 3.2 确定电器控制的方案16 四、液压缸的结构设计四、液压缸的结构设计.20 4.1 确定类型和主要参数20 4.2 确定部件的链接方式21 4.3 排气缓冲设计21 4.4 校核21 五、总结五、总结.21 参考文献参考文献.22 致谢致谢.22 5 一、一、 绪论绪论 1 1课题意义、背景及应用现状课题意义、背景及应用现状 1.11.1课题意义 通过对专用铣床动力滑台的负载分析及工艺分析，熟悉机床液压及电气设 计的

5、基本思路、方法，掌握机电设备电气与液压系统设计机液压执行机构的机 构设计方法。通过本课题的训练加强对机床液压与电气控制知识的综合应用， 具备初步的工程实践能力。 1.21.2液压动力滑台背景及应用现状 动力滑台是组合机床用以实现进给运动的通用部件,其运动由液压缸驱动。在滑 台上可根据加工工艺要求安装各类动力箱和切削头，以完成车、铣、镗、钻、 扩、铰、攻螺纹等加工工序，并能按多种进给方式实现自动工作循环。液压动 力滑台应满足进给速度稳定、速度换接平稳、系统效率高、发热小等要求。 液压传动和气压传动称为流体传动，是根据 17 世纪帕斯卡提出的液体静压 力传动原理而发展起来的一门新兴技术，是工农业生

6、产中广为应用的一门技术。 如今，流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。 第一个使用液压原理的是 1795 年英国约瑟夫布拉曼(Joseph Braman,1749- 1814)，在伦敦用水作为工作介质,以水压机的形式将其应用于工业上,诞生了世 界上第一台水压机。1905 年他又将工作介质水改为油,进一步得到改善。 第一次世界大战(1914-1918)后液压传动广泛应用,特别是 1920 年以后,发展更 为迅速。液压元件大约在 19 世纪末 20 世纪初的 20 年间,才开始进入正规的 工业生产阶段。1925 年维克斯(F.Vikers)发明了压力平衡式叶片泵,为近代液压

7、元件工业或液压传动 的逐步建立奠定了基础。20 世纪初康斯坦丁尼斯克 (GConstantimsco)对能量波动传递所进行的理论及实际研究;1910 年对液力传 动(液力联轴节、液力变矩器等)方面的贡献，使这两方面领域得到了发展。 我国的液压工业开始于 20 世纪 50 年代，液压元件最初应用于机床和锻压 设备。60 年代获得较大发展，已渗透到各个工业部门，在机床、工程机械、冶 金、农业机械、汽车、船舶、航空、石油以及军工等工业中都得到了普遍的应 用。当前液压技术正向高压、高速、大功率、高效率、低噪声、低能耗、长寿 命、高度集成化等方向发展。同时，新元件的应用、系统计算机辅助设计、计 算机仿真

8、和优化、微机控制等工作，也取得了显著成果。 6 目前，我国的液压件已从低压到高压形成系列，并生产出许多新型元件， 如插装式锥阀、电液比例阀、电液伺服阀、电业数字控制阀等。我国机械工业 在认真消化、推广国外引进的先进液压技术的同时，大力研制、开发国产液压 件新产品，加强产品质量可靠性和新技术应用的研究，积极采用国际标准，合 理调整产品结构，对一些性能差而且不符合国家标准的液压件产品，采用逐步 淘汰的措施。由此可见，随着科学技术的迅速发展，液压技术将获得进一步发 展，在各种机械设备上的应用将更加广泛。 工程机械主要配套件有动力元件、传动元件、液压元件及电气元件等。目 前工程机械动力元件基本上都用内

9、燃式柴油发动机(简称柴油机)；传动分机械 传动、液力机械传动、静液压传动、电传动等。但目前工程机械用得最多、最 普遍的为液力机械传动及静液压传动。整个传动系统还包括传动轴、驱动桥等。 静液压传动有多种结构形式，有的有传动轴、驱动桥，有的没有，视情况而定； 液压元件主要有缸、泵、阀、密封件及液压附件等。静液压元件的泵(主要是变 量泵)、马达(变量与定量)，以及相应的减速机等；电气元件以前对工程机械的 影响还并不大，最早的工程机械电气系统，主要是起动电路及照明电路，系统 及元件都非常简单，起动可以用拖起动，白天干活不用照明，因此，这两个电 路系统出了故障也能勉强维持工作。但工程机械发展到今天，电气

10、系统及电气 元件已经成了工程机械一个非常关键的部分，可以说今天的绝大多数工程机械， 电气系统出了故障根本就不能工作，有的甚至寸步难行，等于一堆废钢铁。因 此电气系统、电器元件目前也是工程机械最关键最主要的配套件之一。主要电 器元件除传统的元件外，还有各种传感器，各种控制元件及微处理机等等。 1.21.2 液压控制特点液压控制特点 液压控制系统多采用伺服阀等电业控制阀组成的带反馈的闭外系统，以传递 信息为主，以传递动力为辅，追求控制特性的完善。由于加入了检测反馈，故 系统可用一般元件组成精确的控制系统，其控制质量受工作条件变化的影响小。 液压控制系统的类型繁杂，可按不同方式分类，每种分类方式均代

11、表一定特 点。 (1)按系统的输出量分类 可分为位置控制、速度控制、加速度控制和力(或压力)控制系统。 (2)按控制的方式分类 可分为阀控系统和泵控系统。阀控又称节流控制式系统，其主要控制 元件是液压控制阀，具有响应快、控制精度高的优点，缺点是效率低， 7 特别适合在中小功率快速高精度控制系统中使用。按照控制阀的不同， 阀控系统还可以分为伺服阀式、比例阀式、数字阀式系统等。泵控系统 主要的控制元件是变量泵，具有效率高、刚性大的优点，但是响应速度 慢、结构复杂，适合在大功率而响应速度要求不高的控制场合中使用。 (3)按控制信号传递介质分类 按控制信号传递介质的不同可分为机械液压控制系统、电气液压

12、控制 系统。 机械液压控制系统简称机液控制系统，系统中的给定、反馈和比较元 件都是机械构件。其优点是简单可靠、价格低廉、环境适应性好，缺点 是偏差信号的校正及系统增益的调整不如电气方便，难以实现远距离操 作。此外，反馈机构的摩擦和间隙都会对系统的性能产生不利影响。 电气液压控制系统简称电液控制系统，系统中偏差信号的检测、校正 和初始放大都是采用电气、电子元件来实现的。其优点是信号的测量、 校正和放大都较为方便，容易实现远距离操作，容易与响应速度快、抗 负载刚性大的液压动力元件实现整合，组成以电子、电气为神经，以液 压为筋肉的电液控制系统。具有很大的灵活性与广泛韵适应性，是目前 响应速度和控制精

13、度最优的控制系统。 由于机电一体化技术的发展和计算机技术的普及，电液控制系统已 在工程上普遍得到应用并成为液压控制中的主流系统。 1.31.3 机械式与液压式滑台特点机械式与液压式滑台特点 1 1 组合机床的工艺特点组合机床的工艺特点 1）组合机床特点）组合机床特点 组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定形状和加工工艺设计的专用部件和夹具， 组成的半自动或自动专用机床。 8 图图 1 1 组组合合机机床床 作为一种高效率的专用机床，组合机床在大批、大量机械加工生产中应用广泛。本次课程 设计将以组合机床动力滑台液压系统设计为例，介绍该组合机床液压系统的设计方法和设 计步骤，其中包括组合机床动

14、力滑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。 组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定外形和加工工艺设计的专用部件和夹具而 组成的半自动或自动专用机床。组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同 时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。组合机床兼有低成本和高效率的优 点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。组合机床通常采用多 轴、多刀、多面、多工位同时加工的方式，能完成钻、扩、铰、镗孔、攻丝、车、铣、磨 削及其他精加工工序，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。液压系统由于具有结构简单、 动作灵活、操作方便

15、、调速范围大、可无级连读调节等优点，在组合机床中得到了广泛应 用。 2、机械式滑台机械式滑台 机械滑台用以实现进给运动，可卧式也可立式使用，在机械滑台上安装动力箱（装上多 轴箱）钻削头、镗削头、铣削头、镗孔车端面头等各种部件，用以完成钻、扩、铰、镗、 锪窝、刮端面、倒角、车端面、铣削及攻丝等工序，亦可在其上安装工件组成输送运动 实现工作循环。 滑台又分 A、B 型，采用高牌号铸铁或镶刚结构，具有普通级和精密级两种精度。 A 型为双矩型导轨，一般用于粗加工， B 型为一山一矩合型导轨，用于精加工。该系 列滑台外形美观、设计合理、刚性好、性能可靠，是组合机床和自动线较理想的基础动 力部件。 9 图

16、图 2 2 机机械械式式滑滑台台 机械滑台它具有门式框架和卧式长床身的铣床,机械滑台加工精度和生产率均较高,适合在成 批和大量生产中加工大型工件的平面和斜面。 3、液压式滑台液压式滑台 是组合机床的重要通用部件之一，用于实现进给运动，液压滑台的主要元件有液压泵、 电液换向阀、顺序阀、背压阀、液压缸。 图图 3 3 液液压压式式滑滑台台 4、机机械械式式滑滑台台与与液液压压式式滑滑台台的的比比较较 10 表表 1 1 2、液压滑台液压系统动能设计液压滑台液压系统动能设计 2.12.1 运动负载分析计算运动负载分析计算 1） 运动分析 绘制动力滑台的工作循环图 图图 4 2）负载工况分析 a、启动加速阶段 N n mawu n FFF m j m Uf1580 1 )( 1 )( 11 b、快进、快退阶段 N n ma n F F mm f 450 C、工进阶段 N n F