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1、中北大学2007届毕业设计说明书1 引言 磨床工作台的运动是一种连续往复直线运动，它对调速、运动平稳性、换向精度、换向频率都有较高的要求，因广泛采用液压传动。磨床是一种精密加工机床，对液压系统有着较高的要求。磨床中的平面磨床为精加工机床，磨削力及变化量不大，工作台往复速度较高，调速范围较广，要求换向灵敏迅速，冲击小，但对换向精度要求不高。液压技术作为一门新兴应用学科，虽然历史较短，发展的速度却非常惊人。液压设备能传递很大的力或力矩，单位功率重量轻，结构尺寸小，在同等功率下，其重量的尺寸仅为直流电机的10%20%左右；反应速度快、准、稳；又能在大范围内方便地实现无级变速；易实现功率放大；易进行过
2、载保护；能自动润滑，寿命长，制造成本较低。因此，世界各国均已广泛地应用在锻压机械、工程机械、机床工业、汽车工业、冶金工业、农业机械、船舶交通、铁道车辆和飞机、坦克、导弹、火箭、雷达等国防工业中。液压传动设备一般由四大元件组成，即动力元件液压泵；执行元件液压缸和液压马达；控制元件各种液压阀；辅助元件油箱、蓄能器等。液压阀的功用是控制液压传动系统的油流方向，压力和流量；实现执行元件的设计动作以控制、实施整个液压系统及设备的全部工作功能。1.1 液压系统的发展历史 液压传动理论和液压技术发展的历史可追溯17世纪，当时的荷兰人史蒂文斯（Strvinus）研究指出，液体静压力随液体的深度变化，与容器的形
3、状无关。之后托里塞勒(Torricelli)也对流体的运动进行研究。17世纪末，牛顿对液体的粘度以及浸入运动流动体中的物体所受的阻力进行了研究。18世纪中叶，伯努利提出的流束传递能量理论及帕斯卡提出的静压传递原理，使液压理论有了关键性的进展。1795年英国伦敦的约瑟夫.布拉默(Joseph Bramah 17491814)创造了世界上第一台水压机棉花、羊毛液压打包机。1905年，詹尼（Janney）设计了一台带轴向柱塞泵的油压传动与控制装置，并于1906年成功地应用在弗吉尼亚号战舰的炮塔俯仰、转动机构中。1936年，哈里.威克斯（Harry Vikers）提出了包括先导式溢流阀在内的些液压控制
4、元件有力地推动了液压技术的进步。1958年美国麻萨诸塞州理工学院的布莱克本（Blackburn）、李诗颖创造了电液伺服阀，并于1960年发表了对液压技术有杰出贡献的论著流体动力控制。现在由于微型计算机与液压技术日益密切的结合，对液压控制阀提出了更高、更新的要求，液压控制已开始形成了一个分支学科，继续不断不断地向高、精、尖的方向发展。12 液压系统的发展现状 液压传动技术发展到今天已经拥有较为完善的理论和实践基础。虽然液压传动还存在一些缺陷，但总体上优点还是盖过了缺点。正因为液压传动具有很多机械传动所不具备的优点，液压传动技术在机械工业的各个领域得到了广泛的应用，如：矿山机械、工程机械、冶金机械
5、、建筑机械、起重机械等。液压技术的应用实现了从手动到半自动化、自动化的逐步发展，从而也推动了机械工业的向前发展。在整个机械传动工程中，液压传动技术扮演了举足轻重的角色。1.3 现今液压系统的优缺点 液压传动的特点：液压传动技术与传统的机械传动相比，液压传动操作方便简单，调速范围广，很容易实现直线运动，具有自动过载保护功能。液压传动容易实现自动化操作，采用电液联合控制后，可以实现更高程度的自动控制以及远程遥控。液压传动系统可以灵活布置各个元件，由于工作介质为矿物油，良好的润滑条件延长了元件的使用寿命。由于液压传动的工作介质是流体矿物油，因而沿程、局部阻力损失和泄漏较大，泄漏的矿物油将直接对环境造
6、成污染，有时候还容易引发各种安全事故。液压油受温度的影响很大，因而不能在很高或很低的温度条件下工作。因为液压油存在一定的压缩性，所以液压传动的传动比不恒定，不能保证很高的传动精度。密封状况的好坏对液压传动影响很大，因而液压元件必须具有较高的制造精度。液压传动的故障排除不如机械传动、电气传动那样容易，因此对维护人员有较高的技术水平要求。 近年来，国内的平面磨床制造水平虽然有了明显的提高，但不可否认的是无论是高档的多轴联动数控、强力成形磨床、磨削加工中心和中档的数控平磨还是普通平磨或传统的手动平磨，与国外先进水平相比仍有不小的差距。 1.4 平面磨床液压系统发展潮流 平面磨床相对于车床、铣床等采用
7、数控技术较晚，是因为它对数控系统的特殊要求。近十几年来，借助CNC技术磨床上砂轮的连续休整，自动补偿，自动交换砂轮，多工作台等操作功能得以实现。数控磨床行业独特需求，机床生产厂也积极开发机械部分，提出独特控制要求：斜轴控制、主轴摆动、强化拱顶磨削方法。同时液压元件也在将向高性能、高质量、高可靠性、系统成套法向发展，向低能耗、低噪声、无污染法向发展。21世纪是一个高度自动化的社会，随着科技的发展和人类的新需要，大型智能型行走机器人将应运而生。资料表明，液压技术作为能量传递或做功环节是其中必不可少的一部分。故无论现在还是将来，液压技术在国民经济中都占有重要的一席之地，发挥着无法替代的作用。现代液压
8、技术与微电子技术、计算机控制技术、传感技术等为代表的新技术紧密结合，形成一个完善高效的控制中枢，成为包括传动、控制、检测、显示乃至校正、预报在内的综合自动化技术。它是中大功率机械设备实现自动化不可缺少的基础技术，应用面极其广泛。 1.5 本课题的目的及研究范围该课题从分析研究平面磨床液压系统的角度入手，深度剖析了当代液压系统的优缺点。旨在有针对性的提出对当代液压系统进行逐步完善的方法。要求通过对各种机床液压系统的分析，设计出初步的MK7120A平面磨床的动作循环，并根据动作循环图了解了磨床液压系统的原理特点，对当代液压系统有清楚明了的认识。2 液压系统分析与设计平面磨床是磨床的一种。主要用砂轮
9、旋转研磨工件以使其可达到要求的平整度,根据工作台形状可分为矩形工作台和圆形工作台两种，矩形工作台平面磨床的主参数为工作台宽度及长度，圆台平面磨床的主参数为工作台面直径。根据轴类的不同可分为卧轴及立轴磨床之分。2.1 MK7120A平面磨床主参数的确定MK7120A型平面磨床设计为卧轴矩台平面磨床，加工工件最大尺寸630mm200mm320mm，砂轮主轴中心到工作台距离：100445mm。工作台液动速度：118m/min 工作台纵向移动最大距离：780mm。2.2 平面磨床动作循环分析 一般的立式卧轴平面磨床，轴的线性运动具有：1、 工作台的左右运动；2、 砂轮座的上下运动；3、 砂轮座得前后运
10、动。由于平面磨床的工作台左右移动一般要求高速运动以及平稳，因此大部分平面磨床此轴通常采用液压系统控制。此处设计为MK7120A型平面磨床工作台采用液压系统传动，砂轮及砂轮座采用电动机带动丝杠传动，本设计中只研究平面磨床的液压系统，对后者不做研究。因此，设计中只分析设计液压泵带动液压缸的左右运动。MK7120A平面磨床工作台循环运动设计为：快进-工进-快退。其中快进与快退均设计为13m/min，加速时间为0.13秒。2.3 负载的分析计算2.3.1 导轨的选择与摩擦力的计算主要性能参数与性能要求如下：假设工件为45号钢：=7.85g/cmm=v=7.85(630200320)=316.512kg
11、G=mg=3101.82N设工作台及夹具质量为500kg导轨摩擦系数为s=0.2动摩擦系数d=0.1静摩擦力：Ffs=s（m1+m2)=0.2(500+316.5)=1600N动摩擦力：Ffd=d（m1+m2)=0.1（500+316.5）=800N惯性负载：Fi=（m1+m2）V/t=（500+316.5）13/0.1360=1360.8NFt=500NF=T/（De/2）=P/n/（Den）=170.6Nm2.3.2 循环阶段受力分析与计算a 快进阶段受力分析：启动：F=Ffs 1600N 推力：1778N加速：F=Ffd+Fi 2160.8N 推力：2400N恒速：F=Fd 800N 推
12、力：889Nb 工进：F=F+Ffd 970N 推力：1078N c 快退阶段：启动：F=Ffs 1600N 推力：1778N加速：F=Ffd+Fi 2160.8N 推力：2400N恒速：F=Fd 800N 推力：889N根据液压缸在上述各阶段内的负载和运动时间，即可绘制出负载循环图F-L如图1所示。 图1根据液压缸在上述各阶段内的负载和运动时间，即可绘制出负载循环图v-L如图2所示。 图22.4 计算液压系统主要参数并编制工况图2.4.1 预选系统设计压力平面磨床也归属精加工机床，所设计的工作台在工进时负载最大，在其它工况负载都不太高，参考表2和表3，初选液压缸的工作压力p1=2MPa。2.
13、4.2 计算液压缸主要结构尺寸由于设计要求工作台快速进退速度相等，故选用单杆差动连接液压缸，使缸的无杆腔与有杆腔的有效面积A1与A2保持关系A1=2A2，即杆d和缸径D满足d=0.707D.按设计手册取背压0.8MPa。表1负载/ KN50工作压力/MPa0.811.522.5334455表2 各种机械常用的系统工作压力机械类型机 床农业机械小型工程机械建筑机械液压凿岩机液压机大中型挖掘机重型机械起重运输机械磨床组合机床龙门刨床拉床工作压力/MPa0.82352881010182032 表3 执行元件背压力系统类型背压力/MPa简单系统或轻载节流调速系统0.20.5回油路带调速阀的系统0.40
14、.6回油路设置有背压阀的系统0.51.5用补油泵的闭式回路0.81.5回油路较复杂的工程机械1.23回油路较短且直接回油可忽略不计 从满足最大推力出发，可算得液压缸无杆腔的有效面积A1=F/(p1-p2/2）=2400/（2-0.8/2）=17cm液压缸内径：圆整后取标准数值得D=50mm=5cm按表4表5确定d表4 按工作压力选取d/D工作压力/MPa5.05.07.07.0d/D0.50.550.620.700.7 表5 按速比要求确定d/Dv1/v211.151.251.331.461.612d/D0.30.40.50.550.620.71 注：v1无杆腔进油时活塞运动速度； v2有杆腔进油时活塞运动速度。由表4、表5得：d=0.71D=36mm=3.6cm由此求得液压缸两腔的实际有效面积为：A1=D/4=3.14504=1963mmA2=（D-d）/4=3.145036）=946mmA=A1-A2=1963-946=1017mm根据计算出的液压缸的尺寸，可估算出液压缸在工作
