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1、前言专用铣床液压系统设计1 前言相对于机械传动，液压传动是一门新的技术。液压传动与机械传动、电力传动、气压传动相比，具有相当多的优点，因此在国民经济各个部门中都得到了广泛的应用，并且具有相当广阔的发展前景。机床中采用液压传动主要是因为液压传动可以实现无极变速、易于实现自动化、能够实现频繁的往复运动。目前，我国已经形成了门类齐全的标准化、系列化和通用化液压元件系列产品。同时，我国在消化、吸收国外先进液压技术的同时，大力研发国产液压元件新的产品，加强了产品质量可靠性以及新技术应有的研究，不断的调整产品结构，对一些差的液压件产品采取逐步淘汰的措施。因此，随着科学技术的不断向前发展，液压技术将越来越成
2、熟，应用更加广泛。本文通过一系列的论证，从选取液压系统方案入手，对专业铣床的液压系统进行了分析和设计。在设计过程中，我贯彻少而精、理论与实际相结合的原则，主要对液压系统和液压缸进行了设计，最后对部分零部件用PROE进行了实体建模。在设计专业铣床液压系统中，汪老师对本设计给予了极大的帮助和辅导，在此我向汪老师表示衷心的感谢。由于个人水平和能力有限，文中难免存在疏漏和不足，谬误及不妥之处敬请老师指正。第 45 页 （共 45 页）选题背景2 选题背景2.1 题目来源及题目类别：题目来源：生产实际和老师的科学研究题目类别：毕业设计2.2 研究的目的和意义液压系统设计是一个综合实践性教学环节，通过该毕
3、业设计，要求达到以下目的： 1. 巩固和深化已学知识，掌握液压系统设计计算的一般方法和步骤，培养学生工程设计能力和综合分析问题、解决问题能力； 2. 正确合理地确定执行机构，选用标准液压元件；能熟练地运用液压基本回路、组合成满足基本性能要求的液压系统； 3. 熟悉并会运用有关的国家标准、部颁标准、设计手册和产品样本等技术资料。对学生在计算、制图、运用设计资料以及经验估算、考虑技术决策、CAD技术等方面的基本技能进行一次训练，以提高这些技能的水平。2.3 国内外专用铣床的发展和研究状况“十五”以来，尤其是最近二、三年，随着国民经济的持续发展和国家对国产数控机床的大力支持，我国许多重要行业对加工中
4、心和数控铣床的需求愈来愈大。有需求有市场，就有生产，这是市场经济规律。所以国内不少从未涉及制造铣床的厂家，都纷纷上阵，通过引进技术、合作生产等形式，开发研制各种加工中心和数控铣床，满足广大用户的需求。根据中国机床工具工业协会对重点骨干企业的统计资料和其他有关资料表明，2005年我国已有11个企业批量生产各种加工中心422台，生产特种数控铣床75台。其中年产超过80台的企业有3家：沈阳机床（集团）有限责任公司、宁波海天精工机械有限公司、威海华东数控股份有限公司。而沈阳机床集团在2005年生产包括五轴联动加工中心等各种产品135台，占铣床加工中心总产量的32%。 “十五”期间，是我国机床工具行业发
5、展最快的五年，通过引进技术合作生产等形式，在新产品研发方面取得较大进展。在高速、高精、多轴、复合等方面都有较大突破，尤其是加工中心和数控铣床更为突出。从1999年江苏多棱（原常州机床总厂）带头打破西方封锁，试制成功具有自主知识产权的我国第一台五轴联动数控龙门镗铣床以来，已有济南二机、桂林机床、北京一机等多家公司推出五轴联动加工中心和数控铣床。尤其是今年2月份在上海举办的中国数控机床展览会（CCMT2006）上，实力雄厚的沈阳机床集团，一次推出6台大型加工中心，其中3台具有五轴联动功能，1台具有五面加工功能，1台为车铣加工中心，这也突出体现了我国加工中心和数控铣床在五轴联动功能上，开始走向成熟。
6、近年来，有的厂产品在主轴转速、快速进给、机床精度等主要技术参数已接近或达到国际先进水平。尤其是北京一机截止到今年6月底，仅一年半的时间就签约生产工作台宽度4米、5米的超重型动梁加工中心和数控铣床10台，说明我国生产中、高档重型和超重型加工中心和数控铣床的厂家在产量和技术水平上有的已迈进国际机床大厂的行列。 在近几届国内机床展览会上，看到我国加工中心和数控铣床在结构性能、技术水平、产品质量等方面，都有很大提高。但是，与发达国家同类产品相比，还有较大差距，首先是自主创新能力不够，当前多以仿制为主，或引进技术合作生产，缺乏自主知识品牌的高档产品，往往关键的核心技术，关键的功能部件，还是从国外购买。例
7、如，在今年CCMT2006上海机床展会上，共展出了8台五轴联动龙门加工中心，采用的关键部件双摆角铣头，除了济南二机和桂林机床是自己开发的以外，其余6台都是购买意大利意萨、菲迪亚等国外公司产品。其次是产品质量，尤其是整机可靠性，还有较大差距，这也是用户最关注的问题之一。应该看到，目前除少数企业外，龙门类产品技术含量普遍较低，数控机床产业化程度不高。这些都是国内主机厂需要下大力气认真改进、努力提高的地方。目前的知名生产厂家有：1、北京第一机床厂，从1960年北一试制X212龙门铣床以来，至今已有四十多年的历史，尤其是1984年至今的22年间，北一在引进世界上生产数控龙门镗铣床著名厂家德国瓦德里希科
8、堡公司的先进技术及合作生产的基础上，通过消化吸收和科研攻关，不但成功地合作生产了8台重型和超重型加工中心和数控铣床，而且掌握了其中的关键核心技术，实现了技术创新和技术进步。2、济南二机床集团有限公司，从1992年开始，引进著名机床制造商法国福斯特里纳公司的先进技术，进行长期合作生产以来，开发了工作台移动式、移动式、定梁、动梁等多种形式的数控铣床和加工中心。目前，济二生产的五轴联动加工中心和数控铣床，已经被水泵业、轨道客车等用户所认可。3、沈阳机床（集团）有限责任公司，多年来，一直以生产钻镗床著称的沈阳机床（集团）公司旗下的中捷机床有限公司、中捷摇臂钻床厂，近年来，通过引进国外龙门五面加工制造技
9、术，消化、吸收，大力开发适合我国国情的五面数控加工机床，在CIMT2005和CCMT2006机床展览会上，都推出多台五轴联动和五面加工加工中心和数控铣床。4、桂林机床股份有限公司，多年来，通过与北京航空航天大学、华中科技大学、清华大学等国内名校进行卓有成效的产学研合作和请国外专家讲课等协作形式，开发出具有自主知识产权的自动万能铣头，并利用自动万能铣头，成功开发了五轴联动数控龙门铣床。自2001年在第七届中国国际机床展览会上，展出采用华中数控系统的国内首台具有自主知识产权的五轴联动数控龙门铣床以来，已开发多台五轴联动产品。5、宁波海天精工机械有限公司，隶属于宁波海天集团公司的宁波海天精工机械有限
10、公司，是机床行业的新兵，但是起点较高，通过引进国外先进技术，目前主要生产龙门加工中心、卧式加工中心和数控车床三大系列产品。2.4 国内外专用铣床的发展趋势根据铣床行业18家骨干企业上报的经济信处统计资料显示，2008年铣床行业的经济运行情况基本良好，主要经济指标仍保持增长的态势，但相比2002年以来机床行业的持续高速增长，增速明显减缓。2008年1-4季度完成工业总产值(现价)74.37亿元，比上年增长15.2%；产品销售产值71.48亿元，比上年增长17.1%；利税总额10.7亿元，比上年增长7.3%。生产情况分析：受金融危机的影响，自2008年8月份，之后多数企业的产量出现了下滑，库存量增
11、加，后续合同减少。企业的经营面临着巨大的挑战。出口情况分析：由于金融危机对北美、欧洲以及南美等国的货币汇率波动的影响较大，汇率的不稳定，造成市场需求出现萎缩，国外客户购买能力下降，使机床出口量持续下滑。当前市场需求分析：伴随着国际经济危机的不断加深及全球经济增长的放缓，机床行业受宏观经济形势的影响，呈现出增长逐步减缓的趋势。自去年下半年以后，机床市场需求出现了严重滑坡。从用户行业上看，汽车行业是机床行业的主要下游行业之一，国内汽车行业受国际、国内整体经济的影响较大，美国汽车三大巨头正面临着前所未有的震荡，其结果有可能使国际汽车行业重新洗牌，给国内汽车行业带来新的机遇与挑战，期待今年下半年能够恢
12、复并带动机床市场的需求；航空航天业是国家重点支持的下游行业，保持着较快的发展速度，对机床产品需求仍较高；电力设备工业有望维持正常增长，继续拉动中高档重型数控机床的需求；而船舶、模具、一般机械制造业，则受宏观经济影响很大，下行趋势已经形成，对机床的需求有所下降。从市场需求看，普通机床和经济型数控机床产品市场需求急剧下滑，传统普通产品生产企业库存量大幅增加。而中、高档数控机床，成套设备和大型重型数控机床需求相对集中，这说明行业产品结构发生了非常大的变化，单台产品平均价格走高，市场需求继续向高端倾斜，重型机床领域竞争将更加激烈。方案论证3 液压缓冲装置方案论证液压缸带动质量较大的部件作快速往复运动时
13、，由于运动部件具有很大的动能，因此当活塞运动到液压缸终端时，会与端盖碰撞，而产生冲击和噪声。这种机械冲击不仅引起液压缸的有关部分的损坏，而且会引起其它相关机械的损伤。为了防止这种危害，保证安全，应采取缓冲措施，对液压缸运动速度进行控制。 当活塞移至端部，缓冲柱塞开始插入缸端的缓冲孔时，活塞与缸端之间形成封闭空间，该腔中受困挤的剩余油液只能从节流小孔或缓冲柱塞与孔槽之间的节流环缝中挤出，从而造成背压迫使运动柱塞降速制动，实现缓冲。 液压缸中常用的缓冲装置有节流口可调式（如图3-1）和节流口变化式（如图3-1）两种。图3-1 节流口可调式缓冲装置图3-2 节流口变化式缓冲装置在此设计中，为了更加方
14、便的调节缓冲装置的灵敏度，也就是为了使得调节缓冲装置可以调节，进而满足不同的缓冲需要，决定采取节流口可调式缓冲装置。这种缓冲装置应用也最广。液压系统设计4 液压系统设计4.1 已知条件设计一台专用铣床的液压系统，其工作循环是“工件夹紧工作台快进工作台工进工作台快退工件松开”。运动部件的重力为25000N，快进、快退适度为5m/min, 工进速度为1001200mm/min, 最大行程400mm, 其中工进行程180mm,最多切削力为18000N，采用平面导轨，夹紧缸的行程为20mm，夹紧力为30000N，加紧时间为1s。4.2 工况分析首先根据已知条件，绘制运动部件的速度循环图，如图4-1所示
15、。然后计算各阶段的外负载并绘制负载图。液压缸所受外载荷F包括三种类型，即F = Fw+ Ff+ Fa式中 Fw工作负载，对于金属切削机床来说，即为沿活塞运动方向的切削力，在本设计中Fw为18000N。 Fa运动部件速度变化时的惯性负载。 Ff导轨摩擦力负载，启动时为静摩擦力，启动后为动摩擦力，对于平行导轨Ff可以由下式求的： Ff = f ( G + FRn ) G 运动部件重力。 FRn 垂直于导轨的工作负载，此设计中为零。 f导轨摩擦系数，取静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1。求得Ffs = 0.225000N = 5000NFfa = 0.25000N = 25000N上式中Ffs 为静摩擦力，Ffa 为动摩擦力。Fa = 式中 g重力加速度。 加速或减速时间，一般 = 0.010.5s。 时间内的速度变化量。此设计中Fa = N = 4230N根据上述计算结果，列出各工作阶段所受的外负载（见表4-1），并画出如图4-2所示的负载循环图。图4-1 速度循环图 图4-2 负载循环图表4-1 工作循环各阶段的外负载工作循环外负载F(N)工作循环外负载F(N)启动、加速F = Ffs + Fa9230
