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1、 机械工程学院液压与气动技术课程设计题 目： 卧式单面多轴钻孔组合机床液压系统设计 专 业： 机械设计制造与自动化 班 级： 1301班 姓 名： 学 号： 指导教师： 2015.12.15液压与气动技术课程设计任务书一、主要任务与目标任务：设计一个卧式单面多轴钻孔组合机床液压系统目标：设计要求滑台实现“快进工进快退停止”工作循环。已知：机床有主轴11个，其中7个用于钻13.9mm的孔，4个用于钻8.5mm的孔。刀具材料为高速钢，工件材料为铸铁，硬度为240HBW，机床工作部件总质量为m=1000Kg；快进速度v1、快退速度v2均为5.5m/S，快进行程长度L1=100mm，工进行程长度为L2
2、=50mm，往复运动的加速、减速时间不大于0.157S，动力滑台采用平导轨，静摩擦系数fs=0.2，动摩擦系数fd=0.1；液压系统的执行元件为液压缸。二、主要内容（1）熟悉设计任务，明确设计及目标。（2）根据设计要求和已学过的设计流程，拟定系统工作原理图。（3）计算各元件的参数并验算。（4）元件选型。（5）编制文件，绘制速度、负载图谱。三、工作量要求完成规定的任务，总字数30004000字。四、时间要求本课程设计于2015.12.18前完成目 录 1 负载与运动分析 1 2 负载图和速度图的绘制 1 3确定液压缸的主要参数 2 3.1初选液压缸工作压力 2 3.2 计算液压缸主要尺寸 2 3
3、.3 各阶段压力、流量、功率的计算 3 4 液压系统图的拟定 4 4.1 液压回路的选择 4 4.2 液压回路的综合 6 5 液压元件的选择 8 5.1 液压泵的选择 8 5.2 阀类元件及辅助元件的选择 9 5.3 油管的选择 9 5.4 油箱的计算 10 6 液压系统性能的验算 10 6.1 验算系统压力损失并确定压力阀的调整值 10 6.1.1快进 10 6.1.2工进 11 6.1.3 快退 11 6.2 油液温升验算 11 7油箱设计 12 7.1 壁厚、箱顶及箱顶元件的设计 12 7.2 箱壁、清洗孔、吊耳、液位计设计 13 7.3 箱底、放油塞及支架设计 13 7.4 油箱内隔板
4、及除气网设置 13 1. 负载与运动分析负载分析中，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，重力的水平分力为零，这样需要考虑的力有：夹紧力，导轨摩擦力，惯性力。在对液压系统进行工况分析时，本设计实例只考虑组合机床动力滑台所受到的工作负载、惯性负载和机械摩擦阻力负载，其他负载可忽略。1. 切削负载FW工作负载是在工作过程中由于机器特定的工作情况而产生的负载，对于金属切削机床液压系统来说，沿液压缸轴线方向的切削力即为工作负载。切削负载(确定切削负载应具备机械切削加工方面的知识)用高速钢钻头(单个)钻铸铁孔时的轴向切削力Ft(单位为N)为 (
5、81)式中：D钻头直径，单位为mm； s每转进给量，单位为mmr； HBW铸件硬度,HBW=240。根据组合机床加工特点，钻孔时主轴转速n和每转进给量s按“组合机床设计手册”取：对13.9mm的孔：n1=360rmin，s l=0.147mmr；对8.5mm的孔：n2=550rmin，s 2=0.096mmr；所以，系统总的切削负载Ft为：Ft=7x25.5x13.9x0.1470.8x2400.6+4x25.5x8.5x0.0960.8x2400.6=17907N令Ft=Fg=17907N2惯性负载往复运动的加速，减速时间不希望超过0.157s ，所以取为0.157SFm=mv/t=1000
6、x5.5/(60x0.157)N=583N 3阻力负载机床工作部件对动力滑台导轨的法向力为：Fn=mg=9810N静摩擦阻力：Ftf=fsFn=0.2x9810N=1962N动摩擦阻力：Ffd=fdFn=0.1x9810N=981N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=0.9，根据上述负载力计算结果，可得出液压缸在各个工况下所受到的负载力和液压缸所需推力情况由此得出液压缸在各工作阶段的负载如表所列。表81 液压缸在各工作阶段的负载R工况负载组成负载值F工况负载组成负载值F启动1962工进+Fg加速+mv/t1564快退981快进981注：在负载分析中，没有考虑动
7、力滑台上倾翻力矩的作用按表8-1数值绘制的动力滑台负载图如图8-1(a)所示。2 负载图和速度图的绘制根据工作循环(总行程L1+L2=150mm工进速度V2=n1s1=n2s2=53mm/min,绘制动力滑台速度图,负载图（如图所示）。3确定液压系统主要参数3.1确定液压缸工作压力由表2和表3可知，组合机床液压系统在最大负载约为32000N时宜取4MPa。表2按负载选择工作压力负载/ KN50工作压力/MPa 0.811.522.5334455表3 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
8、力/Mpa0.823528810101820323.2计算液压缸主要尺寸由于工作进给速度与快速运动速度差别较大，且快进、快退速度要求相等，从降低总流量需求考虑，应确定采用单杆双作用液压缸的差动连接方式。通常利用差动液压缸活塞杆较粗、可以在活塞杆中设置通油孔的有利条件，最好采用活塞杆固定，而液压缸缸体随滑台运动的常用典型安装形式。这种情况下，应把液压缸设计成无杆腔工作面积是有杆腔工作面积两倍的形式，即活塞杆直径d与缸筒直径D呈d = 0.707D的关系。 工进过程中，当孔被钻通时，由于负载突然消失，液压缸有可能会发生前冲的现象，因此液压缸的回油腔应设置一定的背压(通过设置背压阀的方式)，选取此背
9、压值为p2=0.6MPa。快进时液压缸虽然作差动连接（即有杆腔与无杆腔均与液压泵的来油连接），但连接管路中不可避免地存在着压降，且有杆腔的压力必须大于无杆腔，估算时取0.3MPa。快退时回油腔中也是有背压的，这时选取被压值=0.6MPa。工进时液压缸的推力计算公式为式中：F 负载力 液压缸机械效率 A1液压缸无杆腔的有效作用面积 A2液压缸有杆腔的有效作用面积 p1液压缸无杆腔压力 p2液压有无杆腔压力因此，根据已知参数，液压缸无杆腔的有效作用面积可计算为A2=26.5910-4m2 A1= 由于有前述差动液压缸缸筒和活塞杆直径之间的关系，d = 0.707D，因此活塞杆直径为d=0.7070
10、.087=0.06m，根据GB/T23482001对液压缸缸筒内径尺寸和液压缸活塞杆外径尺寸的规定，圆整后取液压缸缸筒直径为D=90mm，活塞杆直径为d=63mm。此时液压缸两腔的实际有效面积分别为：3.3 各阶段压力、流量、功率的计算根据上述液压缸直径及流量计算结果，进一步计算液压缸在各个工作阶段中的压力、流量和功率值，如表4所示。表8-2 液压缸在不同工作阶段的压力、流量和功率值工况负载FL/N回油腔压力P2/MPa进油腔压力P1/MPa输入理论流量q/(L/s)输入功率P/kW计算式快进(差动)启动196200.66-加速15640.526-恒速9810.3300.2840.0937工进
11、188880.63.500.00560.0196快退启动196200.63-加速15640.60.53-恒速9810.3190.1760.056并据表4可绘制出液压缸的工况图，如图2所示。图2 组合机床液压缸工况图4 液压系统图的拟定根据组合机床液压系统的设计任务和工况分析，所设计机床对调速范围、低速稳定性有一定要求，因此速度控制是该机床要解决的主要问题。速度的换接、稳定性和调节是该机床液压系统设计的核心。此外，与所有液压系统的设计要求一样，该组合机床液压系统应尽可能结构简单，成本低，节约能源，工作可靠。4.1 液压回路的选择 4.1.1选用执行元件因系统运动循环要求正向快进和工进，反向快退，且快进，快退速度相等，因此选用单活塞杆液压缸，快进时差动连接，无杆腔面积A1等于有杆腔面积A2的两倍。4.1.2速度控制回路的选择 工况图表明，所设计组合机床液压系统在整个工作循环过程中所需要的功率较小，系统的效率和发热问题并不突出，因此考虑采用节流调速回路即可。虽然节流调速回路效率低，但适合于小功率场合，而且结构简单、成本低。该机床的进给运动要求有较
