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1、液压系统创新训练课程设计任务书一、题目卧：式单面多轴钻孔组合机床设计二、原始数据：设计一台卧式单面多轴钻孔组合机床，要求设计出驱动它的动力滑台的液压系统，以实现“快进一f工进-f快退f停止”的工作循环。1. 机床上有主轴16个，加工 13. 9mm的孔14个、& 5mm的孔2个；2. 刀具材料为高速钢，工件材料为铸铁，硬度为 240HBW;3. 机床工作部件总质量 m= 1000kg4. 快进、快退速度分别为u厂u 3=5. 6m/min,快进行程长度l1= 100mm,5. 工进行程长度l2= 50mm,往复运动的加速、减速时间不希望超过0.16s6动力滑台采用平导轨，其静摩擦因数fs=0.
2、2，动摩擦因数fd=0.17 液压系统中的执行元件使用液压缸。三、设计任务：1. 总体参数的设计；2. 液压系统原理图的设计；3. 液压元件的选择计算。四、工作量要求：1. 课程设计说明书一份；2. 电脑绘制液压系统原理图；3. 液压元件清单表一份。学生:指导教师：摘要组合机床是以大量的通用部件为基础 ,配以少量的按被加工零件特殊要求而设计的专 用部件,以实现对一种或几种零件按预先确定的工序进行加工的高效机床。它既具有专用机 床的结构简单、生产率及自动化程度较高的特点 ,又具有一定的重新调整能力,以适应工件 变化的要求,是当今制造业应用很广的一类机床。本设计以卧式钻孔组合机床为对象,依据液压系
3、统设计的基本原理,拟出合理的液压系 统图,通过系统主要参数的计算确定了液压元件的规格 ,验算了液压系统的性能，设计出结 构简单、工作可靠、效率高、经济性好、使用维修方便的液压系统。最后对整个设计过程 做了总结,对设计过程中出现的问题、设计的液压系统的不足进行了思考并对未来的工作作 了展望。关键词：卧式；钻孔；组合机床；液压系统目录第一章 引言 11.1液压系统 11.2组合机床 1第二章液压系统的工况分析 22.1负载分析 22.1.1工作负载 22.1.2惯性负载22.1.3阻力负载 22.2负载图和速度图的绘制 3第三章确定液压缸主要参数 43.1确定液压缸工作压力 43.2计算液压缸主要
4、结构参数 4第四章液压系统图拟定 64.1速度控制回路的选择 64.2快速运动和换向回路 84.3速度换接回路的选择的选择 84.4压力控制回路的选择 94.5组成液压系统原理图 94.6系统原理图分析 11第五章液压元件的选择 125.1确定液压泵的规格和电动机功率 125.1.1计算液压泵的最大工作压力125.1.2 计算总流量125.2确定阀类元件和辅助元件 135.3油管 145.4油箱 14第七章 结论 15参考文献 16第一章 引言1.1 液压系统液压系统已经在各个部门得到越来越广泛的应用，而且越先进的设备，其应用液压系 统的部分就越多。液压传动是用液体作为来传递能量的，液压传动有
5、以下优点:易于获得较 大的力或力矩，功率重量比大，易于实现往复运动，易于实现较大范围的无级变速，传递 运动平稳，可实现快速而且无冲击，与机械传动相比易于布局和操纵，易于防止过载事故， 自动润滑、元件寿命较长，易于实现标准化、系列化。液压传动的基本目的就是用液压介 质来传递能量，而液压介质的能量是由其.所具有的压力及力流量来表现的。而所有的基本 回路的作用就是控制液压介质的压力和流量，因此液压基本回路的作用就是三个方面：控 制压力、控制流量的大小、控制流动的方向。所以基本回路可以按照这三方面的作用而分 成三大类：压力控制回路、流量控制回路、方向控制回路。1.2 组合机床组合机床是以通用部件为基础
6、，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、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。1O第二章 液压系统的工况分析2.1 负载分析暂不考
7、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。2.1.1 工作负载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。2即用高速钢钻头钻铸铁孔时的轴向切削力坊（单位为N）为Ft = 22.5Dso.8（HBW）o.62-1式中：D钻头直径，单位为mm；s每转进给量，单位为mm / r
8、；HBW铸件硬度。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 013.9mm 的孔：n1=360r / min, s l=0.147mm / r；对 08.5mm 的孔：n2=550r / min, s 2=0.096mm / r；所以，系统总的切削负载Ft为：Ft = 14x 25-5 x 139 x 0-1470-8 x 2400-6 + 2 x 25.5 x &5 x 0-0960-8 x 2400-6=30468W2-22.1.2 惯性负载往复运动的加速，减速时间为0.16s，所以血为0.16sF = 1100 x 56N = 699.6W2-3mA
9、t60x0.162.1.3 阻力负载机床工作部件对动力滑台导轨的法向力为：行= G=m= 11772W2-4静摩擦阻力：F = fF = 0.2 x 9810N = 23542-5fs s n动摩擦阻力：= fdFn = 0.1 x 9810N = 1177.2N2-6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肌=09, 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 情况如表 2-1。表2-1液压缸在各工作阶段的负载(单位：N)工况负载组成负载值F推力F/m启动F =抵23542613加速F = F + F/am1878.82086快
10、进F =臨1177.21306工进31645.235126快退F =臨1177.213062.2负载图和速度图的绘制快进、快退速度分别为U = U 3=5. 6m/min,快进行程长度1厂110mm，工进行程长度 12= 50mm,往复运动的加速、减速时间不希望超过0.16s根据工作循环总行程片 + - = 160mm2-7工进速度冬=nlsl = n2s2 u 53mm/min2-8快进、工进和快退的时间可由下式分析求出。快进=4 =011 x 60 = 1.17s2-9Vi5.6工进t2 = 2 = 0.05 x 60 = 56.6s2-102 V20.053快退t = S+S = 015
11、 x 60 = 1.61s2-113 V35.6根据上述已知数据绘制组合机床动力滑台液压系统绘制负载图如图2-1(a),速度循环 图如图2-1(b)所示。第三章 确定液压缸主要参数3.1 确定液压缸工作压力由表 3-1 和表 3-2 可知，本设计组合机床液压系统在最大负载约为 35000N 时取工作压力円=4MP 。表 3-1 按负载选择工作压力负载/KN50工作压力/MPa0.811.522.533445三5表 3-2 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/Mpa0.8
12、23528810101820323.2 计算液压缸主要结构参数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，应确定采用单杆式液压缸，并在快进时做差动连接。这种情况下，应把液 压缸设计成无杆腔工作面积A是有杆腔工作面积A两倍的形式，即活塞杆直径d与缸筒 12直径 D 呈 d= 0.707D 的关系。工进过程中，在钻孔加工时，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，根据现代机械设备设计手册选取此背压值为 p2=0.8MPa。快进时液压缸虽然作差动连接，但连接管路中不可避免地存在着压降 p ，且有杆腔的压力必须
13、大于无杆腔，估算时取廊二0.5MPa。快退时回油腔中也是有背压的，这背压值按 卩2 = 0-6MP估算。工进时液压缸的推力计算公式为卫=1P1 码卩2 = 1P1 （红）卩23-1式中：F负载力m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 根据已知参数，液压缸无杆腔的有效作用面积为A = F = 35126 X 106 m2 U 0.0098H23-21乃mA oj8辔4 2液压缸缸筒直径为D = J4A1/兀=111.3mm3-3由差动液压缸缸筒和活塞杆直径之间的关系得活塞杆直径为d = 0.707D = 78.7mm
14、3-4根据 GB/T23481993 对液压缸缸筒内径尺寸和液压缸活塞杆外径尺寸的规定，将这 些直径园整成就近标准值时得液压缸缸筒直径D=110mm,活塞杆直径为d=80mm。此时液压缸两腔的实际有效面积分别为：川1 =归=95.03cm3-54Z2 =兀(d 2)=44.77c加3-64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3-3所示。表 3-3 液压缸在不同工作阶段的压力、流量和功率值工况负载F/N回油腔 压力P2/MPa进油腔 压力P/MPa输入理论流量Q/（L/min）输入功率P/kW计算式快迸 （差动）启动218000.524-F + A Ap n =2卩1 A -A1 2Q = (ai-A2)vi p = p1Q加速1738P1+ V0.351-恒速10900.22128.150.312工进349430.86.9570.500.034F + P2A2 piAi0 = A vyi 2P = p1Q快退启动218
