臥式鉆鏜兩用組合機床的液壓系統(tǒng)設計

1、蘭州工業(yè)學院畢業(yè)設計（論文）題目:臥式鉆鏜兩用組合機床的液壓系統(tǒng)設計 系 別 機械工程系 專 業(yè) 機電一體化 班 級 姓 名 學 號 指導教師（職稱） 朱 琪 （副教授） 日 期 2013.03.04 蘭州工業(yè)學院畢業(yè)設計（論文）任務書機械工程 系 2013 屆 機電一體化技術 專業(yè)畢業(yè)設計（論文）任務書畢業(yè)設計（論文）題目臥式鉆鏜兩用組合機床液壓系統(tǒng)設計課題內容性質理論研究/實驗研究 /工程技術研究/軟件開發(fā)課題來源性質結合教師科研課題/教師收集的結合生產實際的課題/學生自立課題設計/論文校內（外）指導教師職 稱工作單位及部門聯(lián)系方式朱琪副教授蘭州工業(yè)學院機械工程、

2、題目說明（目的和意義）：畢業(yè)設計是學生在校結束了全部理論課程和相應實踐教學環(huán)節(jié)后進行的一項大型綜合性實踐教學環(huán)節(jié)，是學生在能將所學理論知識全面應用并結合理解實際問題的工程實踐過程中不可或缺的、較系統(tǒng)的工程化訓練，是完成工程師初步訓練的重要步驟。通過畢業(yè)設計，學生應達到以下基本要求： 1、具有綜合應用所學理論知識和實踐技能，初步解決本專業(yè)范圍內的工程技術問題的能力，善于應用新技術、新工藝、新材料。2、具有查閱科技文獻資料、使用各種標準、手冊以及獨立工作、創(chuàng)新的能力。3、深刻認識理解聯(lián)系實際的工作作風對技術人員的重要性。二、設計（論文）要求（工作量、內容）：設計一臺臥式鉆鏜兩用組合機床液壓系統(tǒng)，完

3、成8個14mm孔的加工進給傳動。該系統(tǒng)工作循環(huán)為：快速前進工作進給快速退回原位停止。原始數(shù)據：快進快退速度約為0.075m/s； 工進速度可在0.00030.002m/s范圍內無極調速； 最大行程為400mm，工進行程為180mm； 最大切削力為18KN；運動部件自重為25KN； 啟動換向時間為0.05s； 采用平導軌，靜摩擦系數(shù)，動摩擦系數(shù)。主要要求：要求根據系統(tǒng)的工作要求，進行工況分析和計算，擬定方案，確定液壓傳動系統(tǒng)，計算和選擇液壓元件，并進行系統(tǒng)的驗算，確定合理的液壓系統(tǒng)結構，繪制相關工作圖并編制技術文件。設計者須提交的文件：1） 液壓系統(tǒng)原理圖2） 液壓泵站裝配圖、液壓缸裝配圖3）

4、列出所有標準件總成型號和性能4） 典型零件圖5） PLC系統(tǒng)硬件接線圖、軟件流程圖、梯形圖6） 撰寫設計說明書圖紙要求：機械結構裝配圖視圖完整清晰，符合最新國家標準，圖面整潔，質量高，所設計圖紙至少有兩張零號圖紙有計算機繪制打印。設計說明書的撰寫設計說明書的論證要有科學根據，要有說服力；計算部分須指出公式來源并說明公式中的符號所代表的意義，公式中所有常數(shù)或系數(shù)必須正確，計算結果要足夠準確，計算過程可省略，計算中采用的數(shù)據及計算結果可列表表示；說明書分章節(jié)段落敘述，通順簡練，有條理；所有圖表，線圖，簡圖應規(guī)范。設計說明書和圖紙的裝訂工程圖按國標規(guī)定裝訂，圖幅小于或等于圖幅時應裝訂在論文封底后，大

5、于圖幅時按國標規(guī)定單獨裝訂作為附圖。三、進度表日 期內 容2012.12.032012.12.09（1周）2012.12.102012.12.23（2周）2012.12.242012.12.30（1周）2012.12.312013.01.06（1周）2013.01.072013.01.13（1周）2013.02.252013.03.08（2周）根據畢業(yè)設計任務，收集、閱讀整理有關資料，初步擬定液壓系統(tǒng)原理圖，在實驗臺上驗證系統(tǒng)功能設計繪制液壓系統(tǒng)裝配圖典型零件液壓缸、郵箱、控制板等結構圖的繪制繪制PLC系統(tǒng)硬件接線圖、軟件流程圖、梯形圖編寫設計說明書畢業(yè)答辯完成日期2013.01.11答辯日期

6、2013.02.252013.03.08四、主要參考文獻、資料、設備和實習地點及翻譯工作量：參考資料：1.液壓傳動與控制 重慶大學出版社2.液壓系統(tǒng)的計算與結構設計 寧夏人名出版社3.新編液壓工程手冊 北京理工大學出版社4.機床液壓傳動 機械工業(yè)出版社5.機械零件設計手冊 機械工業(yè)出版社6.機床電氣控制及可編程序控制器 蘭州大學出版社7.機械設備電氣控制 華南理工大學出版社實習地點：機械系實驗中心指導教師簽字教研室主任簽字主管系領導簽字年 月 日年 月 日年 月 日注：本任務書要求一式兩份，一份系部留存，一份報教務處實踐教學科。I摘 要針對臥式鉆鏜兩用組合機床的液壓系統(tǒng)設計，除了滿足主機在動作

7、和性能方面規(guī)定的要求外，還必須符合體積小、重量輕、成本低、效率高、結構簡單、工作可靠、使用和維修方便等一些公認的普遍設計原則。液壓系統(tǒng)的設計主要是根據已知的條件，來確定液壓工作方案、液壓流量、壓力和液壓泵及其它相關元件的設計。作為一種高效率的專用機床，組合機床在大批、大量機械加工生產中應用廣泛。本次設計將以組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)設計為例，介紹該組合機床液壓系統(tǒng)的設計方法和設計步驟，其中包括組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)的工況分析、主要參數(shù)確定、液壓系統(tǒng)原理圖的擬定、液壓元件的選擇、系統(tǒng)性能驗算以及相關的PLC控制設計等。關鍵詞： 組合機床；液壓系統(tǒng)；液壓元件；PLCABSTRACTAccordin

8、g to the design of hydraulic system of horizontal drilling and boring machine, in addition to meet the host specified in the action and performance requirements, but also must meet the small size, light weight, low cost, high efficiency, simple structure, reliable work, convenient to use and repair

9、and other recognized universal design principles. The design of hydraulic system is based on the known conditions, to determine the design of hydraulic project, hydraulic flow, pressure and hydraulic pumps and other related elements.As a special machine for high efficiency, combined machine tool is

10、widely used in large numbers, many mechanical processing production. The design of the combination machine tool hydraulic pressure system design as an example, introduces the design method of the hydraulic system of modular machine tool and the design procedure, including combination machine tool hy

11、draulic pressure system condition analysis, determination of main parameters, formulate, principle diagram of hydraulic system of hydraulic components selection, system performance calculation and the related PLC control design etc.Key words： combination machine; hydraulic system; hydraulic componen

12、ts目錄任務書1摘 要IABSTRACTII1緒論11.1設計的目的、范圍和背景11.2液壓傳動的發(fā)展歷程及特點11.2.1液壓傳動的發(fā)展歷程11.2.2我國的液壓技術發(fā)展11.2.3 液壓技術的發(fā)展趨勢21.3 液壓傳動的組成及特點31.3.1液壓傳動的組成31.3.2液壓傳動的特點31.4理論依據、實驗基礎和研究方法41.5預期的結果及其地位、作用和意義41.6本章小結52液壓系統(tǒng)設計62.1組合機床工作情況分析，確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)62.1.1負載分析62.1.2運動分析72.1.3確定液壓缸的主要結構參數(shù)72.2設計方案，初擬液壓系統(tǒng)原理圖102.2.1調速方式的選擇102.2.2快速

13、回路和速度換接方式的選擇102.2.3 油源的選擇和能耗控制112.2.4組成液壓系統(tǒng)原理圖122.3本章小結123 液壓缸的設計143.1 液壓缸的主要零件確定及其技術要求143.1.1 缸體143.1.2 缸蓋143.2液壓缸主要尺寸的確定153.2.1 液壓缸壁厚和外徑的計算153.2.2 缸筒結構設計163.2.3 液壓缸工作行程的確定163.2.4 缸蓋厚度的確定163.2.5 最小導向長度的確定163.2.6 缸體長度的確定173.2.7活塞桿的強度校核173.3 液壓缸的結構設計183.3.1缸體與缸蓋的連接形式183.3.2 活塞桿與活塞的連接結構183.3.3 活塞桿導向部分

14、的結構183.3.4 法蘭盤與鋼體連接193.3.5 活塞桿與工作臺的連接193.4 本章小結194驗算液壓系統(tǒng)性能204.1驗算系統(tǒng)壓力損失204.1.1判斷流動狀態(tài)204.1.2計算系統(tǒng)壓力損失204.2驗算系統(tǒng)發(fā)熱與溫升234.3本章小結235 液壓站的設計245.1 液壓站的結構設計245.1.1 液壓泵組的安裝方式245.1.2 油箱的設計255.2確定液壓泵和電機的規(guī)格285.3閥類元件和輔助元件的選擇295.3.1閥類元件的選擇295.4其它元件的選擇295.4.1過濾器的選擇295.4.2 空氣濾清器的選擇315.4.3 壓力表及壓力表開關的選擇325.4.4 液位計的選擇32

15、5.4.5油管的選擇325.5 液壓控制裝置的集成方式335.5.1 集成塊的設計原則345.5.2 集成塊的結構設計355.5.3 集成塊裝配與調試365.6 液壓站裝配圖的繪制365.7 本章小結366 可編程序控制器控制系統(tǒng)376.1 液壓系統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)376.1.1 可編程序控制器的特點和應用376.1.2 PLC的發(fā)展趨勢386.2 PLC液壓缸設備的控制系統(tǒng)的設計386.2.1 應用程序設計要點386.2.2 工藝流程的編寫406.2.3 輸入輸出電路I/O口的分配416.3 接線圖的繪制426.4 梯形圖的繪制436.5 指令表的轉化456.6 安裝調試466.7本章小結47

16、結論48致謝49參 考 文 獻50I蘭州工業(yè)學院畢業(yè)設計（論文）1緒論1.1設計的目的、范圍和背景隨著科學技術和工業(yè)生產的飛躍發(fā)展，國民經濟各個部門迫切需要各種各樣的質量優(yōu)、性能好、能耗低、價格廉的液壓機床產品。其中，產品設計是決定產品性能、質量、水平、市場競爭能力和經濟效益的重要環(huán)節(jié)。產品的設計包括液壓系統(tǒng)的功能分析、工作原理方案設計和液壓傳動方案設計等。這些設計內容可作為液壓傳動課程設計的內容。很明顯，液壓系統(tǒng)設計本身如果存在問題，常常屬于根本性的問題，可能造成液壓機床的災難性的失誤。因此我們必須重視對學生進行液壓傳動設計能力的培養(yǎng)。1.2液壓傳動的發(fā)展歷程及特點1.2.1液壓傳動的發(fā)展歷

17、程液壓傳動相對機械傳動來說，是一門比較新的學科，它具有結構緊湊、傳動平穩(wěn)、輸出功率大、易于實現(xiàn)無級調速及自動控制等特點，因此發(fā)展很快。從1795年英國制造出世界上第一臺水壓機至今，液壓傳動已有二三百年的歷史，但廣泛的應用和推廣僅有六七十年。19世紀末，德國制造出液壓龍門刨床，美國制成液壓六角車床和液壓磨床，但因當時沒有成熟的液壓元件以及機械制造工藝水平的限制，液壓傳動技術的應用仍不普遍。第二次世界大戰(zhàn)期間，一些兵器采用精度高、功率大的液壓傳動裝置，大大提高了兵器的性能，同時推動了液壓技術的發(fā)展。戰(zhàn)后，其迅速轉向民用，在機床、工程機械、農業(yè)機械、汽車、船舶等行業(yè)中逐步推廣。20世紀60年代后，隨

18、著原子能、空間技術、計算機技術的發(fā)展，液壓技術的應用更加廣泛。目前，正在向高壓、高速、高效、大流量、大功率、低噪聲、長壽命、高度集成化和模塊化、提高可靠性技術及污染控制技術的方向發(fā)展。同時，液壓元件和液壓系統(tǒng)的計算機輔助設計、計算機仿真和優(yōu)化、微機控制等，又使液壓技術的發(fā)展進入到了一個新的階段。1.2.2我國的液壓技術發(fā)展 我國的液壓工業(yè)始于20世紀50年代，最初只是應用于機床和鍛壓設備，后來發(fā)展到拖拉機和工程機械上。自1964年開始引進國外液壓元件生產技術，并自行設計液壓產品以來，我國的液壓元件生產從低壓刀高壓形成了系列。幾十年來，隨著我國工業(yè)水平的不斷提高，液壓傳動技術被廣泛應用在機械制造

19、、工程建筑、石油化工、交通運輸、軍事器械、礦山冶金、航空航海、輕工、農機、漁業(yè)、林業(yè)等各個方面，也被應用在宇宙航行、海洋開發(fā)、核能建設、地震預測等新的技術領域中。1.2.3 液壓技術的發(fā)展趨勢 液壓技術中的重大進展是微電子技術和計算機技術在液壓系統(tǒng)中的應用。微電子技術與液壓技術相結合，創(chuàng)造出了很多高可能性、低成本的微型節(jié)能元件，為液壓技術在工業(yè)中的應用開辟了更為廣闊的前景。計算機控制是必然趨勢，電液比例閥和伺服閥只能接受連續(xù)變化的電壓或電流信號，而計算機要求數(shù)字開關量，使用電液比例閥和伺服閥與計算機接口必須經過D/A轉換和A/D轉換，極不方便。而數(shù)字液壓泵、數(shù)字控制閥、數(shù)字液壓缸等，即用數(shù)字量

20、進行控制并具有數(shù)字量輸出響應特性的液壓元件。由于是可以直接與計算機接口，不需D/A數(shù)模轉換器，是今后液壓技術發(fā)展的重要趨向之一。計算機與液壓技術的結合包括：計算機實時控制技術、計算機輔助設計（液壓元件CAD和液壓系統(tǒng)CAD）、液壓產品的計算機輔助試驗（CAT）及計算機仿真和優(yōu)化設計。利用計算機閉環(huán)控制、最優(yōu)控制和自適應控制以及靈活的多余度控制等。計算機輔助設計的基本特點是利用計算機的圖形功能，由設計者通過人機對話控制設計過程以得到最優(yōu)設計結果，并能通過動態(tài)仿真對設計結果進行檢測。計算機輔助試驗則可運用計算機技術對液壓元件及液壓系統(tǒng)的靜、動態(tài)性能進行測試，對液壓設備故障進行診斷和對液壓元件和系統(tǒng)

21、的數(shù)學模型辨識等。此外，高壓大流量小型化與液壓集成技術、液壓節(jié)能與能量回收技術也成為近年研究的重要課題?？傊?，隨著科學技術的進步，液壓技術也隨之發(fā)展，拓寬范圍，以適應各行各業(yè)新技術的發(fā)展需求。1.3 液壓傳動的組成及特點1.3.1液壓傳動的組成(1) 動力元件（油泵）：它的作用是把液體利用原動機的機械能轉換成液壓力能；是液壓傳動的動力部分。(2) 執(zhí)行元件（油缸、液壓馬達）：它是將液體的液壓能轉換成機械能。其中，油缸做直線運動，馬達做旋轉運動。(3) 控制元件：包括壓力閥、流量閥和方向閥等。它們的作用是根據需要無級調節(jié)液動機的速度，并對液壓系統(tǒng)中工作液體的壓力、流量和流向進行調節(jié)控制。(4)

22、輔助元件：除上述三部分以外的其它元件，包括壓力表、濾油器、蓄能裝置、冷卻器、管件及油箱等，它們同樣十分重要。(5) 工作介質：工作介質是指各類液壓傳動中的液壓油或乳化液，它經過油泵和液動機實現(xiàn)能量轉換。 1.3.2液壓傳動的特點液壓傳動與機械傳動、電氣傳動、氣壓傳動相比較有以下優(yōu)點：（1） 在相同功率的情況下，體積小、重量輕、結構緊湊，從而慣性小，可快速啟動和頻繁換向，且能傳遞較大的力和轉矩。（2） 能方便地實現(xiàn)無級調速，且調速范圍大，可達100：1至2000：1。而最低穩(wěn)定轉速可低至每分鐘幾轉，即可實現(xiàn)低速強力或低速大扭矩轉動，不需減速器。（3） 傳遞運動均勻平衡、方便可靠，負載變化時速度較

23、穩(wěn)定。（4） 控制調節(jié)比較方便、省力，易于實現(xiàn)自動化，當與電氣控制或氣動控制配合使用時，能實現(xiàn)各種復雜的自動工作循環(huán)，還可遠程控制。（5） 易于實現(xiàn)過載保護。同時液壓元件可自行潤滑，使用壽命較長。（6） 液壓元件易于實現(xiàn)標準化、通用化、系列化，便于設計制造和推廣使用。元件之間用管路連接時，在系統(tǒng)中的排列布置有較大的機動性。（7） 用液壓傳動實現(xiàn)直線運動一般比機械傳動簡單。液壓傳動同時存在的缺點如下：（1） 由于采用液體傳遞壓力，系統(tǒng)不可避免地存在泄漏，因而傳動效率較低，不宜于作遠距離傳動。（2） 液壓裝置對油溫變化比較敏感，運動件的速度不易保持穩(wěn)定，同時對油液的清潔程度要求較高。（3） 為減少

24、泄漏，液壓元件制造精度要求高，加工工藝復雜，因而成本較高。（4） 系統(tǒng)發(fā)生故障時，不易查找原因，維修難度較大。（5） 系統(tǒng)或元件的噪聲較大。總的來說，液壓傳動的優(yōu)點是主要的，隨著科學技術和設計、制造工藝水平的發(fā)展，其缺點正逐步得到改善，因此，液壓傳動有著廣闊的發(fā)展前景。1.4理論依據、實驗基礎和研究方法液壓傳動系統(tǒng)的設計是整個機器設計的一部分，它與主機的設計是密切相關的。當經過全面方案論證，確定一部機器或機器的一部分的傳動方式采用液壓傳動后，則考慮液壓傳動系統(tǒng)設計的基本內容和一般流程如下： 明確對液壓系統(tǒng)的要求； 分析主機工況，確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)； 進行方案設計，初擬液壓系統(tǒng)原理圖； 計算

25、和選擇液壓元件； 驗算液壓系統(tǒng)的性能； 繪制正式系統(tǒng)工作圖，編織技術文件。組合機床是以通用部件為基礎，配以按工件特定外形和加工工藝設計的專用部件和夾具而組成的半自動或自動專用機床。組合機床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時加工的方式，生產效率比通用機床高幾倍至幾十倍。組合機床兼有低成本和高效率的優(yōu)點，在大批、大量生產中得到廣泛應用，并可用以組成自動生產線。組合機床通常采用多軸、多刀、多面、多工位同時加工的方式，能完成鉆、擴、鉸、鏜孔、攻絲、車、銑、磨削及其他精加工工序，生產效率比通用機床高幾倍至幾十倍。液壓系統(tǒng)由于具有結構簡單、動作靈活、操作方便、調速范圍大、可無級連讀調節(jié)等優(yōu)點，在

26、組合機床中得到了廣泛應用。1.5預期的結果及其地位、作用和意義本次設計主要針對液壓泵站的結構設計以及對液壓系統(tǒng)的設計和電氣控制系統(tǒng)的設計。液壓系統(tǒng)設計包括擬定液壓系統(tǒng)原理圖，液壓元件的選擇，液壓系統(tǒng)參數(shù)的計算與校核以及液壓缸主要參數(shù)的確定；控制系統(tǒng)的設計主要包括電氣控制原理圖的擬定，電氣元件的選型等。本文共分為6部分：1.緒論 簡述本課題研究的主要目的和意義，介紹液壓傳動的發(fā)展歷程及特點，以及液壓泵站在國內外的發(fā)展概況，提并出本文的主要研究工作和內容。2.液壓系統(tǒng)設計 通過所給數(shù)據進行計算，并設計出合理的液壓系統(tǒng)。3.液壓缸的設計 根據所得數(shù)據和液壓缸工況的分析，對液壓缸進行結構設計。4.驗算

27、液壓系統(tǒng)性能 對液壓系統(tǒng)在不同工況下的損失進行計算，以及對油箱溫升的計算來確定是否需要冷卻裝置。5.液壓泵站的設計 對回路換接和調速方式進行選擇，以及油源的選擇和能耗的控制，最終組成原理圖。6.控制系統(tǒng)設計 設計電氣控制原理圖，并選擇相關的電氣元件。1.6本章小結本部分主要內容包括：針對臥式鉆鏜兩用組合機床的液壓系統(tǒng)設計，說明了本次設計課題的作用和意義，并對本論文所涉及的內容進行了概括性的講述。532液壓系統(tǒng)設計2.1組合機床工作情況分析，確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)2.1.1負載分析工作負載 摩擦負載靜摩擦負載 動摩擦負載 慣性負載 根據以上計算，得出液壓缸在各工作階段的負載如表2-1所示。表2-1

28、 液壓缸在各工作階段的負載/N工況負載組成F系統(tǒng)負載時間啟動5556加速7026快速進、退27782.9；5.3工進2277890制動-1470注：1.取工進時的最大速度mm/s； 2.； 3.取液壓缸的機械效率。由表2-1數(shù)值繪制負載循環(huán)圖如圖2-1所示。圖2-1 負載循環(huán)圖 圖2-2 速度循環(huán)圖2.1.2運動分析根據，取，繪制出速度循環(huán)圖如圖2-2所示。2.1.3確定液壓缸的主要結構參數(shù)執(zhí)行元件的工作壓力可以根據伏在循環(huán)圖中的最大負載來選取，也可以根據主機的類型了確定（見表2-2和表2-3）。表2-2 按負載選擇執(zhí)行元件的工作壓力負載/ KN<5510102020303050>

29、50工作壓力/MPa<0.811.522.5334455表2-3 各種機械常用的系統(tǒng)工作壓力機械類型機 床農業(yè)機械小型工程機械建筑機械液壓鑿巖機液壓機大中型挖掘機重型機械起重運輸機械磨床組合機床龍門刨床拉床工作壓力/MPa0.82352881010182032所設計的動力滑臺在工進時負載最大，其值為22778N，其它工況時的負載都相對較低，參考表2-2和表2-3按照負載大小或按照液壓系統(tǒng)應用場合來選擇工作壓力的方法，初選液壓缸的工作壓力p1=3MPa。為了節(jié)省能源宜選用較小流量的油源。利用單活塞缸差動連接滿足快進速度的要求，且往復快速運動速度相等，這樣就給液壓缸內徑D和活塞桿直徑d規(guī)定了

30、的關系。在鉆孔加工時，為了防止孔被鉆通時負載突然消失而產生的鉆頭前沖，液壓缸回油腔應有一定的背壓，查液壓工程手冊（回油路帶調速閥的調速系統(tǒng)<0.50.8>/回油路帶背壓閥<0.51.5>）取背壓為。由此求得液壓缸無桿腔面積為由GB/T2348-1980查得標準值為D=10cm，d=8cm。由此計算出液壓缸的實際有效面積為按工作進給速度檢驗液壓缸結構尺寸。查產品樣本，Q型調速閥的最小穩(wěn)定流量為，則本例，能滿足工作進給速度要求?？焖龠M給時液壓缸做差動連接。由于管路中有壓力損失，去此項損失為，同時假定快退時回油壓力損失為0.5MPa。根據以上數(shù)據，可以計算出液壓缸在一個工作循

31、環(huán)各階段的壓力、流量和功率，如表2-4所示，并根據此繪制出其工況圖如圖2-3所示。表2-4 液壓缸在不同階段所需壓力、流量和功率工作階段系統(tǒng)負載/N回油腔壓力/MPa工作腔壓力/MPa輸入流量q/)輸入功率P/kW快速前進2778工作進給227780.6快速退回27780.5注：取液壓缸機械效率。（a）p-t （b）q-t（c）P-t圖2-3 液壓缸工況圖2.2設計方案，初擬液壓系統(tǒng)原理圖根據組合機床液壓系統(tǒng)的設計任務和工況分析，所設計機床對調速范圍、低速穩(wěn)定性有一定要求，因此速度控制是該機床要解決的主要問題。速度的換接、穩(wěn)定性和調節(jié)是該機床液壓系統(tǒng)設計的核心。此外，與所有液壓系統(tǒng)的設計要求一

32、樣，該組合機床液壓系統(tǒng)應盡可能結構簡單，成本低，節(jié)約能源，工作可靠。2.2.1調速方式的選擇由于機床液壓系統(tǒng)調速是關鍵問題，因此首選調速回路。有工況圖可知：所設計的機床液壓系統(tǒng)功率小，為了防止孔被鉆通時負載突然消失而產生的鉆頭前沖，液壓缸回油腔應有一定的背壓，故可采用回油路調速閥調速回路。2.2.2快速回路和速度換接方式的選擇本系統(tǒng)已選定差動連接回路作為快速回路。所設計多軸鉆床液壓系統(tǒng)對換向平穩(wěn)性的要求不高，流量不大，壓力不高，所以選用價格較低的電磁換向閥控制換向回路即可。為便于實現(xiàn)系統(tǒng)保壓，選用三位四通電磁換向閥。為便于實現(xiàn)系統(tǒng)保壓，應考慮選用O型中位機能。由前述計算可知，當工作臺從快進轉為

33、工進時，進入液壓缸的流量由22.62 L/min降為0.942 L/min，可選二位二通電磁換向閥來進行速度換接，以減少速度換接過程中的液壓沖擊，如圖2-4所示。由于工作壓力較低，控制閥均用普通滑閥式結構即可。由工進轉為快退時，在回路上并聯(lián)了一個單向閥以實現(xiàn)速度換接。為了控制軸向加工尺寸，提高換向位置精度，采用行程開關做終點轉換控制。 圖2-4 速度換接回路2.2.3 油源的選擇和能耗控制從工況圖上可以清楚地看到：整個工作循環(huán)過程中，液壓缸要求交替提供快行程的低壓大流量和慢行程的高壓小流量油液。最大流量與最小流量之比約為24。而快進、快退所需時間為工進時間為即從降低成本的角度出發(fā)，不宜選用雙聯(lián)

34、泵，只需用單個定量泵就可以?，F(xiàn)確定定量泵方案如圖2-5所示。圖2-5 泵供油油源2.2.4組成液壓系統(tǒng)原理圖根據上面選定的基本回路，在綜合考慮設計要求，便可組成完整的液壓系統(tǒng)原理圖，如圖2-6所示。2.3本章小結通過調速方式的選擇，和液壓換接回路的選擇，以及油源和能耗的控制，最后初步擬定液壓系統(tǒng)原理圖，從而初步確定設計方案。圖2-6 原理圖3 液壓缸的設計液壓缸是液壓傳動系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，用來實現(xiàn)工作機構直線往復運動或小于360°擺動運動的能量轉換裝置?；钊捉Y構簡單、工作可靠，因此在液壓系統(tǒng)中得到了廣泛的使用。在完成了液壓系統(tǒng)的設計后，還必須對主要參數(shù)進行計算與校核，確定液壓缸的材

35、料，并對液壓缸各部分的結構進行了設計。3.1 液壓缸的主要零件確定及其技術要求3.1.1 缸體液壓缸缸體的常用材料一般為20、35、45號無縫鋼管，鑄鐵可采用HT200HT350間的幾個牌號或球墨鑄鐵。由于球墨鑄鐵具有較高的抗拉強度和彎曲疲勞強度，也具有良好的塑性和韌性，其屈服度比鋼高。因此，球墨鑄鐵制造承受靜載荷的構件比鑄鋼節(jié)省材料，重量也輕。所以本設計的液壓缸采用Q235。鑄件需進行正火消除內應力處理。 1.缸體的內徑因為須與活塞配合，防止漏油，所以要盡量減少表面粗糙度，可采用H8、H9配合。當活塞采用橡膠密封圈時，Ra為0.10.4m，當活塞用活塞環(huán)密封時，Ra為0.20.4m，且均需研

36、磨。 2缸體內徑的圓度公差值可按9、10、11級精度選取，圓柱度公差應按8級精度選取。3缸體端面的垂直度公差可按7級精度選取。4缸體與缸頭采用螺紋連接時，螺紋應用6級精度的米制螺紋。5當缸體帶有耳環(huán)或軸銷時，孔徑或軸徑的中心線對缸體內孔軸線垂直公差值按9級精度選取。此液壓缸體的外徑需要與機架配合，應進行加工，且與中心線同軸度的要求。裝卸時需把吊環(huán)螺栓吊起。所以缸體端部選用螺紋連接，螺紋連接徑向尺寸小，質量輕，使用廣泛。裝卸需用專用工具，安裝時應防止密封圈扭曲。3.1.2 缸蓋本液壓缸采用在缸蓋中壓入導向套，缸蓋選用HT200鑄鐵，導向套選用鑄鐵HT200，以使導向套更加耐用。3.1.3 活塞液

37、壓缸活塞常用的材料為耐磨鑄鐵，灰鑄鐵，鋼及鋁合金等。本設計液壓缸活塞材料選用45號鋼，需要經過調質處理。1活塞外徑D對內孔d的徑向跳動公差值，按7、8級精度選取。2端面T對內徑d軸線的垂直度公差值，應按7級精度選取。3外徑D的圓柱度公差值，按9、10、11級精度選取。4活塞與缸體的密封結構由前可以選用O型密封圈。3.2液壓缸主要尺寸的確定液壓缸工作壓力主要根據液壓設備的類型來確定，對不同用途的液壓設備，由于工作條件不同，通常采用的壓力范圍也不同。所以設計時，可用類比法來確定。液壓缸的工作壓力MPa，缸筒內徑 D=80mm，活塞桿外徑d=50mm。3.2.1 液壓缸壁厚和外徑的計算1. 液壓缸壁

38、厚計算 （31)式中,液壓缸壁厚（m）； D液壓缸內徑（m）； 試驗壓力，一般取最大工作壓力的（1.251.5）倍(Mpa)； 缸筒材料的許用壓,灰鑄鐵：=25Mpa。由式（3-1)得： 2. 液壓缸壁厚算出后，即可求出缸體的外徑為： 式中D1值應按無縫鋼管標準，或按標準圓整為標準值。故取D1=100mm。3.2.2 缸筒結構設計缸筒兩端分別和缸蓋和缸底相連，構成密封的壓力腔，因而它的結構形式往往和缸蓋及缸底密切相關。因此，在設計缸筒結構時，應根據實際情況，選用結構便于裝配、拆卸和維修的連接形式，缸筒內外徑應根據標準進行圓整。3.2.3 液壓缸工作行程的確定液壓缸工作行程長度，可根據執(zhí)行機構實

39、際工作的最大行程來確定，按系列尺寸來選取標準值。現(xiàn)選取GB2349-80系列中液壓缸工作行程為400mm。3.2.4 缸蓋厚度的確定一般液壓缸多為平底缸蓋，其有效厚度t按強度要求可用下面兩式進行近似計算。無孔時 （3-2）有孔時 （3-3）式中， 缸蓋有效厚度（m）； 缸蓋止口內徑（m）； 缸蓋孔的直徑（m）。在此次設計中，利用式（3-3）計算可取t=40mm。 3.2.5 最小導向長度的確定當活塞桿全部外伸時，從活塞支撐面中點的距離H稱為最小導向長度。如果導向長度過小，將使液壓缸的初始撓度（間隙引起的撓度）增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此設計時必須保證有一定的最小導向長度。對一般的液壓缸，最小

40、導向長度H應滿足以下要求 （3-4）式中，液壓缸的最大行程； 液壓缸的內徑?；钊膶挾菳一般取，即 =48mm 缸蓋滑動支撐面的長度，根據液壓缸內徑D而定；當D80mm時，取當D80mm時，取本設計 D=80mm，所以。為保證最小導向長度H，若過分增大和B都是不適宜的，必要時可以在缸蓋與活塞之間增加一隔套K來增加H的值。隔套的長度C由最小導向長度H決定，即 （3-5）由公式（3-5）得 3.2.6 缸體長度的確定液壓缸缸體內部長度應等于活塞寬度與活塞行程之和。缸體外形長度還要考慮到兩端的端蓋的厚度，一般液壓缸缸體的長度不應大于內徑的2030倍，即選取液壓缸缸體長度為460mm。3.2.7活塞桿

41、的強度校核由于本設計為低壓系統(tǒng)，活塞桿穩(wěn)定性須校核?；钊麠U的強度校核如下： （3-6）式中 d-活塞桿直徑； F-液壓缸的最大推力（或拉力）； -缸筒屈服安全系數(shù)，為23.5； -缸筒材料的屈服極限( 本次設計采用35鋼，?。?。由式（3-6）得 因活塞桿的直徑，故強度足夠。3.3 液壓缸的結構設計3.3.1缸體與缸蓋的連接形式缸體端部與缸蓋的連接形式與工作壓力、缸體材料以及工作條件有關。本設計選用螺紋連接。螺紋連接的優(yōu)缺點如下：優(yōu)點：（1）外形尺寸?。唬?）重量較輕。缺點：（1）端部結構復雜；（2）裝拆時需用裝用工具；（3）擰端蓋時易損壞密封圈。端蓋與鋼體的連接考慮到法蘭盤的安裝，采用螺釘連接

42、（GB/T68-1985 M10×30）。3.3.2 活塞桿與活塞的連接結構活塞桿與活塞有幾種常用的連接形式。分整體結構和組合結構。組合式結構又分為螺紋連接、半環(huán)連接和錐銷連接。本設計中選用半環(huán)連接，半環(huán)連接的特點有：結構簡單，裝拆方便，不易松動，但會出現(xiàn)軸向間隙。多用在壓力高、負荷大，有振動的場合。3.3.3 活塞桿導向部分的結構活塞桿導向部分的結構，包括活塞桿與端蓋、導向套的結構，以及密封、防塵和所緊裝置等。導向套的結構可以做成端蓋整體式直接導向，也可做成與端蓋分開的導向套結構。后者導向套磨損后便于更換，所以應用較普遍。導向套的位置安裝在密封圈的內側，也可安裝在外側。機床和工程機

43、械中一般采用裝在內側的結構，有利于導向套的潤滑：而油壓機常采用裝在外側的結構，在高壓下工作時，使密封圈有足夠的油壓將唇邊張開，以提高密封性能。活塞桿處的密封有O 形、Y形、V形、密封圈。為了清除活塞桿處外露部分粘附的灰塵，保證油液清潔以及減少磨損，在端蓋外側增加防塵圈，也可用毛氈圈防塵。3.3.4 法蘭盤與鋼體連接法蘭盤與缸體連接采用焊接方式，其特點有：不易松動結構簡單，且比較經濟實惠，但缺點是不能拆卸。3.3.5 活塞桿與工作臺的連接本次設計考慮到工作時拉力較大，采用螺紋連接，其特點有優(yōu)點是：結構簡單易拆卸；缺點是：螺紋不易加工。3.4 本章小結本章內容主要介紹了液壓缸的結構設計，其中包括了

44、：缸體、缸蓋、活塞桿的設計，液壓缸內徑D和活塞桿直徑d的確定以及液壓缸工作行程的確定，缸蓋厚度的確定等。4驗算液壓系統(tǒng)性能4.1驗算系統(tǒng)壓力損失由于系統(tǒng)管路布置尚未確定，所以只能估算系統(tǒng)壓力損失。估算時，首先確定管道內液體的流動狀態(tài)，然后計算各種工況下總的壓力損失?，F(xiàn)取進、回油管道長為l=2m，油液的運動粘度取 =1´10-4m2/s，油液的密度取r=0.9174´103kg/m3。4.1.1判斷流動狀態(tài)在快進、工進和快退三種工況下，進、回油管路中所通過的流量以快進時回油流量q1=22.62L/min為最大，此時，油液流動的雷諾數(shù)也為最大。因為最大的雷諾數(shù)小于臨界雷諾數(shù)（2

45、000），故可推出：各工況下的進、回油路中的油液的流動狀態(tài)全為層流。4.1.2計算系統(tǒng)壓力損失將層流流動狀態(tài)沿程阻力系數(shù)和油液在管道內流速同時代入沿程壓力損失計算公式，并將已知數(shù)據代入后，得可見，沿程壓力損失的大小與流量成正比，這是由層流流動所決定的。在管道結構尚未確定的情況下，管道的局部壓力損失p常按下式作經驗計算各工況下的閥類元件的局部壓力損失可根據下式計算其中的Dpn由產品樣本查出，qn和q數(shù)值由表4-2和表4-5列出?；_在快進、工進和快退工況下的壓力損失計算如下：1快進滑臺快進時，液壓缸通過電液換向閥差動連接。由表8和表9可知，進油路上油液通過單向閥10的流量是22L/min，通過電

46、液換向閥2的流量是27.1L/min，然后與液壓缸有桿腔的回油匯合，以流量51.24L/min通過行程閥3并進入無桿腔。由此進油路上的總壓降為：此值不大，不會使壓力閥開啟，幫能確保兩個泵的流量全部進入液壓缸。在回油路上，液壓缸有桿腔中的油液通過電液換向閥2和單向閥6的流量都是24.14L/min，然后與液壓泵的供油合并，經行程閥3流入無桿腔。由此可算出快進時有桿腔壓力與無桿腔壓力之差。此值小于原估計值0.5MPa，所以是安全的。2工進滑臺工進時，在進油路上，油液通過電液換向閥2、調速閥4進入液壓缸無桿腔，在調速閥4處的壓力損失為0.5MPa。在回油路上，油液通過電液換向閥2、背壓閥8和大流量泵

47、的卸荷油液一起經液控順序閥7返回油箱，在背壓閥8處的壓力損失為0.5MPa。通過順序閥7的流量為（0.25+22）=22.25L/min，因此這時液壓缸回油腔的壓力為：可見，此值略小于原估計值0.8MPa。故可按表2-5中公式重新計算工進時液壓缸進油腔壓力，即 考慮到壓力繼電器的可靠動作要求壓差Dpe=0.5MPa，故溢流閥9的調壓應為：3快退滑臺快退時，在進油路上，油液通過單向閥10為22L/min電液換向閥2為27.1L/min進入液壓缸有桿腔。在回油路上，油液通過單向閥5、電液換向閥2和單向閥13返回油箱，流量都為57.52L/min在進油路上總的壓降為此值遠小于估計值，因此液壓泵的驅動

48、電動機的功率是足夠的。在回油路上總的壓降為此值與表2-5的數(shù)值基本相符，故不必重算。所以，快退時液壓泵的最大工作壓力pp應為此值是調整液控順序閥7的調整壓力的主要參考數(shù)據。4.2驗算系統(tǒng)發(fā)熱與溫升由于工進在整個工作循環(huán)中占95%，所以系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升可按工進工況來計算。液壓系統(tǒng)的總輸入功率即為液壓泵的輸入功率由此可計算出系統(tǒng)的發(fā)熱功率為按式計算工進時系統(tǒng)中的油液溫升，即 油溫在允許范圍內，油箱散熱面積符合要求，不必設置冷卻器。4.3本章小結通過驗算系統(tǒng)壓力損失再次確認液壓系統(tǒng)個性能是否達到所要求的的指標，從而確定方案的可行性。通過計算溫升來檢驗所設計的油箱容積是否滿總要求，是否需要冷卻裝置，為

49、整個方案做反饋調節(jié)。5 液壓站的設計液壓站是現(xiàn)代液壓技術中應用最為廣泛的結構形態(tài),既是各類液壓系統(tǒng)設計過程的歸宿,又是保證主機完成其工藝目的和長期可靠工作的重要裝置。正確合理地設計和使用液壓站，對于提高液壓系統(tǒng)乃至整個液壓設備的工作品質和技術經濟性能，具有重要意義。其基本設計框圖如圖5-1。 液壓站油箱油管電動機過濾器液壓泵聯(lián)軸器圖5-1 液壓站設計框圖5.1 液壓站的結構設計液壓站結構設計時應該注意的是，液壓裝置中各部件、元件布置要均勻、便于裝配、調整、維修和使用，并且要適當?shù)淖⒁馔庥^的整齊和美觀。液壓泵與電動機可裝在液壓油箱的蓋上，也可裝在液壓油箱之外，主要考慮液壓油箱的大小與剛度。在閥類

50、元件的布置中，行程閥的安放位置必須靠近運動部件。手動換向閥的位置必須靠近操作部位。換向閥之間應留有一定的軸向距離，以便進行手動調整或裝拆電磁鐵，壓力表及其開關應布置在便于觀察和調整的地方。液壓泵與機床相聯(lián)的管道一般都先集中接到機床的中間接頭上，然后再分別通向不同部件的各執(zhí)行機構中去，這樣做有利于搬運、裝拆和維修。硬管應貼地或沿著機床外形壁面敷設。相互平行的管道應保持一定的間隔，并用管夾固定。隨工作部件運動的管道可采用軟管、伸縮管或彈性管。軟管安裝時應避免發(fā)生扭轉，以免影響使用壽命。5.1.1 液壓泵組的安裝方式液壓泵組是指液壓泵及驅動泵（電動機）和聯(lián)軸器及傳動底座組件等。（1）軸間的連接方式其

51、在確定液壓泵與原動機的軸間連接和安裝方式時，首先要考慮液壓泵軸的徑向和軸向負載的消除或防止問題。 直接驅動型連接 直接驅動型連接可采用聯(lián)軸器或花鍵實現(xiàn)。由于液壓泵的傳動軸在結構上一般不能承受額外的徑向和軸向載荷，因此液壓泵最好由原動機經聯(lián)軸器直接驅動，并且使泵軸與驅動軸之間嚴格對中，軸線的同軸度誤差不大于0.08mm。原動機與液壓泵之間的聯(lián)軸器宜采用帶非金屬彈性元件的撓性聯(lián)軸器。 間接驅動型連接 如果液壓泵不能經聯(lián)軸器由原動機直接驅動，而需要通過齒輪傳動、鏈傳動或帶傳動間接驅動時，液壓泵的傳動軸所受的徑向載荷不得超過泵制造廠的規(guī)定值，否則帶動泵軸的齒輪、鏈輪或帶輪應架在另外設置的軸承上。此種連

52、接方式也應滿足規(guī)定的同軸度要求。基于此，在本次設計中原動機與液壓泵之間的聯(lián)軸器我們選用LX7彈性柱銷聯(lián)軸器。（2）軸間的安裝方式安裝方式分為臥式和立式兩種。臥式安裝 常見的臥式安裝有角形支架臥式安裝、腳架鐘形罩臥式安裝以及支架鐘形罩臥式，這幾種安裝液壓泵及管道都安裝在液壓油箱外面，散熱條件好，適合于管路連接的油路，且便于安裝和拆卸。立式安裝 立式安裝為鐘罩形立式安裝，通過液壓泵上的軸端法蘭實現(xiàn)泵與鐘形罩的連接，鐘形罩再與帶法蘭的立式電動機連接，依靠鐘形罩的止口保證液壓泵與電動機的同軸度。這種結構型式緊湊、美觀，同時電動機與液壓泵的同軸度能保證，吸油條件好，漏油可直接回液壓油箱，并節(jié)省占地面積。綜上所述，為了保證電動機與液壓泵的同軸度，便于安裝和拆卸，節(jié)省占地面積，本設計中選用臥式角行架安裝安裝。5.1.2 油箱的設計液壓油箱的作用是貯存液壓油，分離液壓油中的雜質和空氣，同時還起到散熱的作用。（1）液壓油箱有效容積的確定液壓油箱在不同的工作條件下，影響散熱的條件很多，通常按壓力范圍來考慮。液壓油箱的有效容量v可概略的確定為：已知該系統(tǒng)為中壓系統(tǒng)（p=3MP）?。篤=(57)