毕业设计（论文）-钻镗两用组合机床液压系统控制设计.doc

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1、目录1绪论31.1组合机床的设计任务31.2分析液压传动的优缺点31.3 液压传动系统的机械部分设计42设计的技术要求和设计参数62.1设计参数的确定63工况分析83.1 确定执行元件83.2 分析系统工况83.2.1工作负载83.2.2惯性负载83.2.3阻力负载83.3 确定系统主要参数93.3.1 初选液压缸工作压力93.3.2 确定液压缸主要尺寸93.3.3 计算最大流量需求113.4 拟定液压系统原理图123.4.1 速度控制回路的选择123.4.2 换向和速度换接回路的选择133.4.3 油源的选择和能耗控制143.4.4 压力控制回路的选择163.5 液压元件的选择173.5.1

2、 确定液压泵和电机规格173.5.2 阀类元件和辅助元件的选择193.5.3 油管的选择213.5.4 油箱的设计223.6 液压系统性能的验算243.6.1验算系统压力损失并确定压力阀的调整值243.6.2油液温升验算26总结28致谢29参考文献30摘 要钻镗两用组合机床液压系统控制设计，其实是对两刀具的进给系统进行设计。当专用夹具对特殊工件装夹定位好后，工件的旋转运动、刀具纵向进给运动，完成对工件钻孔、扩孔的加工。进给运动由液压系统控制，纵向液压缸控制两刀具快进-工进-快退的工况，横向液压缸控制两刀具的选择。根据组合机床液压系统的设计任务和工况分析，拟定液压系统原理图，计算和选择液压元件。

3、所设计进给系统对调速范围、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。关键词：进给系统；液压系统原理图；计算和选择液压元件1绪论1.1组合机床的设计任务组合机床是以通用部件为基础，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。此次设计的机床用于对工件从钻孔、扩孔高精度孔加工液压系统设计。工件装夹采用专用夹具，刀具的调整采用大小拖板，拖板由两个液压缸控制：横向液压缸控制两刀具的调整；纵向液压缸控制两

4、刀具进给运动。工作循环是，麻花钻快进-工进-快退-横向液压缸调整扩孔钻后快进-工进-快退-横向液压缸再调整好麻花钻，等待下一个工作循环。液压系统在组合机床上主要是用于实现工作台的直线运动，具体结构如图1 （a） （b）图1 组合机床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1.2分析液压传动的优缺点 液压与气压传动相对于机械传动来一门新兴技术。现今，采用液压传动的程

5、度已成为衡量一个国家工业化发展水平重要标志之一。如今发达国家生产的95%的工程机械、90%的数控加工中心、95%以上的自动生产线都采用了液压传动。皆因液压传动拥有无与伦比的优点：（1） 体积小，重量轻，结构紧凑。（2） 运动比较平稳，能在低速下稳定运动，易于实现快速启动、制动和频繁换向。 （3） 可在大范围内实现无级调速。（4） 容易实现自动化，操纵方便。（5） 易于实现过载保护且液压件能自行润滑，因此使用寿命较长。（6） 由于液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，所以液压系统的设计、制造、使用都比较方便。 但液压传动仍具有很多缺点：（7） 液压传动不能保证严格的传动比。（8） 液压传动在工

6、作过程中常有较多的能量损失。（9） 液压传动对油温的变化比较敏感，它的工作稳定性容易受到温度变化的影响，因此不宜在温度变化很大的环境中工作。（10） 为了减少泄漏，液压元件在制造精度上的要求比较高，因此其造价较高，且对油液的污染比较敏感。（11） 液压传动出现故障的原因较复杂，而且查找困难。1.3 液压传动系统的机械部分设计液压传动系统的机械部分设计是液压机械设计的一部分，它是根据主机对液压系统提出的要求，综合运用液压元件和液压回路基本知识的基础上进行的。应从实际出发，吸取国内外先进的液压技术，力求设计出结构简单、效率高、质量好的液压传动装置。液压系统设计的步骤大体如下： （1）明确设计要求；

7、（2）进行工况分析与初步确定系统的主要参数；（3）拟定液压系统原理图；（4）计算和选择液压元件；（5）估算液压系统性能；（6）绘制工作图和编写技术文件。在以上的设计步骤中，前5项属于性能设计，它们相互影响、相互渗透；最后一项属于结构设计，进行时须先查明液压元件的结构和配置形式，仔细查阅有关产品样本、设计手册和资料。2 设计的技术要求和设计参数2.1设计参数的确定 根据工件材料查阅机械加工工艺手册，得出钻孔的较合适的 表面切削速度为从而计算出主轴的转速为 （21）由加工直径查阅工艺手册， 得出加工每转进给量为从而计算出钻削缸的轴向进给速度为根据切削原理得出钻削力计算公式为扭矩：. （22）轴向力

8、： （23）查阅机械设计手册得故计算出在本工艺条件下的最大钻削扭矩及最大钻削轴向力为计算钻削缸受力。钻削缸所受轴向力等于钻削轴向力加动力头的重量，应等于3200N。系统设计参数如表1所示，动力滑台采用平面导轨，其静、动摩擦系数分别为fs = 0.2、fd = 0.1。表1 设计参数参 数数 值切削阻力（N）2946滑台自重 (N)250快进、快退速度(m/min)4.5工进速度(mm/min)20120最大行程(mm)400工进行程(mm)180启动换向时间（s）0.05液压缸机械效率0.9293工况分析3.1 确定执行元件金属切削机床的工作特点要求液压系统完成的主要是直线运动，因此液压系统的

9、执行元件确定为液压缸。3.2 分析系统工况 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。3.2.1工作负载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，即FW=2946N3.2.2惯性负载最大惯性负载取决于移动部件的质量和最大加速度，其中最大加速度可通过工作台最大移动速度和加速时间进行计算。已知启动换向时间为0.05s，工作台最大移动速度，即快进、快退速度为4.5m/min，因此惯性负载 (3-1)3.2.3阻力负载阻力负载主要是工作

10、台的机械摩擦阻力，分为静摩擦阻力和动摩擦阻力两部分。静摩擦阻力0.2250=50N动摩擦阻力0.1250=25N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所示。表2 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液压缸推力=F/起动=50 N55.5N加速=+93N103.4N快进=50N55.5 N工进=+2996N3328.9N反向起动=50 N55.5 N加速=+93 N103.4N快退=50N55.5N注：此处未考虑滑台上的颠覆力矩的影响。3.3 确定系统主要参数3.3.1 初选液压缸工作压力所设计的大拖板在工进时负载最大，其值

11、为3200N，其它工况时的负载都相对较低，参考表11-2按照负载大小或按照液压系统应用场合来选择工作压力的方法，初选横向液压缸的工作压力为p1=0.63MPa。3.3.2 确定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，

12、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)，选取此背压值为p2=0.3MPa。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=0.4MPa。工进时液压缸的推力计算公式为 式中：F 负载力 hm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 液压缸缸筒直径为

13、 （32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=0.70797.07=68.62mm，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，圆整后取液压缸缸筒直径为D=100mm，活塞杆直径为d=70mm。此时液压缸两腔的实际有效面积分别为： m2工作进给采用调速阀调速，查产品样本，调速阀最小稳定流量= ，工进速度，则：能满足低速稳定性要求。3.3.3 计算最大流量需求大拖板在快进过程中，液压缸采用差动连接，此时系统所需要的流量为q快进 =（A1-A2）v1=17.325L/min大拖板在快退过程中所需要的流量为q快退

14、=A2v2=18L/min大拖板在工进过程中所需要的流量为q工进 =A1v1=0.1570.942L/min 其中最大流量为快进流量为18L/min。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所示。表3 各工况下的主要参数值工况推力F/N回油腔压力P2/MPa进油腔压力P1/MPa输入流量q/L.min-1输入功率P/Kw计算公式快进启动55.500.326q=(A1-A2)v1P=p1q、p2=p1+p加速103.401.82恒速27781.51.0022.590.5工进3328.90.22407240.1570.9420.0880.529P1=(F+p2A2)/A1q=A1v2、P=p1q快