全自动专用钻床液压系统设计---毕业设计.doc
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目录
1绪论 1
1.1全自动专用钻床介绍 1
1.2全自动专用钻床的特点 1
2液压系统的设计目的、要求 2
2.1液压系统的设计的目的 2
2.2液压系统的设计要求 2
3液压系统的设计计算 3
3.1负载分析 4
3.2液压缸选择 6
3.3液压泵的选择 6
3.4选择电动机参数 7
3.5选择油箱 7
3.6选择阀 7
3.7液压回路的设计 9
4液压传动系统的电气控制设计 10
4.1电气控制回路设计 10
5液压系统的运动 13
5.1送料缸的伸出 13
5.2夹紧缸运动 14
5.3钻削缸的运动 15
5.4钻削缸运动到c1时的运动状态 16
5.5钻削缸到c2时的运动状态 17
5.6液压系统的卸荷 18
6液压系统的维护 19
6.1正确选择使用液压油、确保液压油和液压系统的清洁 19
6.2防止油温过高 19
6.3防止液压系统进入空气 19
6.4加强液压系统的日常维护和保养 20
结论 21
致谢 22
参考文献 23
21
1绪论
1.1全自动专用钻床介绍
一个完整的全自动专用钻床由底座、工作台、主轴箱、变速箱、冷却泵、摇臂、钻头、料斗等构成。
全自动专用钻床可以一次性完成从送料、夹紧到钻削的全过程，而且可以进行批量生产。
本机由一个工人站立操作，整个操作过程是：
将工件放置于料斗内，按启动开关钻床自动运行，整个钻削完成后再将工件搬下。
这样既可以提高工作效率，也可以大大的提高钻削的质量，同时也不致使工人搬运零件次数过多而产生疲劳感。
与普通钻床相比，全自动专用钻床可以实现加工自动化，因为液压具有夹紧力大的特点，所以整个加工过程稳定、安全、高效。
1.2全自动专用钻床的特点
全自动专用钻床的加工特点：
加工过程中工件不动，让刀具移动，将刀具中心对正孔中心，并使刀具转动（主运动）。
全自动专用钻床的特点是工件固定不动，刀具做旋转运动，并沿主轴方向进给，操作可以是手动，也可以是机动。
并且可以大量加工，全自动专用钻床是具有广泛用途的机床，可对零件进行钻孔、扩孔、铰孔、锪平面和攻螺纹等加工。
在钻床上配有工艺装备时，还可以进行镗孔,在全自动专用钻床上配万能工作台还能进行分割钻孔、扩孔、铰孔。
因为全自动专用钻床是批量生产并且整个过程是全自动的，所以它解决了现有的普通钻床加工零部件操作不方便、加工困难、危险系数大、加工过程复杂等技术问题。
2液压系统的设计目的、要求
2.1液压系统的设计的目的
在当今社会，由于现在工业节奏不断的加快，对于产品的需求量越来越大，自动化的程度也越来越高，所以现在的生产都需要大批量的自动进行，而大部分的零件都需要进行钻孔，所以，钻床在生产中扮演着非常重要的角色。
而为了提高钻床的钻孔效率，所以需要设计一个钻床能实现自动化快速生产。
所以我选择设计全自动专用钻床的液压系统，目的就是为了提高生产的效率。
而本设计主要针对全自动专用钻床的液压系统进行设计，因为液压具有夹紧力大而且稳定的特点，所以能实现加工快速、安全、稳定。
2.2液压系统的设计要求
在开始设计液压系统时，首先要对机械设备主机的工作情况进行详细的分析，明确主机对液压系统提出的要求，具体包括以下几个方面。
（1）主机的用途、主要结构、总体布局；主机对液压系统执行元件在位置布置和空间尺寸上的限制；
（2）主机的工作循环，液压执行选件的运动方式（移动、转动或摆动）及其工作范围；
（3）液压执行元件的负载和运动速度的大小及其变化范围；
（4）主机各液压执行元件的动作顺序或互锁要求；
（5）对液压系统工作性能（如工作平稳性、转换精度等）、工作效率。
自动化程度等方面的要求；
（6）液压系统工作的工作环境和工作条件，如周围介质。
环境温度、湿度、尘埃情况、外界冲击振动等；
（7）其他方面的要求，如液压装置在重量、外形尺寸、经济性等方面的规定或限
制。
3液压系统的设计计算
如图3-1所示的工件，需要大量生产，本工序钻削工件上有一个φ15偏心孔，工件的材料为铸铁，材料硬度为220HB，为此设计一全自动专用钻床，只要将工件堆积在料斗里，一按开关就可以重复自动的完成送料、加工到结束这一全部过程，设计该钻床的液压系统以及电气控制回路，设计的该专用钻床的加工工位结构简图如图3-2所示。
其工作循环步骤为：
图3-1工件图
图3-2自动钻床加工工位结构简图
3.1负载分析
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：
V=21~30m/min
从而计算出主轴的钻速为：
n=v/πd=446~637r/min
由加工直径查阅工艺手册，得出加工每转进给量为：
f=0.18~0.38mm/min
从而计算出钻削缸的轴向进给速度为：
v1=80~242mm/min
根据切削原理得出钻削力计算公式为：
扭矩：
M=Cm·dxm·fym·km·10-3N·m
轴向力：
F=CF·dXF·fYF·KFN
查阅机械设计手册得
CM=210;KM=0.8;CF=427;KF=1;YF=0.8
KM=KF=（220/190）0.6=1.09
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：
M=23.69N·m
F=2946N
（1）计算钻削缸受力
钻削缸所受轴向力减去动力头的重量，应该小于2946N。
（2）计算夹紧缸受力
根据夹具结构画出受力简图，如图3-3所示，由理论力学分析进行计算得夹紧力为：
W=（2M/D·f）·〔（sinα/2）/（1+sinα/2）〕
其中：
f—摩擦系数，取0.2；
α－V型块夹角，本结构为90o；
D－被夹工件直径，本工件直径为80mm。
故计算出夹紧力：
W＝1219N
查阅液压传动设计手册，安全系数2.5～3，取其为3。
所以夹紧缸应承受负载为：
W缸＝1219×3＝3657N
图3-3工件受力分析
（3）计算送料缸的受力
送料缸在推进工件时，工件受料斗上面所堆积工件重量的压力而在所推进工件的上下两面产生摩擦阻力,每个工件的重量为0.6kg，最多堆集20个，故摩擦阻力为：
Ff=2Q总.f＝2×（20－1）×6×0.2=45.6N
故送料缸所受最大轴向力为摩擦阻力加工件重量，即为：
F缸＝45.6+6=51.2N
由于力很小，所以将送料缸的运动近似认为空载运动。
3.2液压缸选择
本例工艺要求送料缸送料速度大于50mm/s,钻削缸快进速度大于50mm/s。
查液压传动产品手册：
选内径×活塞杆径＝40×20mm的液压缸作为夹紧缸，则当液压缸内油的压力达到P=W缸/A=4×3657/3.14/402=2.91Mpa时就可夹紧工件；选该液压缸行程不小于40mm，如图3-4所示。
图3-4液压缸
3.3液压泵的选择
根据液压缸的最大工作压力和最大流量，再考虑相关的损耗，计算泵的额定流量和额定压力。
液压泵的额定流量：
Q泵≥K漏Q缸＝1.1×2.41=2.65L/min
泵的额定压力：
P泵≥K压P缸=1.3×2.91=3.78Mpa
查阅液压产品目录：
选泵型号：
YB1-2.5额定压力为6.3Mpa，排量为2.5m/r,转速为1450r/min的定量叶片泵。
该泵的输出流量为Q=2.5×1450=3.6L/min
3.4选择电动机参数
PM=PQ/60η=3.78×3.6/60×0.7=0.324KW
因为液压泵的转速为1450r/min，所以选电机的转速为1450r/min，功率大于0.34KW。
3.5选择油箱
油箱容量通常取泵的额定流量的2～4倍，故设计油箱的容量为7～14L。
因为钻削缸要支撑动力头，又双向受力，选直径大一点的液压缸，另外由于有差动联接要使得快进和退回的速度较接近而选活塞杆直径较粗的液压缸，综上应选内径×活塞杆径＝50×32mm的液压缸作为钻削缸，则当液压缸内油的压力大于P=F/A=4×2946/3.14/502=1.55Mpa时就可钻削工件；由于钻削快进采用差动联接，所以当输入流量达到：
Q＝v×3.14×d2/4=50×60×3.14×322/4=2.41L/min
就能满足钻削缸快速进给要求，选该液压缸的行程不小于35mm。
选内径×活塞杆径＝32×16mm的液压缸作为送料缸，当输入流量达到：
Q＝v×A=50×60×3.14×322/4=2.35L/min
就能满足送料速度要求，液压缸的行程根据具体结构确定。
3.6选择阀
送料缸换向选用两位四通电磁阀如图3-5（a）能满足送料要求，夹紧缸换向选用两位四通电磁阀在夹紧工件时，能一直保持一定的压力；钻削缸换向选用三位四通电磁阀。
如图3-5（b）。
由于钻削缸的压力小于夹紧缸的压力，故在钻削支路上接一个减压阀，以保证夹紧力在切削过程中不下降。
由于钻削缸垂直安装，为使得运动平稳，采用液压缸出口节流调速回路。
以泵的额定压力6.3Mpa、流量3.6L/min为基准，选择各种电磁换向阀、溢流阀、减压阀、调速阀等元件，元件的性能参数可参考液压传动设计手册有关资料，在此不再一一叙述。
为节约能源，钻削缸快进采用差动回路。
液压元件如表3-1
（a）（b）
图3-5换向阀
表3-1液压系统中各个元器件列表
序号
元件名称
数量
型号
额定压力（Mpa）
流量（L/min）
备注
1
油箱
1
BAK13
油箱容积：
11.5L
2
液压泵
1
YB1-2.5
6.3
3.6
定量叶片泵
3
二位四通电磁换向阀
4
U/FC10-4
10
5
产地：
德国
4
溢流阀
1
Y-25
8
4
管牙连接
5
减压阀
1
RD-700
7
6
6
单向阀
1
6F系列
8
4
产地：
美国
7
节流调速阀
1
TL6-01
7
4
8
三位四通电磁换向阀
1
M/10140
15
8
产地：
德国
9
行程开关
8
LX156
3.7液压回路的设计
根据以上计算参数，结合液压传动的基本回路，设计本系统的液压回路如图3-6所示。
图3-6液压传动系统
4液压传动系统的电气控制设计
4.1电气控制回路设计
该自动钻床工作循环过程如前所述，由于送料杆和夹紧杆同时伸出到位时会产生干涉，所以要等送料缸退回才能夹紧，但为了节约时间，在送料缸刚好退出干涉位置时，夹紧缸就动作，使得夹紧与送料缸后退同步。
控制回路具体设计步骤如下：
（1）绘制各液压缸位移顺序图，如图4-1所示，其中A为送料缸，B为夹紧缸，C为钻削缸；
（2）以行程开关压下为1，弹起为0，绘制开关信号图，如图4-2所示；
（3）由于在第4步和第7步有两组相同的信号，故将所有信号分成两级，图4-2所示；
（4）以0→1为触发信号，绘制开关动作图，如图4-3所示。
在第7步因为和第4步信号相同所以在该组加1个继电器K常开触点；
（5）绘制线圈（电磁铁、继电器）通断电图，注意在I级和II级交界处增加一个继电器通电，以便进行分级的转换，在II级结束时继电器断电，如图4-4所示；
（6）根据图4-3、4-4绘制电气控制回路图，如图4-5所示，图中继电器K5为图4-4所示的分级转换继电器K。
工作时按一下带自锁的按钮SB1使YA通电，即可连续的重复本例所要求的工作循环过程，如要短暂停机，则按SB1使断电，再按SB2液压泵卸荷。
图4-1缸的动作顺序图
图4-2开关信号图及分级图
图4-3开关动作图
图4-4线圈通、断电图
图4-5控制电路图
5液压系统的运动
5.1送料缸的伸出
（进油油路出油油路）
当按下开关进行工作时，送料缸首先开始运动，如图5-1所示。
进油油路：
油箱→液压泵→（YA电磁阀得电，换向阀换向）→进送料缸左腔
回油油路：
进送料右腔→换向阀→油箱
图5-1送料缸的运动图
5.2夹紧缸运动
当送料缸的活塞杆运动到a2时，YB电磁阀得电，但是K3未得电，所以此时夹紧缸不运动，当活塞杆运动到a1时，K3继电器得电，K3的常开闭和，常闭断开，所以夹紧缸开始伸出时，送料缸缩回。
如图5-2所示
送料缸进油油路：
油箱→液压泵→（YA电磁阀失电，换向阀换向）→送料缸右腔
送料缸回油油路：
送料缸左腔→换向阀→油箱
夹紧缸进油油路：
油箱→液压泵→（YB电磁阀得电，换向阀换向）→夹紧缸左腔夹紧缸回油油路：
夹紧缸右腔→换向阀→油箱
图5-2夹紧缸的运动图
5.3钻削缸的运动
当送料缸的活塞杆退回到a0时，夹紧缸运动到b1时，YC1得电。
钻削缸开始伸出，此时钻削缸为差动连接，运动速度快。
如图5-3所示
钻削缸进油油路：
油箱→液压泵→（YC1电磁阀得电，换向阀换向）→溢流阀→钻削缸左腔
钻削缸回油油路：
钻削缸右腔→钻削缸左腔（此时形成差动连接）
而此时送料缸和夹紧缸的运动方式不发生变化。
图5-3钻削缸的运动图
5.4钻削缸运动到c1时的运动状态
当钻削缸的活塞杆运动到行程开关c1时，YC2得电，活塞杆运动速度变慢。
如图5-4所示
钻削缸进油油路：
油箱→液压泵→（YC1电磁阀得电，换向阀换向）→溢流阀→钻削缸左腔
钻削缸回油油路：
钻削缸右腔→（YC2电磁阀得电，换向阀换向）→调速阀→油箱
而此时送料缸和夹紧缸的运动方式不发生变化。
图5-4钻削缸在c1时的运动状态图
5.5钻削缸到c2时的运动状态
当钻削缸的活塞杆运动到行程开关c2时，电磁铁YC1失电，电磁铁YC0得电，电磁铁YC2得电，钻削缸开始缩回，如图5-5所示。
钻削缸进油油路：
油箱→液压泵→（YC0电磁阀得电，换向阀换向）→节流调速阀→（YC2电磁阀得电，换向阀换向）→钻削缸右腔
钻削缸回油油路：
钻削缸左腔→溢流阀→三位四通电磁阀→油箱
图5-5钻削缸在c2时的运动状态图
5.6液压系统的卸荷
按下SB2时，系统就会卸荷，如图5-6所示。
图5-6液压系统卸荷图
6液压系统的维护
液压系统由于其结构紧凑，工作平稳、操作简便和省力等优点，被广泛应用于建筑机械上。
但如果使用维护不当，则会大大提高故障发生率，严重影响机械的可靠性和使用寿命。
为此，有必要谈谈正确使用和维护液压系统的方法。
6.1正确选择使用液压油、确保液压油和液压系统的清洁
根据一些资料统计证明，液压系统产生故障的原因有70％～85％是由于液压油受污染变质而引起的。
因为液压系统所用的各种泵、阀类元件，相对运动件之间都有光洁度很高的配合面和精密度很高的配合间隙，有些元件还设有阻尼孔、缝隙式控制阀口，如果油液中混人杂质，将会堵塞这些缝隙、小孔，阻碍油液的运动，破坏液压件的正常工作。
如杂质进人阀内，就可能破坏阀芯与阀体的配合面，或卡在它们中间，造成阀的密封不严或动作不灵。
如油液中污物过多，将会堵塞滤油器，使系统循环受阻，安阀常常开启，冷却不良，系统温度升高。
所以，保持液压系统和液压油的清洁，是维护液压系统的关键。
6.2防止油温过高
液压系统的温度，根据实验，一般在35℃～60℃范围内最为合适，最高应不超过80℃。
在正常的油温下，液压油各种性能良好。
油温过高会使液压系统产生很多不良影响，如粘度下降，润滑油膜变薄并易被损坏，润滑性能变差，容积效率低，机械磨损加剧，橡胶密封圈加速老化，密封性能随之降低等。
因此在使用中，应控制系统油温保持在正常范围。
6.3防止液压系统进入空气
液压系统进人空气后，会使液压油发生“乳化”现象，破坏油液的性能。
进人油液中的空气体积随系统压力、温度的变化而变化，阻碍液流的运动，因此使液压执行元件在作业中出现忽停忽动、速度缓慢、力量不足等现象，通常我们把这种现象称之为“工作爬行”。
爬行现象不但破坏液压系统工作的稳定性，有时甚至引起振动，产生噪声。
因此，必须严防空气进人液压系统。
6.4加强液压系统的日常维护和保养
液压系统发生一些故障时，事前往往都会出现异常现象。
而认真严格地日常检查和保养，对于及时发和排除小的故障，预防大的事故发生，具有很重要的意义。
因此，应重视和加强日常检查和保养。
结论
通过设计之后可以得知，这样的设计可以加快钻床钻削的速度，提高生产率。
解决在以前钻削时遇到的每次只能钻一个工件得难题。
该全自动专用钻床可以一次放入很多个工件，然后钻床依次对其进行加工。
而且液压具有夹紧力大的优点，这样也可以避免由于钻削力过大而使工件飞出的难题，减少安全隐患。
毕业设计结束是我们在校学习的最后阶段，也是对知识和能力深化和升华的过程。
通过设计，可以对所学知识结构进行重新整合，将所学知识与工程实践问题相结合，熟悉了国家有关标准和规范。
培养了分析问题和解决问题的能力。
强化了创新意识，为将来激烈的竞争打下了基础。
同时也培养了严肃认真的科学态度，优良的思维模式，和严谨求实的工作作风。
树立了正确的设计思想，并掌握了现代设计方法。
此次设计用到了我以前学过的机械、电子等多方面知识，是对我们大学所学知识的大综合，对这些知识进行了加强巩固，有了更深的认识。
此次设计还有许多不足之处，再加上本人的设计能力所限、实践经验的缺乏，虽经过缜密思考、周密计算、广泛实践，还是会有不尽与人意的地方。
希望老师给予建议、指导，本人将虚心接受，不胜感激。
参考文献
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