镗孔液压站CAD技术的研究(有全套图纸).docx

资源描述

镗孔液压站CAD技术的研究(有全套图纸).docx

《镗孔液压站CAD技术的研究(有全套图纸).docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《镗孔液压站CAD技术的研究(有全套图纸).docx（45页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

镗孔液压站CAD技术的研究(有全套图纸).docx

设

计

说

明

书

全套图纸或资料，联系q Q174320523

一、前言 1

二、设计目标 2

三、工况分析 2

1、对本次设计的镗孔专机进行分析 2

2、工况分析 3

四、机床液压系统的设计 5

1、执行机构的选择 5

2、调速方案的选择和“快、慢、快”动作循环的实现 5

3、夹紧回路的选择 5

4、快速运动的实现 5

5、供油部分的设计 5

五、液压系统的计算和选择液压元件 7

1、液压缸主要尺寸的确定 7

2、确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格 8

3、液压阀的选择 11

4、确定管道尺寸 12

六、液压系统的验算 13

七、液压缸的设计 14

1、液压缸主要尺寸的确定 14

2、液压缸的结构设计 18

八、集成油路的设计 20

（一）液压集成块结构与设计 21

九、液压站的设计 27

（一）液压油箱的设计 27

（二）液压站的结构设计 31

十、虚拟制造 32

（一）活塞、液压站的三维设计 32

（二）活塞的虚拟制造 34

十一、设计小结 35

十二、致谢 36

十三、参考文献 37

十四、外文资料 38

十五、外文翻译 40

镗孔液压站CAD技术的研究

The process bore liquid presses thetechnical research of the station CAD

摘要:

本次课题来源于常州飞天集团，所设计的液压站运用于变速箱左齿轮箱镗孔专机。

液压站采用CAD技术设计。

集成块设计进行了创新展开法设计的研究，使液压站计算机辅助设计达到了正确、快捷、可视和高效的阶段，为

CAD研究和工程应用提供了佐证。

并对液压站进行三维造型设计及零件虚拟设计。

关键词:

专用机床液压站 CAD技术三维造型虚拟制造

Summary:

ThetopiccomefromtheChangZhouFeitiangroup.Theliquiddesignpressesthestationusageinbecomesoonaleftwheelgearboxprocessesthespecialairplane.Theliquidpressesthestationadoption CADtechniquedesign.Gatherthewholepiecedesign

carriesontheinnovationtolaunchtheresearchofthemethoddesign，maketheliquidpressthestationthecalculatorassistance

thedesigncometoaright,fast,canseeandefficientlyofstage，studiedfortheCADtoprovidethesubstantialevidencewith

theengineeringapplication.Pressthestationtocarryonthe3Dsshapedesignandthesparepartsconjecturedesignstotheliquidalso.

Keyword:

thenumbercalculation thesketchdesigns techniqueofCAD3Dsshapes conjecturemanufacturing

前言

近五十年来，在工业中有两个学科分支发展极快。

其一是电子学中的计算

机技术；其二是机械学中的液压控制与传动技术。

这两门技术的互相渗透和融合，使现代机械的设计、制造和使用突飞猛进。

计算机系统便于“控制信号”的产生、放大、调制和转换，是机器的神经系统，故又叫“电脑系统”。

液压技术单位质量输出的功率大，可输出大的功率，对“控制信号”反应灵敏，和机械系统结合，可形成各种复杂的机械运动，便于控制工作机构的运动方式、运动速度和输出的力。

因此可把它看成机器的

“筋肉系统”。

如此类推机械系统自然就是机器的“躯体”、“四肢”和“骨骼系统”。

诚然，计算机发展很快，普及很广。

但只有聪明的头脑，没有强劲而灵活的四肢，仍然不能完成所需的动作而做“功”。

这就是液压技术得以存在和发展的原因。

液压传动在防漏、治污、降噪、减震、节能和材质研究等各个方面都有长足的进步，它和电子技术的结合也由拼装、混合到整合，步步深入。

时至今日，在尽可能小的空间内传出尽可能大的功率并加以精确控制这一点上，液压传动已稳居各种传动方式之首，无可替代。

这种情况使液压传动的元件类型、油路结构、系统设计和制作工艺等都发生了深刻的变化，也改变了人们对它的认识、分析和综合的方式方法。

本次毕业设计的课题来源于常州飞天集团，在周堃敏教授的带领下，对镗孔专机进行了液压系统的设计，而且对集成块进行了创新设计，大大节省了繁琐的画图工作量，并对液压站进行了三维造型设计和零件的虚拟制造，使我对液压CAD技术和工程软件应用的知识也有了更进一步的认识、了解和实践。

在此，特别感谢周老师的热心指导！

徐凯峰

2005年6月

一、设计目标

要求设计一镗孔专机的液压系统，并进行CAD技术的研究。

该镗孔专机要求完成加工变速箱左齿轮箱上的孔系，孔的直径分别为2´F47mm、2´F62mm、

F92mm。

要求孔的加工精度为六级。

加工完成的工作循环是快进、一工进、二工进、快退、原位停止。

二、指标要求

1、满足镗孔专机液压夹紧和进给的要求；

2、采用CAD技术技术进行液压站设计；

3、对零件进行虚拟制造。

三、工况分析

1、对本次设计的镗孔专机进行分析

查《切削加工简明实用手册》P470表8-87卧式镗床的镗削用量。

加工方式

刀具材料

刀具类型

铸铁

钢（包括铸钢）

apmm（直径上）

V/m×s-1

f/mm×r-1

V/m×s-1

f/mm×r-1

半精镗

高速钢

刀头

0.42～0.66

0.2～0.8

0.5～0.8

0.2～0.8

1.5～3

镗刀块

0.5～0.66

0.2～0.6

粗绞刀

0.25～0.42

2.0～5.0

0.16～0.3

0.5～3.0

0.3～0.8

硬质合金

刀头

1～1.6

0.2～0.8

1.32～2

0.2～0.8

1.5～3

镗刀块

0.8～1.32

0.2～0.6

粗绞刀

0.5～0.8

3.0～5.0

0.3～0.8

精镗

高速钢

刀头

0.25～0.5

0.15～0.5

0.3～0.6

0.1～0.6

0.6～1.2

镗刀块

0.13～0.25

1.0～4.0

0.1～0.2

1.0～4.0

粗绞刀

0.16～0.3

2.0～6.0

0.16～0.3

0.5～3.0

1.0～4.0

硬质合金

刀头

0.8～1.32

0.15～0.5

1～1.6

0.15～0.5

0.6～1.2

镗刀块

0.3～0.66

1.0～4.0

0.13～0.3

1.0～4.0

粗绞刀

0.5～0.8

2.5～5.0

0.1～0.4

设计计算过程

计算结果

故一工进（半精镗）时

1.2 0.65 H 1.2 0.65 H

Fx=0.51ap f HB =0.51´2.5 ´0.6 ´200N

即 Fx=373N

Fz=51.4apf HB =51.4´2.5´0.6 ´200 N

0.75 0.55 0.65 0.55

即 Fz=1699N

则第一次工进食的镗削力为F= F2+F2=18000N

e x z

一工进（半精镗）时

Fx=373N

Fz=1699NFe=18000N

设计计算过程

计算结果

第二次工进（精镗）时同理可得 Fe=7500N

第二次工进（精镗）时

Fe=7500N

本次设计的镗孔专机情况（根据所给零件图计算得出）

：

动力头自重为：

9800N

快进、快退速度为：

8m/min一工进速度为：

72mm/min二工进速度为：

20mm/min最大行程为：

630mm

其中工进行程为：

40mm最大切削力为：

18000N夹紧缸行程为：

20mm

夹紧时间为：

2、工况分析

1）负载分析

惯性负载：

F=æGöæDvö=æ9800öæ 6 öN

m çg÷çDt÷ ç9.8÷ç60´0.2÷

è øè ø è øè ø

即 Fm=500N

阻力负载：

静摩擦阻力：

Ffs=0.2×9800N=1960N

动摩擦阻力：

Ffd=0.1×9800=980N

由此得出液压缸在各工作阶段的负载情况如表

（1）所示

表1液压缸在各工作阶段的负载值

Fm=500N

Ffs=0.2×9800N=1960N

Ffd=0.1×9800=980N

。

工况

计算公式

外负载（N）

说明

启动

Ffs=msFn

1960

因第一工进与第二工进之间速度变化量很小，故不考虑换接中的惯性负载。

加速

Ffd+Fm

1480

快进

Ffd

980

第一工进

Fe+Ffd

18980

第二工进

Fe+Ffd

8480

设计计算过程

计算结果

工况

计算公式

外负载（N）

说明

反向启动

Ffs

1960

加速

Ffd+Fm

1480

快退

Ffd

980

注：

1、液压缸的机械效率取η=0.9。

2、不考虑动力滑台上颠覆力矩的作用。

2）负载图和速度图的绘制

根据上述计算，可绘制出速度循环图与负载循环图分别如下图（a）与图（b）所示。

图（b）负载循环图

图（a）速度循环图

四、设计机床液压系统并绘制原理工作图

1、选择执行机构

本专机完成镗孔加工工艺，进给运动要求完成直线往复运动，故采用液压缸最为方便。

单出杆式液压缸的无杆腔工作面积大，在同样的供油压力的条件下，液压缸的输出力量较大，而且可以得到较低的稳定运动速度，这对于获得低的进给速度以便满足精加工要求具有很大的意义。

考虑专机的力量和速度的要求，选用单出杆式液压缸作为专机的执行机构。

同时，考虑了工作部件的结构安排，决定采用活塞杆固定而液压缸筒与动力部件固结完成进给运动的形式，进出油管穿过活塞杆（工作行程时活塞杆受压力，因此直径较粗，结构上允许油管通过），直接使用硬管与液压泵站连接。

这样避免了由于较长软管的弹性

变形引起系统运动转换中产生“前冲”、“后坐”等现象。

定位、夹紧液压缸采用单出杆式液压缸，缸筒固定。

2、调速方案的选择和“快、慢、快”动作循环的实现。

钻、镗类专机工作时对低速性能和速度负载特性都有一定的要求，因此决定采用调速阀进行调速，调速阀组成的调速系统速度负载特性较硬，在切削负载变化时进给速度可以保持平稳。

该专机属于半自动化专机，退回的转换可以通过压力继电器实现，由于快进转为工进时有平稳性的要求，决定采用行程滑阀来实现。

基于上述分析，本专机采用由单向、行程、调速阀组成进油路调速的方案。

为了满足专机调整时中途停顿的要求，换向阀采用三位五通电液换向阀。

利用三位阀的滑阀机能停止主轴头。

3、夹紧回路的选择

用二位四通电磁阀来控制夹紧、松开松开换向动作时，为了避免工作时突然失电而松开，应采用失电夹紧方式。

定位、夹紧的顺序动作可通过利用单向阀与电磁阀来实现。

4、快速运动的实现

为了达到机床所要求的快进和快退速度的要求，而又使泵的流量小，以减小整个油路系统的功率消耗，最好采用液压缸差动连接。

三位五通电液换向阀有两个回油口，如果配以单向阀和液控顺序阀就可以很方便地得到一种快速差动的油路方案。

5、供油部分的设计

对于技术改造时设计的专机，通常采用双泵供油基本回路，它与单泵供油相比效率较高、系统发热小，而与变量泵相比工作可靠、方便经济。

由于采用液压夹具夹紧工件，故所用的双泵供油系统不必在停止时卸荷，故三位五通阀的滑阀机能选用中位不卸荷型。

最后把所选择的液压回路组合起来，既可组成如下图1所示的液压系统原理图。

设

计

说

明

书

图1 液压系统原理图

五、液压系统的计算和选择液压元件

1、液压缸主要尺寸的确定

设计计算过程

计算结果

1）工作压力P的确定

工作压力p可根据负载大小及机器的类型来初步确定，现参阅<<液压系统设计简明手册>>P10表2-1选p=4MPa

p=4MPa

2）计算液压缸内径D和活塞杆直径d

由负载图可知最大负载F=18980N，查<<液压系统设计简明手册>> P10表2-2可取P2=0.8MPa，

hcm=0.95。

考虑到快进、快退速度等，取d/D=0.8，则

D= 4F

pPh{1-P2[1-（d）2]}

1cm P D

D= 4´18980

即3.14´40´105´0.95{1-0.8[1-（0.8）2]}m

=79.3mm；

参阅<<液压系统设计简明手册>>P11表2-4，将液压缸内径圆整为标准系列直径D=80mm；活塞杆直径d,按d/D=0.8及<<液压系统设计简明手册>>P11表2-5活塞杆直径系列取d=70mm.

按工作要求，定位与夹紧分别由定位油缸与夹紧油缸控制，本次设计中定位油缸与夹紧油缸相同。

考虑到夹紧力的稳定，夹紧缸的工作压力应低于进给液压缸的工作压力，现取夹紧缸的工作压力为P=3.5MPa，hcm=0.95，则

D= 4´15000 m

3.14´35´105´0.95

即D=63mm

参阅<<液压系统设计简明手册>>P11表2-4及表2-

5液压缸和活塞杆的尺寸系列，取夹紧液压缸和定位液压

滑台液压缸

P2=0.8MPa，

hcm=0.95

d/D=0.8

D=80mmd=70mm

夹紧液压缸与定位液压缸

P=3.5MPa，

hcm=0.95

d/D=5/7D=63mm

设

计

说

明

书

设计计算过程

计算结果

缸的D和d分别为63mm及45mm。

按最低工进速度验算液压缸的最小稳定速度

q 0.05´103 2 2

A =min= cm=5cm

min V 10

min

式中qmin是由产品样本查得GE系列调速阀AQF3-E10B

的最小稳定流量为0.05L/min。

本次设计中调速阀是安装在进油路上，故液压缸节流腔有效工作面积为

A=p（D2-d2）=p（82-6.32）cm2=19.1cm2

4 4

即A>Amin

可见上述不等式能满足，液压缸能达到所需低速。

D=45mm

A =5cm2min

A=19.1cm2

A>Amin

液压缸能满足要求

3）计算在各工作阶段液压缸所需的流量

q =pd2v

快进 4 快进

即q =p´（6.3´10-2）2´6m3/min=18.7L/min

快进 4

q =pD2v

一工进 4 一工进

即q =p´0.082´1.2m3/min=6.02L/min

一工进 4

q =pD2v

二工进 4 二工进

即q =p´0.082´0.8m3/min=4.02L/min

二工进 4

q =p（D2-d2）v

快退 4 快退

即q =p（0.082-0.0632）´6m3/min=11.5L/min

快退 4

q =pD2v

夹 4 夹夹

q =p´0.0632´20´10-3´60m3/min=3.74L/min

夹 4

q快进=18.7L/min

q一工进=6.02L/min

q二工进=4.02L/min

q快退=11.5L/min

q夹=3.74L/min

2、确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格

设计计算过程

计算结果

1）泵的工作压力的确定。

考虑到正常工作中进油管路有一定的压力损失以泵的工作压力为pp=p1+åDp （１）

式中 pp——液压泵最大工作压力；

p1——执行元件最大工作压力；

åDp——进油管路中的压力损失，初算时简单系统可取0.2~0.5MPa，复杂系统取0.5~1.5MPa，本例取0.5MPa

则pp=（4+0.5）MPa=4.5MPa

上述计算所得的pp是系统的静态压力，考虑到系统在各种工况的过渡阶段出现的动态压力往往超过静态压力。

另外考虑到一定的压力储备量，并确保泵的寿命，因此选泵的额定压力pn应满足p³（1.25~1.6）p

n p

中低压系统取小值，高压系统取大值。

在本例中

pn=1.3pp=5.9MPa

。

pn=5.9MPa

2）泵的流量确定。

液压泵的最大流量应为

qp³KL（åq）max

式中 qp——液压泵的最大流量；

（åq）max——同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值。

如果这时溢流阀正进行工作，

尚须加溢流阀的最小溢流量2~3L/min；

KL——系统泄漏系数，一般取

KL=1.1~1.3，现取KL=1.2。

则qp=1.2´18.7=22.44L/min

qp=22.44L/min

设计计算过程

计算结果

3）选择液压泵的规格

比较上述计算结果，查<<液压气动系统设计手册>

P118表5-11常用叶片泵主要参数

选择双联叶片泵YB1-6.3/16，工进时用

6.3L/min的泵单独供油，快速时，两个泵同时供油，其流量为7+13=20（L/min）

选择双联叶片泵

YB1-6.3/16

4）与液压泵匹配的电动机的选定

首先分别算出快进与工进两种不同工况时的功率，取两者较大值作为选择电动机规格的依据。

由于在慢进时泵输出的流量减小，泵的效率急剧降低，一般当流量在0.2~1L/min范围内时，可取h=0.03~0.14。

同时还应注意到，为了使所选择的电动机在经过泵的流量特性曲线最大功率点时不致停转，需进行验算，即

pBqp£2P （２）

h n

式中 Pn——所选电动机额定功率；

pB——限压式变量泵的限定压力；

qp——压力为pB时，泵的输出流量。

首先计算快进时的功率，快进时的外负载为

2500N，进油路的压力损失定为0.3MPa，由式（１）

可得

é ù

p=ê 980 ´10-6+0.úMP=0.62MP

p êp 3ú a a

ê´0.0632 ú

ë4 û

快进时所需电动机功率为

P=ppqp=0.62´18.7KW=0.28KW

h 60´0.7

pp=0.62MPa

P=0.28KW

一工进时所需电动机功率为

设计计算过程

P=0.65KW

计算结果

P=ppqp=4.5´6.02KW=0.65KW

h 60´0.7

查阅电动机产品样本，选用Y90S-4型电动机，其额定功率为1.1KW，额定转速为1400r/min

选用Y90S-4型电动机，其额定功率为1.1KW，额定转速为1400r/min

3、液压阀的选择

序号

元件名称

型号

通过流量（L/min）

双联叶片泵

YB1-6.3/16

31.2

溢流阀

YF3-10B

6.3

二位二通电磁阀

22EF3-E10B

6.3

单向阀

AF3-Ea10B

顺序阀

XFF3-10B

单向阀

AF3-Ea10B

6.3

溢流阀

YF3-10B

6.3

顺序阀

XFF3-10B

6.3

单向阀

AF3-Ea10B

三位五通电液换向阀

35EYF3O-10B

22.3

调速阀

QFF3-E10aB

6.3

调速阀

QFF3-E10aB

6.3

二位二通电磁阀

22EF3-E10B

6.3

压力继电器

DP1-63B

6.3

单向行程阀

AXF3-E10

22.3

减压阀

JF3-10B

单向阀

AF3-Ea10B

二位四通电磁阀

24EF3-E10B

根据液压系统的工作压力和通过各个阀类元件和辅助元件的实际流量，可选出这些元件的型号及规格，本次设计中均采用GE系列阀，如下表所示：

单向阀

AF3-Ea10B

二位二通电磁阀

22EF3-E10B

序号

元件名称

型号

通过流量（L/min）

压力继电器

DP1-63B

压力表

Y-10

压力表开关

KF3-E6B

滤油器

XU-B32´100

22.3

4、确定管道尺寸

设计计算过程

计算结果

1）油管内径

油管内径尺寸一般可参照选用的液压元件接口尺寸而定，也可按管路允许流速进行计算。

本系统主油路流量为差动时流量q=40L/min，压油管的允许流速取v=4m/s，则内径d为

d=4.6q/v=4.640/4mm=14.5mm

若系统主油路按快退时取q=20L/min，则可算得油管内径d=10.3mm。

综合

展开阅读全文