两缸顺序动作专用组合机床的液压系统的设计Word下载.docx

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第六章参考文献…………………………………26

第一章绪论

主要介绍了一台两缸顺序动作专用组合机床的液压系统、电气控制系统、液压缸的设计和计算过程，以液压系统设计指导进行电气控制线路等设计。

在设计液压系统的过程中还对进给缸进行了设计，同时，还对液压缸进出油口工序的设计以及流量、流速的控制与设计。

第二章液压系统设计

第一节明确液压系统设计要求

第二节分析液压系统工况

1、A液压缸在工作过程各阶段的负载为：

启动加速阶段：

快进阶段：

工进阶段：

快退阶段

2、B液压缸在工作过程各阶段的负载为：

快退阶段：

将液压缸在各阶段的速度和负载值列于表1中：

表1

工作阶段

速度v/（m·

s-1））

负载F/N

A快进阶段

0．067

888．9

A工进阶段

0．0003-0.00167

14222.2

A快退阶段

0.083

14598.6

B缸启动加速阶段

10104.3

B快进阶段

8888．9

B工进阶段

0．0003~0.00167

22222.2

B快退阶段

第三节确定液压缸的主要参数

一、初选液压缸的工作压力

由负载值大小查表9-3，参考同类形组合机床，取液压缸工作压力为2MP。

二、确定液压缸的主要结构参数

1、A进给缸

﹙1﹚液压缸内径和活塞杆直径设计

由表1得最大负载为快退阶段的负载F=14598.6N则

查设计手册按液压缸内径系列列表将以上计算值圆整为标准直径，取D1=100mm.因工作压力p＜5Mpa,所以d1=0.5D=50mm,

由于快进速度与快退速度不相等,故采用一般连接：

由D1=100mm，d1=50mm,算出进给缸无杆腔有效作用面积AI1=78.5cm2,有杆腔作用面积AI2=58.9cm2

工进若采用调速阀,查产品样本,调速阀最小流量

故能满足最低稳定性要求.

﹙2﹚活塞组件

活塞组件由活塞杆和连接件等组成.随工作压力、安装方式和工作条件的不同。

但由于本系统是轻载，所以才用螺纹连接。

活塞受油压的作用在缸内做往复运动，则其外圆表面应当耐磨并有防锈能力，故活塞杆外圆表面有时需镀铬。

密封装置

﹙3﹚密封装置主要是用来防止液压油的泄漏，液压缸因为是依靠密闭油液容积的变化来传递动力和速度，故密封装置的优势，将直接影响液压缸的工作性能。

而活塞是往复运动的时候活塞两端压力高，而Y型密封圈一般适用于工作压力小于20Mpa、工作温度为-30~+100C。

、速度小于0.5m/s的场合，因此选用Y型密封圈。

缓冲装置

﹙4﹚当液压缸拖动质量较大的部件作往复运动时，运动部件具有很大的动能，这样，当活塞运动到液压缸的终端时，会与端盖发生碰撞，产生很大的冲击和噪声，会引起液压缸的损坏，故还要有缓冲装置。

当缓冲柱塞进入到缸盖内孔时，回油路被柱塞堵住，只能通过节流阀回油，调节节流的开度，可以控制回油量，从而控制活塞的缓冲速度。

当活塞反向运动时，压力油通过单向阀很快进入液压缸内，并作用在活塞的整个有效面积上，故活塞不会因为推力不足而产生启动缓冲现象。

这一缓冲装置可以根据负载情况调整节流阀的开度大小，改变缓冲压力的大小，故选用可调节流孔式缓冲装置。

2、B垂直缸

﹙1﹚垂直缸内径和活塞杆直径的设计

垂直缸的工作压力由表1得，最大负载为工进阶段负载F=22222.2N则查表9-3，参考同类形组合机床，取液压缸工作压力为3MP。

查设计手册按液压缸内径系列表将以上计算值圆整为标准直径：

取D2=100mm,同样取d2=50mm;

由D2=78.5cm2,有杆腔面积A22=58.9cm2

﹙2﹚液压缸缸筒长度L

液压缸缸筒长度L由液压缸最大行程、活塞宽度、活塞导向长度、活塞杆密封长度和特殊要求的其他长度确定。

缸筒的最大行程

活塞宽度

导向长度（加工在端盖上）

活塞杆密封长度

挡圈厚度

（两片）

锁紧螺母厚度

（2×

M20）

后端盖（有缓冲装置）厚度

B4取40mm

则缸筒长度

﹙3﹚液压缸校核

因液压缸工作为轻载运行，可选用无缝钢管壁厚§

≤0.08D=8mm,取§

=6mm,活塞杆直径为d=60mm,无需校核，强度足够。

﹙4﹚活塞组件

活塞组件由活塞杆和连接件等组成。

随工作压力、安装方式和工作条件的不同。

活塞受油压的作用在缸筒内作往复运动，因此活塞具备一定的强度和良好的耐磨性。

则活塞由钢材料铸造而成。

同时活塞杆在导向套内往复运动，则其外圆表面应当耐磨并有防锈能力，故活塞杆外圆表面有时需镀铬。

﹙5﹚密封装置

密封装置主要是用来防止液压油的泄漏，液压缸因为是依靠密闭油液容积的变化来传递动力和速度，故密封装置的优势，将直接影响液压缸的工作性能。

﹙6﹚缓冲装置

当液压缸拖动质量较大的部件作往复运动时，运动部件具有很大的动能，这样，当活塞运动到液压缸的终端时，会与端盖发生碰撞，产生很大的冲击和噪声，会引起液压缸的损坏，故还要有缓冲装置。

则B缸装配图如图B缸装配图。

第四节算液压缸的工作压力、流量和功率

1、复算工作压力

根据表9-5,本系统的背压估计只值可在0.5~0.8Mpa范围选取,故暂定:

工进时:

Pb=0.8Mpa;

快进时:

Pa=0.5Mpa液压缸在工作循环各阶段的工作压力P11后又用公式（9-10）、（9-11）或（9-12）等公式计算。

A缸快进阶段

A工进阶段

B缸快进阶段

2、计算各缸的输入流量

因为快进速度0.067m/s,快退速度0.083m/s,最大工进速度0.0017m/s,则液压缸各阶段的输入流量为:

工进阶段

Qv1=A11XV3=78.5X10-4X0.0017m3/s=0.013x10-3m3/s=0.8L/min

3、计算各缸的输入功率

将以上进给缸的压力\流量和功率值整理列入下表:

工作压力p11/MPa

输入流量qv1（L/min）

输入功率P11/kw

A缸快近阶段

2

7.9

0.260

2.41

0.8

0.031

3.15

29.3

1.544

6.04

0.785

3.43

0.045

0.67

0.328

第五节液压系统原理图的拟订

根据组合机床的设计任务和工况的分析,该机床对调速范围、低速定性有一定要求，因此速度控制是该机床要解决的主要问题，速度调节、换接和稳定性是该机床液压系统设计的核心。

1、速度控制回路的选择

本机床的进给运动要求有较好的低速稳定性和速度负载特性，故采用调速阀调速。

这样有三样方案供选择，进油节流调速、回油节流调速、限压式变量泵加调速阀的容积节流调速。

本系统的小功率系统、效率和发热问题并不突出；

钻镗属于连续切削加工，切削力变化不大，而是正负载，在其他条件相同的情况下，进油节流调速比回油接流调速能获得更低的稳定调速。

故本机床液压系统采用调速阀的进油节流调速，为防止孔钻通过时发生前冲，应在回路上加背压阀。

由表1.2得知，液压系统的供油主要为低压大流量和高压小流量两个阶段，若采用单个定量泵，显然功率损失大，功率低。

为了提高系统效率和节约能源，所以采用双泵供油回路。

由于选定了节流调速方案，所以油路采用开式循环油路。

此外，根据本机床的运动和要求，选用单杆活塞式液压缸；

为了使快进和快退速度不相同，故使用一般连接增速回路。

2、换向回路和顺序动作回路的选择

本系统对换向平稳性的要求不是很高，所以选用价格较低的电磁换向阀控制的换向回路。

为了便于一般连接，选用二位三通、二位五通电磁换向阀。

由于此回路用于使两缸按预定的顺序动作，所以选择顺序动作回路，用压力续电器进行控制。

3、压力控制回路的选择

由于采用双泵供油回路，故用外空顺序阀实现低压大量泵卸荷，用溢流阀调整高压小流量泵的供油压力。

为了观察调整压力，在液压泵的出口处、背压阀和液压缸无杆腔进口处设测压点。

将上述所选定的液压回路进行归并，并根据需要作必须的修改调整，最后画出液压系统原理如图液压系统原理图。

第六节选择液压元件

1、选择液压泵

由表1.2可知工进阶段液压缸的工作压力最大，若取进油路总压力损失∑ΔP1=0.5Mpa,则液压泵最高工作压可按公式（9-13）算出:

因此,泵是额定压力可取

将表1-2的流量值带入式（9-14）,可分别求出快速以及工进阶段泵的供油流量.

快进、快退时泵的流量为：

工进时泵的流量为：

考虑到节流阀系统中溢流阀的性能特点，须加上溢流阀稳定工作的最小溢流，一般取3L/min,所以小流泵的流量为：

查产品样本，选用小泵排量v=6mL/r的YB1型双联叶片泵，额定转速n=960r/min.则小泵的额定流量为：

因此，大流量泵的流量为：

查产品样本，选用大泵排量mL/r的YB1型双联叶片泵，额定转速n=1450r/min.则大泵的额定流量为：

由于qvN2接近QVp2基本可以满足要求。

故本系统选用一台YB1-16/6型双联叶片泵。

由表1-2和表1-3得，快退时的功率最大，故按快退时估算电动机的功率，若取快退时进油路是压力损失∑Δp1=0.2Mpa.液压泵的总效率：

ηp=0.7.则电动机的功率为:

查电动机产品样本，选用Y112M-4型异步电动机。

P=4kw.n=1440r/min.

2、选用液压阀

根据所拟定的液压系统原理图。

计算分析通过各液压阀的最高压力和最大流量，选择各液压阀的型号规格，列于下表

元件表如下

序号

元件名称

通过流量去qv/（L/min）

型号规格

1

双联叶片泵

44.33

YB1-16/6

溢流阀

5.18

YF3-10B

3

调速阀

<

L-25B

4

5

二位二通电磁换向阀

21

23D1-25B

6

三位五通电磁换向器

35EF3Y-E10B

7

压力继电器

DP1-63B

8

单向阀

AF3-Ea10B

9

过滤器

XU-J40X80

10

39.5

11

行程阀

12

顺序控制阀

26.95

XF3-10B

13

压力计

Y-100T

14

压力计开关

KF3-E3B

15

三位四通电磁换向器

3、选择辅助元件

油管内径一般可参照所接元件的型号尺寸确定，也可按管路元件允许流速进行计算，本系统油管选10x1无缝钢管，油箱容量：

第四章机床电器原理图的设计

第一节设计概述和设计要求

一台两缸顺序动作专用组合机床是性能优良应用广泛的普通机床，进给的最大行程为400mm，其中工进行程200mm.

1、电动机的选择

根据设计要求需要一台电动机来驱动液压泵，设该电机为M，则电动机的型号选择为：

液压泵的电机M选为Y112M-4（4KW、8.8A、1440r/min）

2、主电路设计

液压泵电机M，由于电动机的功率较大，额定电流为8.8A，但该电动机在工作时是常时间工作，则控制电动机的接触器为KM。

由于工作时间较长，则还要有短路保护和过载保护。

3、控制电源设计

考虑到安全可靠和满足照明及指示灯的要求，采用控制变压TC供电。

其一次则为交流380V，二次则为交流127V、36V、和6.3v。

其中127V提供接触器和中间继电器的线圈。

36V交流安全电压提供给局部照明电路，6.3V提供给电路。

4、控制电路设计

主电机M的控制，该电机由驱动按钮SB1和停止按钮SB4进行操纵，可得到M的控制电路如图

5、局部照明与信号指示灯电路设计

设置照明灯EL和灯开关SA和照明回路熔断器FU3，可设三相电源接通指示灯HL2（绿色），在电源开关QS接通以后立即发光显示，表示机床电气线路已处于供电状态。

另设指示灯HL1（红色）表示液压泵电动机是否运行。

此两指示灯HL1和HL2可分别由接触器KM的常开和长闭触点进行切换通电显示

综合如下图

第二节电器元件的选择

1、电源开关的选择

电源开关QS1的选择主要考虑电动机M的额定电流和起动电流，而在控制变压器TC二次侧的接触器及继电器线圈，照明灯和显示灯在TC一次产生的电流相对来说较小，因而可不作考虑，已知M额定电流为8.8A，由于电动机的功率较大，则额定电流放大1.5倍，为13.2倍A。

因电源开关的额定电流就选15A左右，具体选择QS为：

三极转换开关（组合开关）为：

HZ10-25/3型，额定电流为25A。

2、热继电器的选择

据电动机M的额定电流选择如下，FR1应该选用JR16-20/3D，热元件额定电流为16A,额定电流调节范围为10~~16A，工作使调整电流为13.8A。

3、接触器的选择

因为液压泵电动额定电流为8.8A，控制回路电源127V，需要主触电三对，辅助常开触电两对，辅助常闭触电一对。

所以接触器KM应选用CJ10-20型接触器，主触电额定电流20A，线圈电压127V。

4、中间继电器的选择

中间继电器KA1、KA2、KA3和KA4，由于在本系统中电动机的额定电流较大，所以这些中间继电器可以选普通的JZ7-44型交流中间继电器代替接触器进行控制，每个中间继电器常开闭触点各四对，额定电流为5A，线圈电压127V。

5、熔断器的选择

熔断器FU1对M进行短路保护，额定电流为8.8A，则可选RL1-15型熔断器，配用10A的熔体；

熔断器FU2和FU3的选择将同控制变压器的选择结合进行。

6、按钮的选择

两个起动按钮SB1和SB2，可选择LA-18型按钮，黑色，两个停止按钮KT3的常闭触点和SB4选择LA-18型按钮，红色

7、照明灯及开关的选择

照明灯EL和灯开关SA成套购置，EL可选用JC2型，交流360V、40W。

8、指示灯选择

指示灯HL1和HL2，都可选ZSD-0型，6.3v、0.25A分别为红色和绿色

9、压力继电器的选择

压力继电器是在一定压力下工作的，则应选在工进时压力大一点的压力，才能实现停留这一阶段，所以选用交流板式DP-10B型。

3A、360A。

10、行程开关的选择

行程开关是机床在工作运行时改变为工作的状况，为了能使工作继续运行，行程开关有自动复位，则五个常开自动复位行程开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4和SQ5，均可选LX12-2型，300V、4A。

11、控制变压器的选择

控制变压器可实现高低压电路隔离，使得控制电路中的电器元件，如按钮，行程开关和接触器及中间继电器线圈等同电网电压不直接相接，提高了安全性，另外各种照明灯，指示灯和电磁阀等执行元件的提供电压有多种，有时也需要控制变压器降压提供，常用的控制变压器有BK-50、100、150、200、300、400、和1000等型号，其中的数字为额定功率（VA）一次侧电压一般为380V和220V二次侧电压一般为交流6.3V,12V,24V,36V和27V。

控制变压器具体选用时要考虑所需要电压的种类和进行容量计算。

控制变压器的容量P可以根据由它提供的最大工作负载所需要的功率来计算，并留有一定的余量。

这样可得经验公式：

式中Pi为电磁元件的吸持功率和灯负载等其他负载消耗的功率；

K为变压器的容量储备系数，一般取1.1~1.5,虽然电磁线圈在起动吸合时消耗功率较大，但变压器有短时过载能力。

故式子中，对电磁器件仅考虑吸持功率。

对本设计而言，接触器KM的吸持功率为12W，中间继电器KA1、KA2、KA3和KA4的吸持功率为12W，而照明电路EL的功率为40W，指示灯HL1和HL2的功率都为1.15W，易算出总功率为89.15W。

若取K为1.15。

则算得p约等于102.5W，因此控制变压器TC可选用BK-100A，380V，220V/127，36，6.3V易算得KM、KA1、KA2、KA3、KA4线圈电流及HL1和HL2电流之和小于4A，EL的电流也小于2A，故熔断器FU2和FU3可选用RL1-15型，熔体4A。

这样就可以在电气原理图上作出电气元件目录表

电气元件目录表

符号

名称

型号

规格

数量

M

液压泵电机

Y112M-4

4KW，8.8A

1440r/min

QS1

三极转换开关

HZ10-25/3

三极，500V，

25A

KM

交流接触器

CJ10-20

20A，线圈

电压127V

KA1-KA4

交流中间继电器

JZ7-44

5A，线圈

FR1

热继电器

JR16-20/3D

热元件额定电流

16A，整定电流

13。

8A

FU1

熔断器

RL1-15

500V熔体

10A

FU2，FU3

500V

熔体2A

TC

控制变压器

BK-100

100VA,380V/127

36,6.3V

SB1，SB2

控制按钮

LA-18

5A，黑色

SB3，SB4

5A红色

SQ1~SQ5

行程开关

LX12-2

500V,4A

HL1，HL2

指示灯

ZSD-0

6.3V绿色

红色

EL，SA

照明灯及开关

JC2

36V,40W

各1

KP1

DP-10B

3A,360V

第四章PLC编程设计

第一节PLC设计的概述及要求

根据加工要求，该系统的工作循环由进给缸和夹紧缸共同完成，而进行PLC在设计时主要考虑系统在工作进给，则工作循环如下：

A缸快进—A缸工进—A缸缸停留—B缸快进---B缸工进---B缸快退—B缸停止—A缸快退—A缸停止

第二节PLC功能图I/O接线图和梯形图的设计

一、控制要求，根据系统原理图1-2中电磁动作表所示。

在电气原理图中用压力继电

器来控制死挡铁停留，功能图

二、PLC采用FX1N系列，其选择元件如下

1、中央处理单元为CPU

2、存储器选用RAM

3、输入/输出（I/O）单元

输入选用交流220V输入，输出选用继电器输出

4、电源

选用单相交流电源，额定电压为AC220V，额定频率为50Hz,电压允许范围为

85-264V，瞬间停电时间10ms以下。

5、编程器

主要选用键盘，显示器和通用接口等组成，

主要任务是输入程序，调试程序和监控程序执行。

6、辅助继电器选用M8002

7、定时器T选用10ms时钟脉冲计数器

8、智能接口模板

选用高速计数模板

三、设计过程

电动机已启动，按下SB2，A缸向左快进，触碰SQ2A缸左工进，死挡铁A缸停留，0.05s后B缸垂直向上快进，触碰SQ3，B缸垂直向上工进，触碰SQ4，B缸垂直向下快退，触碰SQ5，B缸原位停止0.05s后A缸向右快退，触碰SQ1，A缸原位停止。

所对应接口如下：

1、