铣削专用机床液压系统的设计.docx
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铣削专用机床液压系统的设计
液压与气压传动课程设计
班级：
机设11-7班
题目：
铣削专用机床液压系统的设计
小组成员：
杨亚明
成绩：
前言……………………………………………………………………2
合肥工业大学课程设计任务书…………………………………………4
第一章技术参数分析…………………………………………………5
1.负载分析………………………………………………………5
2.绘制液压缸负载图和速度图…………………………………6
3.初步确定液压缸参数…………………………………………7
第二章液压系统设计………………………………………………10
1.拟定液压系统图……………………………………………10
2.选择液压元件………………………………………………11
3.液压系统性能验算…………………………………………13
第三章集成块设计…………………………………………………15
1.将液压系统图初步集成……………………………………15
2.顶盖设计……………………………………………………15
3.夹紧块设计…………………………………………………16
4.压力块设计…………………………………………………17
5.中间块设计…………………………………………………18
6.底板设计……………………………………………………19
7.集成块装配图………………………………………………20
8.集成块爆炸图………………………………………………21
总结……………………………………………………………………22
前言
液压传动技术是机械设备中发展最快的技术之一，特别是近年来与微电子、计算机技术结合，使液压技术进入了一个新的发展阶段，机、电、液、气一体是当今机械设备的发展方向。
在数控加工的机械设备中已经广泛引用液压技术。
作为数控技术应用专业的学生初步学会液压系统的设计，熟悉分析液压系统的工作原理的方法，掌握液压元件的作用与选型及液压系统的维护与修理将是十分必要的。
液压传动在国民经济的各个部门都得到了广泛的应用，但是各部门采用液压传动的处发点不尽相同：
例如，工程机械、压力机械采用液压传动的主要原因是取其结构简单、输出力大；航空工业采用液压传动的主要原因是取其重量轻、体积小；机床上采用液压传动的主要原因则是取其在工作过程中能无级变速，易于实现自动化，能实现换向频繁的往复运动等优点。
为此，液压传动常在机床的如下一些装置中使用：
1．进给运动传动装置
这项应用在机床上最为广泛，磨床的砂轮架，车床、自动车床的刀架或转塔刀架，磨床、钻床、铣床、刨床的工作台或主轴箱，组合机床的动力头或滑台等，都可采用液压传动。
2．往复主体运动传动装置
龙门刨床的工作台、牛头刨床或插床的滑枕，都可以采用液压传动来实现其所需的高速往复运动，前者的速度可达60～90m/min，后者的速度可达30～50m/min。
这些情况下采用液压传动，在减少换向冲击、降低能量消耗，缩短换向时间等方面都很有利。
3．回转主体运动传动装置
车床主轴可以采用液压传动来实现无级变速的回转主体运动，但是这一应用目前还不普遍。
4．仿形装置
车床、铣床、刨床上的仿形加工可以采用液压伺服系统来实现，其精度最高可达0.01～0.02mm。
此外，磨床上的成型砂轮修正装置和标准四缸校正装置亦可采用这种系统。
5.辅助装置
机床上的夹紧装置，变速装置、丝杠螺母间隙消除装置，垂直移动部件的平衡装置，分度装置，工件和刀具的装卸、输送、储存装置等，都可以采用液压传动来实现，这样做有利于简化机床结构，提高机床自动化的程度。
液压动力滑台是利用液压缸将泵站提供的液压能转变为滑台运动所需的机械能，来实现进给运动并完成一定得动作循环，是一种以速度变换为主的中、低压液压系统，在高效、专用、自动化程度较高的机床中已得到广泛的应用。
因此，在液压传动与控制系统中具有综合性和代表性，通过本毕业设计可以全面的应用和巩固所学的专业技术基础理论知识，提高机械设计能力和绘图能力，培养学生学习新技术、获取信息和理论联系实际的能力，特别是使学生在液压传动与控制的基本理论和应用方面得到进一步的提高。
合肥工业大学课程设计任务书
设计
题目
铣削专用机床液压系统的设计
成绩
主
要
内
容
设计一台铣削专用机床液压系统（含图）。
该液压系统完成的工作循环是：
工件夹紧→工作台快进→工作台工进→工作台快退→工件松开。
运动部件的重力为25000N，快进、快退速度为5m/min，工进速度为100～1200mm/min，最大行程为400mm，其中工进行程为180mm，最大切削力为18000N。
采用平面导轨，夹紧缸的行程为20mm，夹紧力为30000N，夹紧时间为1s。
指
导
教
师
意
见
签名：
201年月日
设计的主要技术参数
已知该液压系统的工作循环是：
工件夹紧✍工作台快进✍工作台工进✍工作台快退✍工件松开。
运动部件的重力为25000N，快进、快退速度为5m/min，共进速度为100~1200mm/min，最大行程为400mm，其中共进行程为180mm，最大切削力为18000N。
采用平面导轨，夹紧缸的行程为20mm，夹紧力为30000N，夹紧时间为1s。
第一章技术参数分析
1.负载分析
（1）工作负载
（2）
（3）摩擦阻力
静摩擦阻力
动摩擦阻力
（4）惯性负载
根据上式计算可列出各工况负载及运动时间见下表
各工况时负载及运动时间计算结果
工况
液压缸负载
F/N
液压缸推力
速度
运动时间
启动
5555.6
0
0
加速
7502.2
0
0
快进
2777.8
5
2.64
工进
22777.8
0.1~1.2
108~9
快退
2777.8
5
4.8
注：
取液压缸=0.9。
表1-1
2.绘制液压缸负载图和速度图
根据各工况时负载及运动时间计算各结果表，可绘制负载行程图（F—s）如下图
及速度行程图（v—s）如下图。
图1-1负载行程图（F—s）
图1-2速度行程图（v—s）
3.初步确定液压缸参数
（1）初步确定液压缸工作压力
初选液压缸工作压力P=3MPa
（2）计算液压缸尺寸
为了简化专用机床结构，液压缸采用单杆活塞，为使快进快退相同则用单杆活塞缸的差动连接，所以液压缸无杆腔面积和有杆面积的关系应为,即活塞直径d和液压缸内径D应符合d=0.707D。
由表10-4取液压缸背压，差动时回油压力损失,可得液压缸无杆腔面积,取液压缸。
根据GB/T2348—1993（ISO3320）选D=110mm，活塞杆直径d=0.707D=77.77mm；取d=80mm
计算液压缸实际有效工作面积
验算满足最低速度要求之面积，按试（10.2-6）
本液压系统采用调速阀节流调速系统，使用国产GE系列调速阀，型号为AQF3—E66B,从样本中可差得其,已知给定,则可得
能满足上式要求。
（3）液压缸各工况下压力，流量及功率的计算，其计算结果列于下表。
液压缸各工况下压力、流量及功率计算表
工况
负载/N
回油腔压力
输入流量
q/L/min
进油腔压力
输入功率P/kW
计算公式
快进（差动）
启动
5555.6
1.11
加速
7502.2
2.02
恒速
2777.8
25.12
1.02
0.43
工进
22777.8
0.8
11.40~0.95
2.90
0.55
快退
起动
5555.6
1.24
加速
7502.2
2.83
恒速
2777.8
22.38
1.71
0.638
表1-2
根据上表可绘制出下图液压缸工况图。
图1-3液压缸工况图
第二章液压系统设计
1.拟定液压系统图
（1）选择液压基本回路：
从工况图上可以得出
本系统压力、流量和功率都较小，可以选用单定量泵和溢流阀组成的供油源。
调速系统可采用调速阀出口节流调速回路，以满足铣削加工的顺铣或逆铣而且速度稳定的要求。
速度换接方式。
铣削时位置精度要求不高，可用行程挡铁控制行程开关使电磁换向阀切换来实现换向。
液压缸快进用三位四通电磁换向阀换向。
（2）组合成液压系统图：
根据上述基本回路再加上必要的辅助装置（如滤油器、压力表等）可组成如下图所示的液压系统，并配以电磁铁动作顺序表。
工作程序
YA1
YA2
YA3
快进
—
+
+
快退
—
+
—
停止
—
—
—
表2-1
图2-1液压系统
2.选择液压元件
（1）确定液压泵的容量及电动机功率
液压泵的选择
取进油压力损失MPa；回路泄露系数K=1.1,则液压泵最高工作压力
按表10-12取,q=25.12L/min,
根据上述计算选用单作用叶片泵，其型号规格为YB1—4（排量V=4Ml/r），其流量
确定电机的功率。
在快速时为最大功率
式中:
——液压泵总效率，取。
查电机手册，可选用Y列电动机P=4.0kW（n=1440r/min）
（2）选择液压控制阀
根据液压泵的工作压力和通过阀的实际流量选取，本设计采用国产GE系列液压阀，各阀选定规格如下表所示。
液压元件选择列表
序号
元件名称
方案一
方案二
通过流量（L/min）
1
滤油器
XU—B32×100
XU—B32×100
29
2
液压泵
YBX—16
YBX—16
29
3
压力表开关
K—H6
KF3—EA10B
4
三位四通换向器
WE6E50/OAG24
34EF30—E10B
29
5
二位三通换向阀
3WE6A50/OAG24
23EF30—E10B
29
6
单向调速阀
2FRM5—20/6
AQF3—E10B
29
7
减压阀
J—FC10D—P—1
JF3—10B
11.4
8
压力表开关
4K—F10D—1
与三共用
9
单向阀
A—F10D—D/DP1
AF3—EA10B
11.4
10
二位四通换向阀
24DF3B—E10B—B
24EF3—E10B
11.4
表2-2
（3）确定油管直径及管接头
进入无杆腔的流量在快退及差动连接时为，所以流量为。
取压油管流速v=3m/s，则
取吸油管v=1m/s,则
查相关机械手册可选用阴极铜管（GB/T1527——1987），压油管道选用12mm×10mm,吸油管道选用14mm×12mm,管接头可选用扩口式接头（GB/T5626.1——1985）。
（4）确定油箱容积
3.液压系统性能验算
（1）压力损失
压力损失计算共进和快退即可（快退时），其计算应在液压装置设计好进行。
本系统仅计算工进和快退工况时压力损失即可，因快进时压力损失小于快退，系统计算结果列于下表。
工况
管内流量
管内流速
雷诺数：
Re=vd/
折算至进油路
液压泵工作时所需压力/MPa
流经阀
查样本阀损失曲线
工进
进油路
V=0.420m/s
Re=67.2<2320
0.008
9、4
△pv3=0.05/2
△pv6=0.05
=0.44
3.02
回油路
V=0.189m/s
Re=30.24<2320
0.003
5、6、4
△pv3=0.05/2
△pv4=0.72
△pv6=0.05/2
快退
进油路
V=1.07m/s
Re=171.2<2320
0.018
4、6、5
△pv3=0.1/2
△pv4=0.05
△pv5=0.1/2
△pv6=0.05
=0.30
1.33
回油路
V=2.14m/s
Re=342.4<2320
0.0313
5
△pv3=0.38
工进及快退时液压系统压力损失结果
表2-3
（2）溢流阀调整压力
溢流阀工进时的调整压力。
取=3MPa。
（3）液压系统效率
液压系统效率见式
查样本液压泵得;
在工进v=1.2m/min时
在工进v=0.1m/min时
因而得
（4）液压系统的发热与温升（只需计算共进时发热和温升）
叶片泵输入功率
在工进v=0.1m/min时，系统效率，则系统发热量
取系统传热系数。
油箱散热面积
式中取V=250L
则油液温升近似
油液温升不符合要求，油箱太小，温升过高，可更换稍大油箱或使用冷却装置。
第三章集成块设计
1.将液压系统图初步集成，如下图。
图3-1
2.顶盖设计
图3-2
3.夹紧块设计
图3-3
4.压力块设计
图3-4
5.中间块设计
图3-5
6.底板设计
图3-6
7.集成块装配图
图3-7
8.集成块爆炸图
图3-8
总结
在设计过程中，我们严格按照液压设计过程的要求，对于具体液压阀，我们都严格按照所需压力、流量、参照机械设计手册选择所规定的部件。
然后，按照所选部件的具体尺寸设计集成块的各个孔的外部位置尺寸。
个集成块设计完毕后，我们对其进行了在装配，装配结过良好。
由于团队总体能力有限，在设计过程中未免会出现一定错误，望老师给予纠正。
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