立式组合机床液压系统设计Word格式.docx
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目录
第1章液压传动的发展概况和应用 5
1.1液压传动的发展概况 5
1.2液压传动在机械行业中的应用 6
1.3静液压传动装置的应用 6
第2章液压传动的工作原理和组成 7
2.1工作原理 7
2.2液压系统的基本组成 8
第3章液压传动的优缺点 8
3.1液压传动的优点 8
3.2液压传动的缺点 9
第4章组合机床 9
4.1组合机床加工方式 10
4.2组合机床的发展史 10
4.3组合机床部件分类 11
4.4在中小批量生产中组合机床是如何应用的 11
第5章液压传动在组合机床上的应用 12
第6章立式组合机床液压系统设计方案及工况分析 13
6.1方案分析 13
6.2方案比较：
14
6.3立式组合机床动力滑台设计要求及工况分析 14
6.3.1设计要求：
第7章确定液压缸参数和拟定液压系统原理图 17
7.1液压缸参数的确定 17
7.1.1初选液压缸工作压力 17
7.1.2计算液压缸主要尺寸 18
7.2拟定液压系统原理图 20
7.2.1选择基本回路 20
7.2.2.组成液压系统 21
第8章：
计算和选择液压元件 22
8.1确定液压泵的规格和电动机功率 22
8.1.1.计算液压泵的最大工作压力 22
8.1.2计算液压泵的流量 23
8.2确定其他元件及插件 24
8.2.1确定阀类元件辅件 24
8.2.2确定油管 25
第9章：
验算液压系统性能 26
9.1验算系统压力损失并确定压力阀的调整值 26
9.1.1快进 26
9.1.2.工进 27
9.1.3快退 27
9.2油液温升验算 28
第10章：
油箱的设计 29
10.1油箱容量的确定 29
10.2估算油箱的长、宽、高 29
10.3确定油箱壁厚 29
10.4确定液位计的安装尺寸 29
10.5隔板的尺寸计算 29
10.6油箱其它附件的选择 30
结论 31
致谢 32
参考文献 33
第1章液压传动的发展概况和应用
1.1液压传动的发展概况
液压传动和气压传动称为流体传动，是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，是工农业生产中广为应用的一门技术。
如今，流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。
第一个使用液压原理的是1795年英国约瑟夫·
布拉曼（Joseph Braman,1749-1814），在伦敦用水作为工作介质,以水压机的形式将其应用于工业上,诞生了世界上第一台水压机。
1905年他又将工作介质水改为油,进一步得到改善。
第一次世界大战（1914-1918）后液压传动广泛应用,特别是1920年以后,发展更为迅速。
液压元件大约在19世纪末20世纪初的20年间,才开始进入正规的工业生产阶段。
1925年维克斯（F.Vikers）发明了压力平衡式叶片泵,为近代液压元件工业或液压传动的逐步建立
奠定了基础。
20世纪初康斯坦丁·
尼斯克（G·
Constantimsco）对能量波动传递所进行的理论及实际研究;
1910年对液力传动（液力联轴节、液力变矩器等）方面的贡献，使这两方面领域得到了发展。
我国的液压工业开始于20世纪50年代，液压元件最初应用于机床和锻压设备。
60年代获得较大发展，已渗透到各个工业部门，在机床、工程机械、冶金、农业机械、汽车、船舶、航空、石油以及军工等工业中都得到了普遍的应用。
当前液压技术正向高压、高速、
大功率、高效率、低噪声、低能耗、长寿命、高度集成化等方向发展。
同时，新元件的应用、系统计算机辅助设计、计算机仿真和优化、微机控制等工作，也取得了显著成果。
目前，我国的液压件已从低压到高压形成系列，并生产出许多新型元件，如插装式锥阀、电液比例阀、电液伺服阀、电业数字控制阀等。
我国机械工业在认真消化、推广国外引进的先进液压技术的同时，大力研制、开发国产液压件新产品，加强产品质量可靠性和新技术应用的研究，积极采用国际标准，合理调整产品结构，对一些性能差而且不符合国家标准的液压件产品，采用逐步淘汰的措施。
由此可见，随着科学技术的迅速发展，液压技术将获得进一步发展，在各种机械设备上的应用将更加广泛。
1.2液压传动在机械行业中的应用
机床工业——磨床、铣床、刨床、拉床、压力机、自动机床、组合机床、数控机床、加工中心等
工程机械——挖掘机、装载机、推土机等
汽车工业——自卸式汽车、平板车、高空作业车等
农业机械——联合收割机的控制系统、拖拉机的悬挂装置等
轻工机械——打包机、注塑机、校直机、橡胶硫化机、造纸机等冶金机械——电炉控制系统、轧钢机控制系统等
起重运输机械——起重机、叉车、装卸机械、液压千斤顶等矿山机械——开采机、提升机、液压支架等
建筑机械——打桩机、平地机等
船舶港口机械——起货机、锚机、舵机等
铸造机械——砂型压实机、加料机、压铸机等
1.3静液压传动装置的应用
静液压传动由于具有无级变速，调速范围宽，可以实现恒扭或恒功率调速，容易实现电控等优点，在工程机械中具有良好的应用前景。
但是在铲土运输机械和起重机械中作为主
要传动就用却很少，其主要问题是在于国内液压元件质量差，而国外的液压元件价格又太高，会造成主同成本过高。
90年代以来，国内已引进了德国林德公司静液压叉车，以及利勃海
尔公司静液压推土机的装载机，但在国内市场所占份额很小。
从国内工程机械市场的实际出发，本文对静液压传动在国内的推广应用提出探讨性的意见如下：
（1）静液压传动叉车在发达国家已经被广泛采用，由于国内部分仓库、码头和工厂等使用部门对叉车的机动性能（尤其是低速性能）、噪声已经有较高的要求，因此这些部门正
在成为国内静液压叉车用户。
国内叉车和液压元件生产企业应该看到静液压叉车的良好前景，联合研究开发适合我国国情的叉车静液压系统，提供能先进，工作可靠，价格适中的产品。
也可以采用与国际静液压元件制造公司联合开发的方式，加快开发的速度。
（2）中小型多功能工程机械由于具有挖掘，装载，叉车和起重等多功能，在发达国家已经得到了广泛的应用。
随着我国经济建设尤其是城市建设的发展，中小型多功能工程机械也将在我国推广应用，而它们无疑将首先采用静液压传动作为其主要传动装置。
国内工程机械企业应该看到中小型多功能工程机械的发前景，联合国内外静液压元件生产企业共同开展对它们的研究开发，以促进中小型多功能工程机械在我国的发展。
（3）在国内大型铲土运输和起重机械中，由于配套的静液压与电子控制元件的技术难度大，价格太高，在国内用户中难以接受。
因此，在我国暂时不宜将静液压传动研究开发的重点放在与大型铲土运输和起重机械配套上，而应将重点放在上述两类工程机械上。
第2章液压传动的工作原理和组成
液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式。
液压系统利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和管路的传递，借助于液压执行元件（缸或马达）把液体压力能转换为机械能，从而驱动工作机构，实现直线往复运动和回转运动。
驱动机床工作台的液压系统是由油箱、过滤器、液压泵、溢流阀、开停阀、节流阀、换向阀、液压缸以及连接这些元件的油管、接头等组成。
2.1工作原理
1）电动机驱动液压泵经滤油器从油箱中吸油，油液被加压后,从泵的输出口输入管路。
油液经开停阀、节流阀、换向阀进入液压缸，推动活塞而使工作台左右移动。
液压缸里的油液经换向阀和回油管排回油箱。
2）工作台的移动速度是通过节流阀来调节的。
当节流阀开大时，进入液压缸的油量增多，工作台的移动速度增大；
当节流阀关小时，进入液压缸的油量减少，工作台的移动速度减少。
由此可见，速度是由油量决定的。
2.2液压系统的基本组成
1）能源装置——液压泵。
它将动力部分（电动机或其它远动机）所输出的机械能转换成液压能，给系统提供压力油液。
2）执行装置——液压机（液压缸、液压马达）。
通过它将液压能转换成机械能，推动负载做功。
3）控制装置——液压阀。
通过它们的控制和调节，使液流的压力、流速和方向得以改变，从而改变执行元件的力（或力矩）、速度和方向，根据控制功能的不同，液压阀可分为村力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。
压力控制阀又分为益流阀（安全阀）、减压阀、顺序阀、压力继电器等；
流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；
方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。
根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。
4）辅助装置——油箱、管路、蓄能器、滤油器、管接头、压力表开关等.通过这些元件把系统联接起来，以实现各种工作循环。
5）工作介质——液压油。
绝大多数液压油采用矿物油，系统用它来传递能量或信息。
第3章液压传动的优缺点
3.1液压传动的优点
1）在相同的体积下，液压执行装置能比电气装置产生出更大的动力。
在同等功率的情况下，液压执行装置的体积小、重量轻、结构紧凑。
液压马达的体积重量只有同等功率电动机的12%左右。
2）液压执行装置的工作比较平稳。
由于液压执行装置重量轻、惯性小、反应快，所以易于实现快速起动、制动和频繁地换向。
液压装置的换向频率，在实现往复回转运动时可达到每分钟500次，实现往复直线运动时可达每分钟1000次。
3）液压传动可在大范围内实现无级调速（调速比可达1：
2000），并可在液压装置运行的过程中进行调速。
4）液压传动容易实现自动化，因为它是对液体的压力、流量和流动方向进行控制或调节，操纵很方便。
当液压控制和电气控制或气动控制结合使用时，能实现较复杂的顺序动作和远程控制。
5）液压装置易于实现过载保护且液压件能自行润滑，因此使用寿命长。
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、制造和使用都比较方便。
3.2液压传动的缺点
1）液压传动是以液体为工作介质，在相对运动表面间不可避免地要有泄漏，同时，液体又不是绝对不可压缩的，因此不宜在传动比要求严格的场合采用，例如螺纹和齿轮加工机床的内传动链系统。
2）液压传动在工作过程中有较多的能量损失，如摩擦损失、泄漏损失等，故不宜于远距离传动。
3）液压传动对油温的变化比较敏感，油温变化会影响运动的稳定性。
因此，在低温和高温条件下，采用液压传动有一定的困难。
4）为了减少泄露，液压元件的制造精度要求高，因此，液压元件的制造成本高，而且对油液的污染比较敏感。
5）液压系统故障的诊断比较困难，因此对维修人员提出了更高的要求，既要系统地掌握液压传动的理论知识，又要有一定的实践经验。
6）随着高压、高速、高效率和大流量化，液压元件和系统的噪声日益增大，这也是要解决的问题。
总而言之，液压传动的优点是突出的，随着科学技术的进步，液压传动的缺点将得到克服，液压传动将日益完善，液压技术与电子技术及其它传动方式的结合更是前途无量。
第4章组合机床
组合机床（transferandunitmachine）组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定形状和加工工艺设计的专用部件和夹具，组成的半自动或自动专用机床。
4.1组合机床加工方式
组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。
由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，
能缩短设计和制造周期。
因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。
组合机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。
加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。
有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件 （如飞轮、汽车后桥半轴等）的外圆和端面加工。
4.2组合机床的发展史
二十世纪70年代以来，随着可转位刀具、密齿铣刀、镗孔尺寸自动检测和刀具自动补偿
技术的发展，组合机床的加工精度也有所提高。
铣削平面的平面度可达 0.05毫米
／1000毫米，表面粗糙度可低达2.5～0.63微米；
镗孔精度可达IT7～6级，孔距精度可达O.03～O.02微米。
专用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。
在专用机床中某些部件因重复使用，逐步发展成为通用部件，因而产生了组合机床。
最早的组合机床是1911年在美国制成的，用于加工汽车零件。
初期，各机床制造厂都有各自的通用部件标准。
为了提高不同制造厂的通用部件的互换性，便于用户使用和维修，1953年美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协商，确定了组合机床通用部件标准化的原则，即严格规定各部件间的联系尺寸，但对部件结构未作规定
4.3组合机床部件分类
通用部件按功能可分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件五类。
动力部件是为组合机床提供主运动和进给运动的部件。
主要有动力箱、切削头和动力滑台。
支承部件是用以安装动力滑台、带有进给机构的切削头或夹具等的部件，有侧底座、中间底座、支架、可调支架、立柱和立柱底座等。
输送部件是用以输送工件或主轴箱至加工工位的部件，主要有分度回转工作台、环形分度回转工作台、分度鼓轮和往复移动工作台等。
控制部件是用以控制机床的自动工作循环的部件，有液压站、电气柜和操纵台等。
辅助部件有润滑装置、冷却装置和排屑装置等。
4.4在中小批量生产中组合机床是如何应用的
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，组成的半自动或自动专用机床。
它一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。
由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。
因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。
组合机床一般用于加工箱体类或非凡外形的零件。
加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。
有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件（如飞轮、汽车后桥半轴等）的外圆和端面加工。
为了提高不同制造厂的通用部件的互换性，便于用户使用和维修，1953年美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协商，确定了组合机床通用部件标准化的原则，即严格规定各部件间的联系尺寸，但对部件结构未作规定。
动力部件是为组合机床提供主运动和进给运动的部件。
主要有动力箱、切削头和动力滑台。
为了使组合机床能在中小批量生产中得到应用，往往需要应用成组技术，把结构和工艺相似的零件集中在一台组合机床上加工，以提高机床的利用率。
这类机床常见的有两种，可换主轴箱式组合机床和转塔式组合机床。
组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动，以简化结构、缩短生产节拍；
采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统，以提高工艺可调性；
以及纳入柔性制造系统等。
第5章液压传动在组合机床上的应用
组合机床一般采用具有一定功能的通用部件，根据被加工零件的形状尺寸和加工工艺，组成各种不同配置形式的组合机床，所以产品更新时，它可以比较方便地重新改装，以适应新零件的加工。
在组合机床的零件总数中，通用零、部件所占有的比重是较大的。
一般可达60~70%，最高者则可达90%以上。
其中动力滑台在组合机床通用部件中占有较重要的地位，组合机床中的动力滑台按驱动方式的不同可分为机械动力滑台和液压动力滑台。
机械动力滑台的进给运动是由电机带动动力箱将动力通过丝杠传给滑台，此种滑台在机械加工中实现微量进给时容易出现爬行现象影响加工精度。
此外，机械动力滑台在应用中还表现出如下缺点：
1、速度换接不平稳，微量进给时易出现爬行现象。
2、加工中发热量大，加工精度不稳定。
3、效率低、噪声大、大批大量生产中不易实现自动化。
用于组合机床上的液压动力滑台主要由滑台、滑座及液压缸三部分组成。
是完成机床刀具进给运动的部件。
它利用液压传动系统实现滑台向前或向后的运动：
由液压缸的左右运动来拖动滑台在滑座上移动．再由电气控制系统控制液压传动系统。
实现滑台的工作循环。
液压动力滑台与机械动力滑台在用途上是完全一样，二者不同之处只是进给驱动方式不同。
如前所述机械动力滑台的进给运动是由丝杠螺母来实现的，而液压动力滑台的进给运动则是借助压力油通入油缸的有杆腔和无杆腔来实现的。
因此，只要配以不同用途的主轴头，即可实现钻、扩、铰、镗、铣、刮端面、倒角及攻螺纹等加工。
液压动力滑台不仅应用于卧式机床上，近几年来在立式组合机床也得到了广泛的应用。
它的使用大大改善了机械动力滑台的缺点。
液压动力滑台与机械动力滑台相比其主要优点是速度换接平稳、进给速度稳定、功率利用合理、精度高、效率高、噪声低、发热少。
液压动力滑台在机床上的应用提高了零件的加工精度，提高了其市场竞争力。
它的使用赋予了机床良好的加工性能，若与电气控制配合使用易于实现自动化。
实现证明，液压动力滑台运行平稳，工作可靠，满足了生产加工的需要，没有出现由于液压系统的故障而影响生产的情况。
对液压动力滑台研究是可行的。
第6章立式组合机床液压系统设计方案及工况分析
6.1方案分析
要求设计的动力滑台实现的工作循环是：
快进 工进 快退 停止。
往复运动中的加速、减速时间Δt=0.05s；
动力滑台采用平导轨，静摩擦系数fs=0.2，动摩擦系数
fd=0.1.
系统的参数如下：
滑台对导轨的法向作用力为（N）4000N
运动部件的重量（N） 97800
最大切削力（N） 18800
快进快退的速度（m/s） 0.083
工进速度（mm/s） 50
快进行程（mm） 100
工进行程（mm） 50
对设计液压系统进行分析，已知设计的是一立式组合机床的液压系统，要求液压系统完成的工作循环是：
快进→工进→快退→停止。
在设计过程中要注意液压设计的注意事项：
在滑台的速度变化较大，当滑台由工进转为快退时，以减少液压冲击，须使用背压阀等。
6.2方案比较
方案一：
选用两个柱塞缸组合来实现工作循环所要求的快进、工进运动，在快进和快退时要求速度相等，通过差动连接来实现。
系统在工作过程环境恶劣，时有冲击可通过在回油路上加背压阀来减少其对加工工件精度的影响。
为了减少空间，油箱采用闭式油箱。
由于其工况过程分段情况很大，
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