鉆鏜兩用組合機(jī)床動力滑臺的課程設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上湖南工業(yè)大學(xué)課 程 設(shè) 計資 料 袋 機(jī)械 學(xué)院（系、部） 學(xué)年第 學(xué)期 課程名稱 液壓傳動 指導(dǎo)教師 職稱 教授 學(xué)生姓名 專業(yè)班級 班級 學(xué)號題 目 鉆鏜兩用組合機(jī)床動力滑臺的液壓系統(tǒng) 成 績 起止日期 年12 月 21 日 年 12月 27 日目 錄 清 單序號材 料 名 稱資料數(shù)量備 注1課程設(shè)計圖紙共1張23456 目 錄45555890專心-專注-專業(yè) 緒論設(shè)計目的 為進(jìn)一步加深學(xué)生對所學(xué)液壓傳動理論知識的理解，培養(yǎng)學(xué)生運用理論知識獨立解決有關(guān)本課程實際問題的能力，使學(xué)生對液壓系統(tǒng)工作原理圖的設(shè)計有一完整和系統(tǒng)的概念；同時通過課程設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生計算，使用技

2、術(shù)資料及繪制液壓原理圖的工程設(shè)計能力。設(shè)計步驟首先對液壓系統(tǒng)進(jìn)行工況分析，通過分析計算，繪制速度、負(fù)載循環(huán)圖，初步選定液壓缸工作壓力，并計算加緊液壓缸和工作缸尺寸以及各階段流經(jīng)液壓缸的流量；其次根據(jù)液壓系統(tǒng)供油方式、調(diào)速方式、速度換接方式以及加緊回路的選擇擬定液壓系統(tǒng)圖，并且對系統(tǒng)工作狀態(tài)分析；最后通過對壓力損失和系統(tǒng)升溫的驗算，對液壓系統(tǒng)進(jìn)行性能分析。1 鉆鏜液壓機(jī)床的基本情況1.1機(jī)床的設(shè)計要求設(shè)計一臺鉆鏜兩用組合機(jī)床的液壓系統(tǒng)。鉆鏜系統(tǒng)要求實現(xiàn)的動作順序為：快進(jìn)工進(jìn)快退原位停止。液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)與性能要求如下：軸向切削力總和F=12000N，移動部件總重量G20000N；行程長度200

3、mm（工進(jìn)和快進(jìn)行程均為100mm）快進(jìn)、快退的速度為6m/ min，工進(jìn)速度（201200）mm/ min范圍內(nèi)無級調(diào)節(jié)；往返運動加速減速時間t=0.2s；該動力滑臺采用水平放置的平導(dǎo)軌；靜摩擦系數(shù)fs0.2；動摩擦系數(shù)fd0.1。1.2 機(jī)床的相關(guān)設(shè)計參數(shù)系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)如表1所示，動力滑臺采用平面導(dǎo)軌，其靜、動摩擦系數(shù)分別為fs = 0.2、fd = 0.1。l1=100mm，l2=100mm，l3=200mm其主要設(shè)計參數(shù)如下表。參 數(shù)數(shù) 值切削阻力（N）12000滑臺自重(N)20000最大行程(mm)200快進(jìn)l1、工進(jìn)行程l2(mm)100快退行程l3（mm）200快進(jìn)、快退速度(m

4、/min)6工進(jìn)速度(mm/min)201200加速、減速時間t（s）0.2靜摩擦系數(shù)fs0.2動摩擦系數(shù)fd0.12 工況分析及液壓缸的選擇 2.1系統(tǒng)工況分析2.1.1工作負(fù)載計算鉆鏜兩用組合機(jī)床的液壓系統(tǒng)中，鉆鏜的軸向切削力為Ft。則最大切削力為12000N，有2.1.2慣性負(fù)載計算慣性負(fù)載 2.1.3阻力負(fù)載計算靜摩擦阻力 動摩擦阻力 由此可得出液壓缸的在各工作階段的負(fù)載如下表工況負(fù)載組成負(fù)載值F推力啟動4000N4444N加速3000N3333N快進(jìn)(勻速)2000N2222N 工進(jìn)（受切削力）14000N15556N反向啟動-4000N-4444N反向加速-3000N-3333N快

5、退（勻速）-2000N-2222N注：液壓缸的機(jī)械效率取2.2負(fù)載循環(huán)圖和速度循環(huán)圖的繪制根據(jù)上表中計算結(jié)果，繪制組合機(jī)床動力滑臺液壓系統(tǒng)的負(fù)載循環(huán)圖如下圖所示。（負(fù)號表示反向退回）組合機(jī)床負(fù)載循環(huán)圖上圖表明，當(dāng)組合機(jī)床動力滑臺處于工作進(jìn)給狀態(tài)時，負(fù)載力最大為14000N。所設(shè)計組合機(jī)床動力滑臺液壓系統(tǒng)的速度循環(huán)圖可根據(jù)已知的設(shè)計參數(shù)進(jìn)行繪制，已知快進(jìn)和快退速度V1=V2=6m/min、快進(jìn)行程L1=100mm、工進(jìn)行程L2=100mm、快退行程L3=200mm，工進(jìn)速度（0.0201.200）m/ min范圍內(nèi)無級調(diào)節(jié)。根據(jù)上述已知數(shù)據(jù)繪制組合機(jī)床動力滑臺液壓系統(tǒng)的速度循環(huán)圖如圖2-2所示。

6、1.200.02圖2-2 組合機(jī)床液壓系統(tǒng)速度循環(huán)圖2.3主要參數(shù)的確定2.3.1 液壓缸工作壓力所設(shè)計的動力滑臺在工進(jìn)時負(fù)載最大，其值為15556N，其它工況時的負(fù)載都相對較低，參考表2-2和表2-3按照負(fù)載大小或按照液壓系統(tǒng)應(yīng)用場合來選擇工作壓力的方法，初選液壓缸的工作壓力p1=2.8MPa。表2-2 按負(fù)載選擇工作壓力負(fù)載/ KN<5510102020303050>50工作壓力/MPa<0.811.522.5334455表2-3 各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力機(jī)械類型機(jī) 床農(nóng)業(yè)機(jī)械小型工程機(jī)械建筑機(jī)械液壓鑿巖機(jī)液壓機(jī)大中型挖掘機(jī)重型機(jī)械起重運輸機(jī)械磨床組合機(jī)床龍門刨床拉床工

7、作壓力/MPa0.823528810101820322.3.2 液壓缸主要尺寸由于工作進(jìn)給速度與快速運動速度差別較大，且快進(jìn)、快退速度要求相等。經(jīng)查資料，一般采用桿定的安裝形式，因此確定采用單桿雙作用液壓缸的差動連接方式。這種情況下，應(yīng)把液壓缸設(shè)計成無桿腔工作面積A1是有桿腔工作面積A2兩倍的形式。經(jīng)計算，應(yīng)將活塞桿直徑d與缸筒直徑D設(shè)置成d = 0.707D的關(guān)系。注意到，工進(jìn)過程中，當(dāng)孔被鉆通時，由于負(fù)載突然消失，液壓缸有可能會發(fā)生前沖的現(xiàn)象，因此液壓缸的回油腔應(yīng)設(shè)置一定的背壓(我通過設(shè)置背壓閥的方式)，經(jīng)查資料，執(zhí)行元件的背壓力如下表，從表中選取工進(jìn)背壓值為=1.0MPa。執(zhí)行元件背壓力

8、系統(tǒng)類型背壓力/MPa簡單系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)0.20.5回油路帶調(diào)速閥的系統(tǒng)0.40.6回油路設(shè)置有背壓閥的系統(tǒng)0.51.5用補(bǔ)油泵的閉式回路0.81.5回油路較復(fù)雜的工程機(jī)械1.23回油路較短且直接回油可忽略不計快進(jìn)時液壓缸雖然作差動連接，但連接管路中不可避免地存在著壓降P，且有桿腔的壓力必須大于無桿腔，估算時取P0.5MPa?？焱藭r回油腔中也是有背壓的，這時選取背壓值=0.8MPa。工進(jìn)時液壓缸的推力=，式中：F 負(fù)載力（最大14000N） hm液壓缸機(jī)械效率=0.9 A1液壓缸無桿腔的有效作用面積 A2液壓缸有桿腔的有效作用面積 p1液壓缸無桿腔壓力=工作壓力2.8MPa p2液壓缸

9、有桿腔壓力=工進(jìn)背壓1.0MPa因此，根據(jù)已知參數(shù)，液壓缸無桿腔的有效作用面積可計算為液壓缸缸筒直徑為由于有前述差動液壓缸缸筒和活塞桿直徑之間的關(guān)系，d = 0.707D，因此活塞桿直徑為d=0.707×93=65.8mm，根據(jù)GB/T23481993對液壓缸缸筒內(nèi)徑尺寸和液壓缸活塞桿外徑尺寸的規(guī)定，查表2-5圓整后取液壓缸缸筒直徑為D=100mm，活塞桿直徑為d=70mm。表2-5 按工作壓力選取d/D工作壓力/MPa5.05.07.07.0d/D0.50.550.620.700.72.3.3 最大流量需求的計算工作臺在快進(jìn)過程中，液壓缸采用差動連接，此時系統(tǒng)所需要的流量為q快進(jìn)

10、=（A1-A2）×v1=23.097L/min工作臺在快退過程中所需要的流量為q快退 =A2×v2=24L/min工作臺在工進(jìn)過程中所需要的流量為q工進(jìn) =A1×v1=0.191.14 L/min其中最大流量為快退流量為24L/min。根據(jù)上述液壓缸直徑及流量計算結(jié)果，進(jìn)一步計算液壓缸在各個工作階段中的壓力、流量和功率值，如下表。各工況下的主要參數(shù)值工況推力F/N回油腔壓力P2/MPa進(jìn)油腔壓力P1/MPa輸入流量q/L.min-1輸入功率P/Kw計算公式快進(jìn)啟動444401.154P1=q=(A1-A2)v1P=p1qp2=p1+p加速33331.1160.88

11、6恒速22221.1160.57823.0790.1334工進(jìn)155561.01.980.1579.420.0370.528P1=(F+p2A2)/A1q=A1v2P=p1q快退起動444401.111P1=(F+p2A1)/A2q=A2v3P=p1q加速33330.80.849恒速22220.80.571240.635把上表中計算結(jié)果繪制成工況圖，如下圖所示。組合機(jī)床液壓缸工況圖3 液壓系統(tǒng)原理圖的繪制根據(jù)組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)和工況分析，要實現(xiàn)工進(jìn)速度（201200）mm/ min范圍內(nèi)無級調(diào)節(jié)，因此速度控制是該機(jī)床要解決的主要問題。速度的換接、穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)是該機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計的核心。

12、并且要求組合機(jī)床液壓系統(tǒng)應(yīng)盡可能結(jié)構(gòu)簡單，成本低，節(jié)約能源，工作可靠。3.1 速度控制回路的選擇工況圖表明，所設(shè)計組合機(jī)床液壓系統(tǒng)在整個工作循環(huán)過程中所需要的功率較小，系統(tǒng)的效率和發(fā)熱問題并不突出，因此考慮采用節(jié)流調(diào)速回路。雖然節(jié)流調(diào)速回路效率低，但適合于小功率場合，而且結(jié)構(gòu)簡單、成本低。該機(jī)床的進(jìn)給運動要求有較好的低速穩(wěn)定性和速度-負(fù)載特性，因此有三種速度控制方案可以選擇，即進(jìn)口節(jié)流調(diào)速、出口節(jié)流調(diào)速、限壓式變量泵加調(diào)速閥的容積節(jié)流調(diào)速。鉆鏜加工屬于連續(xù)切削加工，加工過程中切削力變化不大，因此鉆削過程中負(fù)載變化不大，采用節(jié)流閥的節(jié)流調(diào)速回路即可。但由于在鉆頭鉆入鑄件表面及孔被鉆通時的瞬間，存

13、在負(fù)載突變的可能，因此考慮在工作進(jìn)給過程中采用具有壓差補(bǔ)償?shù)倪M(jìn)口調(diào)速閥的調(diào)速方式，且在回油路上設(shè)置背壓閥。3.2 換向和速度換接回路的選擇所設(shè)計多軸鉆床液壓系統(tǒng)對換向平穩(wěn)性的要求不高，流量不大，壓力不高，所以選用價格較低的電磁換向閥控制換向回路即可。為便于實現(xiàn)差動連接，選用三位五通電磁換向閥。由前述計算可知，當(dāng)工作臺從快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)時，進(jìn)入液壓缸的流量由23.079 L/min降為0.191.14 L/min，可選二位二通行程換向閥來進(jìn)行速度換接，以減少速度換接過程中的液壓沖擊，如下圖所示。由于工作壓力較低，控制閥均用普通滑閥式結(jié)構(gòu)即可。由工進(jìn)轉(zhuǎn)為快退時，在回路上并聯(lián)了一個單向閥以實現(xiàn)速度換接。

14、為了控制軸向加工尺寸，提高換向位置精度，采用死擋塊加壓力繼電器的行程終點轉(zhuǎn)換控制。 a.換向回路 b.速度換接回路換向和速度切換回路的選擇3.3 油源的選擇和能耗控制本設(shè)計多軸鉆床液壓系統(tǒng)的供油工況主要為快進(jìn)、快退時的低壓大流量供油和工進(jìn)時的高壓小流量供油兩種工況，若采用單個定量泵供油，顯然系統(tǒng)的功率損失大、效率低。在液壓系統(tǒng)的流量、方向和壓力等關(guān)鍵參數(shù)確定后，還要考慮能耗控制，用盡量少的能量來完成系統(tǒng)的動作要求，以達(dá)到節(jié)能和降低生產(chǎn)成本的目的。在工況圖的一個工作循環(huán)內(nèi)，液壓缸在快進(jìn)和快退行程中要求油源以低壓大流量供油，工進(jìn)行程中油源以高壓小流量供油。其中最大流量與最小流量之比/=23.097

15、/0.157=147，在一個工作循環(huán)中，液壓油源在大部分時間都處于高壓小流量供油狀態(tài)，只有小部分時間工作在低壓大流量供油狀態(tài)。從提高系統(tǒng)效率、節(jié)省能量角度來看，如果選用單個定量泵作為整個系統(tǒng)的油源，液壓系統(tǒng)會長時間處于大流量溢流狀態(tài)，從而造成能量的大量損失，這樣的設(shè)計顯然是不合理的。如果采用單個定量泵供油方式，液壓泵所輸出的流量假設(shè)為液壓缸所需要的最大流量25.1L/min，假設(shè)忽略油路中的所有壓力和流量損失，液壓系統(tǒng)在整個工作循環(huán)過程中所需要消耗的功率估算為快進(jìn)時 P=0.578´23.079=13.34Kw工進(jìn)時P=p´qmax=1.98´23.079=45.

16、696Kw快退時 P=0.571´23.079=13.178Kw如果采用一個大流量定量泵和一個小流量定量泵雙泵串聯(lián)的供油方式，由雙聯(lián)泵組成的油源在工進(jìn)和快進(jìn)過程中所輸出的流量是不同的，此時液壓系統(tǒng)在整個工作循環(huán)過程中所需要消耗的功率估算為：快進(jìn)時 P=0.578´23.079=13.34Kw工進(jìn)時，大泵卸荷，大泵出口供油壓力幾近于零，因此P=p´qmax=1.98´23.079=45.696Kw快退時 P=0.571´23.079=13.178Kw確定選用雙聯(lián)液壓泵供油方案，有利于降低能耗和生產(chǎn)成本，如圖所示。圖3-2 雙泵供油油源3.4 壓力

17、控制回路的選擇由于采用雙泵供油回路，故采用液控順序閥實現(xiàn)低壓大流量泵卸荷，用溢流閥調(diào)整高壓小流量泵的供油壓力。將上述所選定的液壓回路進(jìn)行整理歸并，并根據(jù)需要作必要的修改和調(diào)整，最后畫出液壓系統(tǒng)原理圖如A3圖所示。為了解決滑臺快進(jìn)時回油路接通油箱，無法實現(xiàn)液壓缸差動連接的問題，必須在回油路上串接一個液控順序閥7，以阻止油液在快進(jìn)階段返回油箱。同時閥8起背壓閥的作用。 為了避免機(jī)床停止工作時回路中的油液流回油箱，導(dǎo)致空氣進(jìn)入系統(tǒng)，影響滑臺運動的平穩(wěn)性，圖中添置了一個單向閥13。考慮到這臺機(jī)床用于鉆孔（通孔與不通孔）加工，對位置定位精度要求較高，圖中增設(shè)了一個壓力繼電器14。當(dāng)滑臺碰上死擋塊后，系統(tǒng)

18、壓力升高，壓力繼電器發(fā)出快退信號，操縱電液換向閥換向。電磁鐵和閥的動作表 液壓系統(tǒng)原理圖1雙聯(lián)葉片泵 2三位五通電液閥 3行程閥4調(diào)速閥 5、6、10、13單向閥 7順序閥8背壓閥 9溢流閥 11過濾器12壓力開關(guān) 14壓力繼電器4 液壓系統(tǒng)性能的驗算4.1系統(tǒng)壓力損失因為不知道油管布局，所以只能估算系統(tǒng)壓力損失。首先確定管道內(nèi)液體的流動狀態(tài)，然后計算各種工況下總的壓力損失?，F(xiàn)取進(jìn)、回油管道長為l=2m，油液的運動粘度取 =1 x 10-4m2/s，油液的密度取=0.9174 x 103kg/m3。4.1.1判斷流動狀態(tài)在快進(jìn)、工進(jìn)和快退三種工況下，進(jìn)、回油管路中所通過的流量以快進(jìn)時回油流量q

19、1=23.079L/min為最大，此時，油液流動的雷諾數(shù)也為最大。因為最大的雷諾數(shù)小于臨界雷諾數(shù)（2000），故可推出：各工況下的進(jìn)、回油路中的油液的流動狀態(tài)全為層流。4.1.2系統(tǒng)壓力損失的計算將層流流動狀態(tài)沿程阻力系數(shù)和油液在管道內(nèi)流速同時代入沿程壓力損失計算公式，并將已知數(shù)據(jù)代入后，得可見，沿程壓力損失的大小與流量成正比，這是由層流流動所決定的。在管道結(jié)構(gòu)尚未確定的情況下，管道的局部壓力損失p常按下式作經(jīng)驗計算滑臺在快進(jìn)、工進(jìn)和快退工況下的壓力損失計算如下：1快進(jìn)滑臺快進(jìn)時，液壓缸通過電液換向閥差動連接。由表8和表9可知，進(jìn)油路上油液通過單向閥10的流量是22L/min，通過電液換向閥2

20、的流量是27.1L/min，然后與液壓缸有桿腔的回油匯合，以流量51.24L/min通過行程閥3并進(jìn)入無桿腔。由此進(jìn)油路上的總壓降為：此值不大，不會使壓力閥開啟，幫能確保兩個泵的流量全部進(jìn)入液壓缸。在回油路上，液壓缸有桿腔中的油液通過電液換向閥2和單向閥6的流量都是24.14L/min，然后與液壓泵的供油合并，經(jīng)行程閥3流入無桿腔。由此可算出快進(jìn)時有桿腔壓力與無桿腔壓力之差。 此值小于原估計值0.5MPa，所以是安全的。2工進(jìn)滑臺工進(jìn)時，在進(jìn)油路上，油液通過電液換向閥2、調(diào)速閥4進(jìn)入液壓缸無桿腔，在調(diào)速閥4處的壓力損失為0.5MPa。在回油路上，油液通過電液換向閥2、背壓閥8和大流量泵的卸荷油液一起經(jīng)液控順序閥7返回油箱，在背壓閥8處的壓力損失為0.5MPa。通過順序閥7的流量為（0.25+22）=22.25L/min，因此這時液壓缸回油腔的壓力為： 考慮到壓力繼電器的可靠動作要求壓差Dpe=0.5MPa，故溢流閥9的調(diào)壓應(yīng)為：3快退滑臺快退時，在進(jìn)油路上，油液通過單向閥10為22L/min電液換向閥2為27.1L/min進(jìn)入液壓缸有桿