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哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） - - 摘 要 面對我國經濟近年來的快速發(fā)展，機械制造工業(yè)的壯大，在國民經濟中 占重要地位的制造業(yè)領域得以健康快速的發(fā)展。制造裝備的改進，使得作為 制造工業(yè)重要設備的各類機加工藝裝備也有了許多新的變化，尤其是孔加工， 其在今天的液壓系統(tǒng)的地位越來越重要。本畢業(yè)設計（論文）主要闡述了組 合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)，能實現(xiàn)的工作循環(huán)是：快速前進 工作進給 快速退回 原位停止。 綜上所述，完成整個設計過程需要進行一系列的工作。設計者首先應樹 立正確的設計思想，努力掌握先進的科學技術知識和科學的辯證的思想方法。 同時，還要堅持理論聯(lián)系實際，并在實踐中不斷總結和積累設計經驗，向有 關領域的科技工作者和從事生產實踐的工作者學習，不斷發(fā)展和創(chuàng)新，才能 較好地完成機械設計任務。 關鍵詞 組合機床；液壓系統(tǒng)；液壓缸；液壓泵；換向閥 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） - I - Abstract Boring machine hydraulic system design, in addition to the host in action and meet the performance requirements of the provisions, but also must meet the small size, light weight, low cost, high efficiency, simple structure, reliable operation, convenient use and maintenance of a number of generally recognized design principles. The design of the hydraulic system is the basis of known conditions to determine the work program of hydraulic, hydraulic flow, pressure and hydraulic pumps and other components of the design. To sum up, the need to complete the entire design process to conduct a series of hard work. Enter here Abstract In this paper, focused on the combination of dual-use horizontal boring drilling machine hydraulic system, to achieve the duty cycle is: work fast forward feed situ rapid return to stop, hydraulic technology is mechanical equipment in the fastest growing technologies. Key words :modular machine；tool hydraulic system；pump hydraulic；cylinder 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） - II - 目 錄 摘 要 .I Abstract.II 第 1 章 緒 論 .1 1.1 研究意義 .1 1.1.1 液壓技術及其應用 .2 1.1.2 組合機床液壓系統(tǒng) .2 1.2 液壓傳動的工作原理及其組成部分 .3 1.2.1 液壓傳動的工作原理 .3 1.2.2 液壓傳動的組成 .4 1.3 液壓傳動的優(yōu)缺點 .5 1.3.1 液壓傳動的優(yōu)點 .5 1.3.2 液壓傳動的缺點 .6 1.4 液壓技術的國內外研究現(xiàn)狀分析 .6 1.5 課題的來源及研究的目的和意義 .7 1.6 課題的研究內容 .9 第 2 章 組合鉆孔機床液壓系統(tǒng)分析 .10 2.1 YT4543 型動力滑臺液壓系統(tǒng)分析 .10 2.1.1 YT4543 型動力滑臺液壓系統(tǒng)圖 .10 2.1.2 YT4543 型動力滑臺液壓系統(tǒng)工作過程 .11 2.1.3 YT4543 型動力滑臺液壓系統(tǒng)分析 .12 2.2 雙泵動力滑臺供油液壓系統(tǒng) .12 2.2.1 雙泵供油動力滑臺液壓系統(tǒng)圖 .12 2.2.2 雙泵供油液壓系統(tǒng)工作過程 .13 2.2.3 雙泵供油液壓系統(tǒng)分析 .14 2.3 帶蓄能器的動力滑臺液壓系統(tǒng) .15 2.3.1 帶蓄能器的動力滑臺液壓系統(tǒng)圖 .15 2.3.2 帶蓄能器的動力滑臺液壓系統(tǒng)工作過程 .15 2.3.3 帶蓄能器的動力滑臺液壓系統(tǒng)分析 .17 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） - III - 第 3 章 臥式單面多軸鉆孔組合機床液壓系統(tǒng)設計 .18 3.1 明確系統(tǒng)要求 .18 3.2 負載與運動分析 .18 3.2.1 工作負載 .18 3.2.2 慣性負載 .19 3.2.3 阻力負載 .19 3.2.4 負載圖和速度圖的繪制 .20 3.3 液壓缸主要參數(shù)的確定 .21 3.4 液壓系統(tǒng)設計 .23 3.4.1 選用執(zhí)行元件 .24 3.4.2 速度控制回路的選擇 .24 3.4.3 選擇快速運動和換向回路 .24 3.4.4 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 .24 3.4.5 液壓系統(tǒng)工作過程 .26 3.4.6 液壓系統(tǒng)工作過程 .27 3.5 液壓元件的選擇 .28 3.5.1 確定液壓泵的規(guī)格和電動機功率 .28 3.5.1.1 選擇液壓泵 .28 3.5.1.2 選擇電動機 .28 3.5.2 選其它元件及輔助元件 .29 第 4 章 組合鉆孔機床液壓系統(tǒng)結構設計 .32 4.1 動力滑臺液壓站結構圖 .32 4.2 閥塊總裝結構圖 .33 4.3 閥塊結構圖 .33 4.4 液壓缸結構圖 .35 4.4.1 缸筒與缸蓋的連接形式 .35 4.4.2 缸筒材料選擇 .35 4.4.3 液壓缸壁厚的確定 .35 4.4.4 缸筒底部厚度 .35 4.4.5 缸筒頭部法蘭厚度 .35 4.4.6 缸筒與缸蓋的連接計算 .36 4.4.7 螺釘連接計算 .36 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） - IV - 第 5 章 液壓缸的有限元分析 .38 5.1 液壓缸三維模型的建立 .38 5.2 有限元分析基本理論 .38 5.2.1 有限元法的發(fā)展概況 .39 5.2.2 有限元分析的基本思想 .40 5.2.3 有限元法分析過程 .42 5.2.4 ADINA 軟件簡介 .43 5.3 靜力分析 .43 5.4 結果總結與分析 .46 第 6 章 組合鉆孔機床液壓站成本估算 .47 6.1 元件明細 .47 6.2 液壓站報價明細 .48 結 論 .49 致 謝 .50 參考文獻 .51 附錄 1.52 附錄 2.55 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） - - 0 - - 第 1 章 緒 論 1.1 研究意義 組合機床（如圖1-1所示）是以通用部件為基礎，配以按工件特定外形 和加工工藝設計的專用部件和夾具，組成的半自動或自動專用機床。它一般 采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時加工的方式，生產效率比通用 機床高幾倍至幾十倍。由于通用部件已經標準化和系列化，可根據(jù)需要 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院 畢業(yè)設計（論文） 題 目 臥式組合鉆床液壓系統(tǒng)設計 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 學　　 號 1109511128 學 生 許春杰 指 導 教 師 姜繼海 答 辯 日 期 2013.12.17 哈工大華德學院 哈工大華德學院畢業(yè)設計（論文）評語 姓名： 許春杰 學號： 1109511128 專業(yè)： 機械設計制造及其自動化 畢業(yè)設計（論文）題目： 臥式組合鉆孔機床液壓系統(tǒng)設計 工作起止日期：_2013_年_9 月_10_ 日起_2013_年_12_ 月_20_日止 指導教師對畢業(yè)設計（論文）進行情況，完成質量及評分意見： _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 指導教師簽字： 指導教師職稱： 評閱人評閱意見： ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ___________________________ 評閱教師簽字：_______________ 評閱教師職稱：_______________ 答辯委員會評語： ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 根據(jù)畢業(yè)設計（論文）的材料和學生的答辯情況，答辯委員會作出如下評定： 學生 畢業(yè)設計（論文）答辯成績評定為： 對畢業(yè)設計（論文）的特殊評語： ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 答辯委員會主任（簽字）： 職稱：________________ 答辯委員會副主任（簽字）： 答辯委員會委員（簽字）：___________ ___________ ___________ __________ __________ ___________ ___________ ___________ __________ __________ ___________ ___________ ___________ __________ __________ 年 月 日 哈工大華德學院畢業(yè)設計（論文）任務書 姓 名：許春杰 院 （系）：機電與汽車工程學院 專 業(yè)：機械設計制造及其自動化 班 號：1095111 任務起至日期：2013 年 9 月 10 日 至 2013 年 12 月 20 日 畢業(yè)設計（論文）題目：臥式組合鉆孔機床液壓系統(tǒng)設計 立題的目的和意義： 目前液壓技術發(fā)展迅猛，在各行各業(yè)中均有大量應用，在許多機床中都有體現(xiàn)，組合機床是大批量生產中的主要機械加工設備，因此通過本次畢業(yè)設計，培養(yǎng)學生綜合運用液壓傳動、機械設計、工程系統(tǒng)等課程中所學理論知識的能力；強調設計的獨創(chuàng)性和實用性，培養(yǎng)和提高設計者獨立分析問題和解決實際問題的能力，為今后適應工作崗位和創(chuàng)造性地開展工作打下堅實基礎。 技術要求與主要內容： 技術要求： 加工對象為變速箱箱體孔，材料為鑄鐵（硬度HB = 240），該鉆孔機床主軸箱上有16根主軸，加工14個?13.9的孔和兩個?8.5的孔；刀具為高速鋼鉆頭，工件重400千克，加工動作順序如下 動力滑臺快速趨近工件→I工進→II工進→加工結束快退→原位停止。 工作負載：工作切削阻力，I工進時軸向阻力FtI = 1400（N），II工進時軸向阻力FtⅡ = 8000（N）；滑臺移動質量m = 510kg； 工作速度：快進v快 = 3.5m/min ≈ 0.06m/s；v快退 = v快進 I工進vⅠ = （80～100）mm/min = （1.33～1.67）×10-3 m/s II工進vⅡ = （30～50）mm/min = （5～8.33）×10-4 m/s 加減速時間：Δt＝0.2 s。 滑臺移動行程：快進S = 200mm，I工進SI = 100mm，II工進SII = 50mm 滑臺導軌型式：平導軌。靜摩擦系數(shù)fs = 0.2，動摩擦系數(shù)：fd = 0.1. 工作性能要求：運動速度要平穩(wěn)，滑臺往復次數(shù)不大于30次/分，液壓缸效率η = 0.9 主要內容： 對現(xiàn)有的臥式組合鉆孔機床液壓系統(tǒng)進行調研和分析，明確組合鉆床液壓系統(tǒng)的工作機理和分類，設計組合鉆床液壓系統(tǒng)中的相關部分，并對其進行總結。其中包括： 1. 分析現(xiàn)有液壓油源的組成和工作原理； 2. 設計組合鉆床液壓油源系統(tǒng)原理圖； 3. 設計組合鉆床液壓油源； 4. 設計液壓缸的裝配圖； 5. 設計液壓缸的部分零件圖； 6. 設計系統(tǒng)所需的閥塊裝配圖； 7. 設計閥塊的零件圖； 撰寫畢業(yè)設計論文。 進度安排： 查閱資料、熟悉畢業(yè)設計（論文）內容 1周 明確設計要求、進行工況分析 1周 執(zhí)行元件主要參數(shù)的確定 1周 液壓系統(tǒng)原理圖的擬定 2周 液壓元件的計算和選擇 1周 液壓系統(tǒng)技術性能的驗算 2周 繪制正式工作圖和編制文件 3周 整理撰寫畢業(yè)論文 1周 畢業(yè)答辯準備 1周 總計 13周 同組設計者及分工： 獨自完成 指導教師簽字___________________ 年 月 日 系（教研室）主任意見： 系（教研室）主任簽字___________________ 年 月 日 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） - I - 摘 要 面對我國經濟近年來的快速發(fā)展，機械制造工業(yè)的壯大，在國民經濟中 占重要地位的制造業(yè)領域得以健康快速的發(fā)展。制造裝備的改進，使得作為 制造工業(yè)重要設備的各類機加工藝裝備也有了許多新的變化，尤其是孔加工， 其在今天的液壓系統(tǒng)的地位越來越重要。本畢業(yè)設計（論文）主要闡述了組 合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)，能實現(xiàn)的工作循環(huán)是：快速前進 工作進給 快速退回 原位停止。 綜上所述，完成整個設計過程需要進行一系列的工作。設計者首先應樹 立正確的設計思想，努力掌握先進的科學技術知識和科學的辯證的思想方法。 同時，還要堅持理論聯(lián)系實際，并在實踐中不斷總結和積累設計經驗，向有 關領域的科技工作者和從事生產實踐的工作者學習，不斷發(fā)展和創(chuàng)新，才能 較好地完成機械設計任務。 關鍵詞 組合機床；液壓系統(tǒng)；液壓缸；液壓泵；換向閥 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） - II - Abstract Boring machine hydraulic system design, in addition to the host in action and meet the performance requirements of the provisions, but also must meet the small size, light weight, low cost, high efficiency, simple structure, reliable operation, convenient use and maintenance of a number of generally recognized design principles. The design of the hydraulic system is the basis of known conditions to determine the work program of hydraulic, hydraulic flow, pressure and hydraulic pumps and other components of the design. To sum up, the need to complete the entire design process to conduct a series of hard work. Enter here Abstract In this paper, focused on the combination of dual-use horizontal boring drilling machine hydraulic system, to achieve the duty cycle is: work fast forward feed situ rapid return to stop, hydraulic technology is mechanical equipment in the fastest growing technologies. Key words :modular machine；tool hydraulic system；pump hydraulic；cylinder 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） - III - 目 錄 摘 要 .I Abstract.II 第 1 章 緒 論 .1 1.1 研究意義 .1 1.1.1 液壓技術及其應用 .2 1.1.2 組合機床液壓系統(tǒng) .2 1.2 液壓傳動的工作原理及其組成部分 .3 1.2.1 液壓傳動的工作原理 .3 1.2.2 液壓傳動的組成 .4 1.3 液壓傳動的優(yōu)缺點 .5 1.3.1 液壓傳動的優(yōu)點 .5 1.3.2 液壓傳動的缺點 .6 1.4 液壓技術的國內外研究現(xiàn)狀分析 .6 1.5 課題的來源及研究的目的和意義 .7 1.6 課題的研究內容 .9 第 2 章 組合鉆孔機床液壓系統(tǒng)分析 .10 2.1 YT4543 型動力滑臺液壓系統(tǒng)分析 .10 2.1.1 YT4543 型動力滑臺液壓系統(tǒng)圖 .10 2.1.2 YT4543 型動力滑臺液壓系統(tǒng)工作過程 .11 2.1.3 YT4543 型動力滑臺液壓系統(tǒng)分析 .12 2.2 雙泵動力滑臺供油液壓系統(tǒng) .12 2.2.1 雙泵供油動力滑臺液壓系統(tǒng)圖 .12 2.2.2 雙泵供油液壓系統(tǒng)工作過程 .13 2.2.3 雙泵供油液壓系統(tǒng)分析 .14 2.3 帶蓄能器的動力滑臺液壓系統(tǒng) .15 2.3.1 帶蓄能器的動力滑臺液壓系統(tǒng)圖 .15 2.3.2 帶蓄能器的動力滑臺液壓系統(tǒng)工作過程 .15 2.3.3 帶蓄能器的動力滑臺液壓系統(tǒng)分析 .17 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） - IV - 第 3 章 臥式單面多軸鉆孔組合機床液壓系統(tǒng)設計 .18 3.1 明確系統(tǒng)要求 .18 3.2 負載與運動分析 .18 3.2.1 工作負載 .18 3.2.2 慣性負載 .19 3.2.3 阻力負載 .19 3.2.4 負載圖和速度圖的繪制 .20 3.3 液壓缸主要參數(shù)的確定 .21 3.4 液壓系統(tǒng)設計 .23 3.4.1 選用執(zhí)行元件 .24 3.4.2 速度控制回路的選擇 .24 3.4.3 選擇快速運動和換向回路 .24 3.4.4 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 .24 3.4.5 液壓系統(tǒng)工作過程 .26 3.4.6 液壓系統(tǒng)工作過程 .27 3.5 液壓元件的選擇 .28 3.5.1 確定液壓泵的規(guī)格和電動機功率 .28 3.5.1.1 選擇液壓泵 .28 3.5.1.2 選擇電動機 .28 3.5.2 選其它元件及輔助元件 .29 第 4 章 組合鉆孔機床液壓系統(tǒng)結構設計 .32 4.1 動力滑臺液壓站結構圖 .32 4.2 閥塊總裝結構圖 .33 4.3 閥塊結構圖 .33 4.4 液壓缸結構圖 .35 4.4.1 缸筒與缸蓋的連接形式 .35 4.4.2 缸筒材料選擇 .35 4.4.3 液壓缸壁厚的確定 .35 4.4.4 缸筒底部厚度 .35 4.4.5 缸筒頭部法蘭厚度 .35 4.4.6 缸筒與缸蓋的連接計算 .36 4.4.7 螺釘連接計算 .36 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） - V - 第 5 章 液壓缸的有限元分析 .38 5.1 液壓缸三維模型的建立 .38 5.2 有限元分析基本理論 .38 5.2.1 有限元法的發(fā)展概況 .39 5.2.2 有限元分析的基本思想 .40 5.2.3 有限元法分析過程 .42 5.2.4 ADINA 軟件簡介 .43 5.3 靜力分析 .43 5.4 結果總結與分析 .46 第 6 章 組合鉆孔機床液壓站成本估算 .47 6.1 元件明細 .47 6.2 液壓站報價明細 .48 結 論 .49 致 謝 .50 參考文獻 .51 附錄 1.52 附錄 2.55 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） - 1 - 第 1 章 緒 論 1.1 研究意義 組合機床（如圖 1-1 所示）是以通用部件為基礎，配以按工件特定外形 和加工工藝設計的專用部件和夾具，組成的半自動或自動專用機床。它一般 采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時加工的方式，生產效率比通用 機床高幾倍至幾十倍。由于通用部件已經標準化和系列化，可根據(jù)需要靈活 配置，能縮短設計和制造周期。因此，組合機床兼有低成本和高效率的優(yōu)點， 在大批、大量生產中得到廣泛應用，并可用以組成自動生產線。 圖 1-1 組合機床實物圖 組合機床一般用于加工箱體類或非凡外形的零件。加工時，工件一般不 旋轉，由刀具的旋轉運動和刀具與工件的相對進給運動，來實現(xiàn)鉆孔、擴孔、 锪孔、鉸孔、鏜孔、銑削平面、切削內外螺紋以及加工外圓和端面等。有的 組合機床采用車削頭夾持工件使之旋轉，由刀具作進給運動，也可實現(xiàn)某些 回轉體類零件（如飛輪、汽車后橋半軸等）的外圓和端面加工。 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） - 2 - 專用機床是隨著汽車工業(yè)的興起而發(fā)展起來的。在專用機床中某些部件 因重復使用，逐步發(fā)展成為通用部件，因而產生了組合機床。 組合機床的研制和推廣，是加速機械工業(yè)技術革命的有效途徑之一。它 是機械工業(yè)，特別是汽車、拖拉機、電動機、儀表以及軍工等生產部門進行 機床革新、推動生產發(fā)展的重要設備。 1.1.1 液壓技術及其應用 液壓技術作為實現(xiàn)現(xiàn)代傳動與控制的關鍵基礎技術之一，已成為工業(yè)機 械、工程建設機械及國際尖端產品不可缺少的重要技術基礎。是它們向自動 化、高精度、高效率、高速度、小型化、輕量化方向發(fā)展的關鍵技術。世界 工業(yè)發(fā)達國家都將液壓工業(yè)列為競爭發(fā)展的行業(yè)，其發(fā)展速度遠高于機械工 業(yè)的發(fā)展速度。液壓元件及其控制已發(fā)展成為綜合的液壓工程技術。 機械制造是為國民經濟各部門和自身技術改造提供先進技術裝備的工業(yè) 部門。鑄造、鍛壓、焊接、熱處理、及切削等是機械制造工業(yè)獲取毛坯、成 形產品及提高零件機械性能的重要生產方法，在眾多金屬冷、熱加工機器設 備中普遍使用液壓技術，其中壓力機和金屬切削機床是應用液壓技術較早較 廣的領域 1。 在車、銑、刨、磨、鉆各類液壓機床中，主要利用液壓技術可在較寬范 圍內進行無級調速，具有良好的換向及換接性能，易于實現(xiàn)工作循環(huán)等優(yōu)點， 完成工件及刀具的夾緊、控制進給速度和驅動主軸作業(yè)，盡管現(xiàn)代數(shù)控機床、 加工中心等先進制造設備中采用電伺服系統(tǒng)，但采用液壓傳動與控制仍然是 現(xiàn)代金屬切削機床自動化的重要途徑。在鍛造機、液壓機、折彎機、剪切機 等壓力加工設備中，主要利用液壓傳動傳遞力較大、便于壓力調節(jié)控制和過 載保護的特點，進行下料、成形加工等作業(yè)。鑄造、鍛壓、焊接、熱處理等 機器設備的生產作業(yè)環(huán)境極為惡劣，溫度高、粉塵多、濕度大、有腐蝕性氣 體、振動噪聲大。因此要求機器要有良好的適應性、可靠性和維護性。在造 型機及澆鑄機、焊接機、淬火機等鑄造、焊接及熱處理機器設備中，主要利 用液壓技術便于無級調速和遠距離遙控作業(yè)等特點，進行造型及鑄型輸送與 澆鑄、高溫零件抓取等作業(yè)，以減輕勞動者勞動強度、避免和減少熱輻射和 有害氣體對人身的侵襲并提高生產率。 1.1.2 組合機床液壓系統(tǒng) 組合機床液壓系統(tǒng)主要由通用滑臺和輔助部分（如定位、夾緊）組成。 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） - 3 - 液壓動力滑臺是組合機床上的一種通用部件，可根據(jù)加工需要安裝不同用途 的主軸箱，以完成鉆、擴、鉸、鏜、刮端面、銑削及攻絲等工序 2。 1.2 液壓傳動的工作原理及其組成部分 液壓傳動有許多突出的優(yōu)點，因此它的應用非常廣泛，如一般工業(yè)用的 塑料加工機械、壓力機械、機床等；行走機械中的工程機械、建筑機械、農 業(yè)機械、汽車等；鋼鐵工業(yè)用的冶金機械、提升裝置、軋輥調整裝置等；土 木水利工程用的防洪閘門及堤壩裝置、河床升降裝置、橋梁操縱機構等；發(fā) 電廠渦輪機調速裝置、核發(fā)電廠等等；船舶用的甲板起重機械（絞車） 、船 頭門、艙壁閥、船尾推進器等；特殊技術用的巨型天線控制裝置、測量浮標、 升降旋轉舞臺等；軍事工業(yè)用的火炮操縱裝置、船舶減搖裝置、飛行器仿真、 飛機起落架的收放裝置和方向舵控制裝置等 3。 1.2.1 液壓傳動的工作原理 液壓系統(tǒng)利用液壓泵將原動機的機械能轉換為液體的壓力能，通過液體 壓力能的變化來傳遞能量，經過各種控制閥和管路的傳遞，借助于液壓執(zhí)行 元件（液壓缸或馬達）把液體壓力能轉換為機械能，從而驅動工作機構，實 現(xiàn)直線往復運動和回轉運動。其中的液體稱為工作介質，一般為礦物油，它 的作用和機械傳動中的皮帶、鏈條和齒輪等傳動元件相類似。 圖 1-2 是組合鉆床動力滑臺的液壓系統(tǒng)原理圖 2。 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） - 4 - 9 1 1 死 擋 鐵 停 留 3 4 5 6 1 2 P 2 P 3 快 進 一 工 進 二 工 進 快 退 原 位 P 1 P 2 P 3 P 1 1 2 7 2 Y A 1 Y A 4 Y A 3 Y A 8 1 0 1-過濾器；2-限壓式變量泵；3，6-單向閥；4-背壓閥；5-順序閥； 7-電液磁換向閥；8，10-單向調速閥；9，11- 電磁閥；12-壓力繼電器 1-2 組合鉆床 動力滑臺液壓傳動系統(tǒng)原理圖 1.2.2 液壓傳動的組成 液壓傳動系統(tǒng)主要由下列 5 部分組成： （1）動力元件，即液壓泵，其職能是將原動機的機械能轉換為液體的 壓力動能（表現(xiàn)為壓力、流量） ，其作用是為液壓系統(tǒng)提供壓力油，是系統(tǒng) 的動力源 5。 （2）執(zhí)行元件，指液壓缸或液壓馬達，其職能是將液壓能轉換為機械 能而對外做功，液壓缸可驅動工作機構實現(xiàn)往復直線運動（或擺動） ，液壓 馬達可完成回轉運動。 （3）控制調節(jié)元件，指各種閥利用這些元件可以控制和調節(jié)液壓系統(tǒng) 中液體的壓力、流量和方向等，以保證執(zhí)行元件能按照人們預期的要求進行 工作。 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） - 5 - （4）輔助元件，包括油箱、過濾器、管路及接頭、冷卻器、壓力表等。 它們的作用是提供必要的條件使系統(tǒng)正常工作并便于監(jiān)測控制。 （5）工作介質，即傳動液體，通常稱液壓油。液壓系統(tǒng)就是通過工作介 質實現(xiàn)運動和動力傳遞的，另外液壓油還可以對液壓元件中相互運動的零件 起潤滑作用。 1.3 液壓傳動的優(yōu)缺點 1.3.1 液壓傳動的優(yōu)點 （1）傳動平穩(wěn) 在液壓傳動裝置中，由于液壓油液的壓縮量非常小，在通常壓力下可以 認為不可壓縮，依靠油液的連續(xù)流動進行傳動。油液有吸振能力，在油路中 還可以設置液壓緩沖裝置，因此不像機械機構因加工和裝配誤差會引起振動 扣撞擊，使傳動十分平穩(wěn)，便于實現(xiàn)頻繁的換向；因此它廣泛地應用在要求 傳動平穩(wěn)的機械上，例如磨床幾乎全都采用了液壓傳動。 （2）質量輕/體積小 液壓傳動與機械、電力等傳動方式相比，在輸出同樣功率的條件下，體 積和質量可以減少很多，因此慣性小、動作靈敏；這對液壓仿形、液壓自動 控制和要求減輕質量的機器來說，是特別重要的。例如我國生產的 1m3 挖掘 機在采用液壓傳動后，比采用機械傳動時的質量減輕了 1t5。 （3）承載能力大 液壓傳動易于獲得很大的力和轉矩，因此廣泛用于壓制機、隧道掘進機、 萬噸輪船操舵機和萬噸水壓機等。 （4）容易實現(xiàn)無級調速 在液壓傳動中，調節(jié)液體的流量就可實現(xiàn)無級凋速，并且凋速范圍很大， 可達 2000:1，很容易獲得極低的速度。 （5）易于實現(xiàn)過載保護 液壓系統(tǒng)中采取了很多安全保護措施，能夠自動防止過載，避免發(fā)生事 故。 （6）液壓元件能夠自動潤滑 由于采用液壓油作為工作介質，使液壓傳動裝置能自動潤滑，因此元件 的使用壽命較長。 （7）容易實現(xiàn)復雜的動作 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） - 6 - 采用液壓傳動能獲得各種復雜的機械動作，如仿形車床的液壓仿形刀架、 數(shù)控銑床的液壓工作臺，可加工出不規(guī)則形狀的零件。 （8）簡化機構 采用液壓傳動可大大地簡化機械結構，從而減少了機械零部件數(shù)目。 （9）便于實現(xiàn)自動化 液壓系統(tǒng)中，液體的壓力、流量和方向是非常容易控制的，再加上電氣 裝置的配合，很容易實現(xiàn)復雜的自動工作循環(huán)。目前，液壓傳動在組合機床 和自動線上應用得很普遍。 1.3.2 液壓傳動的缺點 （1）液壓元件制造精度要求高 由于元件的技術要求高和裝配比較困難，使用維護比較格。 （2）實現(xiàn)定比傳動困難 液壓傳動是以液壓油液為工作介質，在相對運動表面間不可避免的要有 泄漏，同時油液也不是絕對不可壓縮的。因此不宜應用在在傳動比要求嚴格 的場合，例如螺紋和齒輪加工機床的傳動系統(tǒng)。 （3）液壓油液受溫度的影響 由于液壓油的粘度隨溫度的改變而改變，故不宜在高溫或低溫的環(huán)境下 工作。 （4）不適宜遠距離輸送動力 由于采用油管傳輸壓力油，壓力損失較大，故不宜遠距離輸送動力。 （5）油液中混入空氣易影響工作性能 油液中混入空氣后，容易引起爬行、振動和噪聲，使系統(tǒng)的工作性能受 到影響。 （6）油液容易污染油液污染后，會影響系統(tǒng)工作的可靠性。 （7）發(fā)生故障不易檢查和排除。 1.4 液壓技術的國內外研究現(xiàn)狀分析 液壓傳動和氣壓傳動稱為流體傳動，是根據(jù) 17 世紀帕斯卡提出的液體 靜壓力傳動原理而發(fā)展起來的一門新興技術，是工農業(yè)生產中廣為應用的一 門技術。如今，流體傳動技術水平的高低已成為一個國家工業(yè)發(fā)展水平的重 要標志。第一個使用液壓原理的是 1795 年英國約瑟夫布拉曼（Joseph Braman，1749-1814 ） ，在倫敦用水作為工作介質，以水壓機的形式將其應用 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） - 7 - 于工業(yè)上，誕生了世界上第一臺水壓機。1905 年他又將工作介質由水改為 油，使其性能得到了進一步的到改善 6。 在流體產品領域內，目前世界上最大的流體產品（主要是液壓件、密封 件及液壓附件等）制造企業(yè)，美國的派克（Parket）公司，成立于 1918 年， 也有近 100 年歷史，可以提供品種齊全的、高技術水平的液壓件、密封件及 所有的液壓附件。目前世界上最大的用于靜液壓系統(tǒng)的變量液壓元件制造企 業(yè)，德國的博士力士樂公司，已有 200 多年的歷史，從 1953 年開始全 面制造液壓元件，也有 50 年以上歷史。其最具特色的產品是用于靜液壓傳 動的變量系統(tǒng)液壓元件，無論是斜盤式或斜軸式，閉式（泵控）或開式（閥 控）系統(tǒng)液壓元件品種都非常齊全，能為各種需要靜液壓系統(tǒng)元件的工程機 械整個系統(tǒng)成套配套。還有世界上最大的傳動部件制造企業(yè)，德國的 ZF 公 司，成立于 1915 年，也有近 100 年歷史，能為各種工程機械提供品種齊全 的傳動部件。在電氣配套件方面，世界最大的德國西門子電氣公司，以及日 本的東芝公司、川崎公司、德國的博士（Bose）公司等，都有 50 年以上， 甚至 100 年以上的悠久歷史，能滿足工程機械各種高技術水平的電氣系統(tǒng)和 電氣元件的要求。 第一次世界大戰(zhàn)（1914-1918）后液壓傳動廣泛應用，特別是 1920 年以 后,發(fā)展更為迅速。液壓元件大約在 19 世紀末 20 世紀初的 20 年間，才開始 進入正規(guī)的工業(yè)生產階段。1925 年維克斯（F. Vikers）發(fā)明了壓力平衡式葉 片泵，為近代液壓元件工業(yè)或液壓傳動的逐步建立奠定了基礎。 20 世紀初康斯坦丁尼斯克（G. Constantimsco）對能量波動傳遞所進行 的理論及實際研究；1910 年對液力傳動（液力聯(lián)軸節(jié)、液力變矩器等）方 面的貢獻，使這兩方面領域得到了展。 我國的液壓工業(yè)開始于 20 世紀 50 年代，液壓元件最初應用于機床和鍛 壓設備。60 年代獲得較大發(fā)展，已滲透到各個工業(yè)部門，在機床、工程機 械、冶金、農業(yè)機械、汽車、船舶、航空、石油以及軍工等工業(yè)中都得到了 普遍的應用。當前液壓技術正向高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲、低 能耗、長壽命、高度集成化等方向發(fā)展。同時，新元件的應用、系統(tǒng)計算機 輔助設計、計算機仿真和優(yōu)化、微機控制等工作，也取得了顯著成果。 目前，我國的液壓件已從低壓到高壓形成系列，并生產出許多新型元件， 如插裝閥、電液比例閥、電液伺服閥、電業(yè)數(shù)字控制閥等。我國機械工業(yè)在 認真消化、推廣國外引進的先進液壓技術的同時，大力研制、開發(fā)國產液壓 件新產品，加強產品質量可靠性和新技術應用的研究，積極采用國際標準， 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） - 8 - 合理調整產品結構，對一些性能差，而且不符合國家標準的液壓件產品，采 用逐步淘汰的措施。由此可見，隨著科學技術的迅速發(fā)展，液壓技術將獲得 進一步發(fā)展，在各種機械設備上的應用將更加廣泛。 近些年來國外工程機械有一種發(fā)展趨勢，主機制造企業(yè)逐步向組裝企業(yè) 方向發(fā)展，配套件逐步由供應商來提供。比如世界上實力最強的主機制造企 業(yè)美國的卡特彼勒（Caterpillar） 、凱斯（Case ） 、日本的小松（Komatsu ） 、 瑞典的沃爾沃（Volvo）等世界上這些大型的工程機械主機制造企業(yè)，其配 套件的配套能力也是非常強的，它們的配套件外配的數(shù)量也是在逐年大幅度 地增長，一些中小工程機械企業(yè)就更是如此，配套件逐步主要由零部件制造 企業(yè)來提供。這樣做有幾大好處，主機企業(yè)可集中精力把自己的主機產品作 好，減少配套件完全由主機企業(yè)自己來承擔的風險，而配套件企業(yè)作得更強 更大，有能力迅速提高配套件的質量、技術水平，同時能為主機企業(yè)提供更 多的新產品，這樣更容易促進主機產品的發(fā)展。國外工程機械主機企業(yè)從 1988 年達 850 億美元的銷售額以來，基本上沒有多大變化，而相反這些年 來配套件從 150 億美元，增長到 1000 億美元，增幅是相當大的。因此，國 外工程機械配套件這些年來得到了快速發(fā)展。國外工程機械配套件生產歷史 悠久、技術成熟、品種齊全，完全能滿足各種工程機械的配套需求國外許多 工程機械主要配套件企業(yè)都有 50 年，甚至 100 年以上的發(fā)展歷史，企業(yè)的 規(guī)模都相對較大，技術十分成熟，品種也非常齊全，幾乎應有盡有。比如目 前世界上生產密封件及減振器最大的企業(yè)，德國的弗羅伊登貝 （Freudenberg ）公司，成立于 1849 年，生產密封件及減振器已有 100 多年 歷史，其品種應有盡有，從技術上、品種上完全能滿足液壓行業(yè)對密封件及 密封技術的要求。同時還不斷推出新的密封材料及新的密封結構，推動液壓 密封技術不斷向更高技術水平發(fā)展。目前世界上最大的中大型發(fā)動機制造企 業(yè)，美國的康明斯（Cummins）發(fā)動機制造公司，成立于 1919 年，也幾乎 有近 100 年的歷史。37.3kW（50 馬力）以上的柴油機可以全方位為各種工 程機械，甚至所有需要柴油機動力的各種機械配套，在技術上可以完全滿足 最苛刻的歐 II、歐 III 排放標準，甚至可以達到歐 IV、歐 V 排放標準 8。 在科學技術迅猛發(fā)展的今天，計算機技術、網(wǎng)絡技術、通信技術等現(xiàn)代 化信息技術正對人類 的生產生活產生著前所未有的影響。這些信息技術的 進步，為今后制造業(yè)的發(fā)展，設計方法與制造技術模式的改變指明了方向， 為數(shù)字化設計資源與制造資源的遠程共享，進一步提高產品開發(fā)效率奠定了 基礎。這一點已經引起了學術界的廣泛關注，并且有很多科研學者已經投入 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） - 9 - 到了這方面的研究。目前在液壓領域中，特別是中小企業(yè)在進行液壓傳動系 統(tǒng)的設計時，存在著零部件種類繁多、系統(tǒng)集成復雜、參考資料缺乏等一系 列困難，而遠程設計服務可以解決這些問題。為減輕液壓設計人員的工作負 擔，實現(xiàn)現(xiàn)代化設計模式的轉變以及設計資源、技術資源和產品信息的共享。 1.5 課題的來源及研究的目的和意義 課題來源于哈爾濱通用液壓機械制造有限公司。 研究的目的：通過本次畢業(yè)設計主要學習掌握綜合運用液壓傳動、機械 設計、工程系統(tǒng)等課程中所學理論知識的能力；著重突出液壓系統(tǒng)設計的獨 立性和實用性，培養(yǎng)和提高獨立分析問題和解決實際問題的能力，為今后適 應工作崗位和創(chuàng)造性地開展工作打下堅實基礎。 研究的意義：組合機床是以系列化、標準化的通用部件為基礎，配以少 量的專用部件組成的專用機床。它適宜于在大批、大量生產中對一種或幾種 類似零件的一道或幾道工序進行加工。這種機床既有專用機床的結構簡單、 生產率和自動程度較高的特點，又具有一定的重新調整能力，以適應工件變 化的需要。其中液壓系統(tǒng)是組合機床必不可少的部分，由于液壓傳動的各種 元件，可以根據(jù)需要方便、靈活地來布置，而且重量輕、體積小、運動慣性 小、反應速度快，還可自動實現(xiàn)過載保護。 1.6 課題的研究內容 對現(xiàn)有的臥式組合鉆孔機床液壓系統(tǒng)進行調研和分析，明確組合鉆床液 壓系統(tǒng)的工作機理和分類，設計組合鉆床液壓系統(tǒng)中的相關部分，并對其進 行總結。其中包括： （1）分析現(xiàn)有組合鉆床的組成和工作原理； （2）設計組合鉆床液壓油源系統(tǒng)原理圖； （3）設計組合鉆床液壓油源； （4）設計液壓缸的裝配圖； （5）設計液壓缸的部分零件圖； （6）設計系統(tǒng)所需的閥塊裝配圖； （7）設計閥塊的零件圖； （8）撰寫畢業(yè)設計論文。 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） - 10 - 第 2 章 組合鉆孔機床液壓系統(tǒng)分析 2.1 YT4543 型動力滑臺液壓系統(tǒng)分析 2.1.1 YT4543 型動力滑臺液壓系統(tǒng)圖 圖 2-1 為 YT4543 型動力滑臺液壓系統(tǒng)圖，下面以實現(xiàn)二次工作進給的 自動循環(huán)為例，說明其工作原理 3。 8 1 2 死 擋 鐵 停 留 3 4 5 6 1 3 P 2 P 3 快 進 一 工 進 二 工 進 快 退 原 位 P 1 P 2 P 3 P 1 1 2 7 2 Y A 1 Y A 3 Y A 1 0 1 1 9 1-過濾器；2-限壓式變量泵；3，6，10-單向閥；4- 背壓閥；5-順序閥； 7-電液磁換向閥； 8,9-調速閥；11-下行程閥；12-電磁閥；13- 壓力繼電器 圖 2-1 YT4543 型動力滑臺液壓系統(tǒng)圖 2.1.2 YT4543 型動力滑臺液壓系統(tǒng)工作過程 1快進 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） - 11 - 按下啟動按鈕，電磁鐵 1YA 通電，電磁換向閥 7 的先導閥左位，液動 換向閥在控制壓力油作用下將作為接入系統(tǒng)。 進油路 油箱過濾器 1泵 2單向閥 3閥 7閥 11液壓缸左腔 回油路 液壓缸右腔閥 7單向閥 6閥 11液壓缸左腔 2第一次工進 當滑臺快進到預定位置時，壓下行程閥 11，切斷快進通道，這時壓力 油經調速閥 8、電磁閥 12 進入液壓缸左腔。由于液壓泵供油壓力高，順序 閥 5 已被打開。 進油路 油箱-過濾器 1泵 2單向閥 3閥 7調速閥 8閥 12液 壓缸左腔 回油路 液壓缸右腔閥 7順序閥 5背壓閥 4油箱 3第二次工進 一工進結束時，擋塊壓下行程閥開關使電磁鐵 3YA 通電，這時壓力油 經調速閥 8 和 9 進入液壓缸的左腔液壓缸右腔的回油路線與一工進時相同。 此時，變量泵輸出的流量自動與二工進調速閥 9 的開口相適應。 4死擋鐵停留 當滑臺以二工進速度進行碰到死檔鐵時，滑臺即停留在死擋鐵處，此時 液壓缸左腔壓力升高，使壓力繼電器 13 動作，發(fā)出電信號給時間繼電器。 停留時間由時間電器調定。 5快退 停留結束后，時間繼電器發(fā)出信號，使電磁鐵 1YA、3YA 斷電，2YA 通電，電液磁換向閥 7 的先導閥右位工作，液動換向閥在控制壓力油作用下 將右位接入系統(tǒng)。 進油路 泵 2單向閥 3閥 7液壓缸右腔 回油路 液壓缸左腔閥 10閥 7油箱 6原位停止 當滑快退到原位時，擋塊壓下終點行程開關，使電磁鐵 2YA 斷電，電 磁先導閥和液動換向閥都處于中位液壓缸兩腔油路封閉，滑臺停止運動。這 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） - 12 - 時泵輸出的油液經閥 3 和閥 7 進入油箱，泵在低壓卸荷。 2.1.3 YT4543 型動力滑臺液壓系統(tǒng)分析 （1）采用容積節(jié)流調速回路，無溢流功率損失，系統(tǒng)效率較高，且能 保證穩(wěn)定的低速運動，較好的速度剛性和較大的調速范圍。 （2）限壓式變量泵加上差動連接的快速回路，即解決了快慢速度相差 懸殊的難題，又使能量利用經濟合理。 （3）采用行程閥實現(xiàn)快慢速換接，使動作的可靠性、轉換精度和平穩(wěn) 性都較高。一工進和二工進之間的轉換，由于通過調速閥 8 的流量很小，采 用電磁閥式換接已能保證所需的轉換精度。 （4）限壓式變量泵本身就能按預先調定的壓力限制其最大工作壓力， 故在采用限壓式變量泵的系統(tǒng)中，一般不需要另外設置安全閥。 （5）采用換向閥式低壓卸荷回路，可以減少能量損耗，結構也比較簡 單。 （6）采用三位五通電液換向閥，具有換向性能好，滑臺可在任意位置 停止，快進時構成差動連接等優(yōu)點。 2.2 雙泵動力滑臺供油液壓系統(tǒng) 2.2.1 雙泵供油動力滑臺液壓系統(tǒng)圖 圖 2-2 為雙泵供油動力滑臺液壓系統(tǒng)圖，下面以實現(xiàn)一次工作進給的自 動循環(huán)為例，說明其工作原理。 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） - 13 - 8 2 1 0 9 6 P 2 P 3 快 進 工 進 快 退 原 位 P 1 P 2 P 3 1 3 1 2 Y A 1 Y A 7 P 1 4 3 5 1 1 1 2 死擋鐵停留 1-雙聯(lián)葉片泵；2-溢流閥；3，4，8- 單向閥；5-三位五通電磁換向閥； 6-壓力繼電器；7-單向行程調速閥；9- 背壓閥；10-外控順序閥； 11-壓力表；12-壓力表開關；13- 壓力繼電器 圖 2-2 雙泵供油液壓系統(tǒng)圖 2.2.2 雙泵供油液壓系統(tǒng)工作過程 1快進 快進如圖 2-2 所示，按下啟動按鈕，電磁鐵 1YA 通電，由泵 1 輸出地 壓力油經三位五通換向閥 5 的左側，這時的主油路為： 進油路：泵單向閥 3、4三位五通換向閥 2（1YA 得電）單向行 程調速閥 7液壓缸左腔。 回油路：液壓缸右腔三位五通換向閥 5（1YA 得電）單向閥 8單 向行程調速閥 7液壓缸左腔。 由此形成液壓缸兩腔連通，實現(xiàn)差動快進，由于快進負載壓力小，系統(tǒng) 壓力低，變量泵輸出最大流量。 2工進 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） - 14 - 當滑臺快到預定位置時，此時要工進。擋塊壓下單向行程調速閥 7 內的 行程閥，切斷了該通路，這時，壓力油只能經過單向行程調速閥 7 的調速閥 進入液壓缸的左腔。由于減速時系統(tǒng)壓力升高，變量泵的輸出油量便自動減 小，且與調速閥開口向適應，此時液控順序閥 10 打開，單向閥 8 關閉，切 斷了液壓缸的差動連接油路，由于閥 3 壓力升高，背壓閥 9 被打開，液壓缸 右腔的回油經背壓閥 9 流回油箱，這樣經過調速閥就實現(xiàn)了液壓油的速度下 降，從而實現(xiàn)減速，其主油路為： 進油路：泵 單向閥 3三位五通換向閥 5（1YA 得電）單向行程 調速閥 7液壓缸左腔。 回油路：液壓缸右腔三位五通換向閥 5背壓閥 9液控順序閥 10 油箱。 3死擋鐵停留 當滑臺完成工進進給碰到死鐵時，滑臺即停留在死擋鐵處，此時液壓缸 左腔的壓力升高，使壓力繼電器 6 發(fā)出信號給時間繼電器，滑臺停留時間由 時間繼電器調定。 4快退 滑臺停留時間結束后，時間繼電器發(fā)出信號，使電磁鐵 1YA 斷電， 2YA 通電，這時三位五通換向閥 5 接通右位，因滑臺返回時的負載小，系 統(tǒng)壓力下降，變量泵輸出流量又自動恢復到最大，滑快速退回，其主油路為： 進油路：泵 單向閥 3、4三位五通換向閥 5（ 2YA 得電）液壓缸 右腔。 回油路：液壓缸左腔單向行程調速閥 7三位五通換向閥 5（右位） 油箱。 5原位停止 當滑臺退回到原位時，擋塊壓下單向行程調速閥 7 的原位行程開關，發(fā) 出信號，使 2YA 斷電，換向閥處于中位，液壓兩腔油路封閉，滑臺停止運 動。 2.2.3 雙泵供油液壓系統(tǒng)分析 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） - 15 - 該液壓系統(tǒng)采用雙泵供油，系統(tǒng)的功率損失小、效率高、節(jié)約能源。 再回路上設有背壓閥，提高了滑臺運動的平穩(wěn)性。把調速閥設在進油路 上，具有啟動沖擊小、便于壓力繼電器發(fā)訊控制、容易獲得較低速度。 2.3 帶蓄能器的動力滑臺液壓系統(tǒng) 2.3.1 帶蓄能器的動力滑臺液壓系統(tǒng)圖 圖 2-3 為帶蓄能器動力滑臺液壓系統(tǒng)圖，下面以實現(xiàn)一次工作進給的自 動循環(huán)為例，說明其工作原理 10。 死 擋 鐵 停 留 快 進 一 工 進 二 工 進 快 退 原 位 P 1 P 2 P 3 P 2 P 3 P 1 1 2 3 4 8 6 5 7 1 Y A 2 Y A 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1-蓄能器；2- 截止閥；4，6，11，14-單向閥；5，17- 壓力繼電器；7- 限壓式變量葉片泵； 8，12，15-調速閥；9-三位四通電磁換向閥；10- 順序背壓閥；13，16-行程閥 圖 2-3 帶蓄能器的動力滑臺液壓系統(tǒng)圖 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） - 16 - 2.3.2 帶蓄能器的動力滑臺液壓系統(tǒng)工作過程 1快進 快進如圖所示，按下啟動按鈕，電磁鐵 1YA 通電，三位四通電磁換向 閥左位，截止閥 2 打開，順序背壓閥無背壓，因此處于左位。 進油路分兩個方向進入油路。 液壓泵 7單向閥 6節(jié)流閥 8電磁換向閥 9行程閥 13行程閥 16液壓缸左腔； 蓄能器 1截止閥 2節(jié)流閥 3單向閥 4電磁換向閥 9油箱； 回油路：液壓缸右腔順序背壓閥 10電磁換向閥 9油箱。 2一工進 當滑臺快進結束，液壓缸處于工進開始位置，此時液壓缸擋塊把行程閥 13 的推桿壓下，行程閥 13 關閉，截止閥 2 關閉，順序背壓閥有背壓，因此 處于右位。 進油路：液壓泵 7單向閥 6節(jié)流閥 8電磁換向閥 9調速閥 12 行程閥 16液壓缸左腔； 回油路：液壓缸右腔順序背壓閥 10電磁換向閥 9油箱。 3二工進 當滑臺完成一工進后，液壓缸處于二工進開始位置，此時液壓缸上的擋 塊把行程閥 16 的推桿壓下，行程閥 16 關閉，回路中仍有背壓，順序閥處于 右位，工作平穩(wěn)。 進油路：液壓泵 7單向閥 6節(jié)流閥 8電磁換向閥 9調速閥 12 調速閥 15液壓缸左腔； 回油路：液壓缸右腔順序背壓閥 10電磁換向閥 9油箱。 4死擋鐵停留 當滑臺以二工進速度進行碰到死檔鐵時，滑臺即停留在死擋鐵處，此時 液壓缸左腔壓力升高，使壓力繼電器 17 動作，發(fā)出電信號給時間繼電器。 停留時間由時間電器調定。 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） - 17 - 5快退 停留結束后，時間繼電器發(fā)出信號，壓力繼電器 17 控制電磁鐵 1YA 斷 電、2YA 通電，電磁換向閥 9 右位，液壓缸有桿腔進油，無桿腔回油，截 止閥 2 打開蓄能器向油路供油，由于回油路壓力低，因此順序背壓閥回復到 原位。 進油路分兩個方向進入油路。 液壓泵 7單向閥 6節(jié)流閥 8電磁換向閥 9順序背壓閥 10液 壓缸右腔； 蓄能器 1截止閥 2節(jié)流閥 3單向閥 4電磁換向閥 9順序背 壓閥 10油箱； 回油路：液壓缸左腔單向閥 14單向閥 11電磁換向閥 9油箱。 6原為停止 當滑臺完成一個動作循環(huán)后，電磁鐵 1YA 和 2YA 都斷電，電磁換向閥 9 處于中位，此時單向閥 4 出口壓力升高，單向閥關閉，蓄能器停止供油， 由于電磁換向閥 9 采用了 O 型中位機能，液壓泵不能夠通過換向閥的中位 實現(xiàn)卸荷，系統(tǒng)停止工作。 2.3.3 帶蓄能器的動力滑臺液壓系統(tǒng)分析 （1）系統(tǒng)采用了“ 限壓是變量葉片泵 調速閥背壓閥” 調速回路，采 用容積節(jié)流調速回路并在回油上設有背壓閥，能保證系統(tǒng)調速范圍寬、低速 穩(wěn)定性好的要求。 （2）節(jié)流閥串聯(lián)實現(xiàn)二次進給，兩次工進速度的換接采用由電磁閥切 換的調速閥串聯(lián)的回路，保證了換接精度，避免換接時滑臺前沖，且油路的 布局簡單、靈活。 （3）系統(tǒng)回路中的單向閥作用不同，子系統(tǒng)中與節(jié)流閥和行程閥并聯(lián) 的單向閥是為了防止油液倒流，而蓄能器與系統(tǒng)連接的單向閥是為了防止回 路之間的動作干涉。由于單向閥的存在，工進和快進系統(tǒng)互不干涉 11。 （4）節(jié)流閥同時起到調速、防止子系統(tǒng)之間油路相互干涉、增加阻尼 和防止沖擊的作用。 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） - 18 - 第 3 章 臥式單面多軸鉆孔組合機床液壓系統(tǒng)設計 3.1 明確系統(tǒng)要求 加工對象為變速箱箱體孔，材料為鑄鐵（硬度 HB = 240） ，該鉆孔機床 主軸箱上有 16 根主軸，加工 14 個 13.9 的孔和兩 8.5 的孔；并對這 16 個 孔進行擴孔加工；刀具為高速鋼組合鉆頭，工件重 400kg，加工動作順序如 下 動力滑臺快速趨近工件一工進（鉆孔加工）二工進（擴孔加工） 加工結束快退原位停止。 工作負載：工作切削阻力，一工進時軸向阻力 Ft2 = 1400（N） ，二工進 時軸向阻力 Ft2 = 8000（N） ；滑臺移動質量 m = 510kg； 工作速度：快進 v 快 = 3.5m/min 0.06m/s；v 快退 = v 快進 一工進 v1 = （80100）mm/min = （1.331.67） 10-3 m/s 二工進 v2 = （3050）mm/min = （58.33）10 -4 m/s 加減速時間：t0.2 s。 滑臺移動行程：快進 s = 200mm，一工進 s1 = 100mm，二工進 s2 = 50mm 滑臺導軌型式：平導軌。靜摩擦系數(shù) fs = 0.2，動摩擦系數(shù)：f d = 0.1. 工作性能要求：運動速度要平穩(wěn)，滑臺往復次數(shù)不大于 30 次/分，液壓 缸效率 = 0.9。 3.2 負載與運動分析 3.2.1 工作負載 由于切削原理可知，高速鋼鉆頭鉆鑄鐵孔時的軸向切削力 與鉆頭直tF 徑 D(mm)、每轉進給量 s(mm/r)和鑄件硬度 HB 之間的經驗計算式為 6.08)(52HBDsFt 根據(jù)組合鉆床加工的特點，鉆孔時的主軸轉速 n 和每轉進給量 s 可選用 下列數(shù)值。 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） - 19 - 對 13.9mm 的孔來說， r/min， mm/r。3601n147.0s 對 8.5mm 的孔來說， r/min， mm/r。52 962 利用上式，求得 N=30468.06.08.0 58417935.214 tF 8N 3.2.2 慣性負載 NmF()273=064+51=.tv 式中 Fm慣性負載(N)； m滑臺和工件的總質量(kg)； 單位是時間速度變化量(m/s)。v 3.2.3 阻力負載 靜摩擦阻力 N61783=902=.mgfFs 動摩擦阻力 N1df 式中 fs靜摩擦系數(shù)； fd動摩擦系數(shù)； g重力加速度(m/s 2)。 液壓缸的機械效率取 ，由此得出液壓缸在各工作階段的負載9.0m 如表 3-1 所示 13。 表 3-1 液壓缸在各工作階段的負載值 工況 負載組成 負載值 F/N 推力 /Nm F 啟動 sF1783.6 1982 加速 mfd1164.8 1294 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） - 20 - 快進 fdF891.8 991 一工進 +=t FtI 32759.8 36400 二工進 fdF t 39359.8 43733 快退 891.8 991 3.2.4 負載圖和速度圖的繪制 已知滑臺移動行程快進 s=200mm、一工進 mm，二工進10=s mm，快退 mm。負載圖按上面計算的數(shù)據(jù)50=2s 35+=21T 繪制，如圖 3-1（a ）所示。速度圖則按已知數(shù)據(jù) 3.5m/min、 0.1m/min、 =0.05m/min 如圖 3-1（b）所示。41v2v3v 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 s / m m F / N 1 9 8 2 9 4 1 3 6 4 0 0 4 3 7 3 3 0 - 1 9 8 2 - 9 4 1 (a) 負載圖 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） - 21 - 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 s / m m v / m / m i n 3 . 5 0 . 1 0 . 0 5 3 . 5 （b）速度圖 圖 3-1 組合機床液壓缸的負載圖和速度圖 3.3 液壓缸主要參數(shù)的確定 液壓缸內徑 D 和工作壓力選擇及況圖繪制 根據(jù)快進與快退速度相等要求，液壓缸可選擇為差動結構形式，即 ( 為大腔面積， 為小腔面積)，活塞上力平衡方程（穩(wěn)態(tài)）為：21A12A 14。Fpm=)- 組合機床為半精加工設備，取工作壓力 MPa；背壓可取4=1p =0.5MPa 同時考慮到鉆孔結束時可能發(fā)生前沖現(xiàn)象，取 =0.8MPa；最2 2 大負載 =43733N。maxF 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） - 22 - m =0.012m).-()-(max 621 1028437=pFA 22 m ， d=0.0874m01AD 式中 d活塞桿直徑(m)。 按 GB/T2348-199315將這些直徑圓整成標準值，為 D=125mm， d=90mm。由此求得液壓缸兩腔實際有效面積為 cm ， cm712=41.DA2 63=4=2.）-(dDA2 根據(jù)上述 D 與 d 的值可估算液壓缸在個各工作階段中的壓力、流量和 功率，如表 3-2 所示，并據(jù)此繪出工況圖如圖 3-2 所示。 表 3-2 液壓缸在不同工作階段的壓力、流量和功率值 工 況 負載 F/N 回油腔 壓力 /MPa2p 進油腔 壓力 /MPa1 輸入流 量 /Lmiq n 1 輸入功 率 P/kW 計算式 啟 動 1982 0 0.31 )-(2121+=ApAFp ,)(2vqqP= 加 速 1294 1.17 0.67 211 ,2Ap 恒 速 991 1.12 0.62 22.26 0.23 )-(211+=AFp ,)(2vqqP= 一 工 進 36400 0.8 3.35 1.23 0.07 11 p ,2A 二 工 進 43733 0.8 3.95 0.61 0.04 11 +=Fp)( ,2vqqpP 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） - 23 - 啟 動 1982 P=0 0.34 pAFp2121+=/)( ,2vqqP 加 速 1294 0.5 1.26 211 ,2Ap= 恒 速 991 0.5 1.21 20.69 0.42 211+AFp/)( ,2vqqP p / M P a q / L / m i n P / k M 0 . 3 1 0 . 6 7 0 . 6 2 3 . 3 5 3 . 9 5 1 . 2 1 p P 0 . 2 3 0 . 0 7 0 . 0 4 0 . 4 2 q 2 2 . 2 6 1 . 2 3 0 . 6 1 2 0 . 6 9 s / m m 0 . 3 4 1 . 2 6 圖 3-2 組合機床液壓缸工況圖 3.4 液壓系統(tǒng)設計 根據(jù)組合機床液壓系統(tǒng)的設計任務和工況分析，所設計機床對調速范圍、 低速穩(wěn)定性有一定要求，因此速度控制是該機床要解決的主要問題。速度的 換接、穩(wěn)定性和調節(jié)是該機床液壓系統(tǒng)設計的核心。此外，與所有液壓系統(tǒng) 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） - 24 - 的設計要求一樣，該組合機床液壓系統(tǒng)應盡可能結構簡單，成本低，節(jié)約能 源，工作可靠 16。 3.4.1 選用執(zhí)行元件 因系統(tǒng)運動循環(huán)要求正向快進和工進，反向快退，且快進，快退速度相 等，因此選用單活塞桿液壓缸，快進時差動連接，無桿腔面積 等于有桿腔1A 面積 的兩倍。2A 3.4.2 速度控制回路的選擇 圖 3-2 表明，所設計組合機床液壓系統(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)流調速回路即 可。雖然節(jié)流調速回路效率低，但適合于小功率場合，而且結構簡單、成本 低。該機床的進給運動要求有較好的低速穩(wěn)定性和速度-負載特性，因此有 三種速度控制方案可以選擇，即進口節(jié)流調速、出口節(jié)流調速、限壓式變量 泵加調速閥的容積節(jié)流調速 16。 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 程中負載變化不大，但要求泵輸出不同的流量，所以采用容積節(jié)流調速回路。 由于在鉆頭鉆入鑄件表面及孔被鉆通時的瞬間，存在負載突變的可能，因此 考慮在工作進給過程中采用具有壓差補償?shù)倪M口調速閥的調速方式，且在回 油路上設置背壓閥。 由于選定了容積節(jié)流調速方案，所以油路采用開式循環(huán)回路，以提高散 熱效率，防止油液溫升過高。 3.4.3 選擇快速運動和換向回路 根據(jù)本設計的運動方式和要求，采用差動連接快速運動回路來實現(xiàn)快速 運動。即快進時，由限壓式變量泵供油，液壓缸實現(xiàn)差動連接。 本設計采用二位二通電磁閥的速度換接回路，控制由快進轉為工進。與 采用行程閥相比，電磁閥可直接安裝在液壓站上，另外采用液控順序閥與單 向閥來切斷差動油路。因此速度換接回路與壓力控制形式。 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） - 25 - 3.4.4 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 選定調速方案和液壓基本回路后，再增添一些必要的元件和配置一些輔 助性油路，如控制油路、潤滑油路、測壓油路等，并對回路進行歸并和整理， 可將液壓回路合成為液壓系統(tǒng)，即組成如圖 3-3 所示的液壓系統(tǒng)圖。 9 1 1 死 擋 鐵 停 留 3 4 5 6 1 2 P 2 P 3 快 進 一 工 進 二 工 進 快 退 原 位 P 1 P 2 P 3 P 1 1 2 7 2 Y A 1 Y A 4 Y A 3 Y A 8 1 0 1-過濾器；2-限壓式變量泵；3，6-單向閥；4-背壓閥；5-順序閥； 7-電液磁換向閥；8，10-單向調速閥；9，11- 電磁閥；12-壓力繼電器 3-3 組合鉆床 動力滑臺液壓傳動系統(tǒng)原理圖 為便于觀察調整壓力，在液壓泵的進口處，順序閥和液壓腔進口處設置 測壓點，并設置多點壓力表開關，這樣只需一個壓力表即能觀察各壓力。要 實現(xiàn)系統(tǒng)的動作，即要求實現(xiàn)的動作順序為：啟動加速快進減速一 工進二工進快退停止。則可得出液壓系統(tǒng)中各電磁鐵的動作順序如表 3-3 所示。表中“+”號表示電磁鐵通電或行程閥壓下； “-”號表示電磁鐵斷電 或行程閥復位。 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） - 26 - 表 3-3 電磁鐵動作表 電磁鐵 工況 1YA 2YA 3YA 4YA 快進 + - - - 一工進 + - + - 二工進 + - + + 快退 - + - - 停止 - - - - 3.4.5 液壓系統(tǒng)工作過程 1快進 按下啟動按鈕，電磁鐵 1YA 通電，電磁換向閥 7 的先導閥左位，液動 換向閥在控制壓力油作用下將作為接入系統(tǒng)。 進油路 油箱過濾器 1泵 2單向閥 3閥 7閥 9閥 11液壓缸 左腔 回油路 液壓缸右腔閥 7單向閥 6閥 9閥 11液壓缸左腔 2第一次工進 當滑臺快進到預定位置時，電磁鐵 3YA 通電。 進油路 油箱過濾器 1泵 2單向閥 3閥 7調速閥 8閥 10液 壓缸左腔 回油路 液壓缸右腔閥 7順序閥 5背壓閥 4油箱 3第二次工進 一工進結束時，電磁鐵 4YA 通電。 進油路 油箱-過濾器 1泵 2單向閥 3閥 7調速閥 8調速閥 10液壓缸左腔 回油路 液壓缸右腔閥 7順序閥 5背壓閥 4油箱 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） - 27 - 4死擋鐵停留 當滑臺以二工進速度進行碰到死檔鐵時，滑臺即停留在死擋鐵處，此時 液壓缸左腔壓力升高，使壓力繼電器 12 動作，發(fā)出電信號給時間繼電器。 停留時間由時間電器調定。 5快退 停留結束后，時間繼電器發(fā)出信號，使電磁鐵 1YA 斷電，2YA 通電， 電液磁換向閥 7 的先導閥右位工作，液動換向閥在控制壓力油作用下將右位 接入系統(tǒng)。 進油路 泵 2單向閥 3閥 7液壓缸右腔； 回油路 液壓缸左腔閥 10閥 8閥 7油箱。 6原位停止 當滑快退到原位時，使電磁鐵 3YA、4YA 斷電，再使電磁鐵 2YA 斷電， 電磁先導閥和液動換向閥都處于中位液壓缸兩腔油路封閉，滑臺停止運動。 這時泵輸出的油液經閥 3 和閥 7 進入油箱。 3.4.6 液壓系統(tǒng)工作過程 （1）節(jié)流閥串聯(lián)實現(xiàn)二次進給，兩次工進速度的換接采用由電磁閥切 換的調速閥串聯(lián)的回路，保證了換接精度，避免換接時滑臺前沖，且油路的 布局簡單、靈活。 （2）采用容積節(jié)流調速回路，無溢流功率損失，系統(tǒng)效率較高，且能 保證穩(wěn)定的低速運動，較好的速度剛性和較大的調速范圍。 （3）限壓式變量泵加上差動連接的快速回路，即解決了快慢速度相差 懸殊的難題，又使能量利用經濟合理。 （4）采用換向閥式低壓卸荷回路，可以減少能量損耗，結構也比較簡 單。 （5）采用三位五通電液換向閥，具有換向性能好，滑臺可在任意位置 停止，快進時構成差動連接等優(yōu)點。 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） - 28 - 3.5 液壓元件的選擇 3.5.1 確定液