2263 半自動液壓專用銑床液壓系統(tǒng)的設(shè)計,半自動,液壓,專用,銑床,系統(tǒng),設(shè)計 編號____畢業(yè)設(shè)計(論文)題目:半自動液壓專用銑床液壓系統(tǒng)的設(shè)計無錫技師 學院（系） 數(shù)控 專業(yè)學 號： 23 學生姓名： 張鵬 指導教師： 孫亞波 （職稱： ）范峰 （職稱： ） 年 月設(shè)計任務書一、 機床對液壓傳動系統(tǒng)的具體參數(shù)要求（速度 M/min）液壓缸名稱負載力（N）移動件重力（N） 快進 工進 快退行程（MM） 啟動時間（S）定位夾緊缸運動時間 （S）定位液壓缸200 20 10 1夾緊液壓缸4000 40 15 1快進 工進進給液壓缸2000 1500 6 0.35 6300 800.5 二.機床類型及動作循環(huán)要求：設(shè)計一臺用成型銑刀在工件上加工出成型面的液壓專用銑床，要求機床工作臺一次可安裝兩只工件，并能同時加工。機床工作循環(huán)為：手工上料 → 按電鈕 → 自動定位夾緊 → 工作臺快進 →銑削進給 → 工作臺快退 → 夾具松開 → 手工卸料。摘 要本次畢業(yè)設(shè)計的是半自動液壓專用銑床的液壓設(shè)計，專用銑床是根據(jù)工件加工需要，以液壓傳動為基礎(chǔ)，配以少量專用部件組成的一種機床。在生產(chǎn)中液壓專用銑床有著較大實用性，可以以液壓傳動的大小產(chǎn)生不同性質(zhì)的銑床。此次設(shè)計主要是將自己所學的知識結(jié)合輔助材料運用到設(shè)計中，尤其是一些計算、繪圖等細小方面。在設(shè)計過程中最主要的是圖紙的繪制，這不僅可以清楚的將所設(shè)計的內(nèi)容完整的顯示出來，還能看出所學知識是否已完全掌握了。整個主要設(shè)計過程分成六個部分：參數(shù)的選擇、方案的制定、圖卡的編制、專用銑床的設(shè)計、液壓系統(tǒng)的設(shè)計以及最后有關(guān)的驗算。主體部分基本在圖的編制和液壓系統(tǒng)的設(shè)計兩部分中完成的。工序分為：手工上料 → 按電鈕 → 自動定位夾緊 → 工作臺快進 →銑削進給 → 工作臺快退 → 夾具松開 → 手工卸料。關(guān)鍵詞：銑削進給，液壓傳動，夾具目 錄第一章、緒論 ------------------------------------------------------------------------1 1.1 設(shè)計目的----------------------------------------------------------11.2 設(shè)計內(nèi)容及要求1.2.1 機床類型及動作循環(huán)要求1.2.2 機床對液壓傳動系統(tǒng)的具體參數(shù)要求第二章、液壓系統(tǒng)的設(shè)計2.1 液壓系統(tǒng)的設(shè)計與計算2.1.1 分析工況及設(shè)計要求,繪制液壓系統(tǒng)草圖2.1.2 液壓缸的負載計算2.1.3 確定系統(tǒng)的工作壓力2.1.4 確定液壓缸的幾何參數(shù)2.2 確定液壓泵規(guī)格和電動機功率及型號2.2.1 確定液壓泵規(guī)格2.2.2 確定油液的壓力 2.3 確定各類控制閥2.4 確定油箱容積與結(jié)構(gòu)2.5 選取液壓油第三章、液壓缸及液壓裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1 確定液壓缸的結(jié)構(gòu)形式3.2 計算液壓缸主要零件的強度和鋼度3.3 完成液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計和部分零件圖。第四章、管路系統(tǒng)壓力損失的計算第五章、系統(tǒng)熱平衡計算與油箱容積的計算第六章、結(jié)論致謝參考文獻附錄附錄 A 液壓元件的規(guī)格附錄 B 液壓系統(tǒng)圖第一章 緒論1.1 設(shè)計目的畢業(yè)設(shè)計是培養(yǎng)學生綜合運用所學的基礎(chǔ)理論和專業(yè)理論知識，獨立解決機床設(shè)計問題的能力的一個重要的實踐性教學環(huán)節(jié)。因此，通過設(shè)計應達到下述目的。a 初步掌握正確的設(shè)計思想和設(shè)計的基本方法\步驟,鞏固\深化和擴大所學的知識,培養(yǎng)理論聯(lián)系實際的工作方法和獨立工作能力。b 獲得機床總體設(shè)計，結(jié)構(gòu)設(shè)計，零件計算，編寫說明書。繪制部件總裝圖（展開圖，裝配圖）和零件工作圖等方面的基本訓練及基本技能。c 熟悉有關(guān)標準、規(guī)格、手冊和資料的應用。d 對專用機床的夜壓系統(tǒng)初具分析能力和改進設(shè)計的能力。1.2 設(shè)計內(nèi)容及要求1.2.1 機床類型及動作循環(huán)要求：設(shè)計一臺用成型銑刀在工件上加工出成型面的夜壓專用銑床，要求機床工作臺一次可安裝兩只工件，并能同時加工。機床工作循環(huán)為：手工上料 → 按電鈕 → 自動定位夾緊 → 工作臺快進 →銑削進給 → 工作臺快退 → 夾具松開 → 手工卸料。1.2.2 機床對液壓傳動系統(tǒng)的具體參數(shù)要求液壓系統(tǒng)參數(shù) 圖 （速度 M/min）液壓缸名稱負載力（N）移動件重力（N ） 快進 工進 快退行程（MM）啟動時間（S）定位夾緊缸運動時間（S）定位液壓缸200 20 10 1夾緊液壓缸4000 40 15 1快進 工進進給液壓缸2000 1500 6 0.35 6300 800.5工作臺采用半導軌，導軌面的靜摩擦系數(shù) f=0.2 動摩擦系數(shù) f=.0.1 第二章 設(shè)計步驟2.1 液壓系統(tǒng)的設(shè)計與計算2.1.1 分析工況及設(shè)計要求,繪制液壓系統(tǒng)草圖機床工況由題可知為: 定位液壓缸 夾緊液壓缸 工作臺進給液壓缸定 位 夾 松 快進 工進拔銷 緊 開 按設(shè)計要求希望系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,工作可靠,估計到系統(tǒng)的功率不會很大,且連續(xù)工作,所以決定采用單個定量泵、非卸荷式供油系統(tǒng).考慮到銑銷時可能有負的負載力產(chǎn)生,故采用回油節(jié)流調(diào)速的方法,為了提高夾緊缸的穩(wěn)定性與可靠性,夾緊系統(tǒng)采用單向閥與蓄能器的保壓回路,并能不用減壓閥,使夾緊油源壓力與系統(tǒng)的調(diào)節(jié)一致,以減少液壓元件的數(shù)量,簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu),定位后通過行程開控制二位四通電磁閥通點工作控制夾緊缸工作,并采用壓力繼電器,發(fā)訊使工作臺液壓工作以簡化電氣發(fā)訊與控制系統(tǒng),提高系統(tǒng)的可靠性.綜合上面考慮,可繪制出液壓系統(tǒng)圖. (見附頁)2.1.2 液壓缸的負載計算:(1)定位液壓缸 已知負載力 R=200N (慣性力與摩擦力可以忽略不計)(2)夾緊液壓缸已知負載力 R=4000N (慣性力與摩擦力可以忽略不計)(3)工作臺液壓缸有效負載力 R=200N (已知)慣性力 Rm=ma=1500/9.8/[(6/60-0)/0.5]=30.6N(按等加速處理)摩擦力由液壓缸的密封阻力與滑臺運動的摩擦力組成,當密阻力按 5%有效作用力估算時,總的摩擦阻力:Rf=0.05Rw+Fc=0.05*2000+0.2*1500=4000N故負載力:R=Rw+Rm+Rf=2000+30.6+400=2430.6N2.1.3 確定系統(tǒng)的工作壓力因為夾緊液壓缸的作用很大,所以可以按其工作負載來選定系統(tǒng)的壓力由設(shè)計參考資料可以初定系統(tǒng)的壓力為 0.8 ～ 1MPa,為使液壓缸體積緊湊,可以取系統(tǒng)的壓力為 P1=1.5MPa2.1.4 確定夜壓缸的幾何參數(shù)(1) 定位液壓缸的D= mPR130.15.43/20/461 ?????考慮到液壓缸的結(jié)構(gòu)與制造的方便性,以及插銷的結(jié)構(gòu)尺寸等因素,參考手冊---可以取 D=32mm,d=16mm(2)夾緊液壓缸D= mPR 580.15.43/0/461 ?????實取 D=63mm, d=32mm(3)進給液壓缸因采用雙出桿液壓缸,所以D = 21(/4dPR???按工作壓力,可以選桿徑 d=0.3D 代入上上式得:D= )(9.0/421一般可取背壓 P2=0.5MPa(對低壓系統(tǒng)而言),代入上式有:D= m580.1)5.0(4.390/6.46?????取進給液壓缸系列化的標準尺寸為:D=63mm, d=20mm2.2 確定液壓泵規(guī)格和電動機功率及型號2.2.1 確定液壓泵規(guī)格(a)確定理論流量定位液壓缸最大的流量:Q1=A1v=πD /4·L/Δt=3.14×0.032 /4×10×10 /1=8.04×10 m /s=0.4824L/min 2 23?6?3夾緊液壓缸最大流量Q2=A1v=πD /4·L/Δt=3.14×0.063 /4×15×10 /1=4.68×10 m /s=2.8L/min2 23?5?3因為有兩個夾緊缸同時工作，所以Q2=2 Q2′=2×2.8=5.6L/min進給液壓缸最大流量Q3=A2v=πD -d )/4·v=3.14×0.063 -0.02 )/4×6=0.0168m /s=1008L/min2 223（b）確定液壓泵流量由于定位,夾緊,進給液壓缸是分時工作的,所以其中液壓缸的最大流量既是系統(tǒng)的最大理論流量,另外考慮到泄漏和益流閥的益流流量 ,可以取液壓泵流量為系統(tǒng)最大流量的 1.1 ～ 1.3 倍,現(xiàn)取 1.2 倍計算則有 :Q 泵=1.2Q3=1.2×16.8=20.16L/min采用低壓齒輪泵,則可選取 CB-B25 為系統(tǒng)的供油泵,其額定流量為 25L/min,額定壓力為 2.5Mpa,額定轉(zhuǎn)速為 24.17r/s(1450r/min)(C)確定電動機功率及型號電動機功率 N=PQ/612η=25×25/612×0.8=1.28KW 按 CB-B*型齒輪泵技術(shù)規(guī)格,查得驅(qū)動電動機功率為 1.3KW,或取電動機功率略大一點的交流電機動機型號為 JQ2 – 22 – 4 額定功率為 1.5KW,轉(zhuǎn)速為 1450r/min2.2.2 確定油液的壓力 (a)定位缸油液的壓力已知 F=200N D=32mm d=16mm Q=0.4824L/min求:P1因為 F = A1 P =π D P=3.14/4×0.032 P122所以 P1 = 2.488×10 Pa5(b)夾緊缸油液的壓力已知 F=4000N D=63mm d=32mm Q=5.6L/min求:P2因為 F = A1 P =πD P=3.14/4×0.063 P122所以 P2 = 1.283835×10 Pa62.3 確定各類控制閥系統(tǒng)工作壓力為 1.5MPa,油泵額定最高壓力為 2.5MPa,所以可以選取額定壓力大于或等于 2.5MPa 的各種元件,起流量按實際情況分別選取.目前,中低壓系統(tǒng)的液壓元件,多按 6.3MPa 系列的元件選取,所以可以選取.溢流閥的型號為: Y-25B 工作臺液壓缸換向型號為:34D-25BY,快進二位二通電磁閥型號 Q – 10B;背壓閥型號為:B - 25B 定位,夾緊系統(tǒng)的最大流量為 2.8L/min,所以可以選取.單向閥型號為 I – 10B;換向閥型號 24D-10B 23D-10B;單向順序閥型號為 XI-B10B.蓄能器供油量僅作定位夾緊系統(tǒng)在工作臺快進,工進與快退時,補充泄漏和保持壓力之用,其補油量極其有限,所以可以按各種最小的規(guī)格選取，現(xiàn)取 N × Q – 0.6/10 – 型膠囊式蓄能器，當△P=15%時，其有效補油體積為△V=0.07L。濾油器可選用型號為 wv -25 - × 180J 的網(wǎng)式濾油器,過濾精度為 180um壓力表可選用 Y – 60 型量程 6.3MPa 的普通精度等級的量表,選用量程較高的壓力表可以避免在系統(tǒng)有壓力沖擊時經(jīng)常損壞,但量程選得過大會使觀察和調(diào)整的精度降低.管道通徑與材料:閥類一徑選定,管道的通徑基本上已經(jīng)決定,既管道的通徑同于閥類進出油口的通徑,只有在有特殊需要時才按管內(nèi)平均要求計算管道通徑.按標準:(1) 通徑25L/min 流量處, 選用 Φ１２通徑的管道10L/min 流量處, 選用 Φ８通徑的管道為便于安裝,可以采取紫銅管,擴口接頭安裝方式.(2) 壁厚按強度公式有:　δ≥p.d/2[σ]其中,紫銅的[δ]=250kgf/cm2 為安全起見,可取P=2.5MPa 來計算:δΦ12≥2.5 × 12/2 × 25 =0.6mmδΦ8≥2.5 × 8/2 × 25 =0.4mm所以可取 12,壁厚 1mm 和 8,壁厚 0.8mm 的紫銅管，考慮到擴口處管子的強度,壁厚??可以略有增加，一般按常用紫銅管的規(guī)格選取即可(對低壓系統(tǒng)而言),對高壓系統(tǒng)必須進行計算。2.4 確定油箱容積與結(jié)構(gòu) 因為是低壓系統(tǒng),油箱容積按經(jīng)驗公式計算:油箱容積 V= ( ２ – ４)Q現(xiàn)取 V= ４Ｑ = ４ ×２５ = 100L結(jié)構(gòu)可以采用開式，分力，電動機垂直安置式標準油箱。2.5.選取液壓油該系統(tǒng)為一般金屬切削機床液壓傳動,所以在環(huán)境溫度為-５℃～３５℃之間時,一般可選用２０號或３０號機械油。冷天氣用２０號機械油，熱天氣用３０號機械油。第三章 液壓缸及液壓裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1 確定液壓缸的結(jié)構(gòu)形式液壓缸的結(jié)構(gòu)形式是指他的類型,安裝方法,密封形式,緩沖結(jié)構(gòu),排氣等.定位與夾緊液壓缸均采用單出桿,缸體固定形式,為減少缸體與活塞體積,簡化結(jié)構(gòu),采用“Ｏ”型密封圈;由于行程很短,運動部件質(zhì)量很小,速度也不大,不必考慮緩沖結(jié)構(gòu);排氣螺塞也可以由油塞接頭來代替.工作臺液壓缸采用裝配活塞,雙出桿,缸體固定定形式,采用雙出桿可以使活塞桿在工作時處于受拉伸應力狀態(tài),有利于提高活塞桿的穩(wěn)定性,并且可以減小活塞桿的直徑,活塞上才用單個“Ｏ”型密封圈,另外,由于工作材料為鑄鐵,加工時粉塵及小片狀或針狀的鐵銷較多,所以有加上了一個防塵圈,夾緊液壓缸的的防塵圈也是鑒于同樣原因安放的.由于機床工作臺作直線進給運動,在運動方向上沒有嚴格的定位要求（這一點與一般鉆銷動頭液壓缸的要求有所區(qū)別） ，不必采用機構(gòu)。快退事，可以采用電氣行程開關(guān)預先發(fā)訊，使三位四通換向閥切至中位，工作臺停住，避免剛性沖擊；排氣也采用松開油管進油螺塞的方法進行，而不設(shè)專門的放棄螺塞。3.2 計算液壓缸主要零件的強度和鋼度定位夾緊油缸的內(nèi)油和長度較小，一般可以按厚壁筒強度計算公式來估計必須的厚壁，有公式：δ=Ｄ/２（ -１）pP1.3-]/0.4][??當額定壓力 Pn＜6.3MPa 時,取[σ]鋼=σb/n=4500/6=750kgf/cm2=75MPaPp = Pn ×150% = 2.5 × 150% =3.75MPa將[σ]鋼,Pp 的值及定位,夾緊液壓缸的直徑 D 代入計算公式可得:δ 定≥3.2/2( -1)＝0.072cm=0. 72mm1075.30/175.340????δ 夾≥3.2/2( -1)＝0.142cm=1. 42mm./.工作臺液壓缸壁厚用薄壁筒計算公式來求:δ 工 ≥ Pp D/2 [σ] = 3.75 × 6.3/2× 75 = 0.158cm = 1.58mm從以上計算可以看出,對與小型底壓 ( D ＜ 100mm, Pn ＜ 2.5MPa ) 液壓缸按強度條件計算出來的缸壁厚度尺寸是很小的,因此,在設(shè)計這類液壓鋼事,可以先不計算,而直接按機械結(jié)構(gòu)尺寸的需要,主要是缸體與缸蓋的連接出的尺寸,及考慮到缸體缸度所需的基本厚度尺寸,直接設(shè)計制圖,然后進行強度校核.這樣做在一般的情況下,均可滿足強度要求.而對于高壓的液壓缸或鑄鐵材料的缸體、缸壁的強度估算是必要的這樣可以避免結(jié)構(gòu)設(shè)計圖的返工和修改。對于缸蓋，活塞桿聯(lián)接件，鑒于與上相同的原因，強度計算一般可以放在結(jié)構(gòu)設(shè)計后的強度校核中進行。3.3 完成液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計和部分零件圖。液壓缸的活塞寬度，一般可取 b≥ 0.4D ,同時應該考慮密封圈安裝時的必要幾何尺寸,缸蓋應該考慮到進油及加工工藝要求,缸體連接處應考慮必要的導向與支撐的結(jié)構(gòu)尺寸。小型定位， 夾緊傳動液壓缸與傳動液壓缸在結(jié)構(gòu)與安裝方法上不盡相同,總之要使結(jié)構(gòu)設(shè)計達到結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好、安裝方便、取材便利、強度足夠、要求輸出力、位移和功率,也要能達到設(shè)計要求。根據(jù)上述液壓缸的結(jié)構(gòu)特點及內(nèi)徑、桿徑、行程等要求，液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計（如圖A——1） 。第四章 管路系統(tǒng)壓力損失的計算由于定位、夾緊、回路在夾緊后的流量幾乎為零，即管路系統(tǒng)的壓力損失，主要應在工作臺液壓缸回路中進行計算。按快進時，最大流量來估計壓力損失 Q3 = 16.8L/ min 來考慮(因泵的額定流量Q=25L/min)。總壓力損失 ∑△p=∑△p 沿+∑△p 局其中:∑△p 沿---管路中沿程阻力+損失之和∑△p 局---管路中局部阻力損失系各閥類元件的阻力之和一般,簡單的低壓金屬切削機床液壓系統(tǒng)中∑△p 值可取(0.1～0.3) Pn(Pn 為系統(tǒng)調(diào)整壓力)。壓力閥調(diào)整壓力的確定:Py=1.1Pn=1.1 * 1.5 =1.65MPa 由于系統(tǒng)壓力在初步設(shè)計時一般取泵的額定壓力的 50%～70%目的是為了延長泵的壽命或減少噪音。所以泵源總有一定的壓力儲備，系統(tǒng)的調(diào)整壓力可在試車階段進一步調(diào)節(jié)。順序閥的控制壓力可以選擇為先動液壓缸最大起動壓值的 150%～200%，而必須比系統(tǒng)調(diào)整壓力低，順序閥的控制壓力可調(diào)節(jié)為 0.6～0.7MPa。壓力蓄電器發(fā)訊時壓力必須比系統(tǒng)額定壓力值稍小一些 ，可調(diào)節(jié) 1.4～1.5MPa。第五章 系統(tǒng)熱平衡計算與油箱容積的計算系統(tǒng)發(fā)熱量可以由功能守恒平均有效功率的概念，本設(shè)計中定位夾緊液壓泵功率很小，所以略去不計。第六章 畢業(yè)設(shè)計總結(jié)通過此次畢業(yè)設(shè)計，使自己有了更深層次地了解了設(shè)計液壓系統(tǒng)時的一些方法及過程以及繪制有關(guān)零件時應注意的一些細小環(huán)節(jié)。本次設(shè)計不算太好，只可以說大致完成了指導老師所提出的要求，畢竟在設(shè)計過程中對一些參數(shù)的選擇上還存在一些不太全面、不合理的選擇（選擇的參數(shù)有些太靠近極限） 。在今后遇到類似的情況將重點對待參數(shù)的選擇以及計算。致謝:在整個設(shè)計過程中，我始終感覺到指導老師范老師和孫老師那種誨人不倦的高風亮節(jié)，這將永遠激勵著我。在我遇到困難的時候，孫老師總是耐心的引導我將困難解決并指出我在設(shè)計過程中存在的一些細小的問題以及制圖中存在的問題。在此，我感謝孫老師和范老師在這次畢業(yè)設(shè)計中予以我的極大幫助。參考文獻1. 季名善,齊人光主編.液氣壓傳動.上海:機械工業(yè)出版社,20012. 王之櫟,王大康主編.機械設(shè)計綜合課程設(shè)計.北京: 機械工業(yè)出版社,20033. 胡荊生主編.公差配合與技術(shù)測量基礎(chǔ).北京:中國勞動社會保障出版社.20004. 陳?？骶?機械制造工藝基礎(chǔ). 北京:中國勞動社會保障出版社.20005. 陳?？骶?機械基礎(chǔ). 北京:中國勞動社會保障出版社.20016. 趙家齊主編.機械制造工藝書. 北京: 機械工業(yè)出版社,20007. 孫麗媛主編.機械制造工藝及專用夾具設(shè)計指導. 治金工業(yè)出版社,2003液壓元件型號規(guī)格序 號 元 件 名 稱 通 過 流 量q(L.min )1?型 號 規(guī) 格1 低壓齒輪泵 25 CB-B252 溢流閥 25 Y-253 單向閥 2.8 I-10B4 單向閥 20.16 B-25B5 三位四通閥 25 34D-25BY6 快進二位二通電磁閥 25 22D-25B7 調(diào)速閥 ＜1 Q-10B8 二位四通換向閥 2.8 24D-10B9 單向閥 2.8 XI-B10B10 壓力蓄電器 DP1-63B11 蓄能器 NXQ-0.6/1012 電動機 JQ2-22-413 壓力表 Y-6014 濾油器 25 WU-25×180J15 二位三通換向閥 10 23D-10B 液 壓 系 統(tǒng) 圖