双面钻通孔卧式组合机床液压传动课程设计.doc

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1、课 程 设 计 说 明 书设计题目：双面钻通孔卧式组合机床液压进给系统及液压夹紧装置系 别：机 械专 业 班：09机自职2姓 名：冯 强指导老师：严 明 霞湖 北 工 业 大 学2012年6月4日课程设计任务书机 械 系 机 自 专业 09 机 自 职 2 班姓名：冯 强题目：双面钻通孔卧式组合机床液压进给系统及液压夹紧装置课程设计内容与要求：题目:设计一台双面钻通孔卧式组合机床液压进给系统及液压夹具装置.机床的工作循环为:工件加紧左右动力部件快进左右动力部件工进左动力部件快退右动力部件继续工进左动力部件停止,右动力部件快退右动力部件停止工件松开.工件加紧力为8000N,左右切削负载皆为150

2、00 N,左右动力部件重力皆为9800 N,快进,快退速度为5m/min,快进行程为100mm，工进速度为30200mm/min，左动力部件工进行程为50mm，右动力部件工进行程为80mm。往复运动的加速，减速时间为0.2s，滑台为平导轨，静，动摩擦系数分别为0.2，0.1。课程设计开始日期2012年5月20日 指导老师： 严 明 霞课程设计完成日期2012年6月3日摘要 力滑台（HY4A1），自动化程度高，定位、夹紧均有液压系统实现，进工作进给的左右滑台也可组合机床是由通用部件及某些专用部件所组成的高效率和自动化程度较高的专用机床。她能完成钻，镗，铣端面，倒角，攻螺纹等加工和工件的转位，定位

3、，加紧，输送等动作。通用部件按功能可分为动力部件，支撑部件，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。卧式双面组合机床液压进给系统及液压夹具装置是用来控制液压动力滑台的，通过动力滑台来实现组合机床的各个动作从而完成工件的加工。液压系统中有四个液压缸，其中两个为工作进给缸，一个定位缸，一个加紧缸。该系统中采用标准液压动同时实现工作循环。关键词：组合机床、高效率、自动化、动力滑台、液压系统ABSTRACTPower sliding table ( HY4A - 1), a high degree of automation,

4、positioning, clamping has hydraulic system, into the feed side table can also be combined machine tool is composed of common parts and some special components of high efficiency and high degree of automation for machine tool. She can finish drilling, boring, milling, chamfer, tapping and other proce

5、ssing of the workpiece and the transposition, positioning, intensify, conveying movement. General components can be classified according to the functions of power components, supporting parts, conveyor components, control components and auxiliary components of five kinds. Power unit for modular mach

6、ine tool with main movement and feed movement of the parts, the main driving force for box, cutting head and a power sliding feed table. The horizontal-type two-sided combination machine tool hydraulic feed system and hydraulic clamp device is used to control the hydraulic power sliding table, the p

7、ower sliding table to realize the combination of machine tools of various actions to complete the processing of the workpiece. The hydraulic system of four hydraulic cylinders, two of which as the feed cylinder, a positioning cylinder, a press cylinder. The system uses the standard hydraulic pneumat

8、ic and RealizationFor loop.绪论液压技术是现代机械工程的基本技术构成和现代控制工程的基本技术要素，是一门新的技术。上个世纪60年代以后，随着原子能科学、空间技术、计算机技术的发展，液压技术也得到了很大的发展，渗透到国民经济的各个领域之中，在工程机械、冶金、军工、农机、汽车、轻纺、船舶、石油、航空、和机床工业中，液压技术也得到了普遍的应用。当前液压技术正向高压、高速、大功率、高效率、低噪声、低消耗、经久耐用、高度集成化等方向发展；同时，新型液压元件的应用，液压系统的计算机辅助设计、计算机仿真和优化、微机控制等工作，也取得日益取得了显著的成果。应用液压技术的程度已成为衡量

9、一个国家工业化水平的重要标志之一。正确合理地设计与使用液压系统，对于提高各类液压机械及装置的工作品质和经济性能具有重要意义。我国的液压工业开始于上个世纪50年代，其产品最初应用于机床和锻压设备，后来又用于拖拉机和工程机械。自1964年开始从国外引进液压元件生产技术，同时自行设计液压产品以来，我国的液压件生产已形成系列，并在各种机械设备上得到了广泛的使用。目前，我国机械工业在认真消化、推广从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（如中高压齿轮泵、比例阀、叠加阀及新系列中高压阀等），加强产品质量的可靠性和新技术应用的研究，积极采用国际标准和执行新的国家标准，合理调整产品结构，对

10、一些性能差的不符合国家标准的液压件产品采取逐步淘汰的措施。可以看出，液压传动技术在我国的应用与发展已经进入了一个崭新的历史阶段。卧式双面组合机床液压进给系统及液压夹具装置就是利用液压技术来控制动力滑台，并完成工件的定位、夹紧等。采用液压技术后，组合机床可以在较大的范围内进行无级调速，具有良好的换向性能，且能够实现自动工作循环，从而提高效率。随着液压技术的发展，它在机床上的应用必将不断地得到扩大和完善。去题目:设计一台双面钻通孔卧式组合机床液压进给系统及液压夹具装置.机床的工作循环为:工件加紧左右动力部件快进左右动力部件工进左动力部件快退右动力部件继续工进左动力部件停止,右动力部件快退右动力部件

11、停止工件松开.工件加紧力为8000N,左右切削负载皆为15000 N,左右动力部件重力皆为9800 N,快进,快退速度为5m/min,快进行程为100mm，工进速度为30200mm/min，左动力部件工进行程为50mm，右动力部件工进行程为80mm。往复运动的加速，减速时间为0.2s，滑台为平导轨，静，动摩擦系数分别为0.2，0.1。目录摘要1ABSTRACT1绪论2第一章 工况分析及液压原理图的拟定41.1工况分析41.1.1工作负载的计算41.1.2运动分析51.2液压系统原理图71.3液压系统工作原理分析7第二章 液压缸的分析计算82.1液压缸工作压力的选定82.1.1液压缸内径及活塞杆

12、直径的计算92.1.2液压缸工作缸内径的计算92.1.3 确定活塞杆直径92.1.4 活塞杆稳定性校核92.2计算液压缸工作阶段的最大流量102.2.1 各阶段功率计算102.2.2 各阶段的压力计算102.3液压缸的主要尺寸的设计计算102.3.1液压缸主要尺寸的确定102.3.2液压缸壁厚和外径的计算102.4液压缸工作行程的确定122.4.1缸盖厚度的确定122.4.2最小导向长度的确定132.4.3缸体长度的确定132.4.4液压缸的结构设计142.5缸筒与缸盖的连接形式142.5.1活塞142.5.2缸筒152.5.3排气装置152.5.4缓冲装置152.6定位缸的计算162.7 夹

13、紧缸的计算16第三章 确定液压泵规格和电动机功率及型号173.1确定液压泵的规格173.2确定液压泵及电动机型号183.2.1 计算液压泵驱动功率183.2.2选用电动机型号183.3 选用阀类元件及辅助元件19第四章 液压系统的性能验算194.1压力损失及调定压力的确定194.2系统的发热与温升214.3系统的效率22第五章 结 束 语22参 考 文 献23第一章 工况分析及液压原理图的拟定1.1 工况分析1.1.1工作负载的计算液压缸所受外负载F包括三种类型，即：根据以上计算结果列出各工作阶段所受的外负载见表1.1工况计算公式外负载F/N缸推力F/N启动19602177.8加速139715

14、52.2快进9801088.9工进1598017755.6反向启动19602177.8加速+ 13971552.2快退9801088.91.1.2运动分析按设备要求，把执行原件在完成一个循环时的运动规律用图表示出来，即速度图1.2液压系统原理图1.3液压系统工作原理分析（1）定位、夹紧按下启动按钮，压力油经过滤器和双联叶片泵流出，此时只有电磁换向阀6 1YA得电，当换向阀左位接入回路而且顺序阀7的调定压力大于液压缸10的最大前进压力时，压力油先进入液压缸10的左腔，实现动作；当液压缸行驶至终点后，压力上升，压力油打开顺序阀7，实现动作。（2）左右动力部件快进当工件被定位、夹紧后，定位、夹紧回路

15、中液压油达到某一固定压力值，压力继电器8发出信号，使电磁换向阀3YA、5YA得电，由于液压缸差动连接，实现快进。（3）左右动力部件工进当左右动力滑台快进至工件时，压下行程开关SQ1，促使电磁换向阀13得电，差动连接消除，实现同时工进。（4）左动力部件快退，右动力部件继续工进由于左动力部件工进50mm先压下行程开关SQ2，促使电磁换向阀4YA得电，实现快退，而右动力部件工进行程为80mm，所以继续工进。(5)左动力部件停止，右动力部件快退当右动力部件继续工进，压下行程开关SQ3促使电磁换向阀4YA失电，6YA得电，实现左动力部件停止，右动力部件快退。 (6)右动力部件停止 当右动力部件快退压下行

16、程开关SQ4促使电磁换向阀11的6YA失电回到中位，同时电磁换向阀6的2YA得电，右动力部件停止运动。（7）工件松开，拔销，停机卸载 由于电磁换向阀6的2YA得电，换向阀右位接入回路且左顺序阀的调定压力大于液压缸9的最大返回压力，两液压缸则按和的顺序返回，实现松开，拔销。当回路中液压油达到某一固定压力值，压力继电器17发出信号，使电磁换向阀2YA失电，实现停机卸载。第二章 液压缸的分析计算2.1 液压缸工作压力的选定按工作负载选定工作压力 见表2.1液压缸工作负载（N）50000液压缸工作压力（MPa）0.811.522.53344557表2.2 按设备类型确定工作压力设备类型机床农用机械或中

17、型工程机械液压机，重型机械，起重运输机械磨床组合机床龙门刨创拉床系统压力（MPa）0.81352881010162032由以上两个表格可选择液压缸的工作压力为3MPa2.1.1液压缸内径及活塞杆直径的计算2.1.2液压缸工作缸内径的计算由负载图知，最大负载力F为15980N，液压缸的工作压力为3MPa则2.1.3 确定活塞杆直径活塞杆材料选择45钢取活塞杆直径d=0.5D=40mm,取标准值d=40mm则液压缸的有效作用面积为：有无活塞杆 计算公式有活塞杆 37.68无活塞杆50.242.1.4 活塞杆稳定性校核因为右活塞杆总行程为180mm，而活塞杆直径为40mm, L/D=180/40=4

18、.510由上式计算的结果可知，mm，满住稳定性条件。2.2计算液压缸工作阶段的最大流量q快进=A1V快进=10-45/60=4.1910-4m3/s=25.14L/minq工进=A1V快进=50.2410-40.2/60=1.6710-560/10-3m3/s=1.002L/minq快退=A2V快退=37.6810-45/60=3.1410-4m3/s=18.84L/min2.2.1 各阶段功率计算2.2.2 各阶段的压力计算2.3液压缸的主要尺寸的设计计算2.3.1液压缸主要尺寸的确定由之前元件参数计算与设计中工作液压缸的内径D=80mm，活塞杆直径d=40mm已确定。2.3.2液压缸壁厚和

19、外径的计算液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。液压缸的壁厚一般指缸体结构中最薄处的厚度。承受内压力的圆筒，其内应力分布规律因壁厚的不同而各异，一般计算时可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。当缸体壁厚与内径之比小于0.1时，称为薄壁缸体，薄壁缸体的壁厚按材料力学中计算公式：(m)式中：缸体壁厚（m）P液压缸的最大工作压力（）D缸体内径（m）缸体材料的许用应力（）查参考文献得常见缸体材料的许用应力：铸钢：=（10001100） 无缝钢管：=（10001100） 锻钢：=（10001200） 铸铁：=（600700） 选用铸钢作为缸体材料： 在中低压机床液压系统中，缸体壁厚的强度是次要的，缸体壁厚一般由结构

20、，工艺上的需要而定，只有在压力较高和直径较大时，才由必要校核缸体最薄处的壁厚强度。当缸体壁厚与内径D之比值大于0.1时，称为厚壁缸体，通常按参考文献7中第二强度理论计算厚壁缸体的壁厚：因此缸体壁厚应不小于1.3mm，又因为该系统为中低压液压系统，所以不必对缸体最薄处壁厚强度进行校核。缸体的外径为： 2.4液压缸工作行程的确定液压缸的工作行程长度，可根据执行机构实际工作的最大行程来确定。由查参考文献表液压缸活塞行程参数（GB2349-80） (mm)25508010012516020025032040050063080010001250160020002500320040004063901101

21、4018022028036045055070090011001400180022002800390024026030034038042048053060065075085095010501200130015001700190021002400260030003800根据左缸快进和工进行程（50+100）mm，选择左边液压缸工作行程为160mm。根据右缸快进和工进行程（80+100）mm，选择右边液压缸工作行程为200mm。2.4.1缸盖厚度的确定缸筒底部（即缸盖）有平面和拱形两种形式，由于该系统中液压缸工作场合的特点，缸盖宜选用平底形式，查参考文献可得其有效厚度t按强度要求可用下面两式进行近似

22、计算：缸盖有孔时：缸盖无孔时：式中：t缸盖有效厚度（m） P液压缸的最大工作压力（） 缸体材料的许用压力（） 缸底内径（m） 缸底孔的直径（m）查参考文献5缸盖的材料选用铸铁，所以：缸盖有孔时：缸盖无孔时：2.4.2最小导向长度的确定当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到缸盖滑动支撑面中点的距离H称为最小导向长度(图3.1)，如果最小导向长度过小将使液压缸的初始挠度增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一定的最小导向长度。对一般的液压缸最小导向长度H应满足以下要求： 式中：L-液压缸的最大行程D-液压缸的内径 图3-1液压缸的导向长度2.4.3缸体长度的确定液压缸的缸体内部长度应等于活

23、塞的行程与活塞的宽度之和，缸体外形长度还要考虑到两端端盖的厚度，一般液压缸缸体长度不大于内径的2030倍,即在本系统中缸体长度不大于16002400mm,现取左缸体长度为208mm，右缸体长度为250mm。2.4.4液压缸的结构设计液压缸主要尺寸确定以后，就进行各部分的结构设计。主要包括：缸筒与缸盖的连接结构、活塞杆与活塞的连接结构、活塞杆导向部分结构、密封装置、缓冲装置、排气装置、及液压缸的安装连接结构等。2.5缸筒与缸盖的连接形式缸筒与缸盖的连接形式有多种，如法兰连接、外半环连接、内半环连接、外螺纹连接、拉杆连接、焊接、钢丝连接等。该系统为中低压液压系统，缸体材料为铸钢，液压缸与缸盖可采用

24、外半环连接，该连接方式具有结构简单加工装配方便等特点。2.5.1活塞活塞在液体压力的作用下沿缸筒往复滑动，因此它于缸筒的配合应适当，即不能过紧，也不能间隙过大。设计活塞时，主要任务就是确定活塞的结构形式，其次还有活塞与活塞杆的连接、活塞材料、活塞尺寸及加工公差等。(1)活塞的结构形式活塞的结构形式分为整体活塞和组合活塞，根据密封装置形式来选用活塞结构形式，查参考文献活塞及活塞杆的密封圈使用参数，该系统液压缸中可采用O形圈密封。所以，活塞的结构形式可选用整体活塞，整体活塞在活塞四周上开沟槽，结构简单(2)活塞与活塞杆的连接查参考文献活塞杆与活塞的连接结构分整体式结构和组合式结构，组合式结构又分为

25、螺纹连接、半环连接和锥销连接。该系统中采用螺纹连接，该连接方式结构简单，在振动的工作条件下容易松动，必须用锁紧装置，多在组合机床上与工程机械的液压缸上使用。（3）活塞的密封查参考文献活塞与活塞杆的密封采用O形圈密封，因该系统为中低压液压系统(P),所以活塞杆上的密封沟槽不设挡圈,其沟槽尺寸与公差由GB/T3452.3-98确定, O形圈代号为： G GB/T3452.1-92，具体说明从略。（4）活塞材料因为该系统中活塞采用整体活塞，无导向环结构，参考文献所以活塞材料可选用HT200HT300或球墨铸铁，结合实际情况及毛坯材料的来源，活塞材料选用HT200。（5）活塞尺寸及加工公差查参考文献5

26、活塞的宽度一般取B=(0.61.0)D,缸筒内径为80mm,现取B=0.680=48,活塞的外径采用f9,外径对内孔的同轴度公差不大于0.02mm,活塞的内孔直径D1设计为40mm，精度为H8，查参考文献4可知端面T对内孔D1轴线的垂直度公差值按7级精度选取，活塞外径的圆柱度公差值按9级、10级或11级精度选取。外表面的圆度和圆柱度一般不大于外径公差之半，表面粗糙度视结构形式不同而各异。2.5.2缸筒缸筒材料一般要求有足够的强度和冲击韧性，对焊接的缸体还要求有良好的焊接性能，结合该系统中液压缸的参数、用途和毛坯的来源等，缸筒的材料可选用铸钢。在液压缸主要尺寸设计与计算中已设计出液压缸体壁厚最小

27、厚度应不小于1.3mm，缸体的材料选用铸钢，查参考文献，缸体内径可选用H8、H9或H10配合，现选用H9配合，内径的表面粗糙度因为活塞选用O形圈密封取为0.3，且需珩磨，缸筒内径的圆度和圆柱度可选取8级或9级精度，缸筒端面的垂直度可选取7级精度。缸筒与缸盖之间的密封采用O形圈密封，O形圈的代号为1153.55 G GB/T3452.1-1992。2.5.3排气装置排气装置用于排除液压缸内的空气，使其工作稳定，一般把排气阀安装在液压缸两端的最高位置与压力腔相通，以便安装后、调试前排除液压缸内的空气，对于运动速度稳定性要求较高的机床和大型液压缸，则需要设置排气装置，如排气阀等。排气阀的结构有多种形

28、式。该排气阀为整体型排气阀，其阀体与阀芯合为一体，材料为不锈钢3cr13，锥面热处理硬度HRC3844。2.5.4缓冲装置液压缸的行程终端缓冲装置可使带着负载的活塞，在到达行程终端减速到零，目的是消除因活塞的惯性力和液压力所造成的活塞与端盖的机械撞击，同时也为了降低活塞在改变运动方向时液体发出的噪声。因为该液压系统速度换接平稳，运动速度为5m/min37.68L/minDBD-1314,19背压阀14.4EJX63-10116三位四通电磁换向阀0.4825E34DH-10117单向顺序阀19.2AF3-Ea10B18,17压力继电器EYX63-6111,23三位四通电磁换向阀18.84E34D

29、H-25212,22调速阀114.4DBD-61（1） 油管 油管内径一般参照所接元件接口尺寸确定，也可按管路中允许流速计算，在本例中，出油口采用内径为18mm，外径为20mm的紫铜管。（2） 油箱 油箱容积根据液压泵的流量计算，取其体积V=(57)qp 即V=280L.第四章 液压系统的性能验算4.1压力损失及调定压力的确定根据计算工进时的管道内的油液流动速度约为0.2m/s，通过的流量为1.002L/min。数值较小，主要压力损失为调速阀两端的压降，此时功率损失最大。此时油液在进油管中的速度为(1) 沿程压力损失 首先要判断管中的流态，设系统采用N32液压油。室温为时， 所以有：，管中为层

30、流，则阻力损失系数，若取进、回油管长度均为2m ，油液的密度为，则其进油路上的沿程压力损失为（2）局部压力损失 局部压力损失包括管道安装和管接头的压力损失和通过液压阀的局部压力损失，前者视管道具体安装结构而定，一般取沿程压力损失的10%，而后者则与通过的流量大小有关，若阀的额定流量和额定压力损失为,则当通过的额定流量为q时的阀压力损失为 因为GE系列10mm通经的阀的额定流量为63L/min,叠加阀10mm通经系列的额定流量为40L/min，而在本例中通过整个阀的压力损失很小，且可忽略不计，快进时回油路上的流量为 快进时回油路油管中的流速为 由此可计算 (2) 总的压力损失 (3) 压力阀的调

31、定值双联泵系统中卸荷阀的调定值应该满足工进的要求，保证双联泵同时向系统供油，因而卸荷阀的调定值应略大于快进时泵的供油压力 卸荷阀的调定压力应取3.7Mpa为宜，溢流阀的调定压力应大于卸荷阀调定压力为0.30.5Mpa取溢流阀的调定压力为5Mpa,背压阀的调定压力以夹紧缸的夹紧力为根据，即取背压阀的调定压力以定位缸的负载为根据即4.2系统的发热与温升（1）根据以上的计算可知，在工进时电动机的输入功率为 快退时电动机的输入功率为 快进时电动机输入功率为 夹紧时电动机输入功率为 （2）计算各阶段有效功率：快进：工进：快退： 夹紧：（3）校核热平衡，确定温升现以较大的值来校核其热平衡，求出发热温升，设

32、油箱的三个边长在1:1:11:2:3范围内，则散热面积为：假设通风良好，取，油液的温升为在单位时间内液压系统的发热量,p为液压系统输入功率（kw）,为液压系统总效率。液压的温升为： 室温为20，热平衡温度为30.97，没有超出允许范围。4.3系统的效率（1）工进阶段的回路效率 为小流量泵在工进时的工作压力等于液压缸工作腔压力加上进油路上的压力损失及压力继电器比缸工作腔最高压力所答的压力值 大流量泵的工作压力就是此泵通过温流阀所产生的损失 （取溢流阀型号为Y-10B,额定压力6.3MPa,额定压降0.3MPa） (2)液压执行元件的效率（本例中液压缸的效率）机械效率为，取0.95额定效率，活塞密

33、封为弹性体材质。 液压缸总效率可计算出该液压系统的效率：可见工进时液压系统效率极低，这主要是由于溢流损失和节流损失造成的。第五章 结 束 语毕业设计是在完成了三年的专业课学习，并进行了大量生产实习的基础上进行的最后 的一个教学环节。此次设计中虽然遇到了不少问题，但在严老师的指导下，经过了两个星期的努力，初步达到了预想的成功，并在设计过程中注重了以下几个方面的学习：（1）综合运用液压传动课程及其它有关先修课程的理论知识和实践知识，进行液压传动设计实践，使理论知识和生产实际知识密切地结合起来，从而使这些知识得到进一步的巩固、加深和扩展。（2）在设计实践中学习和掌握通用液压元件，尤其是各类标准元件的

34、选用原则和回路的组合方法，培养设计技能，提高分析问题和解决生产实际问题的能力，为今后的设计工作打下初步基础。 （3）通过设计，初步具备了设计简单液压系统的能力，同时也提高了自己查阅和运用有关手册、图表，运用AUTOCAD等软件及编写技术文件的技能，是很重要的一次实践环节。 此次设计除了考察我们专业课的能力之外，还培养了我们发现问题、分析问题并解决问题的能力，为即将离开母校河南机电高等专科学校，以后的工作奠定了良好的基础，更是对我们三年专业课学习的一个良好的总结。 由于能力所限，经验不足，设计中肯定有很多不足之处，希望各位老师多多加指导批评。参 考 文 献【1】 成大先.机械设计手册.单行本.液压传动.化学工业出版社，北京：2004.1【2】 液压传动课程设计指导书【3】 左健民 液压与气压传动 第四版 机械工业出版社，北京：2007.5 【4】张利平 液压传动设计指南 化学工业出版社, 北京:2009【5】 高等工程专科学校机制工艺及液压教学研究会液压组 液压传动设计指导书 华中工学院出版社,1987.12【6】 上海煤矿机械研究所 液压传动设计手册 上海人民出版社,1976.8