毕业设计精品单面多轴钻孔组合机床液压系统.doc
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1、学生课程设计(论文)题 目: 单面多轴钻孔组合机床液压系统 学生姓名: 学 号: 所在院(系): 机电工程学院 专 业: 机械设计制造及自动化 班 级: 2007级机械电子1班 指 导 教 师: 职称: 副教授 2010年 7 月 3 日教务处制课程设计(论文)指导教师成绩评定表题目名称题目一:组合机床液压系统设计评分项目分值得分评价内涵工作表现20%01学习态度6遵守各项纪律,工作刻苦努力,具有良好的科学工作态度。02科学实践、调研7通过实验、试验、查阅文献、深入生产实践等渠道获取与课程设计有关的材料。03课题工作量7按期圆满完成规定的任务,工作量饱满。能力水平35%04综合运用知识的能力1
2、0能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题,能正确处理实验数据,能对课题进行理论分析,得出有价值的结论。05应用文献的能力5能独立查阅相关文献和从事其他调研;能提出并较好地论述课题的实施方案;有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。06设计(实验)能力,方案的设计能力5能正确设计实验方案,独立进行装置安装、调试、操作等实验工作,数据正确、可靠;研究思路清晰、完整。07计算及计算机应用能力5具有较强的数据运算与处理能力;能运用计算机进行资料搜集、加工、处理和辅助设计等。08对计算或实验结果的分析能力(综合分析能力、技术经济分析能力)10具有较强的数据收集、分析、处理、综合的能力。成果质量45%0
3、9插图(或图纸)质量、篇幅、设计(论文)规范化程度5符合本专业相关规范或规定要求;规范化符合本文件第五条要求。10设计说明书(论文)质量30综述简练完整,有见解;立论正确,论述充分,结论严谨合理;实验正确,分析处理科学。11创新10对前人工作有改进或突破,或有独特见解。成绩指导教师评语指导教师签名: 年月日本科学生课程设计任务书题目D单面多轴钻孔组合机床动力滑台1、课程设计的目的学生在完成液压传动与控制课程学习的基础上,运用所学的液压基本知识,根据液压元件、各种液压回路的基本原理,独立完成液压回路设计任务;从而使学生在完成液压回路设计的过程中,强化对液压元器件性能的掌握,理解不同回路在系统中的
4、各自作用。能够对学生起到加深液压传动理论的掌握和强化实际运用能力的锻炼。2、课程设计的内容和要求(包括原始数据、技术要求、工作要求等)单面多轴钻孔组合机床,动力滑台的工作循环是:快进工进快退停止。液压系统的主要性能参数要求如下,轴向切削力为Fa=24000N;滑台移动部件总质量为G=510kg;加、减速时间为0.2s;采用平导轨,静摩擦系数为0.2,动摩擦系数为0.1,;快进行程为了S1=200mm,工进行程为s2=100mm,快进与快退速度相等,均为 3.5mmin,工进速度为v= 30mmmin。工作时要求运动平稳,且可随时停止运动。试设计动力滑台的液压系统。完成设计计算,拟定系统方案图,
5、确定各液压元件的型号及尺寸,设计液压缸。3、主要参考文献1 章宏甲主编,液压与气压传动,机械工业出版社出版 2007.12路甬祥主编.液压气动技术手册.北京.机械工业出版社.20023雷天觉主编.液压工程手册.北京.机械工业出版社.19904、课程设计工作进度计划 内容学时明确机床对液压系统的要求,进行工作过程分析4初步确定液压系统的参数,进行工况分析和负载图的编制14确定液压系统方案,拟订液压系统图4确定液压制造元件的类型并选择相应的液压元件,确定辅助装置4液压系统的性能验算2液压油箱的结构设计,制图及编制技术文件12合计1周指导教师(签字)日期年 月 日教研室意见:年 月 日学生(签字):
6、 接受任务时间: 年 月 日注:任务书由指导教师填写。2设计参数设计参数见表2表2 设计参数序号FaG S1S2vdsD124000510200100300.10.2D220000500200110320.10.2D325000480190100300.10.2D422000500210100350.10.2D525000520200110350.10.2D626000530180100350.10.2D72600048019090350.10.2D830000550210100380.10.2D930000600220120400.10.2D1028000580210100400.10.2目
7、 录摘 要11 设计方案拟定21.1 方案分析21.2 方案确定22 负载分析计算32.1 压系统的要求32.2 分析系统工况,确定主要参数32.2.1 确定执行元件32.2.3 负载图和速度图的绘制42.2.4 液压缸主要参数的确定53 液压系统原理图的拟定83.1 液压回路的选择83.2 流量和方向控制设计83.3 压力控制设计83.4 能耗控制设计84 液压元件的选择114.1 液压泵及驱动电机规格选择114.1.1 大、小泵最高工作压力计算114.1.2 总需供油量114.1.3 电动机的选择124.2 阀类元件及辅助元件的选择124.2.1阀类元件及辅助元件的选择124.2.2 油管
8、134.2.3 油箱135 液压系统性能的验算155.1 验算系统压力损失并确定阀的调整值155.2 油液温升验算166 液压系统油箱结构设计186.1容积的确定186.2 壁厚、箱顶及箱顶元件的设计196.3 箱壁、清洗孔、吊耳、液位计的设计196.4 箱底、放油塞及支架的设计196.5 油箱内隔板及除气网的设置20参考文献21致 谢22摘 要现代机械一般多是机械、电气、液压三者紧密联系,结合的一个综合体。液压传动与机械传动、电气传动并列为三大传统形式,液压传动系统的设计在现代机械的设计工作中占有重要的地位。因此,液压传动课程是工科机械类各专业都开设的一门重要课程。它既是一门理论课,也与生产
9、实际有着密切的联系。为了学好这样一门重要课程,除了在教学中系统讲授以外,还应设置课程设计教学环节,使学生理论联系实际,掌握液压传动系统设计的技能和方法。液压传动课程设计的目的主要有以下几点:1、综合运用液压传动课程及其他有关先修课程的理论知识和生产实际只是,进行液压传动设计实践,是理论知识和生产实践机密结合起来,从而使这些知识得到进一步的巩固、加深提高和扩展。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选用原则和回路的组合方法,培养设计技能,提高学生分析和嫁接生产实际问题的能力,为今后的设计工作打下良好的基础。3、通过设计,学生应在计算、绘图、运用和熟悉设计资料(包括设计手册、
10、产品样本、标准和规范)以及进行估算方面得到实际训练。关键词 现代机械,液压传动系统,液压传动课程设计。1 设计方案拟定1.1 方案分析对设计液压系统进行分析,已知设计的是一卧式单面多轴钻孔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。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
11、。由于其工况过程分段情况很大,节约能源,节约成本可采用变量泵来实现不同工况对油量的不同需要。闭式油箱,不易于散热,要附加散热器,增加了成本。方案二:选用单杆活塞缸来实现工作循环所要求的快进、工进运动,借鉴经典的实现快进、快退的连接方式,差动连接来实现,而对于有大冲击,工作阻力不定对加工过程的影响,采用使用在回油路上接背压阀和在进油路上用调速阀和行程阀的组合来实现。对于工况分段情况很大,借鉴同类机床多数采用双泵供油来节约能源。为减少热变形对加工精度的影响,减少热源,选用远离机床床身的开式油箱。方案三:选用单杆活塞缸来实现工作环循环所要求的快进、工进运动,对运动方向的改变可以二位二通电磁换向阀来、
12、单向阀和调速阀来实现。液压泵选用变量泵,这种方案就是在快进的时候油液流经阀的速度快,流量大,局部损失大,油液发热高,使液压液的粘性降低,影响系统的稳定性 。1.2 方案确定综合比较方案一、方案二和方案三,从经济成本、以往同类成功机床的例子和可操作性考虑后,选用方案二。方案二的具体设计过程如下。2 负载分析计算2.1 压系统的要求由于设计一卧式单面多轴钻孔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,系统参数如下表,动力滑台采用平面导轨,其静,动摩擦系数分别为0.2,0.1往复运动的加减速时间要求不大于0.2s。2.2 分析系统工况,确定主要参数2.2.1 确定执行元件由于
13、机床要求液压系统完成的是直线运动,最大行程为:240mm,其属于短行程,故选用执行元件为:液压缸。(其具体的参数在后面经计算后再确定)2.2.2 分析系统工况工作负载 Fa=22000惯性负载阻力负载 静摩擦阻力动摩擦阻力由此得出液压缸在各工作阶段的负载如下表21所示:表2-1 液压缸在各工作阶段的负载 (单位:N)工况负载组成负载值F推力起动9801089加速672746快进490544工进2249024988快退490544注:1液压缸的机械效率通常取0.90.95,此处取0.9。2不考虑动力滑台上颠覆力矩的作用。参考资料12.2.3 负载图和速度图的绘制负载图按上面表中数值绘制,如图11
14、。速度图按已知数值, 、,快退行程和工进速度等的绘制,如图12,V2=0.030m/minV(m/min)p/MPa,q(l/min),p/KW 图2.1 负载图 图 2.2 速度图2.2.4 液压缸主要参数的确定a 初选系统工作压力由资料2中表11-2可知,卧式单面多轴钻孔组合机床液压系统的最大负载为25000N时,可以取34MPa,参考资料1中表42.45中推荐液压系统的公称压力,取=3.5MPa。b 确定液压缸型式、规格及尺寸由于工作进给速度与快速运动速差较大,且快进、快退速度要求相等,从降低总流量需求考虑,确定采用最适的差动液压缸。利用这时活塞杆较粗可以通油的有利条件,沿用活塞杆固定,
15、缸体随滑台运动的常用典型安装形式。由于快进、快退的速度相等,故可以知,推出液压缸特征:。钻孔加工时,液压缸回路上必须具有背压,以防孔被钻通时突然消失而造成滑台突然前冲而设置的回油腔背压0.8MPa。快进时液压缸虽作差动联接,但由于油管中有压降存在,有杆腔的压力必须大于无杆腔,估算时可取。快退时回油腔中是有背压的,这时可按0.6MPa估算。可以算出工作腔需要的工作面积由工进时的推力式(53)得:故有 ;根据资料1表42.42(液压缸缸筒内径尺寸系列)和表42.43(液压缸活塞杆外径尺寸系列)将这些直径圆整成就近标准值时得;D=100mm,d=70mm。由此求得液压缸两腔的实际有效面积为:经检验,
16、活塞杆的强度和稳定性均符合要求。c 计算最大流量需求:此流量较为适中,可以接受。根据以上D与d的值,可估算液压缸在各个工作阶段中的压力、流量和功率值,如表2-2所示。表22 液压缸在各个工作阶段中的压力、流量和功率值工况计算公式推力回油腔压力 进油腔压力输入流量输入功率快 进起动108900.283_加速7461.2130.713_恒速5441.120.6613.480.148工进,249880.83.590.240.014快 退起动108900.272加速7460.61.36恒速5440.61.31140.306并根据此绘出工况图如图23p/MPa,q(l/min),p/KW图 2.3 组合
17、机液压缸工况3 液压系统原理图的拟定3.1 液压回路的选择钻削负载为阻力负载,在钻入铸件表面及钻通孔时的开始和结束时间存在先后等因素影响下,负载存在突变的可能。但从工况图2.3中可知功率较小,故工作进给采用具有压差补偿的进口调速阀的调速方式。由于液压系统选用了节流节流调速的方式和为了更好的散热,系统中油液的循环选项取是开式的。3.2 流量和方向控制设计快进、工进采用与调节器速阀并联的两位二通阀换接实现。差动液压缸实现快进时,需要能利用回流的差动回路配合,故选用三位五通阀实现通断、换向、差动连接等功能。由于流量及功率均较小,控制阀均用普通滑阀式结构。另外尚需要采用单向阀配合控制油流方向。3.3
18、压力控制设计系统工作压力由溢流阀控制调节。负载阻力在钻削过程中的突变,特别是加工完毕后负载突然消失,采用附有压差补偿控制的调速阀,而不用节流阀,再在回流路上附加可调背压阀,就可使工作速度稳定和避免发生前冲现象。3.4 能耗控制设计在流量、方向和压力液压系统关键参数决定后,还要考虑能耗控制,用尽量少的能量来实现控制,以达到节能的目的和降低生产成本的目的。由工况图知: (快进所花时间) (工进所花时间) (快退所花时间)数据表明: 即,这表明在一个工作循环中的大部分时间都处于高压小流量工作。从提高系统效率、节省能量角度来看,选用单定量泵油源显然是不合理的,为此可选用限压式变量泵或双联叶片泵作为油源
19、。此系统大部分时间在高压小流量下工作显然采用单定量泵溢流动力源,长时大流量溢流会造成能量大量损失,是不可取的。考虑到前者流量突变时液压冲击较大,工作平稳性差,且后者可双泵同时向液压缸供油实现快速运动,最后确定选用双联叶片泵方案,。故在此采用双泵供油动力源,有得于降低度能耗,有利于生产成本。如图3.1-a所示。(a)油源 (b)换向回路 (c)速度换接回路图3.1 液压回路的选择元件为了防止快进转工进时速差变化太大,达倍而产生压力冲击,选择快速运动和换向回路 本系统已选定液压缸差动连接和双泵供油两种快速运动回路实现快速运动。考虑到从工进转快退时回油路流量较大,故选用换向时间可调的电液换向阀式换向
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