专用铣床液压系统.doc

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1、目 录一、 设计依据 1二、 工况分析 1三、 初步确定油缸参数，绘制工况图 4四、 确定液压系统方案和拟订液压系统原理图 7五、 选择液压元气件 9六、 验算液压系统性能12七、 心得体会 14八、 参考文献 15一、设计依据：下面将按照这一流程图来进行本次液压课程设计。设计一专用铣床的液压系统。工作台作往复直线运动，要求实现：快进工进快速退回。最大切削力F=9000N；铣床工作台重量G1=3000N，工件及夹具最大重量为G2=1000N；行程长度L=400mm（工进和快进行程均为200mm），快进、快退的速度均为4.5m/min，工作台的工进速度可调（601000）mm/min；启动、减速

2、、制动时间t=0.05s;该动力滑台采用水平放置的平导轨。静摩擦系数fs0.2；动摩擦系数fd0.1。二、工况分析液压系统的工况分析是指对液压执行元件进行运动分析和负载分析，目的是查明每个执行元件在各自工作过程中的流量、压力、功率的变化规律，作为拟定液压系统方案，确定系统主要参数（压力和流量）的依据。负载分析（一）外负载 =9000N其中表示最大切削力。对于专用铣床铣削时铣刀所承受的主切削力大小（单位N）为： (N)式中 P 单位切削力（） f 每转进给量（mm/r） 背吃刀量（mm）下面将进行具体参数的计算：由公式 可得 （其中表示每分钟进给速度，n表示铣刀的转速） 由设计依据可知 n=30

3、0r/min 工进速度=601000mm/min，故我们取=300mm/min。 对于单位切削力P，由以下的常用金属材料的单位切削力表可得，我们选P=2000。 表1-1类别材料牌号单位切削力P（） 钢易切钢Y40Mn1700结构钢45200040Cr不锈钢1Cr17Ni92500 铸铁灰铸铁HT2001140铸造合金铸造锡青铜ZcuSn5Pb5Zn5700铸造铝合金ZALSn7Mg720对于铣削背吃刀量,我们选用硬质合金铣刀，查铣工计算手册可得，取=1.5mm。根据以上的公式 可得：因为3000=3185N，所以选取的合适（二）阻力负载 静摩擦力：FPS=（G1+G2）fs 其中 Ffs静摩

4、擦力（N） G1、G2工作台及工件的重量（N） fs静摩擦系数 由设计依据可得：Ffs=（G1+G2）fs=(4000+1800)X0.2=1160N 动摩擦力Ffd=（G1+G2）fd 其中 Ffd动摩擦力（N） fd动摩擦系数 同理可得： Ffd=（G1+G2）fd=(4000+1800)X0.1=580N（三）惯性负载 机床工作部件的总质量m=（G1+G2）/g=5800/9.81=592kg 惯性力Fm=ma=N 其中：a执行元件加速度 （m/s） ut执行元件末速度 （m/s） u0执行元件初速度（m/s） t执行元件加速时间（s） 因此，执行元件在各动作阶段中负载计算如下表2-2所

5、示：工况油缸负载（N）负载值（N）启动F=Ffs1160加速F=Ffd+Fm1073快进F=Ffd580工进F=Ffd+Fc3580快退F=Ffd580图2铣床液压缸速度图按上表的数值绘制负载如图所示。 对于速度而言，设计依据中已经有了明确的说明，所以按照设计依据绘制如下： 铣床机床液压缸负载图 图1铣床液压缸负载图三、初步确定油缸参数，绘制工况图1、初选油缸的工作压力、 由上可以知道，铣床的最大负载F=3580N，根据下表可得： 表 3-3 按负载选择液压执行元件的工作压力载荷/（kN）50工作压力（Mpa）=57 选系统的工作压力P1=2Mpa。 由设计要求可知，导轨要求快进、快退的速度相

6、等，故液压缸选用单活塞杆式的，快进时采用差动连接，且液压缸活塞杆直径d0.7D。快进和工进的速度换接用三位四通电磁阀来实现。 铣床液压系统的功率不大，为使系统结构简单，工作可靠，决定采用定量泵供油。考虑到铣床可能受到负值负载，故采用调速阀的进油节流加背压阀的调速回路，所以回油路上具有背压P2，取背压P2=0.5Mpa。 2、计算油缸尺寸 可根据油缸的结构及连接方式计算油缸的面积、油缸直径D及活塞杆直径d计算出后应按标准予以圆整，然后再计算油缸的面积：此时由工进时的负载值按计算公式计算液压缸面积： 在将这些直径按照国标圆整成标准值得：D=0.06m, d=0.04m由此就求得液压缸两腔的实际有效

7、面积为，。3、油缸各工况的压力、流量、功率的计算（1）、工进时油缸需要的流量Q工进 （） Q 工进= A1U工进=A1:工进时油压作用的面积（） A1:工进时油压作用的面积（） U工进工进时油缸的速度 （mm/min）(2)、快进时油缸需要的流量Q快进 （） 差动连接时:Q快进=(A1-A2) U快进 = A1、A2分别表示油缸活塞腔、活塞杆截面积 （m） U快进油缸快进时的速度（mm/min）(3) 、快退时油缸需要的流量Q快退 （） Q快退= A2U快退 = U快退油缸退回时的速度 （mm/min）(4)、工进时油缸的压力 P2为工进时回油腔的背压,上面已经选取为0.5Mpa。（5）、快进

8、时油缸压力 这里：F分别表示快速启动、加速、快速时油缸的推力， P分别表示快速启动、加速、快速时油缸的压力。 表示管路中压力损失大小，这里我们取值为0.3Mpa。（6）、快退时油缸压力 F分别表示快速启动、加速、快速时油缸的推力，P分别表示快速启动、加速、快速时油缸的压力。P2的值为0.5MPa油缸工作循环中各阶段的压力、流量、功率实际值如表2所示：表4-4 液压缸在不同工作阶段的压力、流量和功率值工况负载F/N回油腔压力进油腔压力输入流量q/输入功率P/kW快进(差动)启动116000.96 加速10731.26 快进5800.860.00630.09 工进85800.51.600.0008

9、0.021快退启动116000.77加速10730.51.61快退5801.280.00780.166由以上所计算的数据我们绘制出工况图如下所示：图3液压缸工况图四、确定液压系统方案和拟订液压系统原理图(一)确定油源及调速方式由以上的计算可以知道，铣床液压系统的功率不大，工作负载的变化情况很小，因此，为使系统结构简单，工作可靠，决定采用定量泵供油。考虑到铣床可能受到负值负载，故采用回油路调速阀节流调速方式，并选用开式循环。从工况图中我们可以清楚的看出，在液压系统的工作循环中，液压缸要求油源提供的流量变化并不是很大，因此工进和快进的过程中，所需流量差别较小。故我们选用定量单液压泵供油。 图4（二

10、）选择基本回路1.选择换向回路及速度换接方式 由设计依据可以知道，设计过程中不考虑工件夹紧这一工序，并且从快进到工进时，输入液压缸的流量从6.3L/min降到0.8L/min，速度变化不是很大，所以采用电磁换向阀来实现速度的换接。压力继电器发讯，由电磁换向阀实现工作台的自动启动和换向。同时为了实现工作台能在任意位置停止，泵不卸载，故电磁阀必须选择O型机能的三位四通阀，如下图5所示：图5 由于要求工作台快进与快退速度相等，故快进时采用差动连接来实现快速运动回路，且要求液压缸活塞杆直径d0.7D。（三）选择调压回路设计过程中，在油源中采用溢流阀来调定系统的工作压力，因此调压问题基本上已经在油源中解

11、决，无须在另外设置调压系统。这里的溢流阀同时还能起到安全阀的作用。1、组合成液压系统图 将上面所选的液压基本回路组合在一起，便可得到以下的液压系统原理图。同时电磁铁的动作顺序表如下： 表5-5液压专用铣床电磁铁动作顺序表 工序1Y2Y3Y5Y 工作缸快进+工作缸工进+ 工作缸快退+ 图6 专用铣床液压系统原理图1-油箱；2-过滤器；3-叶片泵；4-溢流阀；5-三位四通电磁换向阀6单向调速阀；7-两位三通电磁换向阀；8-工作缸；9-压力继电器五、选择液压元气件（一） 液压泵的选择 由以上的设计可以得到，液压缸在整个工作过程中的最大压力是1.61Mpa，如取进油路上的压力损失为0.4Mpa，则此时

12、液压泵的最大工作压力是=1.61+0.4=2.01Mpa。 由以上的计算可得，液压泵提供的最大流量是7.8L/min,因为系统较为简单，取泄漏系数，则两个液压泵的实际流量应为： 由于溢流阀的最小稳定溢流量为3L/min，而工进时输入到液压缸的流量是3.8L/min，由流量液压泵单独供油，所以液压泵的流量规格最少应为6.8L/min。根据以上的压力和流量的数值查阅机械设计手册，最后选用YB1-6.3型单叶片液压泵，其排量大小为6.3ml/r,当液压泵的转速为1450r/min时，该液压泵的理论流量为9.14L/min。取液压泵的容积效率为，则液压泵的实际流量大小为： 由于由以上的计算过程中，我们

13、知道了液压缸在快退时的输入功率最大，此时液压泵的工作压力是1.28+0.4（进油路上的压力损失）=1.68Mpa，流量为6.8L/min，查表可得，取液压泵的总效率，则液压泵驱动电机所需的功率为 根据以上的数据查机械设计手册选用Y801型电动机，其额定功率为0.55kW，额定转速为1200r/min。（二）阀类元气件及辅助元气件的选择表5-5元气件的型号及规格 根据阀类及辅助元气件所在油路的最大工作压力和通过的最大实际流量，可选择这些器件的型号和规格如下表： 序号元件名称额定流量（L/min）额定压力(Mpa)质量(kg)型号1单叶片泵9.26.35.5YB1-6.32三位四通电磁阀256.3

14、34D-25BOP3二位三通电磁阀256.3 23D-25B4单向调速阀0.05（最小）0.5-6.33.2QI-10B5溢流阀200.4-6.31.7Y-10B6压力继电器 1.0-6.30.7DP1-63B7滤油器 162.50.18XU-B16X1008开关阀256.322D-25B（三）确定油管直径表6-6液压缸的进出、流量 由于液压泵在选定之后液压缸在各个工作阶段的进、出流量已与原来的数值不同，所以要重新计算，计算如下表4所示：快进工进快退输入流量（L/min）输出流量(L/min)运动速度(m/min) 由上表中的数值，按照书中推荐的油液在压油管的流速u=3m/s可得，液压缸有杆腔

15、和无杆腔相连的油管内径分别为： 两根油管按YB23164选用外径为13mm，壁厚为1.2mm的冷拔无缝钢管。（一） 油箱的设计对油箱容积我们进行估算，取经验数据，故其容积为： 取靠其最近的标准值V=50L六、验算液压系统性能油液温升的验算工进在整个工作循环中所占的时间比例是很长的，所以系统发热和油液温升可按工进时的工况来计算。工进时液压缸的有效功率是 由以上的计算可知，液压泵在工进时的工作压力为p=1.6+0.4( 进油路上的压力损失)=2Mpa,流量为6.8L/min,所以液压泵的输入功率为： 所以可得，液压系统的发热功率为： 油箱的散热面积为： 查表可得油箱的散热系数，则可得油液的温升为：

16、 查表知，此温升值没有超出允许范围，故液压系统不需要设置冷却器。七、心得体会这次液压的课程设计，是我们第一次较全面的运用液压综合知识。通过这次设计，使得我们对液压基础知识有了一个较为系统全面的认识，加深了对所学知识的理解和运用，讲原来比较抽象的内容实体化，初步培养了我们理论结合实际的设计思想，训练了综合运用相关课程的理论。结合生产实际分析和解决工程问题的能力，巩固、加深和扩展了有关液压系统设计方面的知识。通过制定设计方案，合理选择各液压零件类型，正确计算零件的工作能力，以及针对课程设计中出现的内容查阅资料，大大扩展了我们的知识面，培养了我们在本学科方面的兴趣和实际动手能力，对将来我们在工作方面

17、有很大的帮助。本次课程设计是我们所学知识运用的一次尝试，是我们在液压知识学习方面的一次有意义的实践。在本次课程设计中，我独立完成了自己的设计任务，通过这次设计，弄懂了一些书本中难以理解的内容，加深了对以前所学知识的巩固。在设计中，通过老师的指导，使自己在设计思想、设计方法和设计技能等方面都得到了一次良好的训练。八、参考文献1.明仁雄，万会雄.液压与气压传动，国防工业出版社，20032.液压气压技术速查手册.张利平.化学工业出版社，20073.雷天觉.液压工程手册.北京 机械工业出版社， 19904.李登万.液压与气压传动.江苏 东南大学出版社，20045.张利平.液压站设计与使用.北京 海洋出版社，20046.李胜海.液压机构及其组合.北京 清华大学出版社， 19927.许福玲，陈尧明.液压与气压传动，机械工业出版社，2002