铣钻组合机床的液压系统设计说明书.docx
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铣钻组合机床的液压系统设计说明书
毕业设计说明书
题目:
多面铣(钻)组合机床设计
——液压系统设计
姓名:
韦海足
学号:
1000401017
指导教师:
郭崇善
专业年级:
机械设计制造及其自动化
2010机制一班
所在学院和系:
机械工程学院
完成日期:
2014年6月5日
答辩日期:
2014年6月12日
--液压系统设计
摘要
液压控制系统在组合机床中有着重要作用,对液压控制系统的设计也是进行组合机床设计的重要组成部分。
做好对液压控制系统的设计,有利于提升组合机床的总体性能,并使液压动力元件有效可靠的运行。
液压系统设计是整个机械设计的一部分,它的任务是根据机器的用途、特点和要求、利用液压传动的基本原理,拟定出合理的液压系统图,在经过必要的计算来确定液压系统的参数,然后按照这些参数来选用液压元件的规格和进行系统的结构设计。
本文以铣钻组合机床液压控制系统为研究对象,对铣钻组合机床驱动动力滑台液压控制系统的体系结构进行了分析,并以铣钻组合钻床驱动动力滑台的液压控制为切入点,对如何使铣钻组合钻床驱动动力滑台实现液压控制进行了设计。
关键词:
液压传动,系统回路
--Thehydraulicsystemdesign
Inthispaper
Hydrauliccontrolsystemplaysanimportantroleinthemodularmachinetool,thedesignofthehydrauliccontrolsystemisanimportantpartofmodularmachinetooldesign.Doagoodjobinthedesignofthehydrauliccontrolsystem,whichisbeneficialtoimprovetheoverallperformanceofthemodularmachinetool,andmakesthehydraulicpowercomponenteffectiveandreliableoperation.Hydraulicsystemdesignisapartofthewholemachinedesign,itstaskisaccordingtothepurposes,featuresandrequirementsofthemachine,usingthebasicprincipleofhydraulictransmission,andformulateareasonablehydraulicsystemdiagram,afterthenecessarycalculationtodeterminetheparametersofthehydraulicsystem,andthenaccordingtotheseparameterstochoosethespecificationsofthehydrauliccomponentsandstructuredesignofthesystem.Basedonthemillingdrillcombinationmachinetoolhydrauliccontrolsystemastheresearchobject,themillingdrillcombinationmachinetoolpowerslidingtabledrivenhydrauliccontrolsystemarchitectureisanalyzed,andthemillingdrillingcombinationdrillingmachinedrivepowerslidingtablehydrauliccontrolasthebreakthroughpoint,onhowtomakethemillingdrillcombinationdrillingmachinewiththehydrauliccontrolofthedrivepowerslidingtabledesign.
Keywords:
hydraulictransmission,thesystemcircuit
1绪论………………………………………………………………………………
1.1组合机床该概述…………………………………………………………
1.2组合机床的特点…………………………………………………………
1.3组合机床主要结构部件…………………………………………………
1.4机床加工示意图…………………………………………………………
1.5机床工作过程……………………………………………………………
1.6组合机床装配模型………………………………………………………
1.7组合机床的电气控制要求………………………………………………
2铣钻组合机床液压系统…………………………………………………………
2.1组合机床动作循环图……………………………………………………
2.2组合机床工况图…………………………………………………………
2.3液压系统图………………………………………………………………
2.4机床动作循环表…………………………………………………………
3.铣钻组合机床液压系统原理图分析……………………………………………
3.1液压系统原理图组成……………………………………………………
3.2液压系统回路分析………………………………………………………
4.液压元件分析……………………………………………………………………
4.1负载分析…………………………………………………………………
4.2初步确定液压缸参数……………………………………………………
4.3液压元件选择……………………………………………………………
4.4液压性能计算……………………………………………………………
5.结论………………………………………………………………………………
参考文献……………………………………………………………………………
致谢…………………………………………………………………………………
附录…………………………………………………………………………………
1、绪论
三面铣组合机床是用来进行铣销加工和的一种自动加工设备,其作用对象是Z512W型台式钻床主轴箱的Ф80、Ф90孔端面及定位面。
1.1组合机床概述
1.1.1组合机床发展史
二十世纪70年代以来,随着可转位刀具、密齿铣刀、镗孔尺寸自动检测和刀具自动补偿技术的快速发展,组合机床的加工精度也有很大的提高。
铣削平面的平面度可达0.05毫米/1000毫米,表面粗糙度可低达2.5~0.63微米;镗孔精度可达IT7~6级,孔距精度可达O.03~O.02微米。
随着汽车工业的兴起,专用机床也逐渐发展起来。
在专用机床中某些部件因重复使用,逐步发展成为通用部件,因而产生了组合机床。
最早的组合机床是1911年在美国制成的,用于加工汽车零件。
初期,各机床制造厂都有各自的通用部件标准。
为了便于用户使用和维修,提高不同制造厂的通用部件的互换性,美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂于1953年协商,严格规定各部件间的联系尺寸,确定了组合机床通用部件标准化的原则,即但对部件结构未作规定。
1.1.2组合机床部件分类
组合机床通用部件按功能可分为五类。
动力部件主要有动力箱、切削头和动力滑台,是为组合机床提供主运动和进给运动的部件。
支承部件有侧底座、中间底座、支架、可调支架、立柱和立柱底座等,是用以安装动力滑台、带有进给机构的切削头或夹具等的部件。
输送部件主要有分度回转工作台、环形分度回转工作台、分度鼓轮和往复移动工作台等,是用以输送工件或主轴箱至加工工位的部件。
控制部件有液压站、电气柜和操纵台等,是用以控制机床的自动工作循环的部件。
辅助部件主要就是有润滑装置、冷却装置和排屑装置等。
1.2组合机床的特点
组合机床是用按一定规则和标准设计的通用部件以及按被加工零件的形状和工艺要求设计的专用部件组成的专用机床。
组合机车是由专用机床和万能机床发展来的,它结构简单,又能够重新调整,适应新工件的加工。
组合机床与万能机床和专用机床相比,有以下几个特点:
(1)组合机床结构稳定、工作可靠,使用和维修方便。
(2)组合机床设计和制造的周期短,投资少,经济效果好。
(3)组合机床生产效率高,产品质量稳定,劳动强度低。
(4)组合机床其通用部件和标准零件可以重复利用,不必另行设计和制造。
(5)组合机床由于采用专用夹具、刀具和导向装置等,对操作工人水平要求不高,加工质量靠工艺装备保证。
(6)组合机床易于联成组合机床自动线,以适应大规模的生产需要。
1.3机床主要结构部件
机床主要部件包括床身、工作台、底座、铣削动力头、钻削动力头、液压动力滑台、工件松紧油缸、液压站等组成。
机床床身安放在底座上,床身上安装有液压动力滑台,工件及夹紧装置放于滑台上。
床身的两边各安装有一台铣销头,上方有立铣头,铣削位置后左右各有二台钻削头,液压站在机床附近。
1.4机床加工工件示意图
图1.1Ф80、Ф90孔端面及定位面
1.5机床工作过程
用工作台上的夹具固定要加工的零件,其他工作准备就绪后,发出加工指令。
工件夹紧后压力继电器动作,液压动力滑台(即工作台)开始快进,到位转工进,然后同时起动左铣头、右铣头开始加工,加工到某一位置,立铣头开始加工,加工到终点三台电机同时停止。
工件加速快进,到位后死挡块延时停留,然后启动两个钻头,钻孔结束后,钻头缩回原位,待钻头完全停止后,滑台退回原位,工件松开,一个自动工作循环结束。
1.6组合机床装配模型
1.6.1零部件间参数约束的描述
零部件间参数关系可以反映在零部件相互约束关系和零部件间可配套约束关系两个方面。
这种描述首先需要确定一个与其它部件发生关系最多的一个零件或部件为基准件。
以此基准件为核心,再分别描述其它基准件的位置关系,就能构建该产品各零部件的位置约束关系模型。
对于组合机床整机而言,各个加工单元都是相对于中间底座或工作台布置的,所以可以将中间底座或工作台作为基准件来描述;而对于各个加工单元来说,则可以侧底座为基准件来描述该单元内部各零部件之间的位置约束关系。
1.7铣钻组合机床的电气控制要求
三面铣钻组合机床有液压泵、左铣削头、右铣削头、立铣削头三台电机和左钻头右钻头2台电机,均采用三相交流笼型异步电动机,设计要求如下:
(1)五台电机均为单向旋转。
(2)机床要求有单循环自动工作、单动力头自动循环工作、点动三种工作方式,油泵电机在自动加工一个循环后不停机。
(3)单循环自动工作过程详见机床动作循环图。
(4)单动力头自动循环工作包括:
左铣头单循环工作、右铣头单循环工作、立铣头单循环工作、左钻头单循环工作、右钻头单循环工作。
要求考虑各铣头和钻头单循环工作的加工区间。
(5)点动工作包括:
六台主轴电机均能点动对刀、滑台快速(快进、快退)点动调整、松紧油缸的调整(手动松开与手动夹紧)。
(6)电源、油泵工作、工件夹紧与放松和加工等信号指示。
(7)照明电路
(8)必要的联锁环节与保护环节。
2、铣钻组合机床液压系统
2.1机床动作循环图
图2.1-机床动作循环图
2.2组合机床工况图
图2.2-组合机床工况图
2.3液压系统原理图
图2.3-液压系统原理图
2.4铣钻组合机床的液压元件动作表
表1铣钻组合机床的液压元件动作表
YV1
YV2
YV3
YV4
YV5
BP1
BP2
原位
-
(+)
-
-
-
-
-
夹紧
+
-
-
-
-
-
+
快进
(+)
-
+
-
-
-
+
工进
(+)
-
+
-
+
-
+
死挡铁停留
-
(+)
-
-
-
-
-
快退
(+)
-
-
+
-
-
+
松开
-
+
-
-
-
-
-
3、铣钻组合机床液压系统原理图分析
3.1液压系统原理图组成
此系统可分为两个回路:
一、夹紧回路(下图篮框所示);二、加工回路(下图红框所示)。
单向变量液压泵;外控平衡阀;直动型溢流阀(背压阀)公用。
3.1.1夹紧回路组成:
直动型减压阀;单向阀;压力表;两位四通换向阀;压力继电器BP2;夹紧油缸(转角型)。
方向控制由两位四通换向阀实现。
保压由液控单向阀完成。
3.1.2加工回路组成:
压力表;三位五通换向阀;调速阀;两位两通换向阀;单向阀;压力继电器BP1;进给油缸;方向控制由两位两通换向阀、三位五通换向阀实现。
图3.1-液压系统原理图组成
3.2液压系统回路分析
3.2.1铣钻组合机床中液压动力滑台-夹紧液压系统工况
夹紧回路高压油:
油箱→单向变量液压泵→直动型减压阀→单向阀→两位四通换向阀(YV1工作,左位)→夹紧油缸上腔。
(下图红线所示)
夹紧回路低压油:
夹紧油缸下腔→两位四通换向阀(YV1工作,左位)→油箱。
(下图绿线所示)
加工回路高压油:
回路不通(YV3、YV4不工作,三位五通换向阀处于中位),外控平衡阀打开。
(下图红线所示)
图3.2.1-铣钻组合机床中液压动力滑台-夹紧
3.2.2铣钻组合机床中液压动力滑台-快进液压系统工况
夹紧回路高压油:
油箱→单向变量液压泵→直动型减压阀→单向阀→两位四通换向阀(YV1工作,左位)→夹紧油缸上腔。
(下图红线所示)
夹紧回路低压油:
夹紧油缸下腔→两位四通换向阀(YV1工作,左位)→油箱。
(下图绿线所示)
加工回路高压油:
油箱→单向变量液压泵(外控平衡阀打开,如果它不打开则不能泄油,会使油压升高,产生背压,直到其打开为止)→三位五通换向阀(YV3工作,左位)→调速阀→进给油缸左腔。
(下图红线所示)
加工回路低压油(由于有直动型溢流阀(背压阀),这里有一定油压,故用蓝线):
进给油缸右腔→三位五通换向阀(YV3工作,左位),向上为:
单向阀→两位两通换向阀左位→BP1(工作);向下为:
外控平衡阀打开→直动型溢流阀(背压阀)→油箱。
图3.2.2-铣钻组合机床中液压动力滑台-快进
3.2.3铣钻组合机床中液压动力滑台-工进液压系统工况
夹紧回路高压油:
油箱→单向变量液压泵→直动型减压阀→单向阀→两位四通换向阀(YV1工作,左位)→夹紧油缸上腔。
(下图红线所示)
夹紧回路低压油:
夹紧油缸下腔→两位四通换向阀(YV1工作,左位)→油箱。
(下图绿线所示)
加工回路高压油:
油箱→单向变量液压泵(外控平衡阀打开)→三位五通换向阀(YV3工作,左位)→调速阀→进给油缸左腔。
加工回路低压油(由于有直动型溢流阀(背压阀),这里有一定油压,故用蓝线):
进给油缸右腔→三位五通换向阀(YV3工作,左位),向上为:
单向阀→两位两通换向阀右位(YV5工作)→断;向下为:
外控平衡阀打开→直动型溢流阀(背压阀)→油箱。
图3.2.3-铣钻组合机床中液压动力滑台-工进
3.2.4铣钻组合机床中液压动力滑台-死延时挡铁停留工况
夹紧回路高压油:
油箱→单向变量液压泵→直动型减压阀→单向阀→两位四通换向阀(YV1工作,左位)→夹紧油缸上腔。
(下图红线所示)
夹紧回路低压油:
夹紧油缸下腔→两位四通换向阀(YV1工作,左位)→油箱。
(下图绿线所示)
加工回路高压油:
回路不通(YV3、YV4不工作,三位五通换向阀处于中位),外控平衡阀打开。
(下图红线所示)
图3.2.4-铣钻组合机床中液压动力滑台-死挡铁延时停留
3.2.5铣钻组合机床中液压动力滑台-快退工况
夹紧回路高压油:
油箱→单向变量液压泵→直动型减压阀→单向阀→两位四通换向阀(YV1工作,左位)→夹紧油缸上腔。
(下图红线所示)
夹紧回路低压油:
夹紧油缸下腔→两位四通换向阀(YV1工作,左位)→油箱。
(下图绿线所示)
加工回路高压油:
油箱→单向变量液压泵(外控平衡阀打开)→三位五通换向阀(YV4工作,右位)→进给油缸右腔。
加工回路低压油(由于进给油缸直接接油箱,故油没有压力,故用浅蓝线):
进给油缸左腔→单向阀→三位五通换向阀(YV4工作,右位)→油箱。
图3.2.5-铣钻组合机床中液压动力滑台-快退
3.2.6铣钻组合机床中液压动力滑台-松开工况
夹紧回路高压油:
油箱→单向变量液压泵→直动型减压阀→单向阀→两位四通换向阀(YV2工作,右位)→夹紧油缸下腔。
夹紧回路低压油:
夹紧油缸上腔→两位四通换向阀(YV2工作,右位)→油箱
加工回路高压油:
回路不通(YV3、YV4不工作,三位五通换向阀处于中位),外控平衡阀打开。
图3.2.6-铣钻组合机床中液压动力滑台-松开
4、液压系统元件分析
4.1负载分析
负载分析中,暂不考虑回油腔的背压力,液压缸的密封装置产生的摩擦阻力在机械效率中加以考虑。
因工作部件是卧式放置,重力的的水平分力为零,这样需要考虑的力有:
切削力,导轨摩擦力和惯性力。
导轨的正压力等于动力部件的重力,设导轨的静摩擦力为Ffs,动摩擦力为Ffd,则
工作负载Fl=12000N
静摩擦阻力Ffs=0.2*4000=800N
动摩擦阻力Ffd=0.1*400*9.8=400N
惯性负载Fa=400*3.5/(60*0.2)=117N
如果忽略切削力引起的颠覆力矩对导轨摩擦力的影响,并设液压缸的机械效率
,则液压缸在各工作阶段的总机械负载可以算出
表2-液压缸各运动阶段负载表
工作循环
负载组成
负载值F/N
推力
起动
800
888N
加速
517
574N
快进
400
444N
工进
12400
13777N
快退
400
444N
4.2初步确定液压缸参数
组合机床液压系统的最大负载约为14000N,初选液压缸的设计压力P1=2.5MPa,为了满足工作台快速进退速度相等,并减小液压泵的流量,这里的液压缸课选用单杆式的,并在快进时差动连接,则液压缸无杆腔与有杆腔的等效面积A1与A2应满足A1=2A2(即液压缸内径D和活塞杆直径d应满足:
d=0.707D。
为防止铣削后工件突然前冲,液压缸需保持一定的回油背压,暂取背压为0.5MPa,并取液压缸机械效率
。
则液压缸上的平衡方程
故液压缸无杆腔的有效面积:
液压缸内径:
按GB/T2348-1980,取标准值D=80mm;因A1=2A,故活塞杆直径d=0.707D=56mm(标准直径)
则液压缸有效面积为:
差动连接快进时,液压缸有杆腔压力P2必须大于无杆腔压力P1,其差值估取P2-P1=0.5MPa,并注意到启动瞬间液压缸尚未移动,此时△P=0;另外取快退时的回油压力损失为0.5MPa。
根据假定条件经计算得到液压缸工作循环中各阶段的压力.流量和功率
表3-液压缸在不同工作阶段的压力、流量和功率值
工作阶段
计算公式
推力
F(N)
回油腔压力
P2(MPa)
工作腔压力
P1(MPa)
输入流量
q(L/min)
输入功率
P(KW)
快进启动
888
0
0.35
——
——
快进加速
574
1.25
0.75
——
——
快进恒速
444
1.2
0.70
8.617
0.450
工进
13777
0.5
3.761
0.4~1.5
0.15~0.43
快退启动
888
0
0.34
——
——
快退加速
574
0.3
0.809
——
——
快退恒速
444
0.3
0.758
8.967
0.680
注:
1.差动连接时,液压缸的回油口到进油口之间的压力损失
。
2.快退时,液压缸有杆腔进油,压力为
,无杆腔回油,压力为
4.3选择液压元件
4.3.1液压泵的选择
4.3.1.1泵的工作压力的确定
考虑到正常工作中进油管路有一定的压力损失,所以泵的工作压力为
pp—液压泵最大工作压力;
p1—执行元件最大工作压力;
∑△p—进油管路中的压力损失,初算时简单系统可取0.2~0.5MPa,复杂系统取0.5~1.5MPa,本例取0.5MPa。
上述计算所得的pp是系统的静态压力,考虑到系统在各种工况的过渡阶段出现的动态压力往往超过静态压力。
另外考虑到一定的压力贮备量,并确保泵的寿命,因此选泵的额定压力pn应满足pn≥(1.25~1.6)pp。
中低压系统取小值,高压系统取大值。
在本例中pn=1.2pp=3.6MPa。
4.3.1.2泵的流量确定液压泵的最大流量应为
qp—液压泵的最大流量;
(∑q)min同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值。
如果这时溢流阀正进行工作,尚须加溢流阀的最小溢流量2~3L/min;
KL—系统泄漏系数,一般取KL=1.1~1.3,现取KL=1.2。
4.3.1.3选择液压泵的规格
根据以上算得的pp和qp,再查阅有关手册,现选用YB1—20限压式变量泵,该泵的基本参数为:
每转排量q=20L/r,泵的额定压力pn=6.3MPa,电动机转速nH=1450r/min,容积效率
≥0.9,总效率
0.78,驱动功率2.6KW
4.3.2选择液压控制阀
根据阀类及辅助元件所在油路的最大工作压力和通过该元件的最大实际流量,可以选出这些液压元件的型号及规格见表
表4-液压元件选择列表
序号
元件名称
额定流量/L·min-1
型号
1
滤油器
16
WU-16*80
2
变量叶片泵
18
YF-120B
3、20
压力表
30
YZ-50Z
4
减压阀
30
J-F*6D-P-1
5
液控单向阀
30
AY-F10D-B
6
二位四通电磁阀
30
24D-B20C
7、18
压力继电器
JCS-02NLL
10
节流阀
18
SRC-T-06
11
电磁阀
30
22E-10B
12
三位五通电磁阀
30
35D-B-20C
13
溢流阀
40
YF-120B
14
外控平衡阀
30
KPF-30
15、16
液控单向阀
30
AY-F10D-B
4.3.3确定油管直径及管接头
各元件间连接管道的规格按元件接口处尺寸决定,液压缸进、出油管则按输入、输出的最大流量计算。
由于液压泵的具体选定之后液压缸在各阶段的进、出流量已与原定数值不同,所以要重新计算如表所示
表5-液压缸的进、出流量和运动速度
流量、速度
快进
工进
快退
输入流量/(L/mi
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