雙端面臥式組合機床液壓系統(tǒng)設(shè)計含開題及3張CAD圖,端面,臥式,組合,機床,液壓,系統(tǒng),設(shè)計,開題,cad 雙端面臥式組合機床液壓系統(tǒng)設(shè)計 摘 要 液壓系統(tǒng)就是通過工作介質(zhì)進行能量傳遞和控制的一種傳動系統(tǒng)。就是通過各種元件組成具有一定控制功能的傳動系統(tǒng)。 液壓傳動在實現(xiàn)高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲、經(jīng)久耐用、高度集成化等方面取得重大進展，在完善比例控制、伺服控制、數(shù)字控制等方面也有許多新成就，并且液壓傳動具有許多優(yōu)點。 ⑴結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，反應(yīng)快； ⑵易實現(xiàn)無級調(diào)速，調(diào)速比大； ⑶運轉(zhuǎn)平穩(wěn)； ⑷易于實現(xiàn)自動化； ⑸磨損小，壽命長； ⑹液壓元件易于通用化，標準化，大批量生產(chǎn)。 本次設(shè)計的題目為組合機床液壓系統(tǒng)設(shè)計。 本文根據(jù)以上總體趨勢和題目設(shè)計的要求，比較幾種方案后確定設(shè)計方案，并對液壓系統(tǒng)的原理、負載特性等加以分析，在此基礎(chǔ)上運用所學(xué)知識對液壓元件、液壓裝置等主要零部件進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，最終完成整個液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 同時，本文也對液壓系統(tǒng)的計算等非原理性內(nèi)容做了較為詳盡的介紹。 關(guān)鍵詞： 組合機床； 液壓系統(tǒng)； 液壓傳動 Abstract Hydraulic system is the medium through the work of energy transfer and control of a transmission system. Through a variety of components that have a certain control functions of the transmission system. In the realization of high-pressure hydraulic, high-speed, high power, high efficiency, low noise, durable, highly integrated, and so on to make significant progress in improving the proportion of control, servo control, digital control, there are many new achievements, and hydraulic transmission has many advantages. ⑴ compact structure, small size, fast response; ⑵ easily achieve the stepless speed regulation, speed ratio; ⑶ smooth operation; ⑷ easy to automate; ⑸ wear, long life; ⑹ hydraulic components easy generalization, standardization, high-volume production. The topic of design for the combination machine tools hydraulic system design. In this paper, the overall trend in the light of the above design requirements and the title, after comparing several program design, and the principle of the hydraulic system, load characteristics, such as analysis, on the basis of the use of the knowledge of hydraulic components, hydraulic equipment The main components such as structural design, and ultimately to complete the structural design of the hydraulic system. At the same time, this article on the calculation of the hydraulic system of the contents of non-principle has done more detail. Key words: combination machine tools; hydraulic system; hydraulic transmission  目 錄 引 言 1 1 組合機床液壓系統(tǒng) 4 2 系統(tǒng)總體分析 6 2.1機床類型及動作要求 6 2.1.1機床類型及動作循環(huán)要求 6 2.1.2機床對液壓傳動系統(tǒng)的具體參數(shù)要求 6 3組合機床液壓系統(tǒng)設(shè)計計算 7 3.1工況分析 7 3.2 液壓系統(tǒng)的計算及液壓元件的選用 10 3.2.1液壓缸主要尺寸的確定 10 3.2.2確定液壓泵的流量、壓力和選擇泵的規(guī)格 12 3.3 液壓閥的選用 14 3.4其他元件的選用及計算 14 3.4.1確定管道尺寸 14 3.4.2液壓油箱內(nèi)容積的確定 15 3.5擬定液壓系統(tǒng)原理圖 15 3.5.1調(diào)速與速度換接回路 16 3.5.2換向回路 16 3.5.3壓力控制回路 16 3.5.4夾緊裝置回路 16 3.5.5行程終點控制 16 3.5.6油泵的選擇 16 3.5.7控制方式 17 4 液壓缸及液壓站的裝置的設(shè)計 18 4.1液壓缸的結(jié)構(gòu)形式的確定 18 4.2液壓缸的系統(tǒng)組成 18 4.2.1缸體組件 18 4.2.2活塞組件 19 4.2.3密封裝置 19 4.2.4緩沖裝置 19 4.2.5排氣裝置 20 4.3 液壓油路板的結(jié)構(gòu)與設(shè)計 20 4.3.1液壓油路板的結(jié)構(gòu) 20 4.3.2液壓油路板的設(shè)計 20 4.3.3液壓元件布局的要求 21 4.4 液壓集成回路的結(jié)構(gòu)與設(shè)計 21 4.4.1液壓集成回路的設(shè)計 21 4.4.2集成塊設(shè)計步驟 21 4.4.3液壓集成塊零件圖的繪制 22 5 液壓集成塊的應(yīng)用 23 5.1液壓集成塊的優(yōu)勢 23 5.2液壓集成塊智能化設(shè)計的基本思想 23 5.3液壓原理圖輸入模塊 23 5.4集成塊方案設(shè)計模塊 24 5.5孔道布置模塊 24 5.6孔道通斷校核模塊 24 5.7 液壓集成塊的作用 25 6 液壓系統(tǒng)性能驗算 26 6.1 驗算系統(tǒng)壓力損失 26 6.1.1 判斷流動狀態(tài) 26 6.1.2 計算系統(tǒng)壓力損失 26 6.2 驗算系統(tǒng)發(fā)熱與溫升 29 結(jié) 論 31 致 謝 32 參考文獻 33 IV 引 言 ?液壓設(shè)備是一種動力傳遞與控制裝置，通過它人們可根據(jù)需要實現(xiàn)機械能—液壓能--機械能的轉(zhuǎn)換。第一個轉(zhuǎn)換是通過液壓泵實現(xiàn)的，液壓泵旋轉(zhuǎn)的內(nèi)部空腔在與油管聯(lián)通時逐漸增大，形成吸油腔，將油液吸入；在其與壓油口連同時逐漸減小，形成壓油腔，將油排除系統(tǒng)。第二個轉(zhuǎn)換是通過執(zhí)行元件液壓缸或液壓馬達來實現(xiàn)的。壓力油依帕斯卡原理推動執(zhí)行元件的運動部分驅(qū)動負載運動，各類控制閥則用于限制調(diào)解，分配與引導(dǎo)液壓源的壓力流量與流動方向。 近代液壓傳動是由19世紀崛起并蓬勃發(fā)展的石油工業(yè)推動起來的，最早實踐成功的液壓傳動裝置是艦艇上的炮塔轉(zhuǎn)位器，第二次世界大戰(zhàn)促進了液壓技術(shù)的發(fā)展，戰(zhàn)后液壓技術(shù)迅速轉(zhuǎn)向民用，并隨著各種標準的不斷制定和完善，各類元件的標準化、規(guī)格化、系列化，而在機械制造、工程機械、農(nóng)業(yè)機械、汽車制造等行業(yè)中推廣開來。20世紀60年代后原子能技術(shù)、空間技術(shù)、電子技術(shù)等的發(fā)展再次將液壓技術(shù)推向前進，使它在民國經(jīng)濟的各方面都得到了廣泛的應(yīng)用。 我國的液壓工業(yè)開始于20世紀50年代，其產(chǎn)品最初只用于機床和鍛壓設(shè)備，后來才用到工程機械上。自從1964年，從外國引進一些野鴨元件生產(chǎn)技術(shù)，用時進行自行設(shè)計液壓產(chǎn)品以來，我國的液壓件生產(chǎn)已從低壓到高壓形成系列，并在各種機械設(shè)備上得到了廣泛的使用。從80年代起更加速了對國外先進液壓產(chǎn)品和技術(shù)的有計劃引進、消化、吸收和國產(chǎn)化工作，以確保我國的液壓技術(shù)能在產(chǎn)品質(zhì)量、經(jīng)濟、效益、研究開發(fā)等各個方面全方位地趕上世界水平。 近年來，液壓傳動由于應(yīng)用了計算機技術(shù)、信息技術(shù)、自動控制技術(shù)、摩擦磨損技術(shù)及新工藝、新材料等后取得了新的發(fā)展，使液壓系統(tǒng)和元件正向高壓、高速、高精度、高效率、高功率密度的方向發(fā)展。在完善比例控制、伺服控制、數(shù)字控制等技術(shù)上取得新成就。 液壓元件向著體積小，重量輕，微型化和集成化方向發(fā)展，液壓技術(shù)，交流液壓等新興的液壓技術(shù)正在開拓。又由于計算機的應(yīng)用，更大大地推進了液壓技術(shù)的發(fā)展，像液壓系統(tǒng)的輔助設(shè)計，計算機仿真和優(yōu)化，微機控制等工作，也都取得了顯著成果。 綜上所述，液壓工業(yè)在國民經(jīng)濟中的作用是很大的，它常常用來衡量一個國家工業(yè)水平的重要標志之一。 液壓傳動是以流體作為工作介質(zhì)對能量進行傳動和控制的一種傳動形式。利用有壓的液體經(jīng)由一些機件控制之后來傳遞運動和動力。相對于電力拖動和機械傳動而言，液壓傳動具有輸出力大，重量輕，慣性小，調(diào)速方便以及易于控制等優(yōu)點，因而廣泛應(yīng)用于工程機械，建筑機械和機床等設(shè)備上。 隨著工業(yè)迅猛發(fā)展逐日發(fā)展壯大，相繼建立了科研機構(gòu)和專業(yè)生產(chǎn)廠家，從事液壓技術(shù)研究和液壓產(chǎn)品生產(chǎn)。他們不但能生產(chǎn)液壓泵，液壓閥等液壓元件，還設(shè)計制造了許多新型液壓的元件，如電液比例閥，電液伺服閥等。到目前為止，液壓元件的生產(chǎn)，已成為了我國液壓元件產(chǎn)品的生產(chǎn)系列。 本次液壓系統(tǒng)的設(shè)計題目為組合機床液壓系統(tǒng)設(shè)計，現(xiàn)在對其進行一番敘述。 液壓傳動系統(tǒng)包括液壓開關(guān)傳動系統(tǒng)、液壓伺服傳動系統(tǒng)和比例傳動等多種類型。從傳遞動力的設(shè)計角度來看，他們中互相溝通，有其共同之處。因此，在掌握其中一類時就能夠靈活應(yīng)用并很好的掌握其它方法。在設(shè)計的過程中要辨證統(tǒng)一的分析問題，并把現(xiàn)代的高新科學(xué)技術(shù)方法加以應(yīng)用，使其成為一個統(tǒng)一整體。 由于本人水平及能力有限，在設(shè)計過程中難免會出現(xiàn)錯誤和缺陷，懇請各位老師和專家批評指正，在此不勝感激。 1 組合機床液壓系統(tǒng) 組合機床液壓系統(tǒng)主要有通用滑臺和輔助部分（如定位、夾緊）組成。動力滑臺本身不帶傳動裝置，可根據(jù)加工需要安裝不同用途的主軸箱，以已完成鉆、擴、鉸、鏜、刮端面、銑削及攻絲等工序。 因此，本系統(tǒng)的目的就是要求設(shè)計出一個液壓系統(tǒng)來執(zhí)行和完成機床所要的運動過程。它包括液壓控制系統(tǒng)、液壓傳動系統(tǒng)的基本原理、液壓傳動的執(zhí)行元件、完成上述工作進程的動力來源及系統(tǒng)性能的檢驗等多個內(nèi)容。 組合機床在前述時期也有不同類型產(chǎn)品的出現(xiàn)，對機械加工起到了一定作用。本次設(shè)計就要求有創(chuàng)新精神，在原有的設(shè)計的基礎(chǔ)上加以工藝性改進、提出合理化建議，力爭在保持原來的簡單、高效、低成本、工作可靠的良好性能的基礎(chǔ)上，使其更加能適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)的加工要求，更加為現(xiàn)代企業(yè)服務(wù)。同時，也要把機械化、電氣控制、人工智能綜合運用來達到自動或半自動的要求。 組合機床的工作過程包括：工作臺夾緊、工作臺快進、工作臺工進、工作臺快退和工作臺松開。 按照設(shè)計要求，系統(tǒng)力求結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠，而且通過計算可得知，在不同的工作過程中，系統(tǒng)油路需要的油量不同，所以要用一個變量泵來完成。同時工進時有可能有負的負載力產(chǎn)生，因此要采用回油路節(jié)流調(diào)速回路，為保證工進的過程速度的穩(wěn)定，選用調(diào)速閥調(diào)速。再有，機床的動力滑臺在調(diào)整時需要處于任意位置，在運動時采用行程閥來進行位置控制，采用壓力繼電器發(fā)出訊號來提高系統(tǒng)的可靠性。 最后說明一點，完成不同的工作過程要采用電磁換向閥來做換向操作，使動力滑臺可處于任意位置，并且要求各電磁閥在失電時處于夾緊狀態(tài)，其目的是為了增加系統(tǒng)的可靠性和安全性，并可延長電磁閥的壽命來降低產(chǎn)品成本。 以上就組合液壓機床的組成及基本原理等幾個方面對機床作以簡要的整體結(jié)構(gòu)性分析，它的目的在于為今后的的設(shè)計提供整體思路，希望在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上多多分析，使液壓系統(tǒng)更加適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)的需要。 2 系統(tǒng)總體分析 2.1機床類型及動作要求 2.1.1機床類型及動作循環(huán)要求 類型：組合機床 動作及循環(huán)要求：夾緊、快進、工進、快退、松開。 2.1.2機床對液壓傳動系統(tǒng)的具體參數(shù)要求 工作循環(huán)：工件夾緊——工作臺快進——工作臺工進——工作臺快退——工件松開。運動部件重30000N，快進、快退速度為6m/min,工進速度為100—200mm/min,最大行程為500mm，其中工進行程為200mm，最大切削力為18000N，采用平面導(dǎo)軌，夾緊缸的行程為20mm，夾緊力為30000N，夾緊時間為1s。 3組合機床液壓系統(tǒng)設(shè)計計算 3.1工況分析 首先根據(jù)題目所給的已知條件，匯制運動部件的速度循環(huán)圖，如圖（1）所示。 圖1運動部件速度循環(huán)圖 并根據(jù)條件計算各階段外部負載，繪制負載圖。 液壓缸共受三個負載力的作用： （3-1） 式中：Fw——液壓缸的外載荷； Fg——工作負載，即沿活塞運動方向的切削力，F(xiàn)g=18000N； Fα——運動部件速度變化時的慣性負載； Ff——導(dǎo)軌摩擦阻力，啟動時為靜態(tài)摩擦力，運動時為動態(tài)摩擦。 水平導(dǎo)軌： （3-2） 式中：G——運動部件重力； FN——垂直于導(dǎo)軌方向的負載FRN=0； μ——導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，本題中取靜態(tài)摩擦系數(shù)為0.2，動態(tài)摩擦系數(shù) 為0.1。 則有： Ffs=0.2×30000=6000N，其中Ffs為靜態(tài)摩擦阻力 Ffα=0.1×30000=3000N, 其中為Ffα靜態(tài)摩擦阻力 （3-3） 式中：g——重力加速度,這里取g=9.8N/Kg； ?T——啟動或制動時間,一般取=0.1～0.5s； ?v——在時間內(nèi)的速度變化量。 由上面計算結(jié)果，列出在各個工況下的負載（表1）并繪制負載循環(huán)圖，如圖（2）所示。 ηm液壓缸的機械效率，一般取0.9 表1各工況負載表 工作循環(huán) 外負載F（N） F/ηm（N） 啟動 F=Ffs 6667 加速 F=Ffs+Ffα 4530 快進 F= Ffα 3333 工進 F= Ffα+Fw 23333 快退 F= Ffα 3333 圖2負載圖 3.2 液壓系統(tǒng)的計算及液壓元件的選用 3.2.1液壓缸主要尺寸的確定 ⑴液壓缸工作壓力的選擇 液壓缸工作壓力主要是根據(jù)液壓設(shè)備類型的不同來加以選擇。現(xiàn)查閱有關(guān)資料，組合機床的工作壓力選為(3～5)MPa，本系統(tǒng)中初選工作壓力為3 MPa。 ⑵液壓缸內(nèi)徑與活塞桿直徑的計算 由圖（3）可知： 圖3 其中：P1 —液壓缸工作壓力，取系統(tǒng)工作壓力為3MPa； P2 —液壓缸回油腔壓力，初選P2=0.5MPa； d/D—鑒于動力滑臺要求快進、快退速度相等，液壓缸可選用單桿式的，并在快進時作差動連接。此時液壓缸無桿腔工作面積A1應(yīng)為有桿腔A2的兩倍，即活塞桿外徑d與液壓缸內(nèi)徑D有d=0.707D的關(guān)系； F —工作循環(huán)中最大外負載，本系統(tǒng)中為23333N； ηm—液壓缸機械效率，本系統(tǒng)中取為0.90。 則由上面的公式推導(dǎo)有：D=100mm，d=70mm ，D=10.66cm2 d=0.707D=7.53cm2 根據(jù)國家標準GB/T 2348-93液壓缸缸筒內(nèi)徑和活塞桿外徑尺寸分別為110mm和80mm，由此求得液壓缸兩腔的實際有效面積為 A1==95.03cm2，A2=π(D2－d2)/4=40.06cm2 同理：本系統(tǒng)中工序含有夾緊工序，而夾緊力由兩個夾緊油缸合作完成，而且夾緊油缸壓力應(yīng)小于工作進給缸壓力，設(shè)夾緊油缸壓力2.5MPa，η=0.95，則由上面公式可知：取標準直徑D=100mm，d=70mm 液壓缸的最小穩(wěn)定速度驗算 按最低工進速度驗算液壓缸的最小穩(wěn)定流速，由公式A＞qmin/Vmin可知：A＞0.05×103/10=5cm2，公式中的qmin是按產(chǎn)品樣本查得的GE系列調(diào)速閥YF-B10B的最小穩(wěn)定流量為0.05L/min，本題目中調(diào)速閥安裝在回油路上，故液壓缸有效面積為有桿腔的實際工作面積。即： cm2＞5cm2 滿足液壓缸最小穩(wěn)定流速。 表2 液壓缸在不同階段的壓力、流量和功率值 工況 負載F/N 回油腔壓力P2/MPa 進油腔壓力P1/MPa 輸入流量q/L·min-1 輸入功率 P/KW 計算公式 快進 啟動 6667 0 1.3 — — = 加速 4530 1.35 0.9 — — 恒速 3333 1.35 0.7 30 0.3 工進 23333 0.8 3 1.4 0.07 = 快退 啟動 6667 0 1.5 —　 —　 = 加速 4530 0.5 2.1 —　 —　 恒速 3333 0.5 1.8 27 0.8 夾緊 15789 0.5 2.3 0.003 0.02 = 3.2.2確定液壓泵的流量、壓力和選擇泵的規(guī)格 ⑴泵的工作壓力的確定 由于工進時液壓缸的工作壓力最大，因為正常工作時進油管路有一定的壓力損失，并且壓力繼電器可靠動作需要壓力為0.5MPa，所以泵的工作壓力為PP=P1+∑ΔP。 其中：PP—液壓泵的最大工作壓力； P1—執(zhí)行元件的最大工作壓力； ∑ΔP—進油路中壓力損失，由于本系統(tǒng)為差動系統(tǒng)，則取∑ΔP =0.5 MPa 則有：PP=P1+∑ΔP=(3+0.5+0.5)MPa=4MPa,PP為靜態(tài)時系統(tǒng)壓力，考慮到各工況過程在出現(xiàn)的壓力超過靜態(tài)壓力，需增加一定的儲備壓力，所以選擇額定壓力PR≥1.25PP=1.25×4=5MPa。 ⑵泵流量確定 液壓泵最大流量QP≥K∑qmax 其中： QP—液壓泵的最大流量； ∑qmax—同時動作的各執(zhí)行元件所需要的流量之和的最大值，同時溢流閥也工作，所以設(shè)溢流閥的最小溢流量為2.5L/min； K—系統(tǒng)泄漏系數(shù)，初取系數(shù)為K=1.1。 所以：QP≥1.130=33L/min。 ⑶選擇液壓泵的規(guī)格 根據(jù)上面計算的QP=33L/min，PP=4 MPa，查閱有關(guān)技術(shù)手冊，決定選用YBX—25變量葉片泵。該泵的基本參數(shù)為：每轉(zhuǎn)排量q=25ml/R，泵的額定壓力為Pn=6.3MPa，電機轉(zhuǎn)數(shù)NH=600～1500R/min。 ⑷與液壓泵相匹配的電動機選定 由于液壓缸在快退時輸入功率最大，若取進油路口壓力損失∑?P=0.5 MPa，液壓泵輸出壓力 PP=P1+∑ΔP=1.8+0.5=2.3MPa，流量30L/min時的情況。如取變量泵的總效率為η=0.75，則液壓泵驅(qū)動電機所需的功率為： P=PPqP/ηP=[2.3×106×30/(60×103)]/0.75=1533W 查閱電動機功率產(chǎn)品樣本，則選擇Y90S—4型電動機，其額定功率為1.1Kw，額定轉(zhuǎn)數(shù)為1200R/min。 3.3 液壓閥的選用 本系統(tǒng)所選用的液壓元件均采用榆次標準。 表3液壓元件規(guī)格和型號 序號 元件名稱 型號 通過流量L/min 1 變量葉片泵 YBX—25 - 2 三位四通閥 34DYF3Y-E10B 64 3 單向行程調(diào)速閥 UCF1G-04-30-30 57 4 單向閥 S10P0.3 30 5 順序閥 DZ1013/21 27 6 缷荷溢流閥 DA10A1-30/80YW220-50 <1 7 二位三通電磁閥 23DYH-H20B 64 8 單向閥 S10P0.3 30 9 濾油器 XU-B32*100 30 10 壓力表開關(guān) KF-L8/14E - 11 減壓閥 DR10-G13/100YM <1 12 單向閥 S10P0.3 <1 13 二位四通電磁閥 24DI1-6B <1 14 單向順序閥 DZ1013/210YM <1 15 壓力繼電器 PF-B8H - 3.4其他元件的選用及計算 3.4.1確定管道尺寸 表4 各工況實際流量 快進L/min 工進L/min 快退L/min 夾緊L/min q1=A1(qp1+qp1)A1-A2= 57 q1=1.4 q1=qp1+qp2=30 q1=0.003 q1=q1A2A1=27 q1=q1A2A1=0.7 q1=q1A2A1=64 q1=q1A1A2=0.005 由表4可以看出，液壓缸在各階段的實際運動速度符合設(shè)計要求。 根據(jù)表4，管道內(nèi)允許速度取v=4m/s,計算得與液壓缸無桿腔和有桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為： 為了統(tǒng)一規(guī)格，按產(chǎn)品樣本選取所有管子均為內(nèi)徑20mm、外徑28mm的10號冷拔鋼管。 3.4.2液壓油箱內(nèi)容積的確定 油箱的容積： 3.5擬定液壓系統(tǒng)原理圖 組合機床液壓基本回路為 圖4液壓系統(tǒng)原理圖 3.5.1調(diào)速與速度換接回路 由工況情況可知：執(zhí)行元件采用油缸實現(xiàn)往復(fù)運動，組合機床進給功率較小，同時需要增加進給運動的平穩(wěn)性，因此采用回油路節(jié)流調(diào)速回路。為保證切削過程速度的穩(wěn)定，選用調(diào)速閥調(diào)速。 3.5.2換向回路 本機床的動力滑臺在調(diào)整時要求能處于任意位置，故采用三位五通換向閥換向。在機床運動時，采用行程閥來進行位置控制，這樣能使速度換接平穩(wěn)。 3.5.3壓力控制回路 工況特點是在快速時，低壓大流量，時間短；工進時，高壓小流量，時間短長。應(yīng)采用兩個泵供油（大流量泵和小流量泵各一個）。小泵工作時，大泵可卸載；而大泵工進中，小泵不工作，其間斷短，不必卸荷。 3.5.4夾緊裝置回路 夾緊油路一般低于所需主油路的壓力，故在夾緊油路上安裝減壓閥和單向閥來提高和降低夾緊油缸的壓力，以保證夾緊力的大小和夾緊力的穩(wěn)定性能。 3.5.5行程終點控制 由于本機床為組合液壓機床對加工平面有一定精度要求。因此，采用死擋鐵停留，并通過壓力繼電器來發(fā)出換向信號。 3.5.6油泵的選擇 雙泵供油和變量泵供油均適用于該組合液壓機床的液壓系統(tǒng)。由于變量泵的經(jīng)濟性更好，所以改用變量泵供油。在換向閥回油箱油路旁安裝一個單向閥。解決組合機床停止時油液流回油箱，導(dǎo)致空氣進入系統(tǒng)，影響滑臺的工作平穩(wěn)性問題。 3.5.7控制方式 由于單個集成塊上要安裝很多的液壓元件而造成該集成塊的位置安排和加工難易程度的增加，為了便于加工和安排，現(xiàn)把單集成塊結(jié)合改為多集成塊控制。 25 4 液壓缸及液壓站的裝置的設(shè)計 4.1液壓缸的結(jié)構(gòu)形式的確定 液壓缸的結(jié)構(gòu)形式指它的類型、安裝方法、密封形式及緩沖形式與排氣裝置。 本系統(tǒng)有兩個液壓缸，即夾緊液壓缸和工作行程液壓缸。夾緊液壓缸采用單活塞桿式，缸體固定，采用O型密封圈密封。同時，液壓缸缸體與活塞桿同采用鑄鐵即可?？紤]到工進行程較小，運動部件重量不大，速度較小，所以不用緩沖裝置結(jié)構(gòu)也可。但排氣的螺栓不可缺少，可用油管接頭來簡單替代。工作行程液壓缸的基本原理與夾緊液壓缸相同。 但有一條值得強調(diào)的是，材料為鑄鐵，加工時的粉末、鐵屑及部分氣孔等很容易污染液壓油。因此在內(nèi)部要采用特殊處理。同時要安裝一個防塵圈，這一點夾緊油缸也要加以注意。 同時，由于本系統(tǒng)為銑削加工機床，對于加工精度有一定的要求，因此在液壓缸要安裝一個壓力繼電器，采用死擋鐵停留，并通過壓力繼電器發(fā)出換向及定位信號來達到預(yù)定的位置要求和精度要求。 4.2液壓缸的系統(tǒng)組成 液壓缸按結(jié)構(gòu)組成分為缸體組件、活塞組件、密封裝置、緩沖裝置和排氣裝置等。 4.2.1缸體組件 缸體組件包括缸筒、缸蓋、缸底等零件，缸筒與缸蓋常見的連接方式有螺栓和螺釘連接、內(nèi)半環(huán)連接、螺紋連接、焊接連接等幾種形式。本系統(tǒng)中要采用螺紋連接的方式。 螺紋連接適用于缸徑較小的缸筒，對于缸徑較大的缸筒，螺紋尺寸較大，內(nèi)外徑要求同心，裝拆需要專用工具，優(yōu)點是螺紋對缸筒強度削弱較小。同時工作壓力較小時，缸筒可采用鑄鐵，工作壓力較大時可采用無縫鋼管或鑄鋼和鍛鋼。 4.2.2活塞組件 活塞與活塞桿的的連接形式有螺紋連接、焊接連接、半環(huán)連接、彈簧擋圈連接等幾種形式。本系統(tǒng)采用螺紋連接。 4.2.3密封裝置 液壓系統(tǒng)對于密封裝置有一定的要求，即 ⑴在一定的工作壓力和溫度范圍內(nèi)具有良好的密封性能。 ⑵密封裝置與運動部件之間的摩擦系數(shù)小，并且摩擦力穩(wěn)定。 ⑶耐磨性好，壽命長，不易老化，抗腐蝕能力強，不損壞密封零件表面，磨損后在一定程度上能自動補償。 ⑷制造容易，維護、使用方便，價格低廉。 本系統(tǒng)采用O型密封圈密封。它是由耐油橡膠制成的，起截面為圓形。它的工作原理是依靠O型密封圈預(yù)壓縮，消除間隙而實現(xiàn)密封。有關(guān)O型密封圈的安裝溝槽、擋圈、O型密封圈都已標準化，在應(yīng)用時可直接查閱有關(guān)的技術(shù)手冊。 4.2.4緩沖裝置 當液壓缸所驅(qū)動的質(zhì)量較大、工作部件速度較快時，為避免因動量大在行程終點產(chǎn)生活塞與缸蓋的撞擊，影響工作精度或損壞液壓缸，一般在液壓缸的兩端設(shè)置有緩沖裝置，但由于本系統(tǒng)的壓力及速度都較小，不需要采用緩沖裝置。 4.2.5排氣裝置 由于液壓油中混入空氣，以及液壓缸在安裝過程中或長時間停止使用而滲入空氣，液壓缸在運行過程中，會因氣體壓縮性而使執(zhí)行部件出現(xiàn)低速爬行、噪聲等不正常現(xiàn)象。所以，液壓缸應(yīng)有排除缸內(nèi)空氣的措施。本系統(tǒng)中采用油管接頭來代替排氣裝置。 4.3 液壓油路板的結(jié)構(gòu)與設(shè)計 4.3.1液壓油路板的結(jié)構(gòu) 液壓油路板一般是用灰鑄鐵來制造，要求材料致密，無縮孔疏松等缺陷。液壓油路板正面用螺釘固定液壓元件，表面粗糙度值為0.8μm，背面連接壓力油管（P）、回油管（T）、泄漏油管（K）和工作油管（A、B）等。油管與液壓油路板通過管接頭用米制細牙螺紋或英制管螺紋連接。液壓元件之間通過液壓油路板內(nèi)部的孔道連接。除正面外，其他加工面和加工孔道的表面粗糙度值為Ra6.3—12.5m。液壓油路板一般要采用框架固定，要求安裝、維修和檢測方便。它可固定在液壓站上。安裝方式為板式安裝。 4.3.2液壓油路板的設(shè)計 液壓油路板上元件布局要緊湊，盡量要把元件裝在一塊板上。板的外形尺寸一般 不大于400mm，板上安裝的閥一般不大于10—12個，同時設(shè)計要注意以下幾點： ⑴同一個液壓回路的液壓元件應(yīng)盡量布置在同一塊液壓油路板上，盡量減少連接孔道。 ⑵組合機床加工自動線或多工位機床液壓系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)相同的部分應(yīng)設(shè)計成可互換的通用板，不同結(jié)構(gòu)的部分設(shè)計成專用板。 4.3.3液壓元件布局的要求 ⑴液壓閥閥芯應(yīng)處于水平方向，防止閥芯自重影響液壓閥的靈敏度，特別是換向閥一定要水平布置。 ⑵與液壓油路板上主液壓油路、相通的液壓元件，其相應(yīng)油口應(yīng)盡量沿同一坐標軸線布置，以減少加工孔道。 ⑶壓力表開關(guān)布置在最上方，如果需要在液壓元件之間布置，則應(yīng)留足壓力表安裝的空間。 ⑷液壓元件之間的距離應(yīng)大于5mm，換向上的電磁鐵、壓力閥的先導(dǎo)閥以及壓力表等可適當延伸到液壓油路板的輪廓線外，以減小油路板的尺寸。 4.4 液壓集成回路的結(jié)構(gòu)與設(shè)計 4.4.1液壓集成回路的設(shè)計 ⑴把液壓回路劃分為若干個單元回路，按照就近原則，、每個回路一般由三個液壓元件組成，采用通用的壓力油路P和回油路T，設(shè)計液壓單元集成回路時，優(yōu)先選用通用的液壓單元集成回路，以減少集成塊的設(shè)計工作量，提高通用性。 ⑵把各液壓單元集成回路連接起來，組成液壓集成塊。要和系統(tǒng)液壓回路進行比較，并分析工作原理是否相同。 4.4.2集成塊設(shè)計步驟 ⑴制做液壓元件樣板。 ⑵決定通道的孔徑。集成塊上公用通道，即壓力油孔、回油孔、泄油孔及四個安裝孔。與液壓油管連接的液壓油孔采用米制細牙螺紋或英制管螺紋。 ⑶集成塊上液壓元件的布置。把制作好的液壓元件樣板圖放在集成塊各視圖上進行布局，有的液壓元件需要連接板，則樣板應(yīng)以連接板為準。液壓元件在水平面上的孔道若與公共油孔相通，則盡可能地布置在同一垂直位置或在直徑d范圍內(nèi)，否則要鉆中間孔道，集成塊前后與左右連接的孔道應(yīng)互相垂直，不然也要鉆中間孔道。設(shè)計專用集成塊時，要注意其高度要比裝在其上的液壓元件的橫向尺寸大2mm，以避免上下集成塊的液壓元件相碰，影響集成塊緊固。 ⑷集成塊上液壓元件的布置程序。電磁換向閥布置在集成塊集成塊的前后，先布置垂直液壓元件泄漏油孔可考慮與回油孔合并。 4.4.3液壓集成塊零件圖的繪制 集成塊的六個面都是加工面，其中有三個側(cè)面要裝液壓元件，引出管道。塊內(nèi)孔道縱橫交錯、層次多，需要多個視圖和2—3個剖面才能看清楚?？紫档奈恢镁纫筝^高，因此尺寸、公差及表面粗糙度均應(yīng)標注清楚，技術(shù)要求也應(yīng)予以說明。集成塊的視圖比較復(fù)雜，視圖應(yīng)盡可能少用虛線表示。為了便于檢查和裝配集成塊，應(yīng)把單向集成塊回路圖和集成塊上液壓元件布置簡要繪制在視圖旁邊。而且應(yīng)該將各個孔道編上號碼，列表說明各個孔的尺寸、深度以及與哪些孔相交等情況。 5 液壓集成塊的應(yīng)用 5.1液壓集成塊的優(yōu)勢 液壓系統(tǒng)采用液壓閥集成配置，具有結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便、振動小、利于實現(xiàn)典型液壓系統(tǒng)的集成化、標準化等特點，因此應(yīng)用日益廣泛。其中的關(guān)鍵零件——液壓集成塊，因為具有密集而復(fù)雜的空間孔道系統(tǒng)，其設(shè)計工作是一件極其煩瑣、復(fù)雜而又極易出錯的工作。 因而，在這種情況下，通過液壓開發(fā)液壓集成塊智能化的設(shè)計思路來提高工作效率，設(shè)計人員減輕了自己的工作量，保證了設(shè)計質(zhì)量。 5.2液壓集成塊智能化設(shè)計的基本思想 液壓集成塊智能化設(shè)計的基本思想是：從液壓系統(tǒng)設(shè)計的原理圖出發(fā)，考慮確定集成塊的幾何尺寸、閥體在集成塊上的分布方式及孔道的形狀和連接位置。然后根據(jù)設(shè)計結(jié)果生成由計算機控制的集成塊智能化設(shè)計方法。 5.3液壓原理圖輸入模塊 液壓原理圖是液壓集成塊設(shè)計的主要依據(jù)，是實現(xiàn)智能化的前提與基礎(chǔ)。因此要建立一種與之相對應(yīng)的計算機語言來加以運用，即原理圖的輸入模塊。它包括以下幾個內(nèi)容： ⑴液壓元件及其安裝表面 ⑵液壓元件在集成塊各表面的安裝位置 ⑶工藝孔的安裝表面及安裝位置 ⑷集成塊的總體尺寸 以上內(nèi)容應(yīng)被轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的計算機語言后形成與之相對應(yīng)的系統(tǒng)文件來 供計算機使用。 5.4集成塊方案設(shè)計模塊 液壓集成塊方案設(shè)計有以下兩個基本思想，即設(shè)計原則 ⑴孔道之間不發(fā)生干涉。 ⑵集成塊上盡可能少設(shè)工藝孔。 根據(jù)以上的設(shè)計原則來編寫計算機應(yīng)用程序，設(shè)置不同的技術(shù)參數(shù)模塊來進行總體評價，并決定是否需要手工調(diào)整方案。 5.5孔道布置模塊 首先根據(jù)原理圖來描述集成塊各表面液壓元件的安裝，并設(shè)計自動檢驗及查詢裝置（即李氏算法 Lee—More Algorithm）來檢驗各液壓元件的基本輪廓尺寸，確定各液壓元件的安裝位置。根據(jù)各元件的連接關(guān)系來實現(xiàn)自動布置。若孔道之間不能直接相通，則輸出一信號來決定是否工藝孔手工布置。 總之，孔道布置模塊應(yīng)安裝一個閉環(huán)反饋系統(tǒng)，即“設(shè)計——校核——調(diào)整設(shè)計——再校核”來最終完成孔道布置，實現(xiàn)智能化，為后面的孔道通斷校核及圖紙輸出提供正確依據(jù)。 5.6孔道通斷校核模塊 孔道通斷校核檢驗是對整個集成塊設(shè)計的一個基本也是最重要的一個指標。它的作用舉足輕重。它包括即時通斷校核和整體通斷校核兩方面的內(nèi)容。 ⑴即時校核：即時校核主要是為人工干預(yù)孔道設(shè)計或進行局布檢查提供服務(wù)。它可以隨時地檢驗各孔道之間的連通關(guān)系，可以避免因某處工作失誤而造成的連鎖錯誤反應(yīng)。 ⑵總體校核：總體校核主要是從整體出發(fā)，對整個系統(tǒng)的集成塊的連通進行校核。因此，要設(shè)計出一套程序來進行整體檢驗，即設(shè)計出一個閉環(huán)反饋系統(tǒng)來不斷的完善設(shè)計內(nèi)容，最終達到整體的優(yōu)化，即最終的設(shè)計結(jié)果。 5.7 液壓集成塊的作用 集成塊的智能化設(shè)計改變了技術(shù)工人過去的舊的設(shè)計思路，提高了工作效率，保證了工作質(zhì)量，減輕了勞動強度，同時也預(yù)示著信息時代的高度發(fā)展。 關(guān)于集成塊的智能化設(shè)計問題，由于筆者個人能力有限，以上僅提出了一種模糊的設(shè)計思想，希望能為各位專家、學(xué)者在今后的設(shè)計和研究中提供一種設(shè)計思路。同時敬請各位專家和學(xué)者批評與指正。 6 液壓系統(tǒng)性能驗算 6.1 驗算系統(tǒng)壓力損失 由于系統(tǒng)管路布置尚未確定，所以只能估算系統(tǒng)壓力損失。估算時，首先確定管道內(nèi)液體的流動狀態(tài)，然后計算各種工況下總的壓力損失。現(xiàn)取進、回油管長為l=2m，油液的運動黏度取v=1×10-4m2/s,油液的密度取ρ=0.9174×103Kg/m3。 6.1.1 判斷流動狀態(tài) 在快進、工進和快退三種工況下，進、回油管路中所通過的流量以快退時回油流量q2=64L/min為最大，此時，油液流動的雷諾數(shù)也為最大。 最大的雷諾數(shù)（2000），故可推出：各工況下的進、回油路的油液的流動狀態(tài)全為層流。 6.1.2 計算系統(tǒng)壓力損失 將層流流動狀態(tài)沿程阻力系數(shù) 和油液在管道內(nèi)流速 同時代入沿程壓力損失計算公式，并將已知數(shù)據(jù)代入后，得 可見，沿程壓力損失的大小與流量成正比，這是由層流流動所決定的。 在管道結(jié)構(gòu)尚未確定的情況下，管道的局部壓力損失常按下式作經(jīng)驗計算，即 計算各工況下的閥類元件的局部壓力損失：其中的由產(chǎn)品樣本查出，qn和q數(shù)值由表3和表4列出。 滑臺在快進、和快退工況下的壓力損失計算如下。 ⑴快進 滑臺快進時，液壓缸通過電液換向閥差動連接。在進油路上，油液通過單向閥、電液換向閥，然后與液壓缸有桿腔的回油匯合通過行程閥進入無桿腔。在進油路上，壓力損失損失分別為 在回油路上，壓力損失分別為 將回油路上的壓力損失折算到進油路上去，便得出差動快速運動時的總的壓力損失 ⑵工進 滑臺工進時，在進油路上，油液通過電液換向閥、調(diào)速閥進入液壓缸無桿腔，在調(diào)速閥處的壓力損失為0.5MPa，在回油路上，油液通過電液換向閥、二位三通電磁閥返回油箱。若忽略管路的沿程壓力損失和局部壓力損失，則在進油路上總的壓力損失為 此值略小于估計值。 在回油路上總的壓力損失為 重新計算液壓缸的工作壓力 考慮到壓力繼電器的可靠動作要求，則工進時的工作壓力為 ⑶快退 滑臺快退時，在進油路上，油液通過單向閥、電液換向閥進入液壓缸有桿腔。在回油路上，油液通過單向閥、電液換向閥和電磁閥返回油箱。在進油路上總的壓力損失為 此值遠小于估計值，因此液壓泵的驅(qū)動電動機的功率是足夠的。 在回油路止總的壓力損失為 6.2 驗算系統(tǒng)發(fā)熱與溫升 由于工進在整個工作循環(huán)中占96%，所以系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升可按工進工況來計算。在工進時，在液控順序閥卸荷，其出口壓力即為油液通過液控順序閥的壓力損失 液壓系統(tǒng)的總輸入功率即為液壓泵的輸入功率 液壓系統(tǒng)輸出的有效功率即為液壓缸輸出的有效功率 系統(tǒng)的發(fā)熱功率為 工進時系統(tǒng)中的油液溫升 其中傳熱系數(shù)K=15W/(m2?℃) 設(shè)環(huán)境溫，則熱平衡溫度為 測溫在允許范圍內(nèi)，油箱散熱面積符合要求，不必設(shè)置冷卻器。 結(jié) 論 組合機床液壓系統(tǒng)設(shè)計是一個簡單的多元件控制回路的典型例子。 利用液壓系統(tǒng)工作過程中的壓力及供油量變化來執(zhí)行不同的元件來完成系統(tǒng)順序進行是液壓系統(tǒng)具有的典型控制特性。 本液壓系統(tǒng)主要考慮因素是簡單、實用、效率高、低成本、技術(shù)先進等。 因此，在設(shè)計的過程中，設(shè)計者始終考慮上述因素，系統(tǒng)功率不大，且油量不一，則采用變量泵及回油路節(jié)流調(diào)速回路；同時采用板式結(jié)構(gòu)裝配，并配有壓力繼電器來增加夾緊系統(tǒng)的可靠性和準確性；采用標準油箱來便于制造和安裝、調(diào)試和維修；同時采用先進的液壓控制閥來提高系統(tǒng)的準確性及良好的性能；還有，工作滑臺的進給量不大，液壓油缸采用單桿活塞缸的思路也是合理的。 總之，在整個的設(shè)計過程中，設(shè)計者始終采用先進的設(shè)計方法、先進的設(shè)計思路，力求在原有的成品設(shè)計的基礎(chǔ)上加以改進來使之的性能更具完善。 希望前面的設(shè)計內(nèi)容與思路能為今后的同類的系統(tǒng)設(shè)計帶來一點點啟示。 致 謝 畢業(yè)設(shè)計是學(xué)生在大學(xué)期間的最后一次集中自主學(xué)習的過程，是對幾年來的學(xué)習的深化與升華，是對學(xué)生的學(xué)習能力及實踐能力的培養(yǎng)和檢驗的重要環(huán)節(jié)，是學(xué)生畢業(yè)及學(xué)位資格認證的重要依據(jù)，因此，作為設(shè)計者要給予充分的注視。 三個月的畢業(yè)設(shè)計即將接近尾聲，這意味著兩年的大學(xué)學(xué)習生活即將結(jié)束，目前的設(shè)計仍在有條不紊的進行著。 經(jīng)過相當一段的認識，我對畢業(yè)設(shè)計有了更深入的理解，設(shè)計實際上是一種創(chuàng)造性的思維活動，它實現(xiàn)了理論與實踐、學(xué)習與科研、教育與生產(chǎn)、教書與育人的高度統(tǒng)一。它已廣泛地深入到我們的領(lǐng)域中，它更好地培養(yǎng)了學(xué)生勇于開拓、勇于探索的精神。 由于本人設(shè)計時間倉促及個人能力有限，在設(shè)計過程中缺乏經(jīng)驗，難免會有缺點和錯誤，在此殷切希望各位專家、老師和同學(xué)批評指正，多提寶貴意見。 在設(shè)計過程中，得到了沈越老師、孫榮權(quán)老師和郭易老師及廣大同學(xué)的悉心指導(dǎo)和大力支持，也正是由于各位的關(guān)心和幫助，我的畢業(yè)設(shè)計才得以順利進行，在此一并表示感謝。同時，在各位老師的身上，我看到了誨人不倦、無私奉獻的優(yōu)秀老師形象，這將伴隨我一生的成長，再次表示深深誠摯的謝意。 參考文獻 [1] 許賢良. 液壓傳動[M]. 北京: 國防工業(yè)出版社，2006.9: 283-292 [2] 王守城. 液壓傳動[M]. 北京: 北京大學(xué)出版社，2007.7 [3]《機械設(shè)計手冊》編委會. 液壓傳動與控制[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社，2007.2 [4] 余新陸. 液壓系統(tǒng)說明[J]. 機械制造業(yè)，2005.08: 28-29 [5] 朱廣立. 專用自動鉆床液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計[J]. 機械制造與自動化，2005.03: 14-15 [6] 鄧英劍. 液壓與氣壓傳動[M]. 北京: 國防工業(yè)出版社，2007.8 [7] 李如松. 組合機床和自動線的技術(shù)發(fā)展[J]. 組合機床與自動化加工技術(shù)，1999.01: 24-26 [8] 張利平. 液壓傳動系統(tǒng)及設(shè)計[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社，2005.8 [9] 宋錦春. 液壓與氣壓傳動[M]. 科學(xué)出版社，2006.9 [10] 李秀敏. 組合機床行業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展思考[J]. 航空制造技術(shù)，2003.04: 41-43 34 35 沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） No