半自動液壓專用銑床液壓系統(tǒng)的設計【說明書+CAD】

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半自動液壓專用銑床液壓系統(tǒng)的設計 第一章 緒論 1.1設計目的 畢業(yè)設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學的基礎理論和專業(yè)理論知識，獨立解決機床設計問題的能力的一個重要的實踐性教學環(huán)節(jié)。 因此，通過設計應達到下述目的。 a初步掌握正確的設計思想和設計的基本方法\步驟,鞏固\深化和擴大所學的知識,培養(yǎng)理論聯(lián)系實際的工作方法和獨立工作能力。 b獲得機床總體設計，結構設計，零件計算，編寫說明書。繪制部件總裝圖（展開圖，裝配圖）和零件工作圖等方面的基本訓練及基本技能。 c熟悉有關標準、規(guī)格、手冊和資料的應用。 d對專用機床的液壓系統(tǒng)初具分析能力和改進設計的能力。 1.2設計內容及要求 1.2.1機床類型及動作循環(huán)要求： 設計一臺用成型銑刀在工件上加工出成型面的液壓專用銑床，要求機床工作臺一次可安裝兩只工件，并能同時加工。 機床工作循環(huán)為：手工上料 → 按電鈕 → 自動定位夾緊 → 工作臺快進 →銑削進給 → 工作臺快退 → 夾具松開 → 手工卸料。 1.2.2機床對液壓傳動系統(tǒng)的具體參數(shù)要求 表1-1液壓系統(tǒng)參數(shù) 液壓缸 名稱 負載力 （N） 移動件 重力（N） （速度M/min） 行程（MM） 啟動 時間（S） 定位夾緊缸運動時間（S） 快進 工進 快退 定位液 壓缸 200 20 10 1 夾緊液 壓缸 4000 40 15 1 進給液 壓缸 2000 1500 6 0.35 6 快進 工進 0.5 300 80 工作臺采用半導軌，導軌面的靜摩擦系數(shù)f=0.2動摩擦系數(shù)f=.0.1 第二章 設計步驟 2.1液壓系統(tǒng)的設計與計算 2.1.1分析工況及設計要求,繪制液壓系統(tǒng)草圖 機床工況由題可知為: 定 位 夾 松 快進 工進 拔銷 緊 開 定位液壓缸 夾緊液壓缸 工作臺進給液壓缸 按設計要求希望系統(tǒng)結構簡單,工作可靠,估計到系統(tǒng)的功率不會很大,且連續(xù)工作,所以決定采用單個定量泵、非卸荷式供油系統(tǒng).考慮到銑銷時可能有負的負載力產生,故采用回油節(jié)流調速的方法,為了提高夾緊缸的穩(wěn)定性與可靠性,夾緊系統(tǒng)采用單向閥與蓄能器的保壓回路,并能不用減壓閥,使夾緊油源壓力與系統(tǒng)的調節(jié)一致,以減少液壓元件的數(shù)量,簡化系統(tǒng)結構,定位后通過行程開控制二位四通電磁閥通點工作控制夾緊缸工作,并采用壓力繼電器,發(fā)訊使工作臺液壓工作以簡化電氣發(fā)訊與控制系統(tǒng),提高系統(tǒng)的可靠性. 綜合上面考慮,可繪制出液壓系統(tǒng)圖. (見附頁) 2.1.2液壓缸的負載計算: (1)定位液壓缸 已知負載力F=200N (慣性力與摩擦力可以忽略不計) (2)夾緊液壓缸 已知負載力F=4000N (慣性力與摩擦力可以忽略不計) (3)工作臺液壓缸 有效負載力F=200N (已知) 慣性力Fm=ma=1500/9.8/[(6/60-0)/0.5]=30.6N(按等加速處理) 摩擦力由液壓缸的密封阻力與滑臺運動的摩擦力組成,當密阻力按5%有效作用力估算時,總的摩擦阻力: Ff=0.05Rw+Fc=0.05*2000+0.2*1500=4000N 故負載力: F=Fw+Fm+Ff=2000+30.6+400=2430.6N 2.1.3確定系統(tǒng)的工作壓力 因為夾緊液壓缸的作用很大,所以可以按其工作負載來選定系統(tǒng)的壓力 由設計參考資料可以初定系統(tǒng)的壓力為0.8 ～ 1MPa,為使液壓缸體積緊湊,可以取系統(tǒng)的壓力為p1=1.5MPa 2.1.4確定夜壓缸的幾何參數(shù) (1) 定位液壓缸/桿的直徑 D= 考慮到液壓缸的結構與制造的方便性,以及插銷的結構尺寸等因素,見文獻[1]可以取D=32mm,d=16mm (2)夾緊液壓缸/桿的直徑 D= 實取D=63mm, d=32mm (3)進給液壓缸/桿的直徑 因采用雙出桿液壓缸,所以 D = 按工作壓力,可以選桿徑d=0.3D代入上上式得: D= 一般可取背壓P2=0.5MPa(對低壓系統(tǒng)而言),代入上式有: D= 取進給液壓缸系列化的標準尺寸為:D=63mm, d=20mm 2.2確定液壓泵規(guī)格和電動機功率及型號 2.2.1確定液壓泵規(guī)格 (a)確定理論流量 定位液壓缸最大的流量: Q1=A1v=（πD/4）·L/Δt=（3.14×0.032）/4×10×10/1=8.04×10m/s=0.4824L/min 夾緊液壓缸最大流量 Q2=A1v=（πD/4）·L/Δt=（3.14×0.063/4）×15×10/1=4.68×10m/s=2.8L/min 因為有兩個夾緊缸同時工作，所以 Q2=2 Q2′=2×2.8=5.6L/min 進給液壓缸最大流量 Q3=A2v=π（D-d)/4·v=3.14×（0.063-0.02)/4×6=0.0168m/s=1008L/min （b）確定液壓泵流量 由于定位,夾緊,進給液壓缸是分時工作的,所以其中液壓缸的最大流量既是系統(tǒng)的最大理論流量,另外考慮到泄漏和益流閥的益流流量,見文獻[1]可以取液壓泵流量為系統(tǒng)最大流量的1.1 ～ 1.3倍,現(xiàn)取1.2倍計算則有: Q泵=1.2Q3=1.2×16.8=20.16L/min 采用低壓齒輪泵,則可選取CB-B25為系統(tǒng)的供油泵,其額定流量為25L/min,額定壓力為2.5Mpa,額定轉速為24.17r/s(1450r/min) (C)確定電動機功率及型號 電動機功率P=pQ/612η=25×25/612×0.8=1.28KW按CB-B25型齒輪泵技術規(guī)格,查得驅動電動機功率為1.3KW,或取電動機功率略大一點的交流電機 現(xiàn)取電動機型號為JQ2 – 22 – 4額定功率為1.5KW,轉速為1450r/min 2.2.2確定油液的壓力 (a)定位缸油液的壓力 已知F=200N D=32mm d=16mm Q=0.4824L/min 求:P1 因為 F = A1 P =π DP=3.14/4×0.032P1 所以P1 = 2.488×10Pa (b)夾緊缸油液的壓力 已知F=4000N D=63mm d=32mm Q=5.6L/min 求:P2 因為 F = A1 P =πDP=3.14/4×0.063P1 所以P2 = 1.28×10Pa 2.3確定各類控制閥 系統(tǒng)工作壓力為1.5MPa,油泵額定最高壓力為2.5MPa,所以可以選取額定壓力大于或等于2.5MPa的各種元件,起流量按實際情況分別選取. 目前,中低壓系統(tǒng)的液壓元件多按6.3MPa系列的元件選取,所以可以選取.見文獻[1] 溢流閥的型號為: Y-25B工作臺液壓缸換向型號為:34D-25BY,快進二位二通電磁閥型號Q – 10B;背壓閥型號為:B - 25B定位,夾緊系統(tǒng)的最大流量為2.8L/min,所以可以選取. 單向閥型號為I – 10B;換向閥型號24D-10B 23D-10B;單向順序閥型號為XI-B10B. 蓄能器供油量僅作定位夾緊系統(tǒng)在工作臺快進,工進與快退時,補充泄漏和保持壓力之用,其補油量極其有限,所以可以按各種最小的規(guī)格選取，現(xiàn)取N × Q – 0.6/10 – 型膠囊式蓄能器，當△P=15%時，其有效補油體積為△V=0.07L。濾油器可選用型號為wv -25 - × 180J的網式濾油器,過濾精度為180um 壓力表可選用 Y – 60 型量程6.3MPa的普通精度等級的量表,選用量程較高的壓力表可以避免在系統(tǒng)有壓力沖擊時經常損壞,但量程選得過大會使觀察和調整的精度降低. 管道通徑與材料:閥類一經選定,管道的通徑基本上已經決定,既管道的通徑同于閥類進出油口的通徑,只有在有特殊需要時才按管內平均要求計算管道通徑. 按標準: (1) 通徑 25L/min流量處, 選用Φ１２通徑的管道 10L/min流量處, 選用Φ８通徑的管道 為便于安裝,可以采取紫銅管,擴口接頭安裝方式. (2) 壁厚 按強度公式有:　δ≥p.d/2[σ] 其中,紫銅的[δ]=250kgf/cm2為安全起見,可取 P=2.5MPa來計算: δΦ12≥2.5 × 12/2 × 25 =0.6mm δΦ8≥2.5 × 8/2 × 25 =0.4mm 所以可取12,壁厚1mm和8,壁厚0.8mm的紫銅管，考慮到擴口處管子的強度,壁厚可以略有增加，一般按常用紫銅管的規(guī)格選取即可(對低壓系統(tǒng)而言),對高壓系統(tǒng)必須進行計算。 2.4確定油箱容積與結構 因為是低壓系統(tǒng),油箱容積按經驗公式計算: 油箱容積V= ( ２ – ４)Q 現(xiàn)取 V= ４Ｑ = ４ ×２５ = 100L 結構可以采用開式、分立，電動機垂直安置式標準油箱。 2.5.選取液壓油 該系統(tǒng)為一般金屬切削機床液壓傳動,所以在環(huán)境溫度為-５℃～３５℃之間時,一般可選用２０號或３０號機械油。 冷天氣用２０號機械油，熱天氣用３０號機械油。 第三章 液壓缸及液壓裝置的結構設計 3.1確定液壓缸的結構形式 液壓缸的結構形式是指他的類型,安裝方法,密封形式,緩沖結構,排氣等. 定位與夾緊液壓缸均采用單出桿,缸體固定形式,為減少缸體與活塞體積,簡化結構,采用“Ｏ”型密封圈;由于行程很短,運動部件質量很小,速度也不大,不必考慮緩沖結構;排氣螺塞也可以由油塞接頭來代替. 工作臺液壓缸采用裝配活塞,雙出桿,缸體固定定形式,采用雙出桿可以使活塞桿在工作時處于受拉伸應力狀態(tài),有利于提高活塞桿的穩(wěn)定性,并且可以減小活塞桿的直徑,活塞上才用單個“Ｏ”型密封圈,另外,由于工作材料為鑄鐵,加工時粉塵及小片狀或針狀的鐵銷較多,所以有加上了一個防塵圈,夾緊液壓缸的的防塵圈也是鑒于同樣原因安放的. 由于機床工作臺作直線進給運動,在運動方向上沒有嚴格的定位要求（這一點與一般鉆銷動頭液壓缸的要求有所區(qū)別），不必采用機構?？焱耸?，可以采用電氣行程開關預先發(fā)訊，使三位四通換向閥切至中位，工作臺停住，避免剛性沖擊；排氣也采用松開油管進油螺塞的方法進行，而不設專門的放棄螺塞。 3.2計算液壓缸主要零件的強度和鋼度 定位夾緊油缸的內油和長度較小，一般可以按厚壁筒強度計算公式來估計必須的厚壁，有公式： δ=Ｄ/２（-１） 當額定壓力Pn＜6.3MPa時,取[σ]鋼=σb/n=4500/6=750kgf/cm2=75MPa Pp = Pn ×150% = 2.5 × 150% =3.75MPa 將[σ]鋼,Pp的值及定位,夾緊液壓缸的直徑D代入計算公式可得: δ定≥3.2/2(-1)＝0.072cm=0. 72mm δ夾≥3.2/2(-1)＝0.142cm=1. 42mm 工作臺液壓缸壁厚用薄壁筒計算公式來求: δ工 ≥ Pp D/2 [σ] = 3.75 × 6.3/2× 75 = 0.158cm = 1.58mm 從以上計算可以看出,對與小型底壓 ( D ＜ 100mm, Pn ＜ 2.5MPa ) 液壓缸按強度條件計算出來的缸壁厚度尺寸是很小的,因此,在設計這類液壓鋼事,可以先不計算,而直接按機械結構尺寸的需要,主要是缸體與缸蓋的連接出的尺寸,及考慮到缸體缸度所需的基本厚度尺寸,直接設計制圖,然后進行強度校核.這樣做在一般的情況下,均可滿足強度要求.而對于高壓的液壓缸或鑄鐵材料的缸體、缸壁的強度估算是必要的這樣可以避免結構設計圖的返工和修改。 對于缸蓋，活塞桿聯(lián)接件，鑒于與上相同的原因，強度計算一般可以放在結構設計后的強度校核中進行。 3.3完成液壓缸的結構設計和部分零件圖。 液壓缸的活塞厚度，一般可取b≥ 0.4D ,同時應該考慮密封圈安裝時的必要幾何尺寸,缸蓋應該考慮到進油及加工工藝要求,缸體連接處應考慮必要的導向與支撐的結構尺寸。 小型定位， 夾緊傳動液壓缸與傳動液壓缸在結構與安裝方法上不盡相同,總之要使結構設計達到結構簡單、工藝性好、安裝方便、取材便利、強度足夠、要求輸出力、位移和功率,也要能達到設計要求。 根據(jù)上述液壓缸的結構特點及內徑、桿徑、行程等要求，液壓缸的結構設計（見附錄B）。 第四章 管路系統(tǒng)壓力損失的計算 由于定位、夾緊、回路在夾緊后的流量幾乎為零，即管路系統(tǒng)的壓力損失，主要應在工作臺液壓缸回路中進行計算。 按快進時，最大流量來估計壓力損失 Q3 = 16.8L/ min來考慮(因泵的額定流量Q=25L/min)。 總壓力損失 ∑△p=∑△p沿+∑△p局 其中:∑△p沿---管路中沿程阻力+損失之和 ∑△p局---管路中局部阻力損失系各閥類元件的阻力之和 一般,簡單的低壓金屬切削機床液壓系統(tǒng)中∑△p 值可取(0.1～0.3) Pn(Pn為系統(tǒng)調整壓力)見文獻[1]。 壓力閥調整壓力的確定:Py=1.1Pn=1.1 * 1.5 =1.65MPa由于系統(tǒng)壓力在初步設計時一般取泵的額定壓力的50%～70%目的是為了延長泵的壽命或減少噪音。所以泵源總有一定的壓力儲備，系統(tǒng)的調整壓力可在試車階段進一步調節(jié)。 順序閥的控制壓力可以選擇為先動液壓缸最大起動壓值的150%～200%，而必須比系統(tǒng)調整壓力低，順序閥的控制壓力可調節(jié)為0.6～0.7MPa。 壓力蓄電器發(fā)訊時壓力必須比系統(tǒng)額定壓力值稍小一些 ，可調節(jié)1.4～1.5MPa。 第五章 系統(tǒng)熱平衡計算與油箱容積的計算 5.1液壓系統(tǒng)的性能估算 5.1.1液壓系統(tǒng)的效率 取泵的效率ηB=0.75,液壓缸的機械效率ηG=0.9,回路效率為: 當工進速度為1m/min。 ηC=(1.96×2.488×105)/(6×1.28×106)=0.29 當工進速度為60mm/min時， ηC=（0.12×24×105)/(6×1.28×106)=0.0178 η=0.75×0.9×（0.29～0.0178）=0.196～0.012 5.1.2液壓系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升 只驗算系統(tǒng)在工進時發(fā)熱和溫升。定量泵的輸入功率為： Pλ=(pyQb)/ η=(1.28×106×6)/(0.75×60×103)kw=0.36kw 工進時系統(tǒng)的效率η=0.012，系統(tǒng)發(fā)熱量為： H= Pλ（1-η）=0.036（1-0.012）kw=0.356kw 取散熱系數(shù)K=15×10-3kw/m2·℃,油箱散熱面積A=0.0653m2時，溫升的近似值為： △ T=H/KA=（0.356×103）/（15×0.065）℃=33.5℃﹤50～55℃ 第六章 畢業(yè)設計總結 為期10個星期的畢業(yè)設計即將結束，也就意味著我的大學生活即將結束，但在這10個星期的時間里我學到了很多知識和技能。 作為一名數(shù)控專業(yè)的大專生，我在大學三年的學習生活中，系統(tǒng)地學習了數(shù)控及其相關專業(yè)的各門課程。我的畢業(yè)設計課題為半自動液壓專用銑床液壓系統(tǒng)的設計，通過這次設計我更深入的復習和理解了大學所學的相關內容。 半自動液壓專用銑床能夠一次可安裝兩只工件，而且又能同時加工。機床的系統(tǒng)結構簡單,工作可靠,估計到系統(tǒng)的功率不會很大,且連續(xù)工作,所以決定采用單個定量泵、非卸荷式供油系統(tǒng).考慮到銑銷時可能有負的負載力產生,故采用回油節(jié)流調速的方法,為了提高夾緊缸的穩(wěn)定性與可靠性,夾緊系統(tǒng)采用單向閥與蓄能器的保壓回路,并能不用減壓閥,使夾緊油源壓力與系統(tǒng)的調節(jié)一致,以減少液壓元件的數(shù)量,簡化系統(tǒng)結構,定位后通過行程開控制二位四通電磁閥通點工作控制夾緊缸工作，并可以采用壓力蓄電器發(fā)訊使工作臺液壓工作以簡化電氣發(fā)訊與控制系統(tǒng),提高系統(tǒng)的可靠性。 通過這次畢業(yè)設計使我掌握了做機械設計的基本方法和思路，為今后的工作打下了基礎，現(xiàn)將感受總結如下： 首先，我學會了對相關機床的檢索，一切機械設計研究都是建立在前人研究的基礎之上的。因此，對于相關數(shù)據(jù)資料的檢索顯得尤為重要。在現(xiàn)代社會中，隨著計算機的普及以及網絡技術的發(fā)展，對于各種機床的數(shù)據(jù)資料的檢索已經從圖書館的紙質資料轉移到網絡平臺下的電子文檔。通過畢業(yè)設計，我詳細的學習并掌握了IEEE、中國知網、萬方數(shù)據(jù)庫等數(shù)據(jù)庫的檢索與使用。 其次，在對半自動液壓專用銑床基本概念與基本理論的熟練掌握的基礎之上的。我的畢業(yè)設計的課題就是對液壓缸的負載、流量、直徑等一些簡化計算的。而這恰恰是建立在我對液壓缸、液壓泵和液壓閥的基本問題的深入理解的基礎之上的。通過這次畢業(yè)設計強化了我對大學期間所學的基礎課以及專業(yè)課的認識和理解，鞏固了我的知識體系結構，為今后的工作打下了理論基礎。 最后，通過這次畢業(yè)設計還使我了解了科技論文的寫作規(guī)范，熟悉了offic系列軟件在文字處理與排版等方面的使用。這次畢業(yè)設計不是簡簡單單的完成了一個課題，練習了我的畫圖能力，鍛煉了我分析解決問題的能力，為今后的工作打下了堅實的基礎。 致謝 ????? 感謝孫老師他們嚴謹細致、一絲不茍的作風一直是我工作、學習中的榜樣；他們循循善誘的教導和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。 ??? 在此次半自動液壓專用銑床的畢業(yè)設計中，通過對組合機床的分析，對其進行了許多改進，解決了一些關鍵技術難點：1.完成了機械設計的全過程；2.、熟悉裝配工藝過程；3.取得了對機械、液壓傳動知識的理解與應用。在設計過程中我遇到了很多的難題，在指導老師孫老師和范老師不遺余力的幫助指導下我順利完成了該銑床的主體、下床身、液壓系統(tǒng)等的設計。使我把所學知識進行了一次系統(tǒng)性的使用，通過這一課題的實施可以使我們把所學知識學以至用。 范老師以他嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和豐富的理論知識為我糾正了設計中的錯誤，為我解答了設計中的疑問，為我的說明書的編寫提出了許多寶貴性的意見，付出了很多心血。而我始終感覺到范老師那種誨人不倦的高風亮節(jié)，這將在我遇到困難的時候永遠激勵著我。另外，范老師定期檢查設計完成情況，確保了質量和進度。在此，我感謝范老師在這次畢業(yè)設計中予以我的極大幫助。 同時向多年來關心過我的老師表示我最真摯的感謝，也感謝學校對我6年來的培養(yǎng)！最后，對各位專家、老師審閱我的論文深表感謝，并渴望給予批評指正！ 參考文獻 [1].季名善主編.液氣壓傳動.上海:機械工業(yè)出版社,2001 [2].王之櫟,王大康主編.機械設計綜合課程設計.北京: 機械工業(yè)出版社,2003 [3].胡荊生主編.公差配合與技術測量基礎.北京:中國勞動社會保障出版社.2000 [4].陳海魁主編.機械制造工藝基礎. 北京:中國勞動社會保障出版社.2000 [5].陳?？骶?機械基礎. 北京:中國勞動社會保障出版社.2001 [6].趙家齊主編.機械制造工藝書. 北京: 機械工業(yè)出版社,2000 [7].孫麗媛主編.機械制造工藝及專用夾具設計指導. 治金工業(yè)出版社,2003 附錄A 液壓元件型號規(guī)格 序 號 元 件 名 稱 通 過 流 量 q(L.min) 型 號 規(guī) 格 1 低壓齒輪泵 25 CB-B25 2 溢流閥 25 Y-25 3 單向閥 2.8 I-10B 4 單向閥 20.16 B-25B 5 三位四通閥 25 34D-25BY 6 快進二位二通電磁閥 25 22D-25B 7 調速閥 ＜1 Q-10B 8 二位四通換向閥 2.8 24D-10B 9 單向閥 2.8 XI-B10B 10 壓力蓄電器 DP1-63B 11 蓄能器 NXQ-0.6/10 12 電動機 JQ2-22-4 13 壓力表 Y-60 14 濾油器 25 WU-25×180J 15 二位三通換向閥 10 23D-10B 附錄B 液壓系統(tǒng)圖 15