半自動液壓專用銑床液壓系統(tǒng)的設計

半自動液壓專用銑床液壓系統(tǒng)的設計,半自動,液壓,專用,銑床,系統(tǒng),設計 編號____ 畢業(yè)設計(論文) 題目:半自動液壓專用銑床液壓系統(tǒng)的設計 無錫技師 學院（系） 數(shù)控 專業(yè) 學 號： 23 學生姓名： 張鵬 指導教師： 孫亞波 （職稱： ） 范峰 （職稱： ） 年 月 設計任務書 一、 機床對液壓傳動系統(tǒng)的具體參數(shù)要求 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 二.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。 摘 要 本次畢業(yè)設計的是半自動液壓專用銑床的液壓設計，專用銑床是根據(jù)工件加工需要，以液壓傳動為基礎，配以少量專用部件組成的一種機床。在生產(chǎn)中液壓專用銑床有著較大實用性，可以以液壓傳動的大小產(chǎn)生不同性質(zhì)的銑床。此次設計主要是將自己所學的知識結(jié)合輔助材料運用到設計中，尤其是一些計算、繪圖等細小方面。在設計過程中最主要的是圖紙的繪制，這不僅可以清楚的將所設計的內(nèi)容完整的顯示出來，還能看出所學知識是否已完全掌握了。 整個主要設計過程分成六個部分：參數(shù)的選擇、方案的制定、圖卡的編制、專用銑床的設計、液壓系統(tǒng)的設計以及最后有關的驗算。主體部分基本在圖的編制和液壓系統(tǒng)的設計兩部分中完成的。 工序分為：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。 關鍵詞：銑削進給，液壓傳動，夾具 目 錄 第一章、緒論 ------------------------------------------------------------------------1 1.1設計目的----------------------------------------------------------1 1.2設計內(nèi)容及要求 　1.2.1機床類型及動作循環(huán)要求 1.2.2機床對液壓傳動系統(tǒng)的具體參數(shù)要求 第二章、液壓系統(tǒng)的設計 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 2.1.2液壓缸的負載計算 2.1.3確定系統(tǒng)的工作壓力 2.1.4確定液壓缸的幾何參數(shù) 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 2.2.2確定油液的壓力 2.3 確定各類控制閥 2.4確定油箱容積與結(jié)構(gòu) 2.5選取液壓油 第三章、液壓缸及液壓裝置的結(jié)構(gòu)設計 3.1確定液壓缸的結(jié)構(gòu)形式 3.2計算液壓缸主要零件的強度和鋼度 3.3完成液壓缸的結(jié)構(gòu)設計和部分零件圖。 第四章、管路系統(tǒng)壓力損失的計算 第五章、系統(tǒng)熱平衡計算與油箱容積的計算 第六章、結(jié)論 致謝 參考文獻 附錄 附錄A 液壓元件的規(guī)格 附錄B 液壓系統(tǒng)圖 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(jié)構(gòu)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對專用機床的夜壓系統(tǒng)初具分析能力和改進設計的能力。 1.2設計內(nèi)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夜壓專用銑床，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 液壓系統(tǒng)參數(shù)圖 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: 定位液壓缸 夾緊液壓缸 工作臺進給液壓缸 定 位 夾 松 快進 工進 拔銷 緊 開 按設計要求希望系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(chǎn)生,故采用回油節(jié)流調(diào)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(diào)節(jié)一致,以減少液壓元件的數(shù)量,簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu),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R=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R=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R=200N (已知) 慣性力Rm=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: Rf=0.05Rw+Fc=0.05*2000+0.2*1500=4000N 故負載力: R=Rw+Rm+Rf=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) 定位液壓缸的 D= 考慮到液壓缸的結(jié)構(gòu)與制造的方便性,以及插銷的結(jié)構(gòu)尺寸等因素,參考手冊---可以取D=32mm,d=16mm (2)夾緊液壓缸 D= 實取D=63mm, d=32mm (3)進給液壓缸 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=πD-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,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(zhuǎn)速為24.17r/s(1450r/min) (C)確定電動機功率及型號 電動機功率N=PQ/612η=25×25/612×0.8=1.28KW按CB-B*型齒輪泵技術規(guī)格,查得驅(qū)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 動機型號為JQ2 – 22 – 4額定功率為1.5KW,轉(zhuǎn)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 = 1.283835×10Pa 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. 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(wǎng)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(jīng)常損壞,但量程選得過大會使觀察和調(diào)整的精度降低. 管道通徑與材料:閥類一徑選定,管道的通徑基本上已經(jīng)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(nèi)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(jié)構(gòu) 因為是低壓系統(tǒng),油箱容積按經(jīng)驗公式計算: 油箱容積V= ( ２ – ４)Q 現(xiàn)取 V= ４Ｑ = ４ ×２５ = 100L 結(jié)構(gòu)可以采用開式，分力，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(jié)構(gòu)設計 3.1確定液壓缸的結(jié)構(gòu)形式 液壓缸的結(jié)構(gòu)形式是指他的類型,安裝方法,密封形式,緩沖結(jié)構(gòu),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(jié)構(gòu),采用“Ｏ”型密封圈;由于行程很短,運動部件質(zhì)量很小,速度也不大,不必考慮緩沖結(jié)構(gòu);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(gòu)?？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(nèi)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)設計后的強度校核中進行。 3.3完成液壓缸的結(jié)構(gòu)設計和部分零件圖。 液壓缸的活塞寬度，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(jié)構(gòu)尺寸。 小型定位， 夾緊傳動液壓缸與傳動液壓缸在結(jié)構(gòu)與安裝方法上不盡相同,總之要使結(jié)構(gòu)設計達到結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)特點及內(nèi)徑、桿徑、行程等要求，液壓缸的結(jié)構(gòu)設計（如圖A——1）。 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(diào)整壓力)。 壓力閥調(diào)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(diào)整壓力可在試車階段進一步調(diào)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(diào)整壓力低，順序閥的控制壓力可調(diào)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(diào)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 系統(tǒng)發(fā)熱量可以由功能守恒平均有效功率的概念，本設計中定位夾緊液壓泵功率很小，所以略去不計。 第六章 畢業(yè)設計總結(jié) 通過此次畢業(yè)設計，使自己有了更深層次地了解了設計液壓系統(tǒng)時的一些方法及過程以及繪制有關零件時應注意的一些細小環(huán)節(jié)。本次設計不算太好，只可以說大致完成了指導老師所提出的要求，畢竟在設計過程中對一些參數(shù)的選擇上還存在一些不太全面、不合理的選擇（選擇的參數(shù)有些太靠近極限）。在今后遇到類似的情況將重點對待參數(shù)的選擇以及計算。 致謝: 在整個設計過程中，我始終感覺到指導老師范老師和孫老師那種誨人不倦的高風亮節(jié)，這將永遠激勵著我。在我遇到困難的時候，孫老師總是耐心的引導我將困難解決并指出我在設計過程中存在的一些細小的問題以及制圖中存在的問題。在此，我感謝孫老師和范老師在這次畢業(yè)設計中予以我的極大幫助。 參考文獻 1. 季名善,齊人光主編.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?？骶?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 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(diào)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 液 壓 系 統(tǒng) 圖