钻镗两用组合机床的电液控制系统及主油缸设计毕业设计.doc
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1、毕业论文(设计)钻镗两用组合机床的电液控制系统及主油缸设计(二) 二一四年十二月十六日长沙航空职业技术学院毕业设计(论文) 目 录目 录1 机床液压系统的设计任务分析与方案分析21.1设计任务分析.21.2方案分析22 分析系统工况,确定系统参数4 2.1确定执行元件4 2.2分析系统工况4 2.2.1工作负载分析.4 2.2.2负载图与速度图的绘制5 2.2.3液压缸主要参数的确定.63 液压系统图的拟定93.1液压回路的选择9 3.1.1选择调速回路9 3.1.2选择快速运动和换向回路9 3.1.3选择速度换接回路9 3.1.4考虑压力控制回路10 3.2液压回路的综合10 4 液压元件的
2、选择12 4.1液压泵及驱动电机规格选择12 4.1.1大小流量泵最高工作压力计算12 4.1.2总需供油量计算12 4.1.3电动机的选择124.2阀类元件及辅助元件选择13 4.3油管的选择144.4油箱的选择和计算15 4.4.1油箱容积的计算15 4.4.2散热量的计算15 4.4.3油箱长、宽、高计算16 4.4.4油箱结构设计165 油压系统性能验算17 5.1验算系统压力损失并确定压力阀的调整值17 5.1.1快进17 5.1.2工进18 5.1.3快退18 5.2油液油温验算19参考文献20致 谢21长沙航空职业技术学院毕业设计(论文) 毕业设计说明书 长沙航空职业技术学院毕业
3、设计(论文) 毕业设计说明书 卧式双面铣削组合机床的电液控制系统及主油缸设计(二)摘要: 设计“卧式双面铣削组合机床”的液压系统。该机床的加工对象为“铸铁变速箱箱体”,要求的工作循环:夹紧缸夹紧工作台快速趋近工件工作台快进工作台快退夹紧缸松开原位停止工作台移动部件的总重量5000N,加速、减速时间为 0.2s。采用平面导轨,静、动摩擦系数:fj=0.2,fd=0.1。夹紧缸行程为40mm,夹紧力为900N。工作台快进行程为120mm,快进速度为4m/min,工进速度为90300mm/min,轴向工作负载为15000N,快退速度为7m/min。要求工作台运动平稳,夹紧力可调并保压。1 机床液压系
4、统的设计任务分析与方案分析1.1设计任务分析设计一卧式单面多轴钻孔组合机床液压系统,要求液压系统的工作循环是:快进工进快退停止。机床主轴上有36个孔,加工13.7mm的孔12个,6.5的孔24个;刀具材料硬度为230HBW;工作部件重量1000N快进、快退速度为7m/min,最大行程=360mm,工进行程=130mm,往复运动的加减速时间要求不大于0.2s,动力滑台采用平面导轨,其静、动摩擦系数分别为0.2、0.1。1.2方案分析 方案一:系统采用开式容积调速回路,液压泵从油箱直接吸油,执行元件的回油直接回油箱,油液在油箱中能够得到充分的冷却,虽油箱体积较大,空气和脏物易进入油箱,但此回路效率
5、比较高,发热少。同时系统采用无级调压,结构简单,压力切换平稳,而且便于实现机床远距离控制。由于液压缸要求油源交替地提供低压大流量和高压小流量的油液,故系统可采用大小液压泵双泵供油的油源方案。在卸荷回路中,回路可设置成M型中位机能的电液换向阀卸荷,以系统保持在0.3MPa左右的压力,供控制油路之用。因系统要求快进,快退两种运动的换接,故可采用蓄能器快速运动回路,以满足要求。不过系统在整个工作循环内必须有足够长的停歇时间,以使液压泵能对蓄能器充分进行充油。 方案二: 要求系统快进,快退速度相等,速度平稳性要求较高,且速度低,故采用进口节流调速方案。系统采用大小流量泵双泵供油回路,功率损耗小,系统效
6、率高,应用比较广泛。同时采用外控顺序阀与单向阀组成卸荷阀,在双泵供油系统中构成卸荷回路,可以减少在专门设置元件或油路,使系统简单化,而且实用可靠。不管采用什么油源形式供油,都必须有单独的油路直接通向液压缸两腔,以实现快速运动,因此采用单杆液压缸作差动连接构成快进快退换向回路。在机床滑台由工进转为快退时,回路中通过的流量可能很大,为了保证换向平稳可见,可采用电液换向阀式换接回路。系统调压问题可在油源中解决,因此可不在专门考虑回路调压问题。从设计要求、实际问题、成本问题以及油路的复杂程度等方面考虑,对比10两种方案可知,方案二最优,因此本设计采用方案二。长沙航空职业技术学院毕业设计(论文) 毕业设
7、计说明书 2 分析系统工况,确定主要参数2.1确定执行元件由于机床要求液压系统完成的是直线运动,最大行程为:360mm,其属于短行程,故选用执行元件为:液压缸。(其具体的参数在后面经计算后再确定)2.2分析系统工况2.2.1工作负载 高速钢钻头钻铸铁孔时的轴向切削力(单位为N)与钻头直径D(单位为mm)、每转进给量s(单位为mm/r)和铸铁硬度HBW之间的经算式为 (1-1)钻孔时的主轴转速n和每转进给量按液压传动第二版第十一章液压系统的设计和计算第三节液压系统设计计算举例中的值(源参考组合机床设计手册)选取:对13.7的孔,=367r/min =0.135mm/r 对6.5的孔,=620r/
8、min =0.080mm/r代入式1-1求得: =35845N 惯性负载 m=kg=1020kg =1020=595N阻力负载 静摩擦阻力=0.29810N=1962N 动摩擦阻力=0.19810N=981N由此得出液压缸在各工作阶段的负载如下表2.1所示:工况负载组成负载值F推力=F/起动=19622180加速=+15761751快进=9811090工进=+3682640918反向起动=19622180加速=+15761751快退=9811090注:1.液压缸的机械效率通常取0.90.95,此处取0.9。参考中国机械设计大典第42篇液压传动与控制中第四章液压缸。长沙航空职业技术学院毕业设计(
9、论文) 毕业设计说明书2.不考虑动力滑台上颠覆力矩的作用。2.2.2 负载图和速度图的绘制负载图按上面表中数值绘制,如图2-1。速度图按已知数值=7m/min, 快进行程=360mm、工进行程=130mm,快退行程=+=490mm和工进速度等的绘制,如图2-2,其中由主轴转速及每转进给量求出,即=49.5mm/min 图2-1负载图 图2-2速度图 2.2.3 液压缸主要参数的确定a.初选系统工作压力 由液压传动教材中表11-2可知,卧式单面多轴钻孔组合机床液压系统的最大负载为40918N时,可以取45MPa,参考中国机械设计大典中表42.45中推荐液压系统的公称压力,取=4.5MPa。 b.
10、确定液压缸型式、规格及尺寸 由于工作进给速度与快速运动速差较大,且快进、快退速度要求相等,从降低总流量需求考虑,确定采用最适的差动液压缸。 由教材第五章知,这种情况下液压缸无杆腔工作面积应为有杆腔面积的两倍,即活塞杆直径d与缸筒直径D呈的关系。钻孔加工时,液压缸回路上必须具有背压,以防孔被钻通时突然消失而造成滑台突然前冲。根据现代机械设备设计手册中推荐数值,可取回油腔背压=0.8MPa。快进时液压缸虽作差动连接,但由于油管中有压降存在,有杆腔的压力必须大于无杆腔,估算时可取MPa。快退时回油腔中是有背压的,这时可按0.6MPa估算。可以算出工作腔需要的工作面积,由工进时的推力式(53)得: 故
11、有 ;根据中国机械设计大典表42.42(液压缸缸筒内径尺寸系列)和表42.43(液压缸活塞杆外径尺寸系列)将这些直径圆整成就近标准值时得:D=110mm,d=80mm。由此求得液压缸两腔的实际有效面积为: 经检验,活塞杆的强度和稳定性均符合要求。 根据上述D与d的值,可估算液压缸在各个工作阶段中的压力、流量和功率 ,如表2.2所示,并绘制工况图如图2-3所示 表2.2液压缸在不同工作阶段的压力、流量和功率值工况计算公式推力回油腔压力 进油腔压力输入流量输入功率长沙航空职业技术学院毕业设计(论文) 毕业设计说明书 快 进起动218000.434加速17510.794恒速10900.66235.2
12、0.388 工进, 409180.84.680.4740.037 快 退起动218000.487加速17510.61.665恒速10890.61.51731.340.792图 2-3 组合机床液压缸工况图3 液压系统图的拟定 3.1液压回路的选择3.1.1选择调速回路。由图2-3知,这台液压系统的功率小,滑台运动速度低,工作负载变化小,可采用进口节流的调速形式。为了解决进口节流调速回路在孔钻通时的滑台突然前冲现象,回油路上要设置背压阀。由于液压系统选用了节流调速的方式,系统中油液的循环必然是开式的。从工况图中可以清楚地看到,在这个液压系统的工作循环内,液压缸要求油源交替地提供低压大流量和高压小
13、流量的油液。最大流量和最小流量之比约为74。而快进和快退所需的时间和工进所需的时间分别为 亦是22。因此从提高系统效率、节省能量的角度上来看,采用单个定量泵作为油源显然是不合适的,而宜选用大小两个液压泵自动并联供油的油源方案。3.1.2选择快速运动和换向回路。系统中采用节流调速回路后,不管采用什么油源形式都必须有单独的油路直接通向液压缸两腔,以实现快速运动。在本系统中,单杆液压缸要作差动连接,所以它的快进快退换向回路采用三位五通的换向阀与油缸连通。3.1.3选择速度换接回路。由工况图ql曲线知,当滑台从快进转为工进时,输入液压缸的流量由35.2L/min降为0.474L/min,滑台的速度变化
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