畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）鉆鏜兩用組合機(jī)床液壓系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)

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1、目錄 1緒論 3 1.1組合機(jī)床的設(shè)計(jì)任務(wù) 3 1.2分析液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn) 3 1.3 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械部分設(shè)計(jì) 4 2設(shè)計(jì)的技術(shù)要求和設(shè)計(jì)參數(shù) 6 2.1設(shè)計(jì)參數(shù)的確定 6 3工況分析 8 3.1 確定執(zhí)行元件 8 3.2 分析系統(tǒng)工況 8 3.2.1工作負(fù)載 8 3.2.2慣性負(fù)載 8 3.2.3阻力負(fù)載 8 3.3 確定系統(tǒng)主要參數(shù) 9 3.3.1 初選液壓缸工作壓力 9 3.3.2 確定液壓缸主要尺寸 9 3.3.3 計(jì)算最大流量需求 11 3.4 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 12 3.4.1 速度控制回路的選擇 12 3.4.2 換向和速度換接回路的選

2、擇 13 3.4.3 油源的選擇和能耗控制 14 3.4.4 壓力控制回路的選擇 16 3.5 液壓元件的選擇 17 3.5.1 確定液壓泵和電機(jī)規(guī)格 17 3.5.2 閥類(lèi)元件和輔助元件的選擇 19 3.5.3 油管的選擇 21 3.5.4 油箱的設(shè)計(jì) 22 3.6 液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算 24 3.6.1驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失并確定壓力閥的調(diào)整值 24 3.6.2油液溫升驗(yàn)算 26 總結(jié) 28 致謝 29 參考文獻(xiàn) 30 摘 要 鉆鏜兩用組合機(jī)床液壓系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)，其實(shí)是對(duì)兩刀具的進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。當(dāng)專(zhuān)用夾具對(duì)特殊工件裝夾定位好后，工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、刀具縱向進(jìn)給運(yùn)

3、動(dòng)，完成對(duì)工件鉆孔、擴(kuò)孔的加工。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由液壓系統(tǒng)控制，縱向液壓缸控制兩刀具快進(jìn)-工進(jìn)-快退的工況，橫向液壓缸控制兩刀具的選擇。根據(jù)組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)和工況分析，擬定液壓系統(tǒng)原理圖，計(jì)算和選擇液壓元件。所設(shè)計(jì)進(jìn)給系統(tǒng)對(duì)調(diào)速范圍、低速穩(wěn)定性有一定要求，因此速度控制是該機(jī)床要解決的主要問(wèn)題。速度的換接、穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)是該機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心。此外，與所有液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求一樣，該組合機(jī)床液壓系統(tǒng)應(yīng)盡可能結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，節(jié)約能源，工作可靠。 關(guān)鍵詞：進(jìn)給系統(tǒng)；液壓系統(tǒng)原理圖；計(jì)算和選擇液壓元件 1緒論 1.1組合機(jī)床的設(shè)計(jì)任務(wù) 組合機(jī)床是以通用部件為基礎(chǔ)，配以按工件特定外形和加工

4、工藝設(shè)計(jì)的專(zhuān)用部件和夾具而組成的半自動(dòng)或自動(dòng)專(zhuān)用機(jī)床。此次設(shè)計(jì)的機(jī)床用于對(duì)工件從鉆孔、擴(kuò)孔高精度孔加工液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)。工件裝夾采用專(zhuān)用夾具，刀具的調(diào)整采用大小拖板，拖板由兩個(gè)液壓缸控制：橫向液壓缸控制兩刀具的調(diào)整；縱向液壓缸控制兩刀具進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。工作循環(huán)是，麻花鉆快進(jìn)-工進(jìn)-快退-橫向液壓缸調(diào)整擴(kuò)孔鉆后快進(jìn)-工進(jìn)-快退-橫向液壓缸再調(diào)整好麻花鉆，等待下一個(gè)工作循環(huán)。 液壓系統(tǒng)在組合機(jī)床上主要是用于實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，具體結(jié)構(gòu)如圖1 （a） （b） 圖1 組合機(jī)床 根據(jù)組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)

5、和工況分析，所設(shè)計(jì)機(jī)床對(duì)調(diào)速范圍、低速穩(wěn)定性有一定要求，因此速度控制是該機(jī)床要解決的主要問(wèn)題。速度的換接、穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)是該機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心。此外，與所有液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求一樣，該組合機(jī)床液壓系統(tǒng)應(yīng)盡可能結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，節(jié)約能源，工作可靠 1.2分析液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn) 液壓與氣壓傳動(dòng)相對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)來(lái)一門(mén)新興技術(shù)?，F(xiàn)今，采用液壓傳動(dòng)的程度已成為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)化發(fā)展水平重要標(biāo)志之一。如今發(fā)達(dá)國(guó)家生產(chǎn)的95%的工程機(jī)械、90%的數(shù)控加工中心、95%以上的自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)都采用了液壓傳動(dòng)。皆因液壓傳動(dòng)擁有無(wú)與倫比的優(yōu)點(diǎn)： （1） 體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊。 （2） 運(yùn)動(dòng)比較平穩(wěn)，能在

6、低速下穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)，易于實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和頻繁換向。 （3） 可在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。 （4） 容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，操縱方便。 （5） 易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)且液壓件能自行潤(rùn)滑，因此使用壽命較長(zhǎng)。 （6） 由于液壓元件已實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，所以液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造、使用都比較方便。 但液壓傳動(dòng)仍具有很多缺點(diǎn)： （7） 液壓傳動(dòng)不能保證嚴(yán)格的傳動(dòng)比。 （8） 液壓傳動(dòng)在工作過(guò)程中常有較多的能量損失。 （9） 液壓傳動(dòng)對(duì)油溫的變化比較敏感，它的工作穩(wěn)定性容易受到溫度變化的影響，因此不宜在溫度變化很大的環(huán)境中工作。 （10） 為了減少泄漏，液壓元件在制造精度上的要求比較

7、高，因此其造價(jià)較高，且對(duì)油液的污染比較敏感。 （11） 液壓傳動(dòng)出現(xiàn)故障的原因較復(fù)雜，而且查找困難。 1.3 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械部分設(shè)計(jì) 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械部分設(shè)計(jì)是液壓機(jī)械設(shè)計(jì)的一部分，它是根據(jù)主機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)提出的要求，綜合運(yùn)用液壓元件和液壓回路基本知識(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。應(yīng)從實(shí)際出發(fā)，吸取國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的液壓技術(shù)，力求設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高、質(zhì)量好的液壓傳動(dòng)裝置。液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟大體如下： （1）明確設(shè)計(jì)要求； （2）進(jìn)行工況分析與初步確定系統(tǒng)的主要參數(shù)； （3）擬定液壓系統(tǒng)原理圖； （4）計(jì)算和選擇液壓元件； （5）估算液壓系統(tǒng)性能； （6）繪制工作圖和編寫(xiě)技術(shù)文件。 在

8、以上的設(shè)計(jì)步驟中，前5項(xiàng)屬于性能設(shè)計(jì)，它們相互影響、相互滲透；最后一項(xiàng)屬于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)行時(shí)須先查明液壓元件的結(jié)構(gòu)和配置形式，仔細(xì)查閱有關(guān)產(chǎn)品樣本、設(shè)計(jì)手冊(cè)和資料。 2 設(shè)計(jì)的技術(shù)要求和設(shè)計(jì)參數(shù) 2.1設(shè)計(jì)參數(shù)的確定 根據(jù)工件材料查閱機(jī)械加工工藝手冊(cè)，得出鉆孔的較合適的 表面切削速度為 從而計(jì)算出主軸的轉(zhuǎn)速為 （2—1） 由加工直徑查閱工藝手冊(cè)， 得出加工每轉(zhuǎn)進(jìn)給量為 從而計(jì)算出鉆削缸的軸向進(jìn)給速度為 根據(jù)切削原理得出鉆削力計(jì)算公式為 扭矩：.

9、 （2—2） 軸向力： （2—3） 查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得 故計(jì)算出在本工藝條件下的最大鉆削扭矩及最大鉆削軸向力為 計(jì)算鉆削缸受力。鉆削缸所受軸向力等于鉆削軸向力加動(dòng)力頭的重量，應(yīng)等于3200N。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示，動(dòng)力滑臺(tái)采用平面導(dǎo)軌，其靜、動(dòng)摩擦系數(shù)分別為fs = 0.2、fd = 0.1。 表1 設(shè)計(jì)參數(shù) 參 數(shù) 數(shù) 值 切削阻力（N） 2946 滑臺(tái)自重 (N) 250 快進(jìn)、快退速度(m/min) 4.5 工進(jìn)速度(mm/min) 20~120 最大

10、行程(mm) 400 工進(jìn)行程(mm) 180 啟動(dòng)換向時(shí)間（s） 0.05 液壓缸機(jī)械效率 0.9 31 3工況分析 3.1 確定執(zhí)行元件 金屬切削機(jī)床的工作特點(diǎn)要求液壓系統(tǒng)完成的主要是直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，因此液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件確定為液壓缸。 3.2 分析系統(tǒng)工況 在對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行工況分析時(shí)，本設(shè)計(jì)實(shí)例只考慮組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)所受到的工作負(fù)載、慣性負(fù)載和機(jī)械摩擦阻力負(fù)載，其他負(fù)載可忽略。 3.2.1工作負(fù)載FW 工作負(fù)載是在工作過(guò)程中由于機(jī)器特定的工作情況而產(chǎn)生的負(fù)載，對(duì)于金屬切削機(jī)床液壓系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，沿液壓缸軸線(xiàn)方向的切削力即為工作負(fù)載，即 FW=2946N

11、 3.2.2慣性負(fù)載 最大慣性負(fù)載取決于移動(dòng)部件的質(zhì)量和最大加速度，其中最大加速度可通過(guò)工作臺(tái)最大移動(dòng)速度和加速時(shí)間進(jìn)行計(jì)算。已知啟動(dòng)換向時(shí)間為0.05s，工作臺(tái)最大移動(dòng)速度，即快進(jìn)、快退速度為4.5m/min，因此慣性負(fù)載 (3-1) 3.2.3阻力負(fù)載 阻力負(fù)載主要是工作臺(tái)的機(jī)械摩擦阻力，分為靜摩擦阻力和動(dòng)摩擦阻力兩部分。 靜摩擦阻力0.2250=50N 動(dòng)摩擦阻力0.1250=25N 根據(jù)上述負(fù)載力計(jì)算結(jié)果，可得出液壓缸在各個(gè)工況下所受到的負(fù)載力和液壓缸所需推力情況，如表2所示。 表2 液壓缸在各工作階段的負(fù)載（單位：N） 工況 負(fù)載組成

12、 負(fù)載值F 液壓缸推力=F/ 起動(dòng) = 50 N 55.5N 加速 =+ 93N 103.4N 快進(jìn) = 50N 55.5 N 工進(jìn) =+ 2996N 3328.9N 反向起動(dòng) = 50 N 55.5 N 加速 =+ 93 N 103.4N 快退 = 50N 55.5N 注：此處未考慮滑臺(tái)上的顛覆力矩的影響。 3.3 確定系統(tǒng)主要參數(shù) 3.3.1 初選液壓缸工作壓力 所設(shè)計(jì)的大拖板在工進(jìn)時(shí)負(fù)載最大，其值為3200N，其它工況時(shí)的負(fù)載都相對(duì)較低，參考表11-2按照負(fù)載大小或按照液壓系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)合來(lái)選擇工作壓力的方法，初選橫向液壓缸的

13、工作壓力為p1=0.63MPa。 3.3.2 確定液壓缸主要尺寸 由于工作進(jìn)給速度與快速運(yùn)動(dòng)速度差別較大，且快進(jìn)、快退速度要求相等，從降低總流量需求考慮，應(yīng)確定采用單桿雙作用液壓缸的差動(dòng)連接方式。通常利用差動(dòng)液壓缸活塞桿較粗、可以在活塞桿中設(shè)置通油孔的有利條件，最好采用活塞桿固定，而液壓缸缸體隨滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)的常用典型安裝形式。這種情況下，應(yīng)把液壓缸設(shè)計(jì)成無(wú)桿腔工作面積是有桿腔工作面積兩倍的形式，即活塞桿直徑d與缸筒直徑D呈d = 0.707D的關(guān)系。 工進(jìn)過(guò)程中，當(dāng)孔被鉆通時(shí)，由于負(fù)載突然消失，液壓缸有可能會(huì)發(fā)生前沖的現(xiàn)象，因此液壓缸的回油腔應(yīng)設(shè)置一定的背壓(通過(guò)設(shè)置背壓閥的方式)，選取此背

14、壓值為p2=0.3MPa。 快進(jìn)時(shí)液壓缸雖然作差動(dòng)連接（即有桿腔與無(wú)桿腔均與液壓泵的來(lái)油連接），但連接管路中不可避免地存在著壓降，且有桿腔的壓力必須大于無(wú)桿腔，估算時(shí)取0.3MPa?？焱藭r(shí)回油腔中也是有背壓的，這時(shí)選取被壓值=0.4MPa。 工進(jìn)時(shí)液壓缸的推力計(jì)算公式為 式中：F ——負(fù)載力 hm——液壓缸機(jī)械效率 A1——液壓缸無(wú)桿腔的有效作用面積 A2——液壓缸有桿腔的有效作用面積 p1——液壓缸無(wú)桿腔壓力 p2——液壓有無(wú)桿腔壓力 因此，根據(jù)已知參數(shù)，液壓缸無(wú)桿腔的有

15、效作用面積可計(jì)算為 液壓缸缸筒直徑為 （3—2 由于有前述差動(dòng)液壓缸缸筒和活塞桿直徑之間的關(guān)系，d = 0.707D，因此活塞桿直徑為d=0.70797.07=68.62mm，根據(jù)GB/T2348—1993對(duì)液壓缸缸筒內(nèi)徑尺寸和液壓缸活塞桿外徑尺寸的規(guī)定，圓整后取液壓缸缸筒直徑為D=100mm，活塞桿直徑為d=70mm。 此時(shí)液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積分別為： m2 工作進(jìn)給采用調(diào)速閥調(diào)速，查產(chǎn)品樣本，調(diào)速閥最小穩(wěn)定流量= ，工進(jìn)速度，則： 能滿(mǎn)足低速穩(wěn)定性要求。 3.3.3 計(jì)算最大流量需求 大拖板在快進(jìn)過(guò)程中，液壓缸采用差動(dòng)連接，

16、此時(shí)系統(tǒng)所需要的流量為 q快進(jìn) =（A1-A2）v1=17.325L/min 大拖板在快退過(guò)程中所需要的流量為 q快退 =A2v2=18L/min 大拖板在工進(jìn)過(guò)程中所需要的流量為 q工進(jìn) =A1v1=0.157~0.942L/min 其中最大流量為快進(jìn)流量為18L/min。 根據(jù)上述液壓缸直徑及流量計(jì)算結(jié)果，進(jìn)一步計(jì)算液壓缸在各個(gè)工作階段中的壓力、流量和功率值，如表3所示。 表3 各工況下的主要參數(shù)值 工況 推力F’/N 回油腔壓力P2/MPa 進(jìn)油腔壓力P1/MPa 輸入流量q/L.min-1 輸入功率P/Kw 計(jì)算公式 快進(jìn) 啟動(dòng) 55.5

17、 0 0.326 —— —— q=(A1-A2)v1 P=p1q、p2=p1+Δp 加速 103.4 0 1.82 —— —— 恒速 2778 1.5 1.00 22.59 0.5 工進(jìn) 3328.9 0.224 0．724 0.157~0.942 0.088~0.529 P1=(F‘+p2A2)/A1 q=A1v2、P=p1q 快退 起動(dòng) 55.5 0 1.24 —— —— P1=(F‘+p2A1)/A2 q=A2v3 P=p1q 加速 103.4 0.6 1.55 —— —— 恒速 2778 0.6

18、 1.89 20.16 0.635 把表3中計(jì)算結(jié)果繪制成工況圖，如圖4所示。 3.4 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 根據(jù)組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)和工況分析，所設(shè)計(jì)機(jī)床對(duì)調(diào)速范圍、低速穩(wěn)定性有一定要求，因此速度控制是該機(jī)床要解決的主要問(wèn)題。速度的換接、穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)是該機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心。此外，與所有液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求一樣，該組合機(jī)床液壓系統(tǒng)應(yīng)盡可能結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，節(jié)約能源，工作可靠。 3.4.1 速度控制回路的選擇 工況圖4表明，所設(shè)計(jì)組合機(jī)床液壓系統(tǒng)在整個(gè)工作循環(huán)過(guò)程中所需要的功率較小，系統(tǒng)的效率和發(fā)熱問(wèn)題并不突出，因此考慮采用節(jié)流調(diào)速回路即可。雖然節(jié)流調(diào)速回路效率低，但適

19、合于小功率場(chǎng)合，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低。該機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)要求有較好的低速穩(wěn)定性和速度-負(fù)載特性，因此有三種速度控制方案可以選擇，即進(jìn)口節(jié)流調(diào)速、出口節(jié)流調(diào)速、限壓式變量泵加調(diào)速閥的容積節(jié)流調(diào)速。鉆鏜加工屬于連續(xù)切削加工，加工過(guò)程中切削力變化不大，因此鉆削過(guò)程中負(fù)載變化不大，采用節(jié)流閥的節(jié)流調(diào)速回路即可。但由于在鉆頭鉆入鑄件表面及孔被鉆通時(shí)的瞬間，存在負(fù)載突變的可能，因此考慮在工作進(jìn)給過(guò)程中采用具有壓差補(bǔ)償?shù)倪M(jìn)口調(diào)速閥的調(diào)速方式，且在回油路上設(shè)置背壓閥。由于選定了節(jié)流調(diào)速方案，所以油路采用開(kāi)式循環(huán)回路，以提高散熱效率，防止油液溫升過(guò)高。 3.4.2 換向和速度換接回路的選擇 所設(shè)計(jì)多軸鉆床液壓

20、系統(tǒng)對(duì)換向平穩(wěn)性的要求不高，流量不大，壓力不高，所以選用價(jià)格較低的電磁換向閥控制換向回路即可。當(dāng)橫向液壓缸調(diào)整好刀具時(shí)，縱向液壓缸實(shí)現(xiàn)從快進(jìn)、工進(jìn)、快退的換向，快進(jìn)時(shí)采用差動(dòng)連接，選用二位三通電磁換向閥?？焱藭r(shí)選用三位四通電磁換向閥。由前述計(jì)算可知，當(dāng)工作臺(tái)從快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)時(shí)，進(jìn)入液壓缸的流量由17.325 L/min降為0.157~0.942 L/min，可選二位三通電磁換向閥來(lái)進(jìn)行速度換接，以減少速度換接過(guò)程中的液壓沖擊，如圖5所示。由于工作壓力較低，控制閥均用普通滑閥式結(jié)構(gòu)即可。由工進(jìn)轉(zhuǎn)為快退時(shí)，在回路上并聯(lián)了一個(gè)單向閥以實(shí)現(xiàn)速度換接。為了控制軸向加工尺寸，提高換向位置精度，采用行程開(kāi)關(guān)加

21、電磁閥進(jìn)行控制。 a.速度換接回路 b..換向回路 圖5 換向和速度切換回路的選擇 3.4.3 油源的選擇和能耗控制 表3表明，本設(shè)計(jì)多軸鉆床液壓系統(tǒng)的供油工況主要為快進(jìn)、快退時(shí)的低壓大流量供油和工進(jìn)時(shí)的高壓小流量供油兩種工況，若采用單個(gè)定量泵供油，顯然系統(tǒng)的功率損失大、效率低。在液壓系統(tǒng)的流量、方向和壓力等關(guān)鍵參數(shù)確定后，還要考慮能耗控制，用盡量少的能量來(lái)完成系統(tǒng)的動(dòng)作要求，以達(dá)到節(jié)能和降低生產(chǎn)成本的目的。 在圖4工況圖的一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)，液壓缸在快進(jìn)和快退行程中要求油源以低壓大流量供油，工進(jìn)行程中油源以

22、高壓小流量供油。其中最大流量與最小流量之比，而快進(jìn)和快退所需的時(shí)間與工進(jìn)所需的時(shí)間分別為： 上述數(shù)據(jù)表明，在一個(gè)工作循環(huán)中，液壓油源在大部分時(shí)間都處于高壓小流量供油狀態(tài)，只有小部分時(shí)間工作在低壓大流量供油狀態(tài)。從提高系統(tǒng)效率、節(jié)省能量角度來(lái)看，如果選用單個(gè)定量泵作為整個(gè)系統(tǒng)的油源，液壓系統(tǒng)會(huì)長(zhǎng)時(shí)間處于大流量溢流狀態(tài)，從而造成能量的大量損失，這樣的設(shè)計(jì)顯然是不合理的。但系統(tǒng)需要兩個(gè)液壓缸，縱向液壓缸控制進(jìn)給；橫向液壓缸控制刀具的調(diào)整，當(dāng)?shù)毒咴跈M向液壓缸作用下調(diào)整好后，縱向液壓缸從起始位置從快進(jìn)、工進(jìn)、快退，的工況，橫向液壓缸所需的液壓力較少，橫向液壓缸固定在小拖板上，拖板的重力為1

23、00N，啟動(dòng)時(shí)只需以一定的速度調(diào)整就行，但難控制。必須啟動(dòng)穩(wěn)定，換向平穩(wěn)?？紤]到后面需要用電氣進(jìn)行控制方便，所以仍采用單個(gè)泵供油。在橫向液壓管路上安裝減壓閥對(duì)橫向液壓缸的壓力控制，在泵的出口處安裝溢流閥對(duì)系統(tǒng)流量控制加上選用限壓式變量泵對(duì)輸出液壓壓力進(jìn)行控制，液壓能達(dá)到系統(tǒng)要求。如圖6所示 圖6油原的輸出 3.4.4 壓力控制回路的選擇 由于系統(tǒng)采用單泵對(duì)兩個(gè)液壓缸進(jìn)行供油，用溢流閥調(diào)整泵出口處的液壓壓力，為了先讓橫向液壓缸調(diào)整好刀具后縱向液壓缸才進(jìn)給，在縱向液壓缸回路上設(shè)置順序閥，由于橫向液壓缸所需壓力較小，必須在橫向液壓回路上減壓故需用減壓閥。為了便于觀察和調(diào)整壓力，在

24、液壓泵的出口處、背壓閥和液壓缸無(wú)桿腔進(jìn)口處設(shè)測(cè)壓點(diǎn)。 將上述所選定的液壓回路進(jìn)行整理歸并，并根據(jù)需要作必要的修改和調(diào)整，最后畫(huà)出液壓系統(tǒng)原理圖如圖7所示。 為了解決橫向液壓缸調(diào)整刀具時(shí)順序閥控制液壓缸順序，但在縱向液壓缸卸荷時(shí)必須用單向閥與順序閥并聯(lián)，保證縱向液壓缸快退。為實(shí)現(xiàn)工進(jìn)時(shí)速度調(diào)節(jié)，速度從差動(dòng)連接轉(zhuǎn)換為用調(diào)速閥調(diào)速的工進(jìn)速度需用二位三通閥進(jìn)行換向，但在快退時(shí)為了保證快退速度必須調(diào)速閥與單向閥并聯(lián)。 工進(jìn)過(guò)程中，當(dāng)孔被鉆通時(shí)，由于負(fù)載突然消失，液壓缸有可能會(huì)發(fā)生前沖的現(xiàn)象，因此液壓缸的回油腔應(yīng)設(shè)置一定的背壓(通過(guò)設(shè)置背壓閥的方式)，選取此背壓值為p2=0.3MPa。 在進(jìn)油路上

25、設(shè)有壓力表開(kāi)關(guān)和壓力表，鉆孔行程終點(diǎn)定位精度不高，采用行行程開(kāi)關(guān)與電磁閥配合控制即可。 圖7 液壓系統(tǒng)原理圖 3.5 液壓元件的選擇 本設(shè)計(jì)所使用液壓元件均為標(biāo)準(zhǔn)液壓元件，因此只需確定各液壓元件的主要參數(shù)和規(guī)格，然后根據(jù)現(xiàn)有的液壓元件產(chǎn)品進(jìn)行選擇即可。 3.5.1 確定液壓泵和電機(jī)規(guī)格 （1）計(jì)算液壓泵的最大工作壓力 由于本設(shè)計(jì)采用單泵供油方式，根據(jù)圖4液壓系統(tǒng)的工況圖，橫向液壓缸只需很小的工作壓力，而縱向液壓缸在工進(jìn)時(shí)工作壓力最大，因此只需計(jì)算出縱向液壓缸所需的最大壓力即可。 根據(jù)液壓泵的最大工作壓力計(jì)算方法，液壓泵的最大工作壓力可表示為液壓缸最大工作壓力與液壓泵

26、到液壓缸之間壓力損失之和。 對(duì)于調(diào)速閥進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路，選取進(jìn)油路上的總壓力損失，則小流量泵的最高工作壓力可估算為 （2）計(jì)算總流量 3表明，在整個(gè)工作循環(huán)過(guò)程中，液壓油源向縱向液壓缸提供的最大流量出現(xiàn)在快退工作階段，為18L/min，若整個(gè)回路中總的泄漏量按液壓缸輸入流量的10%計(jì)算，則液壓油源所需提供的總流量為： L/min 工作進(jìn)給

27、時(shí)，液壓缸所需流量約為0.157~0.942 L/min，但由于要考慮溢流閥的最小穩(wěn)定溢流量2L/min，故泵的供油量最少應(yīng)為2.157~2.942 L/min。橫向液壓缸由于只是控制轉(zhuǎn)刀與鏜刀的換向與定位需要的力更小，當(dāng)然流量也更小。所以選用液壓泵供油時(shí)，泵必須也能夠變量適應(yīng)系統(tǒng)的需求。根據(jù)上面的計(jì)算再上網(wǎng)或查閱有關(guān)樣本，選用限壓式變量葉片泵，變量原理是改變偏心距的大小和方向來(lái)實(shí)現(xiàn)。輸出流量隨工作壓力的變化而變化。主要參數(shù)是： 泵的排量：每個(gè)密封工作腔一次排油量應(yīng)是其最大容積與最小容積之差。 式中 -最大容積； -最小容積。 若考慮葉片所占體積的影響時(shí)，則

28、泵的近似排量為 式中 D-定子內(nèi)表面直徑，D=2r； e-偏心距； b-葉片寬度。 （3）．電機(jī)的選擇 由于液壓缸在快退時(shí)輸入功率最大，這時(shí)液壓泵工作壓力為2.05MPa，流量為27.072L/min。取泵的總效率，則液壓泵驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)所需的功率為： 根據(jù)上述功率計(jì)算數(shù)據(jù)，此系統(tǒng)選取Y100L-6型電動(dòng)機(jī)，其額定功率，額定轉(zhuǎn)速。 3.5.2 閥類(lèi)元件和輔助元件的選擇 圖7液壓系統(tǒng)原理圖中包括調(diào)速閥、換向閥、單項(xiàng)閥等閥類(lèi)元件以及濾油器、空氣濾清器等輔助元件。 （1）．閥類(lèi)元件的選擇 根據(jù)上述流量及壓力計(jì)算結(jié)果，對(duì)圖7初步擬定的液壓系

29、統(tǒng)原理圖中各種閥類(lèi)元件及輔助元件進(jìn)行選擇。其中調(diào)速閥的選擇應(yīng)考慮使調(diào)速閥的最小穩(wěn)定流量應(yīng)小于液壓缸工進(jìn)所需流量。通過(guò)圖7中2個(gè)單向閥的額定流量是相同的，因此最好選用相同規(guī)格的單向閥。 圖7中溢流閥2、背壓閥9和順序閥10的選擇可根據(jù)調(diào)定壓力和流經(jīng)閥的額定流量來(lái)選擇閥的型式和規(guī)格，其中溢流閥2的作用是調(diào)定工作進(jìn)給過(guò)程中小流量液壓泵的供油壓力，因此該閥應(yīng)選擇先導(dǎo)式溢流閥，連接在大流量液壓泵出口處的順序閥10用于使大流量液壓泵卸荷，因此應(yīng)選擇外控式。背壓閥9的作用是實(shí)現(xiàn)液壓缸快進(jìn)和工進(jìn)的切換，同時(shí)在工進(jìn)過(guò)程中做背壓閥，因此采用內(nèi)控式順序閥。最后本設(shè)計(jì)所選擇方案如表5所示，表中給出了各種液壓閥的型號(hào)

30、及技術(shù)參數(shù)。 表5 閥類(lèi)元件的選擇 序號(hào) 元件名稱(chēng) 通過(guò)的最大流量q/L/min 規(guī)格 型號(hào) 額定流量qn/L/min 額定壓力Pn/MPa 額定壓降?Pn/MPa 1 限壓式變量葉片泵 19.8 PV2R12-6/26 - - — 2 三位四通電磁換向閥 19.8 35DY—E10B 80 16 <0.5 3 二位三通電磁換向閥 60 AXQF-E10B 63 16 <0.3 4 二位二通手動(dòng)換向閥 <1 AXQF-E10B 0.07~50 16 — 5 溢流閥 60 AXQF-E10B

31、 63 16 0.2 6 背壓閥 25 AF3-Ea10B 63 16 0.2 7 順序閥 22 YF3—E10B 63 16 0.3 8 三位四通電磁換向閥 0.3 YF3—E10B 63 16 — 9 減壓閥 5.1 YF3—E10B 63 16 — 10 單向閥 26 AF3-Ea10B 63 16 0.2 11 濾油器 30 XU—6380-J 36 16 0.02 12 壓力表 — KF3-E3B — — — 13 調(diào)速閥 60 AF3-Ea10B 63 1

32、6 0.2 （2）．過(guò)濾器的選擇 按照過(guò)濾器的流量至少是液壓泵總流量的兩倍的原則，取過(guò)濾器的流量為泵流量的2.5倍。由于所設(shè)計(jì)組合機(jī)床液壓系統(tǒng)為普通的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)油液的過(guò)濾精度要求不高，故有 因此系統(tǒng)選取通用型WU系列網(wǎng)式吸油過(guò)濾器，參數(shù)如表6所示。 表6 通用型WU系列網(wǎng)式吸油中過(guò)濾器參數(shù) 型號(hào) 通徑 mm 公稱(chēng)流量 過(guò)濾精度 尺寸 M（d） H D WU—100100-J 32 100 100 153 — （3）．空氣濾清器的選擇 按照空氣濾清器的流量至少為液壓泵額定流量2倍的原則，即有 選用EF系列

33、液壓空氣濾清器，其主要參數(shù)如表7所示。 表7 液壓空氣濾清器 參數(shù) 型號(hào) 過(guò)濾注油口徑 mm 注油流量 L/min 空氣流量 L/min 油過(guò)濾面積 L/min A mm B mm a mm b mm c mm 四只螺釘均布 mm 空氣過(guò)濾精度 mm 油過(guò)濾精度 m E-32 32 14 105 120 100 50 47 59 64 M58 0.279 125 注：液壓油過(guò)濾精度可以根據(jù)用戶(hù)的要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。 3.5.3 油管的選擇 圖7中

34、各元件間連接管道的規(guī)格可根據(jù)元件接口處尺寸來(lái)決定，液壓缸進(jìn)、出油管的規(guī)格可按照輸入、排出油液的最大流量進(jìn)行計(jì)算。由于液壓泵具體選定之后液壓缸在各個(gè)階段的進(jìn)、出流量已與原定數(shù)值不同，所以應(yīng)對(duì)液壓缸進(jìn)油和出油連接管路重新進(jìn)行計(jì)算，如表8所示。 表8 液壓缸的進(jìn)、出油流量和運(yùn)動(dòng)速度 流量、速度 快進(jìn) 工進(jìn) 快退 輸入流量 排出流量 運(yùn)動(dòng)速度 根據(jù)表8中數(shù)值，當(dāng)油液在壓力管中流速取3m/s時(shí)，可算得與液壓缸無(wú)桿腔和有桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為： ，取標(biāo)準(zhǔn)值18mm； ，取標(biāo)準(zhǔn)值15mm。 因此與液壓缸相連的兩根油管可以按照

35、標(biāo)準(zhǔn)選用公稱(chēng)通徑為和的無(wú)縫鋼管或高壓軟管。如果液壓缸采用缸筒固定式，則兩根連接管采用無(wú)縫鋼管連接在液壓缸缸筒上即可。如果液壓缸采用活塞桿固定式，則與液壓缸相連的兩根油管可以采用無(wú)縫鋼管連接在液壓缸活塞桿上或采用高壓軟管連接在缸筒上。 3.5.4 油箱的設(shè)計(jì) （1）．油箱長(zhǎng)寬高的確定 油箱的主要用途是貯存油液，同時(shí)也起到散熱的作用，參考相關(guān)文獻(xiàn)及設(shè)計(jì)資料，油箱的設(shè)計(jì)可先根據(jù)液壓泵的額定流量按照經(jīng)驗(yàn)計(jì)算方法計(jì)算油箱的體積，然后再根據(jù)散熱要求對(duì)油箱的容積進(jìn)行校核。 油箱中能夠容納的油液容積按JB/T7938—1999標(biāo)準(zhǔn)估算，取時(shí)，求得其容積為 按JB/T7938—1999規(guī)定，取標(biāo)準(zhǔn)

36、值V=250L。 如果取油箱內(nèi)長(zhǎng)l1、寬w1、高h(yuǎn)1比例為3：2：1，可得長(zhǎng)為：=1107mm，寬=738mm，高為=369mm。 對(duì)于分離式油箱采用普通鋼板焊接即可，鋼板的厚度分別為：油箱箱壁厚3mm，箱底厚度5mm，因?yàn)橄渖w上需要安裝其他液壓元件，因此箱蓋厚度取為10mm。為了易于散熱和便于對(duì)油箱進(jìn)行搬移及維護(hù)保養(yǎng)，取箱底離地的距離為160mm。因此，油箱基體的總長(zhǎng)總寬總高為： 長(zhǎng)為： 寬為： 高為： 為了更好的清洗油箱，取油箱底面傾斜角度為。 （2）．隔板尺寸的確定 為起到消除氣泡和使油液中雜質(zhì)有效沉淀的作用，油箱中應(yīng)采用隔板把油箱分成兩部分。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，隔板

37、高度取為箱內(nèi)油面高度的，根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，隔板的高度應(yīng)為： 隔板的厚度與箱壁厚度相同，取為3mm。 （3）．各種油管的尺寸 油箱上回油管直徑可根據(jù)前述液壓缸進(jìn)、出油管直徑進(jìn)行選取，上述油管的最大內(nèi)徑為20mm，外徑取為28mm。泄漏油管的尺寸遠(yuǎn)小于回油管尺寸，可按照各順序閥或液壓泵等元件上泄漏油口的尺寸進(jìn)行選取。油箱上吸油管的尺寸可根據(jù)液壓泵流量和管中允許的最大流速進(jìn)行計(jì)算。 取吸油管中油液的流速為1m/s?？傻茫? 液壓泵的吸油管徑應(yīng)盡可能選擇較大的尺寸，以防止液壓泵內(nèi)氣穴的發(fā)生。因此根據(jù)上述數(shù)據(jù)，按照標(biāo)準(zhǔn)取公稱(chēng)直徑為d=32mm，外徑為42mm。 3.6 液壓

38、系統(tǒng)性能的驗(yàn)算 3.6.1驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失并確定壓力閥的調(diào)整值 由于系統(tǒng)的管道布置尚未具體確定，整個(gè)系統(tǒng)的壓力損失無(wú)法全面估算，故只能先按式估算閥類(lèi)元件的壓力損失，待設(shè)計(jì)好管路布局圖后，加上管路的延程損失和布局損失即可。但對(duì)于中小型液壓系統(tǒng)。管路的壓力損失甚微，可以不予考慮。壓力損失的驗(yàn)算應(yīng)按一個(gè)工作循環(huán)中不同階段分別進(jìn)行。 （1）快進(jìn) 滑臺(tái)快進(jìn)時(shí)，液壓缸通過(guò)電液換向閥差動(dòng)連接。由表7和表8可知，進(jìn)油路上油液通過(guò)單向閥10的流量是22L/min，通過(guò)電液換向閥2的流量是27.072L/min，然后與液壓缸有桿腔的回油匯合，以流量51.23L/min通過(guò)行程閥3并進(jìn)入無(wú)桿腔。由此進(jìn)油路

39、上的總壓降為： 此值不大，不會(huì)使壓力閥開(kāi)啟，幫能確保兩個(gè)泵的流量全部進(jìn)入液壓缸。 在回油路上，液壓缸有桿腔中的油液通過(guò)電液換向閥2和單向閥6的流量都是24.14L/min，然后與液壓泵的供油合并，經(jīng)行程閥3流入無(wú)桿腔。由此可算出快進(jìn)時(shí)有桿腔壓力與無(wú)桿腔壓力之差。 此值小于原估計(jì)值0.5MPa(見(jiàn)表3)，所以是安全的。 （2）工進(jìn) 滑臺(tái)工進(jìn)時(shí)，在進(jìn)油路上，油液通過(guò)電液換向閥2、調(diào)速閥4進(jìn)入液壓缸無(wú)桿腔，在調(diào)速閥4處的壓力損失為0.5MPa。在回油路上，油液通過(guò)電液換向閥2、背壓閥8和大流量泵的卸荷油液一起經(jīng)液控順序閥7返回油箱，在背壓閥8處的壓力損失為

40、0.5MPa。通過(guò)順序閥7的流量為（0.24+22）=22.24L/min，因此這時(shí)液壓缸回油腔的壓力為： 可見(jiàn)，此值略大于原估計(jì)值0.8MPa。故可按表3中公式重新計(jì)算工進(jìn)時(shí)液壓缸進(jìn)油腔壓力，即 此值與表3中數(shù)值 2.77 MPa相近。 考慮到壓力繼電器的可靠動(dòng)作要求壓差Dpe=0.5MPa，故溢流閥9的調(diào)壓應(yīng)為： （3）快退 滑臺(tái)快退時(shí)，在進(jìn)油路上，油液通過(guò)單向閥10、電液換向閥2進(jìn)入液壓缸有桿腔。在回油路上，油液通過(guò)單向閥5、電液換向閥2和單向閥13返回油箱。在進(jìn)油路上總的壓降為 此值遠(yuǎn)小于估計(jì)值，因此液壓泵的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率是足夠的。 在回油路上總的壓降為

41、 此值與表7的數(shù)值基本相符，故不必重算。 所以，快退時(shí)液壓泵的最大工作壓力應(yīng)為 此值是調(diào)整液控順序閥7的調(diào)整壓力的主要參考數(shù)據(jù)。 3.6.2油液溫升驗(yàn)算 由于工進(jìn)在整個(gè)工作循環(huán)中占95%，所以系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升可按工進(jìn)工況來(lái)計(jì)算。 液壓系統(tǒng)的總輸入功率即為液壓泵的輸入功率 由此可計(jì)算出系統(tǒng)的發(fā)熱功率為 按式計(jì)算工進(jìn)時(shí)系統(tǒng)中的油液溫升，即 油溫在允許范圍內(nèi)，油箱散熱面積符合要求，不必設(shè)置冷卻器。 4液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的電氣控制設(shè)計(jì) 總結(jié) 在設(shè)計(jì)的當(dāng)初，由于自身水平的限制，可能有些東西未考慮周全。但我希望設(shè)計(jì)出的東西即經(jīng)濟(jì)又適用，我會(huì)不斷總結(jié)，使系

42、統(tǒng)更加成熟。我的指導(dǎo)老師恰逢做這方面的科研，我又在液壓實(shí)驗(yàn)室老師的指導(dǎo)下學(xué)習(xí)過(guò)，在設(shè)計(jì)時(shí)我翻閱很多書(shū)籍、資料。在大學(xué)期間，我平時(shí)接觸的機(jī)床大多是液壓控制的，因此對(duì)機(jī)床比較熟悉；加之我曾選學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)方面的課程，對(duì)設(shè)計(jì)也懂點(diǎn)。因此能較好收集資料。所設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)需經(jīng)過(guò)進(jìn)一步驗(yàn)證，本設(shè)計(jì)中負(fù)載很難掌握。有麻花鉆的切削力，橫向液壓缸對(duì)刀具的調(diào)整力，擴(kuò)孔鉆的切削力。其中縱向進(jìn)給力由縱向液壓缸控制，對(duì)速度的換接、穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)要求嚴(yán)格，需選用好速度控制回路、換向和速度換接回路。橫向液壓缸工作在低壓下，只需工作時(shí)定位可靠?？v向液壓缸既有高壓小流量又有低壓大流量，而且麻花鉆與擴(kuò)孔鉆工進(jìn)時(shí)力不同。在起始時(shí)，應(yīng)掌握

43、好數(shù)據(jù)，因?yàn)樗鼈兿嗷ビ绊?、相互滲透。而后經(jīng)過(guò)計(jì)算選好元件，組裝系統(tǒng)。 致謝 時(shí)光飛逝，不知不覺(jué)大學(xué)生活已接近尾聲，三年的努力與付出，隨著本次論文的完成，將要畫(huà)上完美的句號(hào)。 這次論文的設(shè)計(jì)在老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下以完成，從選題到具體的寫(xiě)作過(guò)程，設(shè)計(jì)初稿和最終的定稿無(wú)不凝聚著陽(yáng)老師的心血和汗水，在我的畢業(yè)設(shè)計(jì)，陽(yáng)老師以及其它老師為我提供了種種專(zhuān)業(yè)知識(shí)上的指導(dǎo)和一些富有創(chuàng)造性的建議，老師一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度使我深受感動(dòng)，沒(méi)有這樣的幫助和關(guān)懷和熏陶，我不會(huì)這么順利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，在這再次表示深深的感謝和崇高的敬意！ 在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我參考了有關(guān)的書(shū)籍和論文，在這里一并

44、向有關(guān)作者表示謝意。 在臨近畢業(yè)之際，我還要借此機(jī)會(huì)向在大學(xué)期間給予我諸多教誨和幫助的老師表示由衷的謝意，感謝他們?nèi)陙?lái)的辛苦栽培。并祝學(xué)院越辦越好! 參考文獻(xiàn) [1] 王積偉 《液壓傳動(dòng)》 機(jī)械工業(yè)出版社，2006年12月第二版 [2] 成大先 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第五分冊(cè)》 機(jī)械工業(yè)出版社，2010年1月第五版 [3] 張利平 《液壓站設(shè)計(jì)與使用》 海洋出版社，2004年2月 [4] 陳啟松 《液壓傳動(dòng)雨控制手冊(cè)》【M】 上海：上?？萍技夹g(shù)出版社，2006 [5] 馬文星 《液壓傳動(dòng)理論與設(shè)計(jì)》【M】北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004 [6] 周士昌 《液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖集》【M】 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003