单面多轴钻孔组合机床动力滑台.doc

攀枝花学院本科学生课程设计任务书题　目D  单面多轴钻孔组合机床动力滑台1、课程设计的目的学生在完成《液压传动与控制》课程学习的基础上，运用所学的液压基本知识，根据液压元件、各种液压回路的基本原理，独立完成液压回路设计任务；从而使学生在完成液压回路设计的过程中，强化对液压元器件性能的掌握，理解不同回路在系统中的各自作用能够对学生起到加深液压传动理论的掌握和强化实际运用能力的锻炼2、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）单面多轴钻孔组合机床，动力滑台的工作循环是：快进——工进——快退——停止液压系统的主要性能参数要求如下，轴向切削力为Fa=24000N；滑台移动部件总质量为G=510kg；加、减速时间为0.2s；采用平导轨，静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1，；快进行程为了S1=200mm，工进行程为s2=100mm，快进与快退速度相等，均为 3.5m／min，工进速度为v= 30mm／min工作时要求运动平稳，且可随时停止运动试设计动力滑台的液压系统完成设计计算，拟定系统方案图，确定各液压元件的型号及尺寸，设计液压缸3、主要参考文献[1] 章宏甲主编，《液压与气压传动》，机械工业出版社出版 2007.1 [2]路甬祥主编.液压气动技术手册.北京.机械工业出版社.2002[3]雷天觉主编.液压工程手册.北京.机械工业出版社.19904、课程设计工作进度计划 内容学时明确机床对液压系统的要求，进行工作过程分析4初步确定液压系统的参数，进行工况分析和负载图的编制14确定液压系统方案，拟订液压系统图4确定液压制造元件的类型并选择相应的液压元件，确定辅助装置4液压系统的性能验算2液压油箱的结构设计，制图及编制技术文件12合计1周指导教师（签字）日期年 月 日教研室意见：年 月 日学生（签字）： 接受任务时间： 年 月 日注：任务书由指导教师填写。

设计参数设计参数见表2表2 设计参数序号FaG S1S2vμdμsD930000600220120400.10.2第一章 明确液压系统的设计要求单面多轴钻孔组合机床，动力滑台的工作循环是：快进——工进——快退——停止液压系统的主要性能参数要求如下，轴向切削力为Fa=30000N；滑台移动部件总质量为G=600kg；加、减速时间为0.2s；采用平导轨，静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1，；快进行程为S1=220mm，工进行程为s2=120mm，快进与快退速度相等，均为 3.5m／min，工进速度为v= 40mm／min工作时要求运动平稳，且可随时停止运动试设计动力滑台的液压系统完成设计计算，拟定系统方案图，确定各液压元件的型号及尺寸，设计液压缸第二章 负载与运动分析负载分析中，暂不考虑回油腔的背压力，液压缸的密封装置产生的摩擦阻力在机械效率中加以考虑因工作部件是卧式放置，重力的水平分力为零，这样需要考虑的力有：夹紧力，导轨摩擦力，惯性力 在对液压系统进行工况分析时，本设计实例只考虑组合机床动力滑台所受到的工作负载、惯性负载和机械摩擦阻力负载，其他负载可忽略 （1）阻力负载阻力负载主要是工作台的机械摩擦阻力，分为静摩擦阻力和动摩擦阻力两部分。

导轨的正压力等于动力部件的重力，设导轨的静摩擦力为，则 静摩擦阻力： = 60000.2=1200N动摩擦阻力：=60000.1=600N（2）工作负载工作负载是在工作过程中由于机器特定的工作情况而产生的负载，对于金属切削机床液压系统来说，沿液压缸轴线方向的切削力即为工作负载，即 （3）惯性负载最大惯性负载取决于移动部件的质量和最大加速度，其中最大加速度可通过工作台最大移动速度和加速时间进行计算已知启动换向时间为0.05s，工作台最大移动速度，即快进、快退速度为4.5m/min，因此惯性负载可表示为 忽略切削力引起的颠覆力矩对导轨摩擦力的影响，并设液压缸的机械效率=0.9，根据上述负载力计算结果，可得出液压缸在各个工况下所受到的负载力和液压缸所需推力情况，如表1所示表2.1 液压缸总运动阶段负载表（单位：N）工况负载组成负载值F/N推力F//N启动12001333.3加速833.3925.9快进600666.7工进3060034000反向启动12001333.3加速833.3925.9快退600666.7制动366.7407.4第三章 负载图和速度图的绘制 根据负载计算结果和已知的个阶段的速度，可绘制出工作循环图如图1（a）所示，所设计组合机床动力滑台液压系统的速度循环图可根据已知的设计参数进行绘制，已知快进和快退速度、快进行程S1=220mm、工进行程s2=120mm、快退行程S3=340mm，工进速度。

快进、工进和快退的时间可由下式分析求出快进 工进 快退 根据上述已知数据绘制组合机床动力滑台液压系统绘制负载图（F-t）如图图3.1第四章 确定液压系统主要参数4.1确定液压缸工作压力由表2和表3可知，组合机床液压系统在最大负载约为35000 N时宜取4MP表4.1 各种机械常用的系统工作压力机械类型机 床农业机械小型工程机械建筑机械液压凿岩机液压机大中型挖掘机重型机械起重运输机械磨床组合机床龙门刨床拉床工作压力/MPa0.8~23~52~88~1010~1820~32表4.2按负载选择工作压力负载/ KN<55~1010~2020~3030~50>50工作压力/MPa< 0.8~11.5~22.5~33~44~5≥54.2计算液压缸主要结构参数由于工作进给速度与快速运动速度差别较大，且快进、快退速度要求相等，从降低总流量需求考虑，应确定采用单杆双作用液压缸的差动连接方式通常利用差动液压缸活塞杆较粗、可以在活塞杆中设置通油孔的有利条件，最好采用活塞杆固定，而液压缸缸体随滑台运动的常用典型安装形式这种情况下，应把液压缸设计成无杆腔工作面积是有杆腔工作面积两倍的形式，即活塞杆直径d与缸筒直径D呈d = 0.707D的关系。

工进过程中，当孔被钻通时，由于负载突然消失，液压缸有可能会发生前冲的现象，因此液压缸的回油腔应设置一定的背压(通过设置背压阀的方式)，选取此背压值为p2=0.8MPa快进时液压缸虽然作差动连接,但连接管路中不可避免地存在着压降，且有杆腔的压力必须大于无杆腔，估算取0.5MPa快退时回油腔中也是有背压的，这时选取背压值=0.6MPa工进时液压缸的推力计算公式为，根据已知参数，液压缸无杆腔的有效作用面积可计算为 液压缸缸筒直径为 由于有前述差动液压缸缸筒和活塞杆直径之间的关系，d = 0.707D，因此活塞杆直径为d=0.707×110=77.77mm，根据GB/T2348—1993对液压缸缸筒内径尺寸和液压缸活塞杆外径尺寸的规定，圆整后取液压缸缸筒直径为D=110mm，活塞杆直径为d=80mm此时液压缸两腔的实际有效面积分别为：工作台在快进过程中，液压缸采用差动连接，此时系统所需要的流量为工作台在快退过程中所需要的流量为工作台在工进过程中所需要的流量为q工进 =A1×=0.38 L/min根据上述液压缸直径及流量计算结果，进一步计算液压缸在各个工作阶段中的压力、流量和功率值，如表4所示。

表4.3 各工况下的主要参数值工况推力F’/N回油腔压力P2/MPa进油腔压力P1/MPa输入流量q/L.min-1输入功率P/Kw计算公式快进启动1333.300.78————加速925.91.500.70————快进666.71.140.6416.630.177工进340000.83.980.380.025 快退起动1333.300.28———— 加速925.90.61.39————快退666.70.61.3416.640.372制动407.40.61.29————注：4.3绘制液压缸工况图并据表4可绘制出液压缸的工况图，如图2所示图2 组合机床液压缸工况图第五章 液压系统方案设计根据组合机床液压系统的设计任务和工况分析，所设计机床对调速范围、低速稳定性有一定要求，因此速度控制是该机床要解决的主要问题速度的换接、稳定性和调节是该机床液压系统设计的核心与所有液压系统的设计要求一样，该组合机床液压系统应尽可能结构简单，成本低，节约能源，工作可靠5.1速度控制回路的选择 工况图表明，所设计组合机床液压系统在整个工作循环过程中所需要的功率较小，系统的效率和发热问题并不突出，因此考虑采用节流调速回路即可。

虽然节流调速回路效率低，但适合于小功率场合，而且结构简单、成本低该机床的进给运动要求有较好的低速稳定性和速度-负载特性，因此有三种速度控制方案可以选择，即进口节流调速、出口节流调速、限压式变量泵加调速阀的容积节流调速 钻镗加工属于连续切削加工，加工过程中切削力变化不大，因此钻削过程中负载变化不大，采用节流阀的节流调速回路即可但由于在钻头钻入铸件表面及孔被钻通时的瞬间，存在负载突变的可能，因此考虑在工作进给过程中采用具有压差补偿的进口调速阀的调速方式，且在回油路上设置背压阀由于选定了节流调速方案，所以油路采用开式循环回路，以提高散热效率，防止油液温升过高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，液压要求油源交替地提供低压大流量和高压小流量的油液而快进快退所需的时间和工进所需的时间分别为亦即是=18.75因此从提高系统效率、节省能量角度来看，如果选用单个定量泵作为整个系统的油源，液压系统会长时间处于大流量溢流状态，从而造成能量的大量损失，这样的设计显然是不合理的如果采用一个大流量定量泵和一个小流量定量泵双泵串联的供油方式，由双联泵组成的油源在工进和快进过程中所输出的流量是不同的，此时液压系统在整个工作循环过程中所需要消耗的功率估大，除采用双联泵作为油源外，也可选用限压式变量泵作油源。

但限压式变量泵结构复杂、成本高，且流量突变时液压冲击较大，工作平稳性差，最后确定选用双联液压泵供油方案，有利于降低能耗和生产成本，如图3所示图5.1 双泵供油油源5.2选用执行元件因系统运动循环要求正向快进和工进，反向快退，且快进，快退速度相等，因此选用单活塞杆液压缸，快进时差动连接，无杆腔面积A1等于有杆腔面积A2的两倍5.3速度换接回路的选择所设计多轴。