專用銑床的設(shè)計(jì)

1、目錄1、設(shè)計(jì)流程圖22、設(shè)計(jì)依據(jù)23、工況分析3 3.1 外負(fù)載3 3.2 阻力負(fù)載5 3.3慣性負(fù)載54、初步確定油缸參數(shù)，繪制工礦圖7 4.1 初選油缸的工作壓力7 4.2 計(jì)算油缸的尺寸8 4.3 油缸個(gè)工況的壓力、流量、功率的計(jì)算95、確定液壓系統(tǒng)方案和擬訂液壓系統(tǒng)原理圖11 5.1 確定油源及調(diào)速方式11 5.2 選擇基本回路12 5.3 選擇調(diào)壓回路136、選擇液壓元?dú)饧?4 6.1 液壓泵的選擇14 6.2 閥類元?dú)饧拜o助元?dú)饧倪x擇15 6.3 確定油管直徑16 6.4 油箱的設(shè)計(jì)177、驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能18參考文獻(xiàn)20一、設(shè)計(jì)流程圖液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)與整機(jī)設(shè)計(jì)是緊密聯(lián)系的，設(shè)計(jì)步

2、驟的一般流程如圖明確液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求否否 液 壓 cad是否符合要求？繪制工作圖，編制技術(shù)文件是否通過(guò)？ 驗(yàn)標(biāo)液壓系統(tǒng)性能 選擇液壓元件 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 確定執(zhí)行元件主要參數(shù)執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)與負(fù)載分析是 結(jié) 束是 下面將按照這一流程圖來(lái)進(jìn)行本次液壓課程設(shè)計(jì)。二、設(shè)計(jì)依據(jù)：專用銑床工作臺(tái)重量為3000n，工件及夾具最大重量為1000n，切削力最大達(dá)9000n，工作臺(tái)的快進(jìn)速度為4.5m/min，進(jìn)給速度為601000mm/min，行程為400mm（其中快進(jìn)340mm、工進(jìn)60mm）。工作循環(huán)為快進(jìn)工進(jìn)快退原位停止。工作臺(tái)往返運(yùn)動(dòng)的加速、減速時(shí)間為0.05s，假定工作臺(tái)采用平面導(dǎo)軌，其摩擦系數(shù)=

3、0.2，=0.1，試設(shè)計(jì)其液壓系統(tǒng)。三、工況分析液壓系統(tǒng)的工況分析是指對(duì)液壓執(zhí)行元件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析和負(fù)載分析，目的是查明每個(gè)執(zhí)行元件在各自工作過(guò)程中的流量、壓力、功率的變化規(guī)律，作為擬定液壓系統(tǒng)方案，確定系統(tǒng)主要參數(shù)（壓力和流量）的依據(jù)。負(fù)載分析（一） 外負(fù)載 =9000n其中表示最大切削力。對(duì)于專用銑床銑削時(shí)銑刀所承受的主切削力大小（單位n）為： (n)式中 p 單位切削力（） f 每轉(zhuǎn)進(jìn)給量（mm/r） 背吃刀量（mm）下面將進(jìn)行具體參數(shù)的計(jì)算：由公式 可得 （其中表示每分鐘進(jìn)給速度，n表示銑刀的轉(zhuǎn)速） 由設(shè)計(jì)依據(jù)可知 n=300r/min 工進(jìn)速度=601000mm/min，故我們?nèi)?30

4、0mm/min。 對(duì)于單位切削力p，由以下的常用金屬材料的單位切削力表可得，我們選p=2000。類別材料牌號(hào)單位切削力p（） 鋼易切鋼y40mn1700結(jié)構(gòu)鋼452000合金結(jié)構(gòu)鋼40cr不銹鋼1cr17ni92500 鑄鐵灰鑄鐵ht2001140鑄造合金鑄造錫青銅zcusn5pb5zn5700鑄造鋁合金zalsn7mg720對(duì)于銑削背吃刀量,我們選用硬質(zhì)合金銑刀，查銑工計(jì)算手冊(cè)可得，取=1.5mm。根據(jù)以上的公式 可得：因?yàn)?000=9800n，所以選取的合適（二） 阻力負(fù)載靜摩擦力：f=（g1+g2） 其中 f靜摩擦力n g1、g2工作臺(tái)及工件的重量n 靜摩擦系數(shù)由設(shè)計(jì)依據(jù)可得：f=（g1

5、+g2）=(3000+1000)x0.2=800n動(dòng)摩擦力f=（g1+g2） 其中 f動(dòng)摩擦力n 動(dòng)摩擦系數(shù)同理可得： f=（g1+g2）=(3000+1000)x0.1=400n（三） 慣性負(fù)載機(jī)床工作部件的總質(zhì)量m=（g1+g2）/g=4000/9.81=408kg 慣性力fm=mn 其中：a執(zhí)行元件加速度 m/s ut執(zhí)行元件末速度 m/s u0執(zhí)行元件初速度m/st執(zhí)行元件加速時(shí)間s因此，執(zhí)行元件在各動(dòng)作階段中負(fù)載計(jì)算如下表所示：工況油缸負(fù)載（n）負(fù)載值（n）啟動(dòng)f=f800加速f=f+fm740快進(jìn)f=f400工進(jìn)f=f+fc3400快退f=f400按上表的數(shù)值繪制負(fù)載如圖所示。 對(duì)

6、于速度而言，設(shè)計(jì)依據(jù)中已經(jīng)有了明確的說(shuō)明，所以按照設(shè)計(jì)依據(jù)繪制如下：圖1銑床液壓缸負(fù)載圖圖2銑床液壓缸速度圖四、初步確定油缸參數(shù)，繪制工況圖1、初選油缸的工作壓力、 由上可以知道，銑床的最大負(fù)載f=9800n，根據(jù)下表可得： 表 按負(fù)載選擇液壓執(zhí)行元件的工作壓力載荷/（kn）50工作壓力（mpa）=57選系統(tǒng)的工作壓力p1=2mpa。 由設(shè)計(jì)要求可知，導(dǎo)軌要求快進(jìn)、快退的速度相等，故液壓缸選用單活塞桿式的，快進(jìn)時(shí)采用差動(dòng)連接，且液壓缸活塞桿直徑d0.7d。快進(jìn)和工進(jìn)的速度換接用三位四通電磁閥來(lái)實(shí)現(xiàn)。 銑床液壓系統(tǒng)的功率不大，為使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，決定采用定量泵供油。考慮到銑床可能受到負(fù)值

7、負(fù)載，故采用調(diào)速閥的進(jìn)油節(jié)流加背壓閥的調(diào)速回路，所以回油路上具有背壓p2，取背壓p2=0.5mpa。 2、計(jì)算油缸尺寸可根據(jù)油缸的結(jié)構(gòu)及連接方式計(jì)算油缸的面積、油缸直徑d及活塞桿直徑d計(jì)算出后應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)予以圓整，然后再計(jì)算油缸的面積：此時(shí)由工進(jìn)時(shí)的負(fù)載值按計(jì)算公式計(jì)算液壓缸面積： 在將這些直徑按照國(guó)標(biāo)圓整成標(biāo)準(zhǔn)值得：d=0.06m, d=0.04m由此就求得液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積為，。3、油缸各工況的壓力、流量、功率的計(jì)算（1）、工進(jìn)時(shí)油缸需要的流量 :工進(jìn)時(shí)油壓作用的面積:工進(jìn)時(shí)油缸的速度 mm/min(2)、快進(jìn)時(shí)油缸需要的流量 差動(dòng)連接時(shí): 、分別表示油缸活塞腔、活塞桿截面積 m油缸快進(jìn)

8、時(shí)的速度mm/min(3)、快退時(shí)油缸需要的流量, = = 油缸退回時(shí)的速度, mm/min(4)、工進(jìn)時(shí)油缸的壓力p2為工進(jìn)時(shí)回油腔的背壓,上面已經(jīng)選取為0.5mpa（5）、快進(jìn)時(shí)油缸壓力 0.989 mpa這里：f分別表示快速啟動(dòng)、加速、快速時(shí)油缸的推力，p分別表示快速啟動(dòng)、加速、快速時(shí)油缸的壓力。表示管路中壓力損失大小，這里我們?nèi)≈禐?.3mpa。（6）、快退時(shí)油缸壓力 f分別表示快速啟動(dòng)、加速、快速時(shí)油缸的推力，p分別表示快速啟動(dòng)、加速、快速時(shí)油缸的壓力。p2的值為0.5mpa油缸工作循環(huán)中各階段的壓力、流量、功率實(shí)際值如表2所示：表2 液壓缸在不同工作階段的壓力、流量和功率值工況負(fù)載

9、f/n回油腔壓力進(jìn)油腔壓力輸入流量q/輸入功率p/kw快進(jìn)(差動(dòng))啟動(dòng)80001.035 加速8080.989 快進(jìn)4000.7050.00630.07 工進(jìn)34000.51.450.00080.019快退啟動(dòng)80001.43加速8080.51.391快退4001.1650.00780.151由以上所計(jì)算的數(shù)據(jù)我們繪制出工況圖如下所示：圖3液壓缸工況圖五、確定液壓系統(tǒng)方案和擬訂液壓系統(tǒng)原理圖(一)確定油源及調(diào)速方式由以上的計(jì)算可以知道，銑床液壓系統(tǒng)的功率不大，工作負(fù)載的變化情況很小，因此，為使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，決定采用定量泵供油?？紤]到銑床可能受到負(fù)值負(fù)載，故采用回油路調(diào)速閥節(jié)流調(diào)速方式

10、，并選用開(kāi)式循環(huán)。 從工況圖中我們可以清楚的看出，在液壓系統(tǒng)的工作循環(huán)中，液壓缸要求油源提供的流量變化并不是很大，因此工進(jìn)和快進(jìn)的過(guò)程中，所需流量差別較小。故我們選用定量單液壓泵供油。圖4差速回路（二）選擇基本回路1.選擇換向回路及速度換接方式由設(shè)計(jì)依據(jù)可以知道，設(shè)計(jì)過(guò)程中不考慮工件夾緊這一工序，并且從快進(jìn)到工進(jìn)時(shí)，輸入液壓缸的流量從6.3l/min降到0.8l/min，速度變化不是很大，所以采用電磁換向閥來(lái)實(shí)現(xiàn)速度的換接。壓力繼電器發(fā)訊，由電磁換向閥實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的自動(dòng)啟動(dòng)和換向。同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)能在任意位置停止，泵不卸載，故電磁閥必須選擇o型機(jī)能的三位四通閥，如下圖所示：圖5o型機(jī)能的三位四

11、通閥由于要求工作臺(tái)快進(jìn)與快退速度相等，故快進(jìn)時(shí)采用差動(dòng)連接來(lái)實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)回路，且要求液壓缸活塞桿直徑d0.7d。（三）選擇調(diào)壓回路 設(shè)計(jì)過(guò)程中，在油源中采用溢流閥來(lái)調(diào)定系統(tǒng)的工作壓力，因此調(diào)壓?jiǎn)栴}基本上已經(jīng)在油源中解決，無(wú)須在另外設(shè)置調(diào)壓系統(tǒng)。這里的溢流閥同時(shí)還能起到安全閥的作用。將上面所選的液壓基本回路組合在一起，便可得到以下的液壓系統(tǒng)原理圖。同時(shí)電磁鐵的動(dòng)作順序表如下：表3液壓專用銑床電磁鐵動(dòng)作順序表 工序1y2y3y4yyj 工作缸快進(jìn)+工作缸工進(jìn)+ +工作缸快退+ +圖6 專用銑床液壓系統(tǒng)原理圖1-油箱； 2-過(guò)濾器； 3-葉片泵； 4-溢流閥； 5-三位四通電磁換向閥； 6-單向調(diào)速

12、閥； 7-兩位三通電磁換向閥； 8-工作缸； 9-壓力繼電器六、選擇液壓元?dú)饧ㄒ唬?液壓泵的選擇 由以上的設(shè)計(jì)可以得到，液壓缸在整個(gè)工作過(guò)程中的最大壓力是1.45mpa，如取進(jìn)油路上的壓力損失為0.4mpa，則此時(shí)液壓泵的最大工作壓力是=1.45+0.4=1.85mpa。 由以上的計(jì)算可得，液壓泵提供的最大流量是7.8l/min,因?yàn)橄到y(tǒng)較為簡(jiǎn)單，取泄漏系數(shù)，則兩個(gè)液壓泵的實(shí)際流量應(yīng)為： 由于溢流閥的最小穩(wěn)定溢流量為3l/min，而工進(jìn)時(shí)輸入到液壓缸的流量是3.8l/min，由流量液壓泵單獨(dú)供油，所以液壓泵的流量規(guī)格最少應(yīng)為6.8l/min。根據(jù)以上的壓力和流量的數(shù)值查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，最后選

13、用yb1-6.3型單葉片液壓泵，其排量大小為6.3ml/r,當(dāng)液壓泵的轉(zhuǎn)速為1450r/min時(shí)，該液壓泵的理論流量為9.14l/min。取液壓泵的容積效率為，則液壓泵的實(shí)際流量大小為： 由于由以上的計(jì)算過(guò)程中，我們知道了液壓缸在快退時(shí)的輸入功率最大，此時(shí)液壓泵的工作壓力是1.165+0.4（進(jìn)油路上的壓力損失）=1.565mpa，流量為6.8l/min，查表可得，取液壓泵的總效率，則液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需的功率為 根據(jù)以上的數(shù)據(jù)查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選用y801型電動(dòng)機(jī)，其額定功率為0.55kw，額定轉(zhuǎn)速為1200r/min。（二）閥類元?dú)饧拜o助元?dú)饧倪x擇 根據(jù)閥類及輔助元?dú)饧谟吐返淖畲蠊ぷ鲏毫?/p>

14、和通過(guò)的最大實(shí)際流量，可選擇這些器件的型號(hào)和規(guī)格如下表：表4 元?dú)饧男吞?hào)及規(guī)格序號(hào)元件名稱額定流量（l/min）額定壓力(mpa)質(zhì)量(kg)型號(hào)1單葉片泵9.26.35.5yb1-6.32三位四通電磁閥256.334d-25bop3二位三通電磁閥256.3 23d-25b4單向調(diào)速閥0.05（最?。?.5-6.33.2qi-10b5溢流閥200.4-6.31.7y-10b6壓力繼電器 1.0-6.30.7dp1-63b7濾油器 162.50.18xu-b16x1008開(kāi)關(guān)閥256.322d-25b（三）確定油管直徑由于液壓泵在選定之后液壓缸在各個(gè)工作階段的進(jìn)、出流量已表5 液壓缸的進(jìn)出、流

15、量與原來(lái)的數(shù)值不同，所以要重新計(jì)算，計(jì)算如下表4所示：快進(jìn)工進(jìn)快退輸入流量（l/min）輸出流量(l/min)運(yùn)動(dòng)速度(m/min)由上表中的數(shù)值，按照書(shū)中推薦的油液在壓油管的流速u=3m/s可得，液壓缸有桿腔和無(wú)桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為： 兩根油管按yb23164選用外徑為13mm，壁厚為1.2mm的冷拔無(wú)縫鋼管。（四） 油箱的設(shè)計(jì)對(duì)油箱容積我們進(jìn)行估算，取經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，故其容積為： 取靠其最近的標(biāo)準(zhǔn)值v=50l七、驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能 油液溫升的驗(yàn)算工進(jìn)在整個(gè)工作循環(huán)中所占的時(shí)間比例是很長(zhǎng)的，所以系統(tǒng)發(fā)熱和油液溫升可按工進(jìn)時(shí)的工況來(lái)計(jì)算。工進(jìn)時(shí)液壓缸的有效功率是 由以上的計(jì)算可知，液壓泵在工進(jìn)時(shí)的工作壓力為