专业铣床液压系统课程设计

专业铣床液压系统课程设计

驻马店职业技术学院

机电工程系液压传动课程设计

设计题目：专用铣床的液压系统设计

学生姓名：田瑞娟唐能胜张鹏

学号：

专业：机电一体化机电三班

指导教师：晁红芬

2012年6月

引言

一、设计题目及工况分析

1运动参数分析

2动力参数分析

3液压缸在各阶段的负载及工况图

二、计算液压缸尺寸和所需流量

1、工作压力的确定

2计算液压缸尺寸

3、确定液压缸所需的流量

三、确定液压系统方案，拟定液压原理图

1、确定执行元件的类型

2、换向阀确定

3、调速方式的选择

4、快进转工进的控制方式的选择

5、终点转换控制方式的选择

6、实现快速运动的供油部分设计

四、液压系统工作原理

五、液压泵的选择

1、计算泵的压力

2、计算泵的流量

设计题目

要求设计一台专用铣床的液压系统。已知最大切削阻力9×103N，切削过程要求实现“快进→工进→快退→原位停止”的自动循环。采用液压缸驱动，工作台的快进速度为⒋5m／min，快进速度与快退速度相等。进给速度范围为60~1000mm／min，要求无极调速，最大有效行程为400mm，工作台往复运动的加速﹑减速时间为0.5s，工作台自重为3×103N，工作及夹具最大重量为103N，采用平导轨，工作行程为200mm。

一工况分析

1、运动参数分析

动作循环图

动作循环图

速度循环图

2、动力参数分析

工作台的快进速度为4。5m/s，工作进给速度范围为60~1000mm/min，要求无级调速，工作台往复的加速、减速时间为0。05s，快退速度与快进速度相等。

(1)计算各阶段的负载

启动和加速阶段的负载F q

F q =F j +F g +F m F 1——静摩擦阻力 F g ——惯性阻力

F m ——密封产生的阻力。按经验可取F m =0.1F q F q =F j +F g +F m =0.2×4000+ma+0.1F q =800+05

.081.9605

.44000???+0.1F q

F q =956.85N

②快速阶段的负载F kj F kj =F dm +F m F dm ——动摩擦阻力

F m ——密封阻力，取F m =0.1F dm F kj =F dm +F m =0.1×4000+0.1F kj F kj =444.44N ③减速阶段F js F js =F dm +F m -F g

F m ——密封阻力，取F m =0.1F js

F js =F dm +F m -F g =400+0.1F js -4000?5

.081.960101000-5.43

-???

F js ＝391.59N

④工进阶段F gj

F gj =F dm +F qx +F m F qx ——切削力

F gj =F dm +F qx +F m =0.1×4000+9000+0.1F gj F gj ＝10444.44N

⑤制动F zd

F zd =F m +F dm -F g =0.1×4000＋0.1F zd －5

.018.96010100040003

-????

F zd =429.34N

⑥反向启动F fgd

F fgd =F m +F jm +F g ＝0.2×4000+0.1F fgd －5

.018.96010100040003

-????

F fgd =956.85N

⑦快速上升F kt

F kt =F m +F dm =0.1F kt +400 F kt =444.44N

⑧反向制动

F fzd =F m +F dm -F g =0.1F fzd +400-5

.018.9605

.44000???

F fzd =376.49N

3液压缸在各阶段的负载 各工作阶段 计算公式 计算结果（N ） 启动和加速 F q =F j +F g +F m 956.85 快速下降 F kj =F dm +F m 444.44 减速 F js =F dm +F m -F g 391.59 工作进给 F gj =F dm +F qx +F m 1o444.44 制动 F zd =F m +F dm -F g 429.34 反向启动 F fgd =F m +F jm +F g 956.85 快速上升

F kt =F m +F dm

444.44

反向制动F fzd=F m+F dm-F g376.49

（2）绘制工况图

（3）绘制工况图

工况图

二、计算液压缸尺寸和所需流量

1、工作压力的确定

工作压力可根据最大负载来确定，最大负载为10444.44N现按表1有关要求，取工作压力P=2.5MPa

表1

<5 5~10 10~20 20~30 30~50 ＞50

负载

F/kN

工作压力0.8~1 1.5~2 2.5~3 3~4 4~5 ≥5~7

MPa p /1

2、计算液压缸尺寸 1）液压缸的有效面积1A

1A =

ηP F =26

46419

.0105.244.10444mm ≈?? 液压缸内径D D=

mm 89.7614

.34641

4A 41

=?=

π

根据第4章有关要求取标准值D=80mm （表格如下） 液压

缸

内

径

尺

寸

系

列

mm 8 10 12

16

20

25

32

40

50 63 80 （90） 100 （110） 125 （140） 160 （180）

200 220

250

320

400

500

630

（2）活塞杆直径

要求快进与快退的速度相等，故用差动连接的方式。所以取d=0.7D=56mm ，再取标准值为d=55mm 。（表格如下）

活塞杆直径尺寸系列 mm 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 55 63 70 80 90 100 110 125 140 160

180

200

220

250

280

320

136

400

（3）缸径、杆径取标准值后的有效面积

无杆腔有效工作面积为1A =222

502448014.34mm D =?=π 活塞杆面积为22

2

323754

5514.34A mm d =?==π 有杆腔有效工作面积为2312246923755024mm A A A =-=-= 3、确定液压缸所需的流量

快进流量s m v A q kj /5.4102375362??==-快下=11L/min 快退流量jt q =min /12/5.4102649A 362L s m v =??=-快上 工进流量min /5.0/1.010*******L s m v A q g gj =??==-

三、确定液压系统方案，拟定液压原理图

1、选择液压回路

①调速、回路与动力源

由工况图可以看到，液压系统在快速进退阶段，负载压力较低，流量较大，且持续时间较短；而系统在工进阶段，负载压力较高、流量较小，持续时间较长。同时注意到铣削加工过程中铣削里的变化和顺铣及逆铣两种情况，为此，采用回油路调速阀节流调速回路。 这样，可以保证进给运动平稳性和速度稳定。在确定主要参数时，已决定快速进给时液压缸采用差动连接，所以所需动力源的流量较小，从简单经济学观点，此处选用单定量泵供油。 ②油路循环方式

由于上已选用节流调速回路，系统必然为开式循环方式。 ③换向与速度换接回路

综合考虑到铣床自动化程度要求较高、但工作台终点位置的定位精度要求不高、工作台可机动也可手动、系统压力低流量小、工作台

换向过渡位置不应出现液压冲击等因素，选用三位四通“Y”型中位机能的电磁滑阀作为系统的主换向阀。选用二位三通电磁换向阀实现差动连接。通过电气行程开关控制换向阀电磁铁的通断电即可实现自动换向和速度换接。

④压力控制回路

在泵出口并联一先导式溢流阀，实现系统的定压溢流，同时在溢流阀的远程控制口连接一个二位二通的电磁换向阀，以便一个工作循环结束后，等待装卸工件时，液压泵卸载，并便于液压泵空载下迅速启动。

图三 专用铣床工作台液压系统

1—过滤器 2—双联叶片泵 3—压力表开关 5—先导式溢流阀 6—二位二通电磁换向阀 7—单向阀 8—三位四通电磁换向阀

9—单向调速阀 10—二位三通电磁换向阀 11—液压缸

表4动作顺序表

注：“+”——通电；“-”——断电。行程开关安装在液压缸经过的路径上。 快进回路：进油：1→2→7→8→11;回油：10→8。

工进回路：进油：1→2→7→8→11;回油：10→9→8→油箱。 →10;系统结构情况

总压力损失

信 号 来 源

动 作 名 称 电磁铁工作状态 1YA 2YA 3YA 4YA 按下启动按钮

工作台快进 + - + + 压下工进行程开关 工作台工进 + - - + 压下快退行程开关

工作台快退 - + - + 压下液压泵卸载行程开关

液压泵卸载

- - - -

一般节流阀及管路简单的系统0.2——0.5 若进油路有调速阀及管路复杂的

系统

0.5——1.5 采用补油泵补油的闭式系统 1.0——1.5 采用复杂的高压工程 1.2——3.0 ∴泵的工作压力P b初定为

P

b =P+p

∑?=2.5+1=3.5MPa

2、计算泵的流量

(1)快速进退时泵的流量

由于液压缸采用差动连接方式,而而有杆腔有效面积A2大于活塞杆面积A3,故在速度相同的情况下,快退所需的流量大于快进的流量,故按快退考虑。

快退时缸所需的流量q kt=12L/min，故快退时泵应供油量为

q ktb=12 1.1

?=13.2L/min

式中，K为系统的泄漏系数，一般取K=1.1~1.3，此处取1.1。(2)工进时泵的流量

工进时缸所需的流量q gj=0.5L/min,故工进时泵应供流量为

q gjb=Kq gj=1.1×0.5=0.55L/min

考虑到节流调速系统中溢流阀的性能特点，需加上溢流阀的最小溢流量（一般取3L/min），所以

qgjb=0.55+3=3.55L/min

根据专用铣床的具体情况，从产品样本中选用YB-4/10型双联叶片 泵。此泵在快速进退时（低压状态下双泵供油）提供的流量为 q max =4+10=14L/min ≈q ktb

在工进时（高压状态下小流量的供油泵）提供的流量为 q min =4L/min>q gjb 故所选泵符合系统要求。 （3）验算快进﹑快退的实际速度

当泵的流量规格确定后，应验算快进﹑快退的实际速度,与设计要求相差太大则要重新计算。 min /9.510

2375101463

3max

m A q v kj ≈??=-- min /3.510264910146

3

2max

m A q v kt

≈??=-- 3、确定油管尺寸 （1）油管内径的确定 可按下式计算： d=

v

q 4π 泵的最大流量为14L/min ，但在系统快进时，部分油管的流量可达28L/min ，故按28L/min 计算。取v 为4m/s ，则

d=mm 14104.160

33.14102842-3

=?≈????-

其中速度v=4m/s 是在下表中查的。表为

液压系统管路推荐速度 压力管内油液的压力/MPa V （m/s ） 2．5 2.5~3 5 3.5~4 10 4.5~5 20 5~6 〉20 6~7.6

（2）按标准选取油管

可按标准选取内径d=12mm 、壁厚为1mm 的紫铜管。 3、确定油箱容量

本设计为中压系统，油箱有效容量可按泵每分钟内公称流量的5~7倍来确定。 油箱有效容量为

70L 1455=?=?=b q V