铣床夹紧装置液压系统的设计_毕业设计

铣床夹紧装置液压系统的设计1.概述1.1 液压传动的概念与发展液压传动是以流体(液压油液)为工作介质进行能量传递和控制的一种传动形式。

它们通过各种元件组成不同功能的基本回路，再由若干基本回路有机地组合成具有一定控制功能的传动系统。

液压传动，是机械设备中发展速度最快的技术之一。

特别是近年来，随着机电一体化技术的发展与微电子、计算机技术相结合，液压传动进入了一个新的发展阶段。

液压传动技术是根据帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门的一种传动形式。

与机械传动相比，它是一门比较新兴的技术。

从1795年英国制成的液压传动技术和液压元件，且工艺水平低下，发展缓慢。

1905 年将工作介质水改为油，进一步得到改善。

第一次世界大战(1914-1918)后液压传动广泛应用，特别是 1920 年以后，发展更为迅速。

1925年维克斯(F.Vikers)发明了压力平衡式叶片泵,为近代液压元件工业或液压传动的逐步建立奠定了基础。

20 世纪初康斯坦丁•尼斯克(G•Constantimsco)对能量波动传递所进行的理论及实际研究;1910 年对液力传动(液力联轴节、液力变矩器等)域得到了发展[3]。

第二次世界大战(1941-1945)期间,在美国机床中有30%应用了液压传动。

20世纪60年代以后，工艺水平有了很大的提高，液压技术随着电气控制技术、传感器技术、计算机技术的发展而迅速发展成为包括传动、控制、检测在内的一门完整的自动化技术。

在国民经济的各个部门都得到了应用，如工程机械、数控加工中心、冶金自动线等。

如今，流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。

历史的经验证明，流控学科技术的发展，仅有20%是靠本学科的科研成果推动，来源于其他领域发明的占50%移植，其他技术成果占30%，即大部分，来源于其他相关学科进步的推动。

随着应用了电子技术、计算及技术、信息技术、自动控制技术及新工艺、新材料的发展和应用液压传动技术也在不断创新。

液压传动技术已成为工业机械、工程建筑机械及国防尖端产品不可缺少的重要技术。

而其向自动化、高精度、高效率、高速化、高功率、小型化、轻量化方向发展，是不断提高它与电传动、机械传动竞争能力的关键。

1.2 液压传动的优缺点及应用液压传动与机械传动、电气传动相比有以下主要优点:(1)在同等功率情况下，液压执行元件体积小、重量轻、结构紧凑。

例如同功率液压马达的重量约只有电动机的1/6左右。

(2)液压传动的各种元件，可根据需要方便、灵活地来布置。

(3)液压装置工作比较平稳，由于重量轻、惯性小、反应快、液压装置易于实现快速启动、制动和频繁的换向。

(4)操纵控制方便，可实现大范围的无级调速(调速范围达2000：1)，它还可以在运行的过程中进行调速。

(5)一般采用矿物油为工作介质，相对运动面可自行润滑，使用寿命长。

(6)容易实现直线运动。

(7)既易实现机器的自动化，又易于实现过载保护，当采用电液联合控制甚至计算机控制后，可实现大负载、高精度、远程自动控制。

(8)液压元件实现了标准化、系列化、通用化，便于设计、制造和使用。

液压传动系统的主要缺点：(1) 液压传动不能保证严格的传动比，这是由于液压油的可压缩性泄漏造成的。

(2) 工作性能易受温度变化的影响，因此不宜在很高或很低的温度条件下工作。

(3) 由于流体流动的阻力损失和泄漏较大，所以效率较低。

如果处理不当，泄漏不仅污染场地，而且还可能引起火灾和爆炸事故。

(4) 为了减少泄漏，液压元件在制造精度上要求较高，因此它的造价高，且对油液的污染比较敏感。

总的说来，液压传动的优点最突出的，它的一些缺点有的现已大为改善，有的将随着科学技术的发展而进一步得到克服。

由于液压技术有许多突出的优点，从民用到国防、由一般传动到精确度很高的控制系统，都得到了广泛地应用。

液压传动与控制是现代机械工程的基础技术，由于其在功率重量比、无级调速、自动控制、过载保护等方面的独特技术优势，使其成为国民经济中各行业、各类机械装备实现传动与控制的重要技术手段。

2.液压系统的设计本设计是完成铣床夹紧装置液压系统的设计（装夹装置静动摩擦因数0.2s μ=，0.1d μ=）的设计，拟采用缸筒固定的液压缸驱动夹紧装置，完成工件装夹运动。

夹紧装置由液压与电气配合实现的自动循环要求为：Ⅰ工位夹紧缸夹紧→Ⅰ工位夹紧缸松开→Ⅱ工位夹紧缸夹紧→Ⅱ工位夹紧缸松开。

机床工位夹紧装置的运动参数和动力参数如表2-1所列。

表2-1 机床工位夹紧装置的运动参数和动力参数工况行程/mm速度1/v m s -∆ 时间/1t s -运动部件重力G/N负载e F /N启动、制动时间t ∆/sⅠ工位夹紧缸夹紧350.012 1t245050000.053松开0.0352t—1Ⅱ工位夹紧缸夹紧250.1253t150020000.050.2松开0.254t—0.1设计原则：从实际出发，注重调查研究，吸收国内外先进技术，采用现代设计思想，在满足工作性能要求、工作可靠的前提下，力求使系统结构简单、成本低、效率高、操作维护方便、使用寿命长。

2.1液压系统原理及组成以液体作为工作介质来进行能量传递和控制的传动形式称为液压传动，与利用液体动能的液力传动不同的是它以液体的压力能来传递动力，是根据17世纪帕斯卡提出液体静压力传动原理来实现的。

液压系统一般是由以下5个部分组成：动力源——用来将原动机的机械能转变为液体的压力能，输出有一定压力的油液，最常见的形式就是液压泵。

执行器——用来将液体的压力能转变为机械能，来驱动工作机构带动负载工作，可实现往复直线运动、连续回转运动、摆动等。

有液压缸、液压马达等。

控制调节装置——控制液压系统油液压力、流量和方向，以保证执行器驱动的工作机构完成预期动作。

有各种液压阀。

辅助装置——用来存放、提供、回收油液，滤除油液杂质，给油液降温；存储、释放液压能或吸收液压脉动、冲击；显示系统压力、油温等。

有邮箱、管件、过滤器、热交换器、蓄能器、各种指示仪表等。

液压工作介质——传递能量的介质，同时起着润滑、冷却等作用。

有各种液压油。

2.2 运动分析运动分析：就是研究工作机构根据工艺要求应以什么样的运动规律完成工作循环、运动速度的大小、加速度是恒定的还是变化的、行程大小及循环时间长短等。

为此必须确定执行元件的类型，并绘制位移一时间循环图或速度一时间循环图。

2.2.1 Ⅰ工位液压缸的负载计算惯性负载 夹紧：i G F g t∆ν=∆ =2450/9.81×0.012/0.05=59N 松开：i G F g t∆ν=∆ =2450/9.81×0.035/0.05=175N静摩擦负载()fs s n F G F μ=+ =0.2×（2450+0）= 490N 动摩擦负载()fd d n F G F μ=+ =0.1×（2450+0）=245N2.2.2 Ⅱ工位液压缸的负载计算惯性负载 夹紧：i G F g t∆ν=∆ =1500/9.81×0.125/0.05=382N 松开：i G F g t∆ν=∆ =1500/9.81×0.25/0.05=765N 静摩擦负载()fs s n F G F μ=+ =0.2×（1500+0）= 300N 动摩擦负载()fd d n F G F μ=+=0.1×（1500+0）=150N由此得Ⅰ工位夹紧缸和Ⅱ工位夹紧缸在工作的各个阶段所受的负载，由表2-2所示表2-2Ⅰ工位夹紧缸的外负载计算结果 工况 负载组成外负载F /N启动 fs F490 加速fd G F g t ∆ν+∆304夹紧 e fd F F +5245 反向启动 fs F490 加速fd G F g t∆ν+∆420松开fd F245表2-3Ⅱ工位夹紧缸的外负载计算结果 工况 负载组成外负载F/N启动 fs F300 加速fd G F g t ∆ν+∆532夹紧 e fd F F +2150 反向启动 fs F300 加速fd G F g t∆ν+∆ 915松开fd F1502.3 液压系统主要参数的确定执行元件的工作压力和流量是液压系统最主要的两个参数。

这两个参数是计算和选择元件、辅件和原动机的规格型号的依据。

要确定液压系统的压力和流量，首先必须根据各液压执行元件的负载循环图，选定系统工作压力；再根据系统压力，确定液压缸有效工作面积A或液压马达的排量VM；最后，根据位移一时间循环图(或速度一时间循环图)确定其流量。

2.3.1 系统工作压力的确定根据液压执行元件的负载循环图，可以确定系统的最大载荷点，在充分考虑系统所需流量、系统效率和性能要求等因素后，可参照表2.4或表2.5选择系统工作压力。

在系统功率一定时，一般选用较高的工作压力，使执行元件和系统的结构紧凑、质量轻、经济性好。

工作压力过高，会提高对元件的强度、刚度及密封要求和制造精度要求，不但达不到预期的经济效果，反而会降低元件的容积效率、增加系统发热、降低元件寿命和系统可靠性。

工作压力过低，会增大执行元件及整个系统的尺寸，使结构变得庞大。

表2-4按负载选择工作压力负载／kN ＜5 5～10 10～20 20～30 30～50 ＞50 系统压力／MPa ＜0.8～l1.6～22.5～3 3～4 4～5 ＞5～7表2-5 按主机类型选择系统工作压力设备类型机床农业机械汽车工业小型工程机械及辅助机械工程机械重型机械锻压设备液压支架船用系统磨床组合机床 牛头刨床 插床 齿轮加工 机床车床 铣床 镗床珩磨 机床拉床 龙门 刨床压力／MPa＜2.5＜6.3 2.5～6.3 ＜1010—16 16—32 14—25由于我们设计的主机类型为铣床，所以工作压力我们初选为4Mpa 。

为了防止夹紧时发生冲击，液压缸需保持一定回油背压。

参考表2-6液压执行器的背压力取0.2Mpa 。

表2-6液压执行器的背压力2.3.2Ⅰ工位液压缸参数的确定系统类型背压力(MPa )中低压系统简单系统和和一般轻载节流调速系统0.2~0.5回油带背压阀调整压力一般为0.5~1.5回油路设流量调节阀的进给系统满载工作时0.5 设补油泵的闭式系统0.8~1.5 高压系统初算是可忽略不计本设计将Ⅰ工位液压缸的无杆腔作为主工作腔，则有公式： 1221m a xcm P A P A Fη-= （2－1）公式中 214A D π=——液压缸无杆腔的有效面积()2m ； ()2224A D d π=-——液压缸有杆腔的有效面积()2m ；max F ——液压缸的最大负载力()N ；m η——液压缸的机械效率（一般取0.9-0.97）本设计取0.95；1p ——液压缸工作腔压力；2p ——系统的背压，本设计取0.2Mpa 。