钻镗液压机床的设计

目录绪论 (1)1.钻镗液压机床的设计 (2)1.1机床的设计要求 (2)1.2 机床的设计参数 (2)2 选择执行元件 (3)2.1分析系统工况 (3)2.2绘制负载循环图和速度循环图 (4)2.3确定主要参数 (5)2.3.2 确定液压缸主要尺寸 (6)2.3.3 计算最大流量需求 (7)3 .拟定液压系统原理图 (9)3.1 选择速度控制回路 (9)3.2 选择换向和速度换接回路 (10)3.3 选择油源和控制能耗 (11)3.4 选择压力控制回路 (12)4.选择液压元件 (15)4.1 确定液压泵和电机规格 (15)4.1.1计算液压泵的最大工作压力 (15)4.1.2计算总流量 (15)4.2 选择阀类元件和辅助元件 (16)4.2.1．选择阀类元件 (16)4.2.2过滤器的选择 (17)4.2.3空气滤清器的选择 (17)4.3油管的选择 (18)4.4 油箱的设计 (19)4.4.1油箱长宽高的确定 (19)4.4.2隔板尺寸的确定 (19)4.4.3各种油管的尺寸 (19)5 验算液压系统性能 (20)5.1验算系统压力损失 (20)5.2验算系统发热与温升 (22)6.设计总结 (23)7.参考文献 (24)绪论随着科学技术和工业生产的飞跃发展，国民经济各个部门迫切需要各种各样的质量优、性能好、能耗低、价格廉的液压机床产品。

其中，产品设计是决定产品性能、质量、水平、市场竞争能力和经济效益的重要环节。

产品的设计包括液压系统的功能分析、工作原理方案设计和液压传动方案设计等。

这些设计内容可作为液压传动课程设计的内容。

很明显，液压系统设计本身如果存在问题，常常属于根本性的问题，可能造成液压机床的灾难性的失误。

因此我们必须重视对学生进行液压传动设计能力的培养。

作为一种高效率的专用机床，组合机床在大批、大量机械加工生产中应用广泛。

本次课程设计将以组合机床动力滑台液压系统设计为例，介绍该组合机床液压系统的设计方法和设计步骤，其中包括组合机床动力滑台液压系统的工况分析、主要参数确定、液压系统原理图的拟定、液压元件的选择以及系统性能验算等。

液压系统设计与整机设计是紧密联系的，下面将按照这一流程图来进行本次液压课程设计。

明确液压系统的设计要执行元件运动与负载分确定执行元件主要参数拟定液压系统原理图选择液压元件验标液压系统性能是否通过？绘制工作图，编制技术文件是否符合要求？液压CAD否否是是结束1.钻镗液压机床的设计1.1机床的设计要求设计一台钻镗两用组合机床的液压系统。

钻镗系统要求实现的动作顺序为：快进→工进→快退→原位停止。

液压系统的主要参数与性能要求如下：轴向切削力总和F=12000N ，移动部件总重量G ＝20000N ；行程长度200mm （工进和快进行程均为100mm ）快进、快退的速度为6m/ min ，工进速度（20~1200）mm/ min 范围内无级调节；往返运动加速减速时间△t=0.2s ；该动力滑台采用水平放置的平导轨；静摩擦系数fs ＝0.2；动摩擦系数d f ＝0.1。

1.2 机床的设计参数系统设计参数如表1所示，动力滑台采用平面导轨，其静、动摩擦系数分别为fs = 0.2、d f = 0.1。

1l =100mm ，2l =100mm ，3l =200mm 其主要设计参数如表。

表1-1 设计参数 参 数 数 值 切削阻力（N ） 12000 滑台自重(N) 20000 最大行程(mm) 200 工进、快退行程(mm) 100 快进、快退速度(m/min) 6 工进速度(mm/min) 20~1200 加速、减速时间Δt （s ）0.2 静摩擦系数fs 0.2 动摩擦系数fd0.12 选择执行元件2.1分析系统工况2.1.1工作负载钻镗两用组合机床的液压系统中，钻镗的轴向切削力为Ft 。

据题意，最大切削力为12000N ，则有N F t 12000= 2.1.2惯性负载惯性负载 N t v m F m 10002.06062000=⨯⨯=∆∆= 2.1.3阻力负载静摩擦阻力 N F fs 4000200002.0=⨯= 动摩擦阻力 N F fd 2000200001.0=⨯=可得出液压缸的在各工作阶段的负载如表（液压缸的机械效率取95.0=m η）表2-1工况 负载组成负载值F 推力m /F η 启动 fs F F =4000N 4211N 加速 m fd F F F += 3000N 3158N 快进 fd F F =2000N 2105N 工进 t fd F F F += 14000N 14737N 快退fd F F =2000N2105N2.2绘制负载循环图和速度循环图根据上表中得出结果，绘制组合机床动力滑台液压系统的负载循环图如图所示。

图2-1 组合机床负载循环图当组合机床动力滑台处于工作进给状态时，负载力最大为14000N ，其他工况下负载力相对较小。

设计组合机床动力滑台液压系统的速度循环图根据给的设计参数进行绘制，快进和快退速度1v =2v =6m/min 、快进行程1l =100mm 、工进行程2l =100mm 、快退行程3l =200mm ，工进速度3v =100mm/min 。

可得组合机床动力滑台液压系统的速度循环图。

图2-2 组合机床液压系统速度循环图2.3确定主要参数2.3.1 初选液压缸工作压力所设计的动力滑台在工进时负载最大，其值为14737N，按照负载大小或按照液压系统应用场合来选择工作压力的方法，初选液压缸的工作压力p1=2.8MPa。

表2-2 按负载选择工作压力负载/ KN <5 5~10 10~20 20~30 30~50 >50工作压力/MPa <0.8~11.5~22.5~3 3~4 4~5 ≥5表2-3 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/MPa0.8~2 3~5 2~8 8~10 10~18 20~322.3.2 确定液压缸主要尺寸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。

采用活塞杆固定，把液压缸设计成无杆腔工作面积1A 是有杆腔工作面积2A 两倍的形式。

工进过程中，当孔被钻通时，液压缸有可能会发生前冲的现象，回油腔通过设置背压阀的方式设置一定的背压，元件的背压力如下表。

表2-4 执行元件背压力系统类型背压力/MPa 简单系统或轻载节流调速系统 0.2~0.5 回油路带调速阀的系统 0.4~0.6 回油路设置有背压阀的系统 0.5~1.5 用补油泵的闭式回路 0.8~1.5 回油路较复杂的工程机械 1.2~3 回油路较短且直接回油可忽略不计快进时连接管路中存在着压降△P ，估算并取△P ≈0.5MPa 。

快退时回油腔中也有背压的，选取被压值2p =0.8MPa 。

工进时液压缸的推力计算公式为：11221112/(/2)m F A p A p A p A p η=-=-，F ——负载力 m η——液压缸机械效率1A ——液压缸无杆腔的有效作用面积 2A ——液压缸有杆腔的有效作用面积 1P ——液压缸无杆腔压力 2P ——液压有无杆腔压力根据已知参数，液压缸无杆腔的有效作用面积可计算为262110067.0)2.18.2/(1014737)2/(m P P FA m=-⨯=-=η 液压缸缸筒直径为m m A D 93100067.04461=⨯⨯==ππ活塞杆直径为d=0.707×93=65.8mm ，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=100mm ，活塞杆直径为d=70mm 。

表2-5 按工作压力选取d/D工作压力/MPa≤5.0 5.0~7.0 ≥7.0 d/D0.5~0.550.62~0.700.7表2-6 按速比要求确定d/D2v/ 1v 1.15 1.25 1.33 1.46 1.61 2 d/D0.30.40.50.550.620.71注：2v —无杆腔进油时活塞运动速度；1v —有杆腔进油时活塞运动速度。

得出液压缸两腔的实际有效面积分别为：23211036.64/m D A -⨯==π 232221051.24/)(m d D A -⨯=-=π2.3.3 计算最大流量需求工作台在快进过程中所需要的流量为：min /04.23)(121l v A A q =⨯-=快进工作台在快退过程中所需要的流量为：min /06.1522l V A q =⨯=快退工作台在工进过程中所需要的流量为：min /63.7~27.121l v A q =⨯=工进其中最大流量为快进流量为23.04L/min 。

根据上述液压缸直径及流量计算结果，计算液压缸在各个工作阶段中的压力、流量和功率值，如下表所示。

表2-7 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 输入功率P/Kw计算公式快进启动 4211 0 1.12 —— ——2121^'A A PA F p -+=q=(A1-A2)v1 P=p1qp2=p1+Δp加速 31581.060.86————恒速2105 1.06 0.54 23.04 0.11工进 14737 1.0 2.321.27~ 7.630.029~ 0.046P1=(F ’+p2A2)/A1q=A1v2 P=p1q快退起动 4444 0 0.98 —— ——P1=(F ’+p2A1)/A2q=A2v3 P=p1q加速 3158 0.8 0.82 —— ——恒速2105 0.8 0.5515.06 0.62把表2-7中绘制成工况图，如图所示。

图2-3 组合机床液压缸工况图3 .拟定液压系统原理图根据设计任务和工况的分析，对调速范围、低速稳定性有一定要求，速度控制是该机床要解决的主要问题。

速度的换接、稳定性是该机床液压系统设计的核心。

此外，组合机床液压系统应尽可能结构简单，成本低，节约能源。

3.1 选择速度控制回路工况图2-3表明，设计的组合机床液压系统考虑采用节流调速回路即可。

虽然节流调速回路效率低，但结构简单、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，因此选择进口节流调速、出口节流调速。

钻镗加工属于连续切削加工，加工过程中切削力变化不大，该过程中负载变化不大，采用节流阀的节流调速回路，且在回油路上设置背压阀。

3.2 选择换向和速度换接回路换向平稳性的要求不高，流量不大，压力不高，选用价格较低的电磁换向阀控制换向回路。

为便于实现差动连接，选用三位五通电磁换向阀。