新疆工程學院課程設計題目：專用銑床液壓系統設計系部:專業:班級:姓名:學號:指導老師:完成日期:新疆工程學院機械工程系課程設計任務書學年下學期年月日專業班級課程名稱液壓傳動設計題目專用銑床液壓系統設計指導教師起止時間周數1周設計地點新疆工程學院設計目的：液壓系統的設計是整機設計的重要組成部分，主要任務是綜合運用前面各章的基礎知識，學習液壓系統的設計步驟、內容和方法。通過學習，能根據工作要求確定液壓系統的主要參數、系統原理圖，能進行必要的設計計算，合理的選擇和確定液壓元件，對所設計的液壓系統性能進行校驗算，為進一步進行液壓系統結構設計打下基礎。主要內容：熟悉設計任務，明確設計目標。根據設計要求和已學過的設計流程，擬定系統工作原理圖。計算各元件的參數并驗算。液壓元件選型。編制文件，繪制速度，負載圖譜。設計進度與要求：1、液壓系統圖一張。2、設計說明書一份。主要參考書及參考資料：[1]液壓與氣壓傳動楊慧敏西北工業大學出版社2009-8[2]液壓傳動（第三版）丁樹模、丁問司機械工業出版社2009-6[3]液壓傳動設計指南張利平化學工業出版社2009-7[4]雷天覺主編.液壓工程手冊（M）[5]章宏甲.液壓與氣壓傳動（M）.北京：機械工業出版社,2005教研室主任（簽名）系（部）主任（簽名）2013年7月新疆工程學院機械工程系課程設計成績表學生姓名專業班級設計題目專業銑床液壓系統設計指導教師（簽名）指導教師單位機械系工程機械教研室說明書評語評閱成績：評閱教師簽字：年

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日答辯記錄答辯成績：提問教師簽字：年

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日設計鑒定及成績設計成績：答辯小組組長簽字：年

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日一、前言作為一種高效率的專用銑床，在日常生活中，廣泛在大批量機械加工生產中應用。本次課程設計是以專用銑床工作臺液壓系統為例，介紹該組合機床液壓系統的設計方法及設計步驟，其中包括工作臺液壓系統的工況分析、主要參數確定、液壓系統原理圖的擬定、液壓元件的選擇以及系統性能驗算等。?液壓傳動?課程設計是整個教學過程中最后一個綜合性教學環節，通過課程設計可以讓我們了解液壓傳動系統設計的基本方法和設計要求，提高我們運用所學理論知識解決具體工程技術問題的能力。能根據設計任務要求，按照正確的設計步驟，擬定出液壓系統。整個主要設計過程分成七個部分：（一）機床設計方案，機床液壓傳動方案的分析與液壓原理的擬定；(二)主要液壓元件的設計計算和選型；（三）液壓輔助裝置的計算、設計或選擇；（四）機床液壓傳動系統的驗算和校核；（五）機床液壓系統圖的繪制；（六）機床液壓部件(液壓缸)裝配圖、零件工作圖的繪制一、設計流程圖液壓系統設計與整機設計是緊密聯系的，設計步驟的一般流程如圖明確液壓系統的設計要求明確液壓系統的設計要求否否液壓CAD是否符合要求？繪制工作圖，編制技術文件是否通過？驗標液壓系統性能選擇液壓元件擬定液壓系統原理圖確定執行元件主要參數執行元件運動與負載分析否否液壓CAD是否符合要求？繪制工作圖，編制技術文件是否通過？驗標液壓系統性能選擇液壓元件擬定液壓系統原理圖確定執行元件主要參數執行元件運動與負載分析是是結束是結束是下面將按照這一流程圖來進行本次液壓課程設計。二、設計依據：專用銑床工作臺重量G1=3200N，工件及夾具重量G2=1000N，切削力最大為8500N，工作臺的快進速度為4.8m/min，工進速度為80-900mm/min，行程為L=330mm（工進行程可調），工作臺往復加速、減速時間的時間t=0.05s，假定工作臺用平導軌，靜摩擦系數f=0.2，動摩擦系數f=0.1。設計此專用銑床液壓系統。三、工況分析液壓系統的工況分析是指對液壓執行元件進行運動分析和負載分析，目的是查明每個執行元件在各自工作過程中的流量、壓力、功率的變化規律，作為擬定液壓系統方案，確定系統主要參數（壓力和流量）的依據。負載分析外負載=8500N其中表示最大切削力。對于專用銑床銑削時銑刀所承受的主切削力大小（單位N）為：式中p—單位切削力（）f—每轉進給量（mm/r）—背吃刀量（mm）下面將進行具體參數的計算：由公式可得（其中表示每分鐘進給速度，n表示銑刀的轉速）由設計依據可知n=300r/min,工進速度=60—1000mm/min，故我們取=300mm/min。對于單位切削力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。類別材料牌號單位切削力P（）鋼易切鋼Y40Mn1700結構鋼45200040Cr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對于銑削背吃刀量,我們選用硬質合金銑刀，查銑工計算手冊可得，取mm。根據以上的公式可得：因為3000<=3185N，所以選取的合適阻力負載靜摩擦力：F=（G1+G2）·f其中F—靜摩擦力NG、G—工作臺及工件的重量Nf—靜摩擦系數由設計依據可得：F=（G+G）·f=(3200+1000)X0.2=840N動摩擦力F=（G+G）·f其中F—動摩擦力Nf—動摩擦系數同理可得：F=（G+G）·f=(3200+1000)X0.1=420N慣性負載機床工作部件的總質量m=（G+G）/g=(3200+1000)/9.81=428kg慣性力F=m·a=m=428×其中：a—執行元件加速度m/s2u—執行元件末速度m/s2u—執行元件初速度m/s2t—執行元件加速時間s因此，執行元件在各動作階段中負載計算如下表所示：工況油缸負載（N）負載值（N）啟動F=Ffj840加速F=Ffd+Fm快進F=Ffd420工進F=Ffd+Fc3605快退F=Ffd420按上表的數值繪制負載如圖所示。圖1銑床液壓缸負載圖對于速度而言，設計依據中已經有了明確的說明，所以按照設計依據繪制如下：圖1銑床液壓缸負載圖圖2銑床液壓缸速度圖圖2銑床液壓缸速度圖銑床機床液壓缸負載圖銑床機床液壓缸負載圖四、初步確定油缸參數，繪制工況圖1、初選油缸的工作壓力、由上可以知道，銑床的最大負載F=8500N，根據下表可得：表按負載選擇液壓執行元件的工作壓力載荷/（kN）<55—1010—2020—3030—50>50工作壓力（Mpa）<0.8~11.5~22.5~33~44~5>=5~7選系統的工作壓力P=2Mpa。由設計要求可知，導軌要求快進、快退的速度相等，故液壓缸選用單活塞桿式的，快進時采用差動連接，且液壓缸活塞桿直徑d≈0.7D。快進和工進的速度換接用三位四通電磁閥來實現。銑床液壓系統的功率不大，為使系統結構簡單，工作可靠，決定采用定量泵供油。考慮到銑床可能受到負值負載，故采用調速閥的進油節流加背壓閥的調速回路，所以回油路上具有背壓P，取背壓Pa。2、計算油缸尺寸可根據油缸的結構及連接方式計算油缸的面積、油缸直徑D及活塞桿直徑d計算出后應按標準予以圓整，然后再計算油缸的面積：此時由工進時的負載值按計算公式計算液壓缸面積： A===1073mA==2=2146mD=在將這些直徑按照國標圓整成標準值得：由此就求得液壓缸兩腔的實際有效面積為，。3、油缸各工況的壓力、流量、功率的計算（1）、工進時油缸需要的流量QL/minQ=A·VA1:工進時油壓作用的面積V—工進時油缸的速度m/s(2)、快進時油缸需要的流量QL/min差動連接時:Q=(A-A)·V=A、A—分別表示油缸活塞腔、活塞桿截面積m2V—油缸快進時的速度m/s(3)、快退時油缸需要的流量Q,L/minQ=A·VV—油缸退回時的速度,m/s(4)、工進時油缸的壓力P=P2—a。（5）、快進時油缸壓力P=P=P=這里：F分別表示快速啟動、加速、快速時油缸的推力，P—分別表示快速啟動、加速、快速時油缸的壓力。a。（6）、快退時油缸壓力P=P=P=F—分別表示快速啟動、加速、快速時油缸的推力，P—分別表示快速啟動、加速、快速時油缸的壓力。Pa油缸工作循環中各階段的壓力、流量、功率實際值如表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載F/N回油腔壓力進油腔壓力輸入流量q/輸入功率P/kW快進(差動)啟動84000.7——加速——快進4200.350254工進36051.32快退啟動84000.56——加速——快退420075由以上所計算的數據我們繪制出工況圖如下所示：圖3液壓缸工況圖五、確定液壓系統方案和擬訂液壓系統原理圖(一)

確定油源及調速方式由以上的計算可以知道，銑床液壓系統的功率不大，工作負載的變化情況很小，因此，為使系統結構簡單，工作可靠，決定采用定量泵供油。考慮到銑床可能受到負值負載，故采用回油路調速閥節流調速方式，并選用開式循環。從工況圖中我們可以清楚的看出，在液壓系統的工作循環中，液壓缸要求油源提供的流量變化并不是很大，因此工進和快進的過程中，所需流量差別較小。故我們選用定量單液壓泵供油。（二）選擇基本回路

1.

選擇換向回路及速度換接方式

min降到，速度變化不是很大，所以采用電磁換向閥來實現速度的換接。壓力繼電器發訊，由電磁換向閥實現工作臺的自動啟動和換向。同時為了實現工作臺能在任意位置停止，泵不卸載，故電磁閥必須選擇O型機能的三位四通閥，如下圖所示：

由于要求工作臺快進與快退速度相等，故快進時采用差動連接來實現快速運動回路，且要求液壓缸活塞桿直徑d≈0.7D。（三）選擇調壓回路設計過程中，在油源中采用溢流閥來調定系統的工作壓力，因此調壓問題基本上已經在油源中解決，無須在另外設置調壓系統。這里的溢流閥同時還能起到安全閥的作用。組合成液壓系統圖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原理圖。同時電磁鐵的動作順序表如下：表

3

液壓專用銑床電磁鐵動作順序表

工序1Y2Y3Y4Y5YYJ工作缸快進+

—+

—

—+工作缸工進+

—

———+工作缸快退

—+——

—

+圖4專用銑床液壓系統原理1-油箱；2-過濾器；3-葉片泵；4-溢流閥；5-三位四通電磁換向閥

6單向調速閥；7-兩位三通電磁換向閥；8-工作缸；9-壓力繼電器;10-兩位兩通電磁換向閥六、選擇液壓元氣件液壓泵的選擇由以上的設計可以得到，液壓缸在整個工作過程中的最大壓力是，如取進油路上的壓力損失為，則此時液壓泵的最大工作壓力是+0.4=1.32Mpa。由以上的計算可得，液壓泵提供的最大流量是L/min,因為系統較為簡單，取泄漏系數，則兩個液壓泵的實際流量應為：=1.1×由于溢流閥的最小穩定溢流量為3L/minminL/min。ml/r,當液壓泵的轉速為1450r/min時，該液壓泵的理論流量為9.14L/min。取液壓泵的容積效率為，則液壓泵的實際流量大小為：由于由以上的計算過程中，我們知道了液壓缸在快退時的輸入功率最大，此時液壓泵的工作壓力是+0.4（進油路上的壓力損失）=1.01Mpamin，查表可得，取液壓泵的總效率，則液壓泵驅動電機所需的功率為P=kw，額定轉速為1200r/min。（二）閥類元氣件及輔助元氣件的選擇表4元氣件的型號及規格根據閥類及輔助元氣件所在油路的最大工作壓力和通過的最大實際流量，可選擇這些器件的型號和規格如下表:表4元氣件的型號及規格序號元件名稱額定流量（L/min）額定壓力(Mpa)質量(kg)型號1單葉片泵2三位四通電磁閥25—34D-25BOP3二位三通電磁閥25—23D-25B4單向調速閥0.05（最小）QI-10B5溢流閥20Y-10B6壓力繼電器—DP1-63B7濾油器16XU-B16X1008開關閥25—22D-25B（三）確定油管直徑由于液壓泵在選定之后液壓缸在各個工作階段的進、出流量已與原來的數值不同，所以要重新計算，計算如下表5所示：表5液壓缸的進出、流量表5液壓缸的進出、流量快進工進快退輸入流量（L/min）輸出流量(L/min)運動速度(m/min)由上表中的數值，按照書中推薦的油液在壓油管的流速u=3m/s可得，液壓缸有桿腔和無桿腔相連的油管內徑分別為：兩根油管按YB231—64選用外徑為13mmmm的冷拔無縫鋼管。油箱的設計對油箱容積我們進行估算，取經驗數據，故其容積為：取靠其最近的標準值