组合机床液压站的设计与加工毕业设计.doc
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1、 组合机床液压站的设计与加工摘 要目前我国组合机床在工厂的应用已有较高的技术水平,但随着市场竞争的加剧和对产品需求的提高,高精度、高生产率、多品种、短周期、数控组合机床及其自动线正在冲击着传统的组合机床行业企业,因此组合机床装备的发展思路必须是以提高组合机床加工精度、组合机床柔性、组合机床工作可靠性和组合机床技术的成套性为主攻方向。据专家分析,机床装备的高速和超高速加工技术的关键是提高机床的主轴转速和进给速度。我国组合机床技术装备高速度、高精度、模块化、可调可变、任意加工性以及通信技术的应用将是今后的发展方向。 传统的组合机床产品不能满足用户高精度、短周期的市场需求,同时组合机床行业一些企业存
2、在现代化管理水平低、人才流失严重、科研成果不能迅速转化为生产力等缺陷。论文主要针对组合机床的液压系统进行工作分析,初步拟定液压系统并对其进行计算,通过对参数的计算,选择适当的液压元件对其进行规整及组合,对液压站进行合理设计加强和满足生产的需要,希望通过本课题的研究推动液压系统应用行业的发展以及在工作中提供一定的参考。关键词:组合机床, 液压系统, 液压站, 机械加工目 录1绪论11.1课题研究背景11.2国内外研究现状11.3课题意义21.4课题内容22 组合机床32.1引言32.2组合机床的组成32.3 组合机床的发展及应用43液压系统计算及解析53.1工况分析53.1.1工作压力的确定63
3、.1.2缸内径D和活塞杆直径d的计算73.2流量:73.2.1液压缸的流量73.2.2液压泵压力的确定73.2.3泵的流量的确定83.3确定管道尺寸83.4油箱容积的确定83.5液压系统的验算83.5.1压力损失的验算83.5.2温升演算:104液压元件及选择124.1方向控制阀124.1.1换向阀124.1.2单向阀的结构及原理144.2压力控制阀154.2.1溢流阀154.3 流量控制阀154.3.1单向节流阀154.3.2调速阀的结构和原理175液压站的组成及工作原理185.1液压站组成及工作原理185.2液压站结构形式及主要技术参数195.2.1液压站的结构形式195.2.2按站的冷却
4、方式可分为两种195.2.3本系列液压站根据用户要求及依据工况使用条件,可以做到195.3YZ液压站型号标注方法195.4液压站的特点205.4.1上置卧式液压站205.4.2上置立式液压站205.4.3旁置式液压站206叶片泵226.1液压泵的三个工作条件226.2液压泵的主要性能参数226.2.1液压泵的压力226.2.2泵的功率和效率236.2.3泵的转速236.3液压泵的分类和选用236.4选用原则236.5叶片泵的应用应注意的问题237结束语25参考文献26致 谢271绪论1.1课题研究背景液压传动产品等在国民经济和国防建设中的地位和作用十分重要。它的发展决定了机电产品性能的提高。它
5、不仅能最大限度满足机电产品实现功能多样化的必要条件,也是完成重大工程项目、重大技术装备的基本保证,更是机电产品和重大工程项目和装备可靠性的保证。所以说液压传动产品的发展是实现生产过程自动化、尤其是工业自动化不可缺少的重要手段。液压机是生产加工中应用最广的设备之一。自19世纪问世以来发展很快,已成为工业生产中必不可少的设备之一。由于液压机在工作中的广泛应用性,使其在国民经济各部门中得到了充分的应用,如板材铣削;管、线、型材加工等等,各种类型的液压机的迅速发展,有力的促进了各种工业的发展和进步。使产品的加工质量和生产效率都有了极大的提高。液压站在组合机床中的应用则是在十九世纪以后推广的。本课题着着
6、重研究液压站的相关信息,旨在与研究液压站的设计与加工熟悉掌握液压站的应用。1.2国内外研究现状液压传动相对于机械传动来说是一门新技术,但从1650年巴斯卡提出静压传递原理,1795年英国的约瑟夫布拉默利用这一原理在英国制成世界上第一台水压机,使液压技术开始进入工程领域算起,已有二三百年历史了。到了20世纪30年代才较普遍地用于起重机、机床及工程机械,近代液压传动在工业上的真正推广使用只是20世纪中叶以后的事,至于它和微电子技术密切结合,得以在尽可能小的空间内传递出尽可能大的功率并加以精确控制,更是近20年内才出现的新事物。液压技术渗透到很多领域,不断在民用工业、在机床、工程机械、冶金机械、塑料
7、机械、农林机械、汽车、船舶等行业得到大幅度的应用和发展,而且发展成为包括传动、控制和检测在内的一门完整的自动化技术。现今,采用液压传动的程度已成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。如发达国家生产的95%的工程机械、90%的数控加工中心、95%以上的自动线都采用了液压传动技术。近年来,我国液压气动密封行业坚持技术进步,加快新产品开发,取得良好成效,涌现出一批各具特色的高新技术产品。为应对我国加入WTO后的新形势,我国液压行业各企业加速科技创新,不断提升产品市场竞争力,一批优质产品成功地为国家重点工程和重点主机配套,取得较好的经济效益和社会效益。1.3课题意义与其他传动方式相比较,液压传动具有其
8、独特的技术优势,其应用领域几乎囊括了国民经济各工业部门,而且越先进的设备,其应用液压系统的部分越多。机床行业是最早使用液压技术的行业之一,液压系统是液压机械的一个组成部分,液压系统的设计要同主机的设计同时进行7。通过对本课题的研究能够掌握液压站的工作原理及能够熟悉运用液压站实现必要的工作并能够独立设计液压站,方便日后在实际应用中的熟悉和了解,为以后的实际应用建立一定的基础。1.4课题内容本课题着重研究液压站的相关信息,主要根据根据实际需要及生产水平初定液压系统的主要参数拟定液压系统原理图计算和选择液压元件估算液压系统性能,绘制工作图和编写技术文件主机的用途、总体布局以及对液压传动装置的位置和空
9、间尺寸的要求,查阅相关技术手册了解各液压元件的布局、尺寸及先关参数,并加以合理利用达到我们所需的要求,了解主机对液压系统的性能要求,如自动化程度、调速范围、运动平稳性、换向定位精度以及对系统的效率、温升等的要求。2 组合机床2.1引言组合机床是以通用部件为基础,配以按工件特定形状和加工工艺设计的专用部件和夹具,组成的半自动或自动专用机床。 组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式,生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化,可根据需要 灵活配置,能缩短设计和制造周期。因此,组合机床兼有低成本和高效率的优点,在大批、大量生产中得到广泛应用,并可用以组成
10、自动生产线。 组合机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。加工时,工件一般不旋转,由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动,来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰 孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转,由刀具作进给运动,也可实现某些回转体类零件(如飞 轮、汽车后桥半轴等)的外圆和端面加工。此外组合机床的易修改性、通用性、易扩展大提高,降低设计成本与生产成本。2.2组合机床的组成最早的组合机床是1911年在美国制成的,用于加工汽车零件。初期,各机床制造厂都有各自的通用部件标准。为了提高不同制造厂的通用部件的互换性,便 于用户使用和维修,1953年美国
11、福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协商,确定了组合机床通用部件标准化的原则,即严格规定各部件间的联系尺 寸,但对部件结构未作规定。通用部件按功能可分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件五类。动力部件是为组合机床提供主运动和进给运动的部件。主要有动力箱、切削头和动力滑台。支承部件是用以安装动力滑台、带有进给机构的切削头或夹具等的部件,有侧底座、中间底座、支架、可调支架、立柱和立柱底座等。输送部件是用以输送工件或主轴箱至加工工位的部件,主要有分度回转工作台、环形分度回转工作台、分度鼓轮和往复移动工作台等。 控制部件是用以控制机床的自动工作循环的部件,有液压站、电气柜和操纵台等
12、。辅助部件有润滑装置、冷却装置和排屑装置等。本次着重研究液压站的设计及加工。2.3 组合机床的发展及应用为了使组合机床能在中小批量生产中得到应用,往往需要应用成组技术,把结构和工艺相似的零件集中在一台组合机床上加工,以提高机床的利用率。这类机床常见的有两种,可换主轴箱式组合机床和转塔式组合机床。组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动,以简化结构、缩短生产节拍;采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统,以提高工艺可调性;以及纳入柔性制造系统等。3液压系统计算及解析3.1工况分析图1 液压系统循环图工作负载,本例为20000N运动部件速度变化时的惯性负载导轨摩擦阻力负载运动部件
13、重力 垂直于导轨的工作负载,例中为0摩擦系数,静摩擦系数:0.2,动摩擦系数:0.1静摩擦阻力,动摩擦阻力重力加速度9.8N/Kg加、减速时间:0.01-0.5时间内的速度变化量表3-1液压系统各工作状态负载工作状态所受力力的大小启动、加速F=Ffs+Fa11102N快进F=Ffa3000N工进F=Ffa+Fw26000N快退F=Ffa3000N3.1.1工作压力的确定:根据负载大小及机器型号初步确定为4MPa.3.1.2缸内径D和活塞杆直径d的计算:最大负载为26000N,按表2取P2为0.5Mpa,为0.95.快进、快退速度相等取d/D为0.7。表2各类型系统压力系统类型背压P2 MPa中
14、低压系统简单和一般轻载的节流调速系统0.2-0.5回油路带调速阀的调速系统0.5-0.8回油路带背压阀0.5-1.5采用带补液压泵的闭式回路0.8-1.5中高压系统大于8-16MPa同上比中低压系统高50%-100%高压系统大于16-32MPa如锻压机械等初算时背压可忽略液压缸的内径圆整为标准系列直径D=10cm,按d/D=0.7及表5活塞杆直径系列取d=7cm。3.2流量:3.2.1液压缸的流量:3.2.2液压泵压力的确定:泵的最大工作压力执行件最大工作压力压力损失,例中为0.5Mpa3.2.3泵的流量的确定:泵的最大流量泄露系数,例中为1.2同时工作的各执行件所需流量之和的最大值。例中为1
15、8L/min.选用YB型变量叶片泵,排量为25ml/r,压力为6.3Mpa,转数为145r/min,驱动功率为4.0KW,容积效率为=0.85,总效率为=0.7。3.3确定管道尺寸:油管内径尺寸的确定一般可参照选用的液压元件接口的尺寸而定,也可以按管路允许的流量进行计算。本系统按液压元件接口的尺寸决定d为10mm,综合因素考虑吸油管内径d为15mm。3.4油箱容积的确定:本例为中压系统,液压油箱有效容积按泵的57倍确定现选用容量为160L的油箱。3.5液压系统的验算:已知该液压系统中进油、回油管的内径均为10mm,各段管道的长度分别为AB=0.3m,AC=1.7m,AD=1.7m,DE=2m。
16、选用L-HL32液压油,考虑到油的最低温度为15时该液压油的运动粘度=150cst=1.5cm2/s油的密度=920Kg/m33.5.1压力损失的验算:)工作进给时进给油路压力损失运动部件在进给工作时的最大速度为1.2m/min进给时的最大流量为4.8L/min,则液压油在管内流速为管道流动雷诺数为:得数小于2300,可见油液在管道内流态为层流,其沿程阻力系数进油管道BC段的沿程压力损失为查的三位四通换向阀的压力损失=0.05*106Pa忽略油液通过管接头油路板等处的局部压力损失则油路总压力损失为:2)工作进给时回油压力损失 由于选用单活塞杆液压缸其液压缸有杆腔的工作面积为无杆腔工作面积的二分
17、之一,则回油管道的流量为进油管道的二分之一,则回油管的沿程压力损失为查产品样本知三位四通换向阀压力损失为=0.025*106 Pa,两位三通换向阀压力损失=0.025*106Pa,调速阀压力损失=0.5*106Pa.回油路总压力损失为3)变量泵出口的压力:4)快进时压力损失 快进时液压缸为差动连接,AC段中流量为液压泵出口流量的两倍,即40L/min,压力损失为:主油路流量按快退时取20L/min,同样可得AB段和AD段沿程压力损失和为:流经各阀的损失和均为0.17*106Mpa差动连接中泵的出口压力:上述验算表明无须更改设计。3.5.2温升演算:在整个循环中,一般工进速度最大时发热量较大由于
18、限压式变量泵在流量不同时效率相差极大,分别计算最大、最小时的发热量取大者进行分析。当时此时泵的效率为0.1,出口压力为3.2Mpa当时,总效率为0.7。可见工进速度低时功率损失为0.565Kw,发热最大,假设散热状况一般取K=10*10-3Kw/(cm2*0C)0C温升在许可范围。4液压元件及选择4.1方向控制阀 控制油液流动方向的阀称为方向控制阀,方向控制阀是控制液压系统液流方向或油路的通、断,它分为单向阀和换向阀两类6。4.1.1换向阀 换向阀是通过改变阀芯和阀体间的相对位置,控制油液流动方向,接通或关闭油路,从而改变液压系统的工作状态的方向常用的控制滑阀的方法有:人力、机械、电气、直接压
19、力和先导控制等。本次着重应用电磁式换向阀。电磁换向阀的控制力是电磁力,利用电磁力使阀芯的 位置改变来控制液流方向和油路的通、断。采用电磁换向阀,便于与电气控制结合而提高液压系统的自动化程度,因而应用十分广泛。按使用电源不同,有交流和直流两种电磁换向阀。下面介绍几种电磁换向阀的工作原理及结构a磁换向阀的原理及结构1)WE型电磁换向阀 图1、图2、图3和图4分别是不同通径的WE型电磁换向阀的结构原理图。电磁换向阀的基本工作原理是相同的,通过电磁铁控制滑阀阀芯的不同位置,以改变形油液的流动方向。当电磁铁断电时,滑阀由弹簧保持在中间位置或初始位置(脉冲式阀除外)。若推动故障检查按钮可使滑阀阀芯移动。
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