组合机床动力滑台液压系统设计毕业设计论文.pdf

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1、目 录一、毕业设 计 任务书.1（一）选 题 背 景及意义.1（二）毕业设 计 任务.2二、工况分析.4（一）动力分析.4（二）运 动分析.6三、拟定液压系 统 原理 图.7（一）速 度控制回路 的 选 择.7（二）换向和速 度换接回路 的 选 择.7（三）油源的 选 择和能 耗 控制.8（四）压力控制油路 的 选 择.9（五）液压元件选 择.10四、基于FluidSim液压系 统 仿真 与试 验 装 配 调 试.11（一）基于FluidSim的 液压系 统 仿真.11（二）液压系 统 试 验 装 配 调 试.14五、毕业设 计 总结.15六、参考 文献.16七、致 谢.171This doc

2、ument is produced by t rial version of Print 2Flash.Visit w w w.print for more informat ion毕毕业业设计设计任务书任务书（-）选题背选题背景景及及意意义义1.选 题 背 景我国的 液压技术开始于20世纪50年代，液压元件最初应用 于机床和锻 压设 备，后来又用 于拖拉机和工程 机械。1964年从国外引进 一些液压元件生 产技术,同时自 行 设 计 液压产品经 过20多年的 艰 苦 探索 和发展，特 别是20世纪80年代 初期引进 美 国、日本、德国的 先进 技术和设 备，使我国的 液压技术水平有了很大 的

3、 提高。尽管 我国液压工业已取得了很大的 进 步，但是与主机发展需 求及和世界 先进 水平相 比，还 存在不少差距，主要 反映在：（1）产品品种 少（约 为美 国的 1/6,德国的1/5）；液压技术使用 率 较 低（据统 计 资 料表 明，世界 上先进 国家 液压工业产值占机械工业产值的2%-3%,而 我国仅占0.8%-0.9%）；水平低，质 量 不稳 定，早期故障 率 高，可靠 性差。例如齿 轮 泵的 工作压力，国内一般 为 14-20MPa,国外为21-28 MPa；柱塞泵的 寿命国产的 为5000小时，比国外低1/2,噪声比国外高5-10dB（A）:液压阀 的 寿命为国外的1/2；特 别

4、是机电 一体化的 元件 和系 统，国内尚未广泛应用。（2）专业化程 度低，规 模小，经 济效益 差。（3）科 研 开发力量 尚较 薄 弱，技术进 步缓 慢（例如国内各企业虽 然政策 规 定可以提取销 售额1%,用 于企业的 科 研 开发，但是很多企业无力支付，而 各大著 名跨 国公司 用 于科 技开发的 资 金 占其销 售额 的5%,甚 至 高 达10%）。（4）本行 业产品尚未 打开国际 市场。液压产品国际 市场容量 很大，但我国的 出口刚刚起 步，发展余地 很大。总之，液压技术应用 广泛，它作为工业自 动化的 一种 重 要 基础 件，已经 与传 感技术、信息技术、微电 子技术紧 密结 合，

5、形成并发展成为包括传动、检测、在 线 控制的 综 合自 动化技术，其内涵较 之传统 的 液压技术更加丰富而 完整。21世 纪 是一个高 度自 动化的 社 会随 着 科 技的 发展和人类 的 新需 要，大型智能 型行 走 机 器人将应运 而 生。液压技术作为能 量 传递 或做功环 节 是其中必不可少的 一部 分，无论 现 在还 是将来，液压技术在国民经 济中都 占有重 要 的 一席之地，发挥着 无法 替代的 作用。我们只有奋起 直 追，才能 缩 小我国与先进 国家在液压技术研 究 与应 用 方面 的 差距。1This document is produced by t rial version

6、of Print 2Flash.Visit w w w.print for more informat ion2,选 题 意义液压技术是机械设 备中发展速 度最快的 技术之一，特 别是近 年，与微电 子、计 算 机技术相 结 合、使液压技术进 入了一个新的 发展阶 段，目 前已广泛应用 在工 业各领 域。铁 床铢 削液压系 统 设 计 是典型的 机械液压设 计 类 课 题，涉及液压方面 的 知 识 很广，设 计 要 求也比较 高，学生 在设 计 过 程 中可以得到很好的 锻 炼，尤其 是思考 能 力、创新意识、实际 动手能 力。本次毕业设 计 旨在培养学生 独 立 从事液 压传动设 计 的 综

7、 合能 力(如资 料查阅 及合理 应用、工况的 正确 分析计 算、设 计 参 数的 正确 选 取、系 统 方案的 论 证 及拟定、元件的 选 型、系 统 性能 计 算、非 标液压 装 置 的 结 构设 计、设 计 文件的 编 制等)，同时熟 悉液压仿真 软 件FluidSim和机械 制图软 件CAD,以及液压实训 设 备。(-)(-)毕毕业业设计设计任务任务拟设 计 一套卧式单面 多轴 钻 孔组 合机床动力滑台液压系 统，该 液压系 统 需 完 成的 工作循环 是：快进-工进-死挡铁 停留-快退-原位停止，如图所示。系 统 设 计 参数如表1-1所示，动力滑台采 用 平面 导轨，其静、动摩擦因

8、数分别为fi=0.2,币=0.08,往复运 动的 加减速 时间 要 求不大于0.2s。快进t r.iS死播我 淳留快退(a)一次工作进 给19(b)二次工作进 给A工进(d)反向进 给(c)超 越 进 给图1-1组 合机床动力滑台的 典型工作循环2This document is produced by t rial version of Print 2Flash.Visit w w w.print for more informat ion表1-1设 计 参数参数数值主轴 参数孔一直 径/mm16个数8孔二直 径/mm6个数8孔三直 径/mm10个数4快速、快进 速 度(m/min)1.5工

9、进 速 度/(m/min)20 180最大行 程/mm400工进 行 程/mm180材料硬 度(HB)240工作部 分重 量/N120003This document is produced by t rial version of Print 2Flash.Visit w w w.print for more informat ion二二、工工况分况分析析（-）动力分动力分析析为实现 动力滑台按照规 定速 度匀速 运 动，液压缸 产生 的 驱 动力需 与动力滑台 所受到的 总负 载 相 平衡，忽略 次要 因素，动力滑台所受载 荷 主要 包括工作负 载、惯性负 载 和机械摩擦。（1）工作负 载

10、Bw载 是在工作过 程 中由 于机器特 定的 工作情况而 产生 的 负 载。对于组 合机床动 力滑台来说，工作负 载 是沿液压缸 轴 线 方向的 切削力。工作负 载 儿与液压缸 运 动方向相 反时为正值，方向相 同时为负 值（如顺 铢 加工的 切削力）。工作负 载 可 能 是恒定值，也可能 是随 时间 变化的，其大小需 根据具体情况进 行 计 算，有时还 要 通 过 对样机进 行 实测来确 定。不同的 刀具材料加工不同的 工件材料，切削力、切削扭矩 和切削功率 的 计 算 公式不同，不同刀具材料和不同工件材料所对应的 组 合机床切削力、切削扭矩 和切削功率 的 经 验 公式见机械设 计 手册。

11、因此，对于本设 计 采 用 高 速 钢 钻 头钻 铸 铁 孔时的 抽向切削力日（单位为N）与钻 头直 径D（单位为（m）、每转 进 给 量 了（单位为mm/r）和铸 铁 硬 度HB之间 的 经 验 计 算 公式可表 示 为Ft=26DfxHB0-6钻 孔时的 切削速 度v和每转 进 给 量 可按照表2-1用 高 速 钢 钻 头加工铸 铁 件 的 切削用 量 和表2-2用 高 速 钢 钻 头加工钢 件的 切削用 量 推荐 值进 行 选 取。表2-1高 速 钢 钻 头加工铸 铁 件的 切削用 量加工直 径/mmHB160 200HB200240HB3 00400v/(m/min)f/(mm/r)v

12、/(m/min)f/(mm/r)v/(m/min)f7(mm/r)1616240.070.1210 180.050.105120.030.086120.120.200.100.180.080.1512220.200.400.18 0.250.150.2022 500.400.800.250.400.200.3 0表2-2用 高 速 钢 钻 头加工钢 件的 切削用 量加工 直 径/mmab=500720N/mm1ab=700900N/mm2ab=10001100N/mm2v/(m/min)f/(mm/r)v/(m/min)f/(mm/r)v/(m/min)f/(mm/r)4This docume

13、nt is produced by t rial version of Print 2Flash.Visit w w w.print for more informat ion1618 250.050.1012 200.050.108150.3 0 0.456120.100.200.100.200.080.1512220.20 0.3 00.20 0.3 00.150.2522 500.40 0.600.3 0 0.450.25 0.3 5多轴 钻 床可实现 多个相 同或不同孔径的 加工，以提高 加工效率，因此总切削 力为所有主轴 切削力之和，即5=8x1+8x82+4x3=8x3 076+8

14、x767+4x13 62=3 6129（2）惯性负 载最大惯性负 载 取决于移 动部 件的 最大质 量 和最大加速 度，其中最大加速 度可 通 过 工作台最大移 动速 度和加速 时间 进 行 计 算。已知 往复加减速 时间 最大为 0.2s,工作台最大移 动速 度，即快进、快退 速 度为4.5m/min,因此惯性负 载 可表 示 为死小巴理、工=459wA/9.8 60 x0.2（3）阻 力负 载阻 力负 载 主要 是工作台的 机械摩擦阻 力，分静 摩擦阻 力和动摩擦阻 力。静 摩擦阻 力：灼=创=七=0.2x12000=2400（N）动摩擦阻 力：Ffd=0.08x12000=960（N）根

15、据上述 负 载 力计 算 结 果,可得出液压缸 在各种 工况下所受到的 负 载 力和液 压缸 所需 推理 情况，如表2-3所示。表2-3液压缸 在各工作阶 段的 负 截工况负 载 组 成负 载 值F/N液压缸 推力/N（f=fg）启动F=Fts24002667加速F Ftd+Fm13 191577快进F=Ftd9601067工进F Ftd+Ft3 715241280反向启动F=Fts24002667加速F Ftd+Fm14191577快退F=Ftd96010675This document is produced by t rial version of Print 2Flash.Visit

16、w w w.print for more informat ion(-)(-)运运动分动分析析所设 计 组 合机床动力滑台液压系 统 的 速 度可根据已知 的 设 计 参数进 行 计 算。可得负 载 循环 图和速 度循环 图。(1)绘 制负 载 循环 图和速 度循环 图根据表1-2中计 算 结 果，绘 制组 合机床动力滑台液压系 统 的 负 载 循环 图如图 2-1所示。图2-1表 明，当组 合机床动力滑台处于工作进 给 状 态时，负 载 力最大 为41280N,其他工况下负 载 力相 对较 小。根据上述 计 算 得到的 数据，绘 制组 合 机床动力滑台液压系 统 的 速 度循环 图如图2-2

17、所示。266715771066-1066-1577-2667Ff N41280l/m0.4启动图2-1组 合机床动滑台液压系 统 负 载 循环 图反向图2-2组 合机床动滑台液压系 统 速 度循环 图6This document is produced by t rial version of Print 2Flash.Visit w w w.print for more informat ion三三、拟定液拟定液压压系统系统原原理理图图根据组 合机床动力滑台液压系 统 的 设 计 任务和工况分析结 果,所设 计 机床对 调 速 范 围、低速 稳 定性有一定要 求，因此速 度控制是该 机床要

18、解 决的 主要 问 题。速 度的 换接、稳 定性和调 节 是该 机床液压系 统 设 计 的 核心。此外，与所有液压系 统 的 设 计 要 求一样。该 组 合机床液压系 统 应尽可能 结 构简 单，成本低，节 约 能 源,工作可靠。(-)(-)速速度控度控制制回回路的选路的选择择工况表 明，本设 计 实例所设 计 的 多轴 组 合钻 床液压系 统 在整个工作循环 过 程 中所需 要 的 功率 较 小，系 统 的 效率 和发热问 题 并不突 出。因此考 虑 采 用 节 流调 速 回路 即可。节 流调 速 回路 虽 然率 低，但是结 构简 单，成本低，适 合于小功率 的 应 用 场合。机床的 进 给

19、 运 动要 求有较 好的 低速 稳 定性和速 度-负 载 特 性。有三种 速 度控 制方案可以选 择，即进 口节 流调 速、出口节 流调 速、限 压式变量 泵加调 速 阀 的 容 积 节 流调 速：钻、健加工属于连 续 切削加工，加工过 程 中切削力变化不大，因此 钻 削过 程 中液压系 统 的 负 载 变化不大,采 用 节 流阀 或调 速 阀 的 节 流调 速 回路 即可 满足 要 求。但由 于在钻 头钻 入铸 件表 面 及孔被 钻 通 时的 瞬 间 存在负 载 突 变的 可 能，因此考 虑 在工作进 给 过 程 中采 用 具有压差补 偿的 进 口调 速 阀 的 调 速 方式，且 在回油路

20、上设 置 背 压阀。由 于选 定了节 流调 速 方案，所以油路 最好采 用 开式循环 回路，以提高 散热效率，防 止油液温升过 高。(-)(-)换换向和向和速速度换接回度换接回路的选路的选择择所设 计 多轴 组 合钻 床液压系 统 对换向平稳 性的 要 求不高，流量 不大，压力不 高，所以选 用 价格较 低的 电 磁 换向阀 控制换向回路 即可。为便于实现 差动连 接，换向阀 可以选 用 一个三位五通 电 磁 换向阀，或选 用 一个三位四通 电 磁 换向阀 和一 个两位三通 电 磁 换阀，如图3-1所示。为了便于在间 歇工作时手动调 整工作台的 位置 和便于增设 液压夹紧 支路，可以考 虑 选

21、 用Y形中位机能 的 电 磁 换向阀，也 可根据系 统 的 要 求相 应地选 用 其他型的 中位机能。由 前述 计 算 可知，当工作台从快进 转 为工进 时，进 人液压缸 的 流量 由 28.62L/min降 为0.587乙/min。可选 两位两通 行 程 换向阀 来进 行 速 度换接，以减 少速 度换接过 程 中的 液压冲击，如图3-2所示。由 于工作压力较 低，控制阀 均 7This document is produced by t rial version of Print 2Flash.Visit w w w.print for more informat ion用 普通 滑阀 式结

22、 构即可。由 工进 转 为快退 时，在行 程 阀 回路 上并联 了一个单向阀 可以实现 速 度换接。为了控制轴 向工尺寸，提高 换向位置 精 度，可以采 用 死挡块 加压力继 电 器的 行 程 终 点转 换控制方式。(a)三位五通 的 电 磁 换向阀(b)三位四通 电 磁 换向阀 和两位三通 的 电 磁 换向阀图3-1换向回路图3-2速 度切换回路(三)(三)油源油源的选的选择择和和能耗能耗控控制制与单泵供油方式相 比，如果采 用 双泵供油的 油源设 计 方案，在工进 时系 统 所 消耗 的 功率 可大大降 低。除 采 用 双联 泵作为油源外，也可选 用 限 压式变量 泵作油源。但限 压式变量

23、 泵 结 构复杂，成本高，且流量 突 变时液压冲击较 大，工作平稳 性差，因此本例中选 用 双联 液压泵供油方案，有利于降 低能 耗 和生 产成本，如图3-3所示。8This document is produced by t rial version of Print 2Flash.Visit w w w.print for more informat ion图3-3双泵供由 油源（四四）压力压力控控制制油油路的选路的选择择由 于采 用 双联 泵供油方式，故采 用 液控顺 序阀 实现 低压大流量 泵卸荷，用 溢 流阀 调 整高 压小流量 泵的 供油压力。为了便于观 察和调 整压力，在液压泵的

24、 出口 处、背 压阀 和液压缸 无杆腔 进 口处设 测压点。将上述 所选 定的 液压回路 进 行 整理,并根据需 要 做必要 的 修改和调 整，最后画 出液压系 统 原理 图如图3-4所示，电 磁铁 和行 程 阀 动作顺 序表 如表3-1所示12-e-图3-4液压系 统 原理 图1-液压泵；2-溢流阀；3、4、8-单向阀；5-三位五通 电 磁 换向阀；6-压力继 电 器；7-阀 组；9、10-顺 序阀；11-压力表；12-滤油器；13-液压缸。为了解 决动力滑台快进 时回油路 接通 油箱，无法实现 液压缸 差动连 接的 问 题，必须 在回油路 上串接一个顺 序阀9,以防 止油液在快进 阶 段返

25、 回油箱。9This document is produced by t rial version of Print 2Flash.Visit w w w.print for more informat ion表3-1电 磁 铁 行 程 阀 动作顺 序表动作1YA2YA行 程 阀快进+工进+一一快速+停止考 虑 到本实例中组 合机床用 于钻 孔（通 孔与不通 孔）加工，对位置 定位精 度 要 求较 高，图中增设 了一个压力继 电 器6。当滑台碰 上死挡块后，系 统 压力升高,压力继 电 器发出快退 信号，操纵 三位五通 电 磁 换向阀5的 换向。在进 油路 上设 有 压力表 开关和压力表，钻

26、孔行 程 终 点定位精 度不高，采 用 行 程 开关控制即可。（五五）液液压元件压元件选选择择本设 计 所使用 的 液压元件均为标准液压元件，因此只需 确 定各液压元件的 主 要 参数和规 格，然后根据现 有的 液压元件产品进 行 选 择即可，见 表3-2所示。表3-2阀 类 元件的 选 择序号元件名称估计 流量规 格额 定流量额 定压力型号1三位五通 电 磁 换向阀5701006.33 5DY-100BY2行 程 阀66.51006.322C-100BH3调 速 阀166.3Q-6B4单向阀3301006.3I-100B5单向阀40.587106.3I-10B6顺 序阀（背 压阀）90.28

27、256.3X-25B7溢流阀25.64106.3Y-10B8单向阀8701006.3I-100B9单向阀14701006.3I-100B10阀 组7中单向阀701006.3I-100B11顺 序阀306310AXY-D10B10This document is produced by t rial version of Print 2Flash.Visit w w w.print for more informat ion四、基于FluidSim液压系 统 仿真 与试 验 装 配 调 试(-)(-)基基于于FluidSim的的液液压压系统系统仿仿真真1.基于FluidSim的 液压系 统 原理

28、 图设 计图4-1动力滑台液压系 统 原理 图11This document is produced by t rial version of Print 2Flash.Visit w w w.print for more informat ion2.基于FluidSim的 电 气控制原理 图设 计3.基于FluidSim的 液压系 统 仿真图4-2电 气原理 图图4-3液压缸 的 工况仿真 图12This document is produced by t rial version of Print 2Flash.Visit w w w.print for more informat ion

29、75图4-4液压缸 快进 仿真 图卜2 2/卜2 2KM3KM3 7 71KMKM 5 5|2 2I I 2 2图4-5液压缸 快退 仿真 图13This document is produced by t rial version of Print 2Flash.Visit w w w.print for more informat ion图4-6液压缸 快退 的 运 行 图(-)(-)液液压压系统试验装配调试系统试验装配调试按照液压系 统 原理 图和电 气控制原理 图，在液压实训 室进 行 液压系 统 的 装 配调 试，装 配 调 试 过 程 如图4-7所示。图4-7液压系 统 的 装 配

30、 调 试14This document is produced by t rial version of Print 2Flash.Visit w w w.print for more informat ion五五、毕毕业业设计设计总总结结机床类 加工机械对液压系 统 的 要 求是具有良 好的 调 速 性能、具有可靠 的 顺 序 动作和行 程 控制性能、成本低、效率 高。通 过 本设 计 实例，对加工机械液压系 统 的 设 计 方法和设 计 经 验 总结 如下。(1)采 用 节 流调 速 方式实现 工作进 给 速 度的 调 节，结 构简 单，成本低。为了 保证 调 速 回路 具有良 好的 调

31、速 刚度，节 流元件可采 用 调 速 阀。(2)为保证 顺 序动作或行 程 控制的 可靠 性，可采 用 顺 序阀、行 程 阀、行 程 开 关、压力继 电 器、时间 继 电 器等 多种 顺 序控制和行 程 控制方式。(3)在不同工作阶 段，例如工作进 给 和快速 进 给 阶 段，执行 元件所需 要 流量 的 大小差别较 大时，可采 用 双泵供油方式，以提高 系 统 效率，节 约 能 源。15This document is produced by t rial version of Print 2Flash.Visit w w w.print for more informat ion六六、参参

32、考考文文献献1 李芝液压传动，机械工业出版 社，李芝、王 以伦、黄 安贻、董 起 顺，西 南交通 大学出版 社，2005；2 液压压与气动技术周秋 沙、朱新才，重 庆大学出版 社，2003；3 徐颇 主编，机械设 计 手册，北京：机械工业出版 社，1991.94 雷 天觉 主编，液压工程 手册，北京：机械工业出版 社，1992.75 张利平，液压站 设 计 与使用，北京：海洋出版 社，2004.716This document is produced by t rial version of Print 2Flash.Visit w w w.print for more informat io

33、n目录一、液压系统原理图.1二、液压系统电气控制原理图.2三、基于FluidSim液压系统仿真与试验装配调试.3（一）基于FluidSim的液压系统仿真.3（二）液压系统试验装配调试.5四、毕业设计总结.6五、致谢.7This document is produced by trial version of Print2Flash.Visit for more information_ _、液液压压系统系统原原理理图图组合机床动力滑台液压系统原理图如图1-1所示;图1-1组合机床动力滑台液压系统原理图1-液压泵；2-溢流阀；3、4、8-单向阀；5-三位五通电磁换向阀；6-压 力继电器；7-阀组

34、；9、10-顺序阀；11-压力表；12-滤油器；13-液压缸。1This document is produced by trial version of Print2Flash.Visit for more information二二、液液压压系统电系统电气控气控制原制原理理图图组合机床动力滑台液压系统电气原理图如图2-1所示;图2-1组合机床动力滑台液压系统电气原理图2This document is produced by trial version of Print2Flash.Visit for more information三三、基基于于FI u i dS i m液液压压系统系统

35、仿仿真真与与试验装配调试试验装配调试（一）基于FluidSimFluidSim的液压系统仿真图3-1液压缸工进工况仿真图图3-2液压缸快进工况仿真图3This document is produced by trial version of Print2Flash.Visit for more information图3-3液压缸快退工况仿真图图3-4快退工况仿真图4This document is produced by trial version of Print2Flash.Visit for more information四四、毕毕业业设计设计总总结结机床类加工机械对液压系统的要求是

36、具有良好的调速性能、具有可靠的顺序 动作和行程控制性能、成本低、效率高。通过本设计实例，对加工机械液压系统 的设计方法和设计经验总结如下。(1)采用节流调速方式实现工作进给速度的调节，结构简单，成本低。为了 保证调速回路具有良好的调速刚度，节流元件可采用调速阀。(2)为保证顺序动作或行程控制的可靠性，可采用顺序阀、行程阀、行程开 关、压力继电器、时间继电器等多种顺序控制和行程控制方式。(3)在不同工作阶段，例如工作进给和快速进给阶段，执行元件所需要流量 的大小差别较大时，可采用双泵供油方式，以提高系统效率，节约能源。6This document is produced by trial version of Print2Flash.Visit for more information