机械工程学院B：卧式单面多轴钻孔组合机床液压系统设计专业: 班级: 姓名: 学号: 指导教师:1304061033 2015.12.15机械设计制造与自动化1301 班王鹏飞国民《液压与气动技术》课程设计任务书一、主要任务与目标任务：设计一个卧式单面多轴钻孔组合机床液压系统目标：设计要求滑台实现“快进f工进f快退f停止”工作循环。
已知：机床有主轴11个，其中7个用于钻4>13.9mm的孔，4个用于钻4）& 5mm的孔。
刀具材料为高速钢，工件材料为铸铁，硬度为240HBW,机床工作部件总质量为nrlOOOKg：快进速度％、快退速度乞均为5. 5m/S,快进行程长度L产100mm,工进行程长度为L:=50mm,往复运动的加速、减速时间不大于0. 157S,动力滑台采用平导轨，静摩擦系数fF0.2,动摩擦系数fFO.l；液压系统的执行元件为液压缸。
二、主要内容（1）熟悉设计•任务，明确设计及目标。
（2）根据设计要求和已学过的设计流程，拟定系统工作原理图。
（3）计算各元件的参数并验算。
（4）元件选型。
（5）编制文件，绘制速度、负载图谱。
三、工作量要求完成规定的任务，总字数3000〜4000字。
四、时间要求本课程设计于2015. 12. 18前完成1负载与运动分析 (1)2负载图和速度图的绘制 (1)3确定液压缸的主要参数 (2)3. 1初选液压缸工作压力 (2)3.2计算液压缸主要尺寸 (2)3.3各阶段压力、流量、功率的计算 (3)4 液压系统图的拟定 (4)4.1液压回路的选择 (4)4.2液压回路的综合 (6)5液压元件的选择 (8)5.1液压泵的选择 (8)5.2阀类元件及辅助元件的选择 (9)5.3油管的选择 (9)5.4油箱的计算 (10)6液压系统性能的验算 (10)6.1验算系统压力损失并确定压力阀的调整值 (10)6. 1. 1 快进 (10)6. 1.2 工进 (11)6. 1. 3 快退 (11)6.2油液温升验算 (11)7油箱设计 (12)7.1壁厚、箱顶及箱顶元件的设计 (12)7.2箱壁、清洗孔、吊耳、液位计设计 (13)7.3箱底、放油塞及支架设计 (13)7.4油箱内隔板及除气网设置 (13)1.负载与运动分析负载分析中，暂不考虑回油腔的背压力，液压缸的密封装置产生的摩擦阻力在机械效率中加以考虑。
因工作部件是卧式放置，重力的水平分力为零，这样需要考虑的力有：夹紧力，导轨摩擦力，惯性力。
在对液压系统进行工况分析时，本设计实例只考虑组合机床动力滑台所受到的工作负载、惯性负载和机械摩擦阻力负载，其他负载可忽略。
1.切削负载尺工作负载是在工作过程中由于机器特左的工作情况而产生的负载，对于金属切削机床液压系统来说，沿液压缸轴线方向的切削力即为工作负载。
切削负载(确龙切削负载应具备机械切削加工方而的知识)用髙速钢钻头(单个)钻铸铁孔时的轴向切削力片(单位为N)为F t = 25.5D严(HBW严(8—1) 式中：D--- 钻头直径，单位为mm；.v ---- 每转进给量，单位为mm/r；HBW——^件硬度,HBW=240a根据组合机床加工特点，钻孔时主轴转速舁和每转进给量s按“组合机床设计手册"取：对13.9mm 的孔：?>i=360r / min, s j=0.147mm / r：对®8.5mm 的孔：/?2=550r / min, 5 2=0.096mm / r：所以，系统总的切削负载片为：F(=7x25.5x 13.9x0.147°s x240°Mx25.5x8.5x0.096°8x24006=17907N 令Ft=Fg=17907N2.惯性负载往复运动的加速，减速时间不希望超过0.157,，所以取△/为0.157SFm=mA v/z\t= 1000x5.5/(60x0.157)N=583N3 •阻力负载机床工作部件对动力滑台导轨的法向力为：F n=mg=9810N静摩擦阻力：F d=f s F n=0.2x9810N= 1962N动摩擦阻力：F ld=f d Fn=0」x9810N=981N如果忽略切削力引起的颠覆力矩对导轨摩擦力的影响，并设液压缸的机械效率入二0. 9, 根据上述负载力汁算结果，可得出液压缸在各个工况下所受到的负载力和液压缸所需推力情况由此得岀液压缸在各工作阶段的负载如表8-1所列。
2负载图和速度图的绘制根据工作循环（总行程Ll+L2=150mm 工进速度V2=msE2S2=53mm/min,绘制动力滑台速度 图,负载图（如图所示九-1962 负载图 3确定液压系统主要参数3.1确定液压缸工作压力由表2和表3可知，组合机床液压系统在最大负载约为32OOON 时宜取4MPao 负载/ KN <5 5“10 10~20 20~30 30'50 >50工作压力/MPa < 0.旷1 1・5~2 2. 5“33~4 •P5 25 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.旷2 3~5 2'8 8~10 10~18 20~32 3. 2计算液压缸主要尺寸由于工作进给速度与快速运动速度差别较大，且快进、快退速度要求相等，从降低总 流量需求考虑，应确左采用单杆双作用液压缸的差动连接方式。
通常利用差动液压缸活塞 杆较粗、可以在活塞杆中设置通汕孔的有利条件，最好采用活塞杆固泄，而液压缸缸体随 滑台运动的常用典型安装形式。
这种情况下，应把液压缸设il •成无杆腔工作而积A 是有杆腔工作而积企两倍的形式，即活塞杆直径/与缸筒直径Q 呈d 二0. 707Z?的关系。
工进过程中，当孔被钻通时，由于负载突然消失，液压缸有可能会发生前冲的现象, 因此液压缸的回油腔应设置一肚的背压（通过设置背压阀的方式），选取此背压值为Pb=0. 6MPa<>FN 18888.15641962 98150100 150 -981 速度图L mm快进时液压缸虽然作差动连接（即有杆腔与无杆腔均与液压泵的来油连接），但连接管 路中不可避免地存在着压降3 ,且有杆腔的压力必须大于无杆腔，估算时取切=0. 3MPa 。
快退时回油腔中也是有背压的，这时选取被压值p 2=0. 6MPao工进时液圧缸的推力il •算公式为F / % = A A - = A Pl - (A / 2)P2 式中：F — 一负载力伽一—液压缸机械效率 Ai ——液压缸无杆腔的有效作用而积 ——液压缸有杆腔的有效作用而积 P' 一液压缸无杆腔压力"2— —液压有无杆腔压力因此，根据已知参数，液压缸无杆腔的有效作用而积可计算为= (pA^ = 2/L = 53. 18 x 10°矿D = J 旦=0.082也由于有前述差动液压缸缸筒和活塞杆直径之间的关系，d = 0.1010,因此活塞杆直径为d=O.7O7xO.O87=O.O6m,根据• GB 门'2348—2001对液压缸缸筒内径尺寸和液压缸活塞杆外径尺 寸的规左，圆整后取液压缸缸筒直径为D=90mm,活塞杆直径为d=63mm 。
此时液压缸两腔的实际有效面积分别为：A, = ------ = 63.61 xlO"4 nr 4=32.44 x KT 4 沪3.3各阶段压力.流量、功率的计算根据上述液压缸直径及流量il •算结果，进一步计算液压缸在各个工作阶段中的压力、流 量和功率值，如表4所示。
A 2= ________ 18888 0. 96 x (4 x 2 - 0. 6) x 106 =26.59x1 O^m 2并据表4可绘制出液压缸的工况图，如图2所示。
4液压系统图的拟定根据组合机床液压系统的设计任务和工况分析，所设讣机床对调速范羽、低速稳左性有 一圧要求，因此速度控制是该机床要解决的主要问题。
速度的换接、稳泄性和调节是该机床 液压系统设讣的核心。
此外，与所有液压系统的设讣要求一样，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。
4.1液压回路的选择4.1.1选用执行元件因系统运动循环要求正向快进和工进，反向快退，且快进，快退速度相等，因此选用单活塞杆液压缸，快进时差动连接，无杆腔而积九等于有杆腔而枳A?的两倍。
c.qLL P </nm4.1.2速度控制回路的选择工况图表明，所设讣组合机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。
虽然巧流调速回路效率低但适合于小功率场合，而且结构简单.成本低。
该机床的进给运动要求有较好的低速稳泄性和速度-负载特性•因此有三种速度控制方案可以选择，即进口节流调速、岀口节流调速、限压式变量泵加调速阀的容积节流调速。
钻镇加工属于连续切削加工，加工过程中切削力变化不大，因此钻削过程中负载变化不大，采用节流阀的节流调速回路即可。
但由于在钻头钻入铸件表而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釆用具有压差补偿的进口调速阀的调速方式，且在回汕路上设宜背压阀。
由于选左了节流调速方案，所以汕路采用开式循环回路，以提髙散热效率，防止油液温升过髙。
从工况图中可以淸楚地看到，在这个液压系统的工作循环内，液圧要求油源交替地提供低压大流量和髙压小流量的油液。
而快进快退所需的时间人和工进所需的时间°仃半二20因此从提髙系统效率、节省能量角度来看，如果选用单个泄量泵作为整个系统的汕源，液压系统会长时间处于大流量溢流状态，从而造成能量的大量损失，这样的设汁显然是不合理的。
如果采用一个大流量立量泵和一个小流量左量泵双泵串联的供油方式•由双联泵组成的汕源在工进和快进过程中所输出的流量是不同的，此时液压系统在整个工作循环过程中所需要消耗的功率估大，除采用双联泵作为汕源外，也可选用限压式变量泵作汕源。
但限压式变量泵结构复杂、成本高，且流虽突变时液压冲击较大，工作平稳性差，最后确定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所示。
图3双泵供油油源4.1.3选择快速运动和换向回路很据本设计的运动方式和要求,采用差动连接与双泵供油两种快速运动回路来实现快速运动。
即快进时，由大小泵同时供油，液压缸实现差动连接。
本设计采用二位二通电磁阀的速度换接回路，控制由快进转为工进。
与采用行程阀相比，电磁阀可直接安装在液压站上，由工作台的行程开关控制，管路较简单，行程大小也容易调整，另外釆用液控顺序阀与单向阀来切断差动油路。
因此速度换接回路为行程与压力联合控制形式。