钻孔组合机床动力滑台液压系统设计(课程设计)

组合机床是自动化程度相对较高的金属切削专用机床,当动力滑台配以不同的动力头、主轴箱和刀具时,可以对工件完成钻孔、扩孔、绞孔、镗孔、攻螺纹、铣平面等加工任务。

本科综合设计说明书

（

题 目：钻孔组合机床动力滑台液压系统

设计

学生姓名：*** 学 院：机械学院 系 别：机械系

专 业：机械设计制造及其自动化 班 级：机制08－1 指导教师：雷秀 教授

二 〇 一 一 年 七 月

组合机床是自动化程度相对较高的金属切削专用机床,当动力滑台配以不同的动力头、主轴箱和刀具时,可以对工件完成钻孔、扩孔、绞孔、镗孔、攻螺纹、铣平面等加工任务。

摘 要

制造业是一个国家或地区经济发展的重要支柱，其发展水平标志着该国家或地区的经济实力、科技水平、生活水准和国防实力。而制造业的生产能力主要取决于制造装备——机床的先进程度。组合机床是自动化程度相对较高的金属切削专用机床，当动力滑台配以不同的动力头、主轴箱和刀具时，可以对工件完成钻孔、扩孔、绞孔、镗孔、攻螺纹、铣平面等加工任务。动力滑台、夹具的动作由液压系统设计完成。动力滑台是组合机床上实现进给运动的一种通用部件，配上动力头和主轴箱后可以对工件完成各种孔加工、端面加工等工序。

钻孔组合机床动力滑台液压系统是完成组合机床各项功能的重要组成部分之一，其结构的合理性直接影响到钻孔组合机床的工作性能和可靠性能。本文在结合典型液压传动系统和一些具体参数并综合所学知识对钻孔组合机床动力滑台液压系统进行了新的设计与分析，主要设计液压系统原理图，并对液压系统在机床中的装配进行了一些必要的设计。其设计的基本思路基于以下要求：1.全面而准确的满足整机工艺和技术要求。2.结构简单，使用和维护容易。3.传动平稳，符合国家噪声标准要求。4.无泄露，无污染，高效节能。5.所有元件和零、部件的标准化、系列化、通用化程度高。6.自动化程度高、造价与整机相适应。

设计验算结果说明，设计的工作装置满足设计要求。在AUTO CAD软件下绘制的液压系统原理图有利于为新产品设计和改型设计提供参考。 关键词：钻孔组合机床；动力滑台；液压系统；AUTO CAD；差动；工进。

组合机床是自动化程度相对较高的金属切削专用机床,当动力滑台配以不同的动力头、主轴箱和刀具时,可以对工件完成钻孔、扩孔、绞孔、镗孔、攻螺纹、铣平面等加工任务。

Abstract

Machine Tool is a relatively high degree of automation of metal cutting machine tools , when coupled with different power sliding table power head , the spindle and tool box , the workpiece can be completed drilling , reaming , boring , tapping , plane milling and other processing tasks . power slide , clamp action by the hydraulic system is completed .

Drilling Machine Tool power sliding hydraulic system is the completion of the combination machine features an important part of its structure a reasonable combination of a direct impact on drilling performance and machine reliability . In this paper , combined with the typical parameters of the hydraulic system and a number of specific and comprehensive knowledge of the combination drilling machine hydraulic system , power sliding a new design and analysis , the main hydraulic system design , and hydraulic system in the machine tool assembly some necessary design .The basic ideal of the design based on the following requirements :。1.A comprehensive and accurate to meet the whole process and technical requirements .2.Simple structure and easy maintenance .3.Smooth transmission , in line with national noise standards .4.No leakage , non-polluting , energy-efficient .5.All components and parts and components standardization , serialization , universal high .6.High degree of automation , cost compatible with the machine .

Checking the results of the design specification , design of working device to meet design requirements . AUTO CAD software in the next schematic drawing of the hydraulic system is conducive to the design of new or modified product design to provide a reference .

Keywords : Drilling Machine Tool power sliding hydraulic system design ; Design parameters and checking ; AUTO CAD drawing differential; work into.

组合机床是自动化程度相对较高的金属切削专用机床,当动力滑台配以不同的动力头、主轴箱和刀具时,可以对工件完成钻孔、扩孔、绞孔、镗孔、攻螺纹、铣平面等加工任务。

目 录

引 言 ................................................................. 1 第一章 概论 ........................................................... 2

1.1组合机床加工方式 ............................................... 2 1.2组合机床的发展史 ............................................... 2 1.3组合机床部件分类 ............................................... 2 1.4组合机床的发展 ................................................. 3 1.5设计要求 ........................................................ 3 第二章 负载计算 ....................................................... 4

2.1钻削钻削轴向负载力 FL ........................................... 4 2.2 滑台对导轨的摩擦力 .............................................. 4

2.3 惯性力 .......................................................... 4 第三章 液压系统主要参数确定 ........................................... 6 第四章 液压系统组成及原理图设计 ....................................... 9 4.1 主题方案的确定................................................... 9 4.2 基本回路确定..................................................... 9

4.2．1 供油回路.................................................. 9 4.2.2 压力控制回路.............................................. 10 4.2.3 方向控制回路.............................................. 10 4.2.4速度控制回路 .............................................. 10 4.2.4夹紧控制回路 .............................................. 11 4.3液压系统原理图综合 .............................................. 12 第五章 液压原件选型 .................................................. 14 5.1液压泵的选择 .................................................... 14 5.2液压泵驱动电机的选择 ............................................ 14 5.3液压控制元件及辅助元件的选择 .................................... 15 5.4液压管路的确定 .................................................. 16 5.5油箱容积V的计算 ................................................ 16 第六章 主要部件差动液压缸强度和稳定性的校核 .......................... 17 6.1主要零件强度的校核 .............................................. 17

6.1.1缸筒壁厚 =10mm ........................................... 17 6.1.2缸底厚度δ1=15㎜.......................................... 18

6.1.3杆径d..................................................... 19 6.2液压缸稳定性计算 ................................................ 19 6.3根据上述计算确定动力滑台简图如下所示 ............................ 20 第七章 液压系统性能验算 .............................................. 21 7.1回路压力损失验算 ................................................ 21 7.2估算系统效率 .................................................... 21

7.2.1运动持续时间计算 .......................................... 21 7.2.2估算效率 .................................................. 21 7.3估算系统发热效率 ................................................ 22

组合机床是自动化程度相对较高的金属切削专用机床,当动力滑台配以不同的动力头、主轴箱和刀具时,可以对工件完成钻孔、扩孔、绞孔、镗孔、攻螺纹、铣平面等加工任务。

7.4计算温升 ........................................................ 22 结 论 ................................................................ 23 参考文献 .............................................................. 24 谢 辞 ................................................................. 25

组合机床是自动化程度相对较高的金属切削专用机床,当动力滑台配以不同的动力头、主轴箱和刀具时,可以对工件完成钻孔、扩孔、绞孔、镗孔、攻螺纹、铣平面等加工任务。

引 言

组合机床（transfer and unit machine）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。是由一些通用部件及少量专用部件组成的高效自动化或半自动化专用机床,可以完成钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、攻丝、车削、铣削及精加工等多道工序。组合机床的控制系统多采用机械、液压、电气或气动相结合的控制方式,而电气环节控制起着中枢联接作用。钻孔组合机床凭借其高效性、实用性、经济型等优点在现代的机械发展应用得到广泛的应用。钻孔组合机床采用多轴、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，以缩短设计和制造周期，在大批、大量生产中得到广泛应用。钻孔组合机床的分析设计的涵盖很多方面，在主要对其中的动力滑台进行设计与分析，钻孔组合机床中机床的动力滑台采用液压系统驱动。在整个设计分析过程中主要涉及到以下内容：1.明确钻孔组合机床动力滑台液压系统的设计的目的与意义，同时整理出相关的参考资料。2.根据任务书中所给出的原始数据、技术参数、设计要求、图纸量、工作量要求等，结合相关实例设计分析过程进行计算与校核，最后根据相关资料选取标准件。3. 确定液压系统的基本回路，包括供油回路、方向控制回路、压力控制回路、速度控制回路，最后利用CAD绘制液压系统原理图。

组合机床是自动化程度相对较高的金属切削专用机床,当动力滑台配以不同的动力头、主轴箱和刀具时,可以对工件完成钻孔、扩孔、绞孔、镗孔、攻螺纹、铣平面等加工任务。

第一章 概论

1.1组合机床加工方式

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。

1.2组合机床的发展史

二十世纪70年代以来，随着可转位刀具、密齿铣刀、镗孔尺寸自动检测和刀具自动补偿技术的发展，组合机床的加工精度也有所提高。铣削平面的平面度可达0.05毫米/1000毫米，表面粗糙度可低达2.5～0.63微米；镗孔精度可达IT7～6级，孔距精度可达O.03～O.02微米。专用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。在专用机床中某些部件因重复使用，逐步发展成为通用部件，因而产生了组合机床。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。

1.3组合机床部件分类

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

组合机床是自动化程度相对较高的金属切削专用机床,当动力滑台配以不同的动力头、主轴箱和刀具时,可以对工件完成钻孔、扩孔、绞孔、镗孔、攻螺纹、铣平面等加工任务。

要有动力箱、切削头和动力滑台。

1.4组合机床的发展

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加工，以提高机床的两种，可换主轴箱式床。组合机床未来的动机和滚珠丝杠等传节拍；采用数字控制换系统，以提高工艺系统等。

件集中在一台组合机床上利用率。这类机床常见的有组合机床和转塔式组合机发展将更多的采用调速电动，以简化结构、缩短生产系统和主轴箱、夹具自动更可调性；以及纳入柔性制造

1.5设计要求

钻孔组合机床动力滑台液压系统设计的原始数据、技术参数以及设计要求： 快进速度 v1=快退速度 v2=0.08s；快进行程 l 0.15m，工进行程

l 0.04m。往复运动加速和减速时间应在 0.2s；动力滑台的运动部件（滑台、

动力头、主轴箱及刀具）总质量 m 1500kg；滑台导轨静摩擦系数 fs 0.2，动摩擦系数 fd 0.1。对 20mm的孔加工的主轴转速选用n1 638min，进给量f1 0.25r，对 10mm孔加工的主轴转速选用 n2 1095rmin，进给量f2 0.1457r，工进速度v3 n1f1 n2f2 0.0023s。采用双联定量泵供油方式。

组合机床是自动化程度相对较高的金属切削专用机床,当动力滑台配以不同的动力头、主轴箱和刀具时,可以对工件完成钻孔、扩孔、绞孔、镗孔、攻螺纹、铣平面等加工任务。

第二章 负载计算

2.1钻削钻削轴向负载力 FL

0.80.

FL 25.5dfHBS0

（2-1）

将已知条件带入式得

0.8

FL 14 25. 52 00.2 5

0.6

8

24 1 2 25. 5100.0. 1457

（2-2）

241

66213.N7

2.2 滑台对导轨的摩擦力

运动部件对导轨的法向力

G=mg=1500×9.81N=14715N 静摩擦阻力

Fs=Gfs=14715×0.2N =2943N 动摩擦阻力

Fd=Gfd=14715×0.1N=1471.5N 2.3 惯性力

F vm m

t 1500 0.08

0.2

N 600N 根据上述计算,可确定工作循环中的负载力如下:

滑台的启动负载 F=Fs=2943 N 滑台的加速负载 F= Fd+ Fm=1471.5 N+600 N=2071.5 N (2-8) 滑台的快进负载 F= Fd=1471.5 N (2-9) 滑台的工进负载 F= Fd+ Fl=1471.5 N+66213.7N=67685.2N (2-10) 滑台的快退负载 F= Fd=1471.5N (2-11) 根据已知数据和计算数据可画出负载图和速度图

2-3） 2-4）

2-5）

2-6） 2-7） （（（ （ （

组合机床是自动化程度相对较高的金属切削专用机床,当动力滑台配以不同的动力头、主轴箱和刀具时,可以对工件完成钻孔、扩孔、绞孔、镗孔、攻螺纹、铣平面等加工任务。

负载图 2-1

速度图2-2

组合机床是自动化程度相对较高的金属切削专用机床,当动力滑台配以不同的动力头、主轴箱和刀具时,可以对工件完成钻孔、扩孔、绞孔、镗孔、攻螺纹、铣平面等加工任务。

第三章 液压系统主要参数确定

根据要求可确定液压缸为差动式液压缸。经负载分析和计算可知液压缸驱动的最大负载是在工进阶段，Fl=67685.2N。由表3-1和表3-2取工作压力为6.3MP。进而由表3-3确定工进时背压阀压力为Pb=1MPa。这样，满足负载要求的缸筒内径D和活塞杆d计算如下（取 m=0.9）

根据差动定义有A1=2A2

组合机床是自动化程度相对较高的金属切削专用机床,当动力滑台配以不同的动力头、主轴箱和刀具时,可以对工件完成钻孔、扩孔、绞孔、镗孔、攻螺纹、铣平面等加工任务。

F

m

A1

p1A1 pbA2 (2p1 pb)

A1

(3-1) 2

2F2 67685.2

m2 129.67 10 3m2 (3-2)

6

m(2p1 pb)0.9 (2 6.3 1) 10

D

3

128.49 10m (3-3)

d

D 0.707 128.49 10 3m 90.84 10 3m (3-4) 由GB/T2348—1993圆整为D=0.125m，d=0.09m。

据所确定的D和d算出液压缸无杆腔有效作用面积A1 122.72 10 4m2，液压缸有杆腔有效作用面积A2 59.1 10 4m2，液压缸活塞杆有效作用面积

A3 63.62 10 4m2。

由计算所得的A1和A2可以算出液压缸驱动滑台在工作循环中各阶段的实际压力、流量和功率，见表3-4所示，并且画出工况图，如图3-1。

图3-1

组合机床是自动化程度相对较高的金属切削专用机床,当动力滑台配以不同的动力头、主轴箱和刀具时,可以对工件完成钻孔、扩孔、绞孔、镗孔、攻螺纹、铣平面等加工任务。

注：取液压缸机械效率

cm

0.96，则液压缸驱动力按F0 Fcm 。

组合机床是自动化程度相对较高的金属切削专用机床,当动力滑台配以不同的动力头、主轴箱和刀具时,可以对工件完成钻孔、扩孔、绞孔、镗孔、攻螺纹、铣平面等加工任务。

第四章 液压系统组成及原理图设计

根据设计要求可知，本液压系统不仅考虑滑台的主运动，又涉及夹紧和松开的设计。

4.1 主题方案的确定

由表3-4可知，本系统设计属于速度变化不多的小功率固定作业系统。因而首先考虑性能稳定的双定量泵供油、差动缸差动快进和调速阀进口节流调速的开式系统方案。这样，即可满足液压缸快进和快退的低压大流量要求，又可满足液压缸工进的高压小流量要求。既考虑了节能问题，又兼顾了工作可靠性等问题。

4.2 基本回路确定

4.2．1 供油回路

按照主题方案，供油回路选择双联定量泵供油方式，见图4-1。

图

4-1

组合机床是自动化程度相对较高的金属切削专用机床,当动力滑台配以不同的动力头、主轴箱和刀具时,可以对工件完成钻孔、扩孔、绞孔、镗孔、攻螺纹、铣平面等加工任务。

4.2.2 压力控制回路

由图4-1，卸荷阀控制大流量泵q2的压力。溢流阀控制小流量泵q1的压力，即液压缸在工进时的压力。为使液压缸平稳运行，回路中设置了直动式溢流阀作为可调背压阀。当执行原件处于停止运动的待命状态，保压状态，为了避免频繁 启动泵，对泵和电网的冲击，应用不停泵的换向中位卸荷回路。如图4-2。

图4-2

4.2.3 方向控制回路

为了满足液压缸停止，启动，换向和液压缸差动控制，利用图4-2三位五通电液换向阀为主的方向控制回路。图中的单向阀建立了电液换向阀所需的控制压力。

4.2.4速度控制回路

根据设计需求，主液压缸需要具有快进、工进和快退功能。快进将由双泵供油和差动回路实现。工进将由小泵供油，调速阀进口节流调速控制。速度换接回路由二位二通机动换向阀来切换。速度控制回路见图4-3。

组合机床是自动化程度相对较高的金属切削专用机床,当动力滑台配以不同的动力头、主轴箱和刀具时,可以对工件完成钻孔、扩孔、绞孔、镗孔、攻螺纹、铣平面等加工任务。

4.2.4夹紧控制回路

钻孔机床具有夹紧工件的要求，加工完应松开。根据设计要求，采用图4-4所示回路。根据设计要求，夹紧时间不长，即保压时间不长，要求夹紧稳定，加工时不发生错位。也就需求保压压力较高的系统。因此采用换向阀中位闭死回路，其保压压力p由减压阀调定。

图

4-4

组合机床是自动化程度相对较高的金属切削专用机床,当动力滑台配以不同的动力头、主轴箱和刀具时,可以对工件完成钻孔、扩孔、绞孔、镗孔、攻螺纹、铣平面等加工任务。

4.3液压系统原理图综合

将已经确定的基本回路按原理组织在一起。并根据设计要求，最后确定系统原理图如图4-5所示，工作循环见表4-1，（表中“+”为对应电磁铁得电发出控制信号；“|+”为对应压力继电器在该动作的后半期发出控制信号；“下位”为对应的换向阀下位工作；“上位”对应的换向阀上位工作；“√”为对应的液压泵、调速阀工作）。

图4-5

组合机床是自动化程度相对较高的金属切削专用机床,当动力滑台配以不同的动力头、主轴箱和刀具时,可以对工件完成钻孔、扩孔、绞孔、镗孔、攻螺纹、铣平面等加工任务。

表4-1

组合机床是自动化程度相对较高的金属切削专用机床,当动力滑台配以不同的动力头、主轴箱和刀具时,可以对工件完成钻孔、扩孔、绞孔、镗孔、攻螺纹、铣平面等加工任务。

第五章 液压原件选型

5.1液压泵的选择

根据计算结果表3-4得液压缸最大工作压力为6.23MPa，考虑到回路压力损失 p 1MPa，同时为使压力继电器可靠工作，应使工作压力高出0.5MPa。

pp1 (6.23 1 0.5)MPa 7.73MPa

(5-1)

pp1是在工进时出现的，因此也是小泵q1的工作压力，由溢流阀调定。

快进和快退时由q1和q2同时向液压缸供油。但是快退时比快进时的工作

压力大。所以，大泵q2的工作压力应为快退时p1 2.442MPa与进油路总压力损失 p 0.6MPa之和。

pp2 (2.442 0.6)MPa 3.042MPa

（5-2）

液压缸快进时所需流量最大。因此，选择双联泵的总流量应满足液压缸快进时的流量要求，并考虑系统泄漏量

qp K1qmax 1.1 0.509 10 3m3 0.5599 10 3m3s

与通过溢流阀的最小流量之和

（5-3）

工进时由小流量泵q1供油。因此，小流量泵q1的流量应为通过调速阀的流量

q1 (0.0282 0.05) 10 3m3 0.0782 10 3m3s

（5-4）

查【2】表17-5-33选取型号PV2R12-6/33的双联泵在转速960r/min（16r/s），容积效率 p 0.9时，双联泵同时供油流量qtp 0.624 10 3m3/s；

qp qtp vp 0.5616 10 3m3/s。工进时小泵实际流量q1 0.0864 10 3m3s。

5.2液压泵驱动电机的选择

由表3-4，液压缸快退时要求输入功率为最大。此时，双联泵流量为0.642 10 3m3s，工作压力为3.042MPa，取泵的总效率为 0.75，电动机效率为：

3.042 0.5616

Kw 2.28Kw（5-5）

0.75

pi

因此，可选额定功率为3Kw，转速为16rs （960rmin）的Y132S-6交流电动机。

ppqp

组合机床是自动化程度相对较高的金属切削专用机床,当动力滑台配以不同的动力头、主轴箱和刀具时,可以对工件完成钻孔、扩孔、绞孔、镗孔、攻螺纹、铣平面等加工任务。

5.3液压控制元件及辅助元件的选择

根据液压控制元件和辅助元件选择原则，查液压气动速查手册，液压工程师技术手册。该系统选的主要元件见表5-1。

表

5-1

组合机床是自动化程度相对较高的金属切削专用机床,当动力滑台配以不同的动力头、主轴箱和刀具时,可以对工件完成钻孔、扩孔、绞孔、镗孔、攻螺纹、铣平面等加工任务。

5.4液压管路的确定

液压管路的确定主要是确定其内径和壁厚，内径应与所连接元件的通径一致。压力管道取流速v 3s；回油管取流速vT 1s。

大腔进油管内径

dA

0.021m

（5-6）

差动管内径

（5-7）

dB

0.014m

回油管内径 （5-8）

dT

0.035m查手册取标准值dA 22mm、dB 15mm、dT 40mm；壁厚 3mm的普通无缝钢管（YB231-70）。

5.5油箱容积V的计算

V tqtp 420 0.624 10 3m3 262.08 10 3m3

（5-9）

根据GB2876 1981，并取标准值V 375L。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ltd4.html