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摘 要
鏜床液壓站的設計，在保證機械成功運轉時，還需要注意機器的實用性能，機器要滿足性價比高，效率高，操作便利，維修便利和使用壽命長等一些實際生產(chǎn)使用的原則。我們由題目確定的條件，通過計算選取合適的液壓元件和系統(tǒng)。首先對液壓原理圖進行分析，得到完整的回路，選取合適的元件進行組裝。
最后對液壓站整體進行校核，參考實際工作的使用標準，對元件再次進行考核和篩選，最終對整個液壓站進行校核，看整體是否滿足液壓站的使用標準。
關鍵詞：專用鏜床 液壓回路 液壓傳動 電磁換向閥 液壓站
Ⅲ
Abstract
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Abstract
Boring hydraulic station design, to ensure the successful operation of machinery, you also need to pay attention to the practical performance of the machine, the machine to meet the high cost, high efficiency, convenient operation, maintenance and use of the actual production of some of the principles of convenience and long life. We made subject conditions determined by calculating select the appropriate hydraulic components and systems. First hydraulic schematic diagram is analyzed to obtain a complete loop, select the appropriate components for assembly.
Finally, the overall hydraulic station to be checked using a standard reference the actual work on the elements again screening and assessment, and ultimately the entire hydraulic station to be checked to see whether the overall requirements of the hydraulic station using standard.
Key words: Boring machine Hydraulic circuit Hydraulic transmission Solenoid valve Hydraulic station
目 錄
摘 要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．III
Abstract．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．Ⅳ
第一章 前 言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1
1.1鏜床概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1
1.2 液壓傳動概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２
1.2.1 液壓傳動原理及系統(tǒng)組成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２
1.2.2 液壓傳動優(yōu)缺．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２
1.3本課題意義．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．３
1.4 液壓系統(tǒng)設計主要參數(shù)及要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．３
第二章 液壓系統(tǒng)工況分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．４
2.1負載計算及分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．４
2.2 液壓站系統(tǒng)參數(shù)計算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．６
2.2.1由壓力值選取液壓缸．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．６
2.2.2 計算液壓缸主要尺寸．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．６
第三章 液壓系統(tǒng)回路選擇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１０
3.1 選取工作泵．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１０
3.2 動作實現(xiàn)及基本回路選擇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１０
3.2.1 調速回路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１０
3.2.2控制閥選擇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１０
3.2.3 壓力繼電器和行程開關的確認．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１１
3.2.4溢流閥的確認．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１１
3.3 原理圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１２
第四章 液壓站元件確認．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１５
4.1選取液壓泵．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１５
4.1.1 液壓泵工作壓力理論值．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１５
4.1.2 液壓泵理論流量．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１５
4.2電動機額定功率．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１５
選取液壓站元件．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１６
4.3.1確定控制元件．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１６
4.3.2 明確油路連接．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１７
4.3.3選取油箱規(guī)格．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１８
第五章 液壓站整體校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１９
5.1校核系統(tǒng)壓力值．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１９
5.1.1夾緊缸工作過程校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１９
5.1.2進給缸工作過程校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２０
5.2校核散熱系統(tǒng)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２１
第六章 總結．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２３
參 考 文 獻．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２４
XII
Abstract
摘要
第一章 前言
第一章 前 言
1.1鏜床概述
鏜床，一種常用的工廠機床設備，其工作原理是通過機床工進、快進和快退對需要進行孔加工的工件進行加工。鏜床是在現(xiàn)在實際工作使用中經(jīng)常使用的一種機床，鏜床可以進行大型零件的加工，隨著社會的不斷進步，實際生產(chǎn)過程中的工件要求逐步提高，鏜床已經(jīng)逐步在取代鉆床在實際應用中的地位。鏜床由于大范圍的使用，也開始進行逐步的發(fā)展，在實際工作中，鏜床可以切換不同的刀具對工件進行不同形式的加工，因此鏜床可以進行不同的工作如：螺紋孔加工、平面加工、槽渠的加工等。鏜床進行加工時，我們保持工件加緊，使其保持穩(wěn)定不動，使刀具的中心與工件的中心在一條水平線上，刀具進行工進、快進和快退來進行加工。
遠在15世紀，隨著殖民主義在世界范圍的不斷擴張，為了滿足戰(zhàn)爭的需要，開始大量制造武器，在當時就已經(jīng)研制出炮筒鏜床，炮筒鏜床當時是通過水利驅動的，動力系統(tǒng)使用具有明顯的地域限制，但是在當時已經(jīng)是科技發(fā)展的一大進步。隨著18世紀瓦特成功研制出來蒸汽機之后，動力系統(tǒng)的使用得到了很大的改善，但是另外一個問題又擺在人們面前，原先的炮筒鏜床的工作已經(jīng)不能滿足工件加工的精度要求。在之后的10年之內，富有創(chuàng)造力的歐洲人又研制出了，以瓦特蒸汽機為動力系統(tǒng)，并且加工工件精密度較高的氣缸鏜床，這在當時引起了不小的轟動。時間到達了19世紀，資本主義國家開始發(fā)展重工業(yè)，為了滿足特大型工件的加工，臥式鏜床應運而生。隨著第一次世界大戰(zhàn)落幕，各國大力發(fā)展重工業(yè)，各種工件的加工量迅速增加，因此人們又研發(fā)出了落地式機床。到了21世紀，隨著光學和數(shù)學等其他領域的不斷突破，加上人們對生活品質的不斷追求，工件的精密度要求越來越苛刻，鏜床已逐步走向激光定位以及數(shù)控機床，實習工件加工從頭到尾一體化和全自動化。
近五十年來，在工業(yè)中有兩個學科分支發(fā)展極快。其一是電子學中的計算機技術；其二是機械學中的液壓控制與傳動技術。這兩門技術互相滲透和融合，是現(xiàn)代機械的設計、制造和使用突飛猛進。
25
1.2 液壓傳動概述
翻閱資料我們可以了解到，目前在機械領域中，液壓傳動技術是發(fā)展較為成熟的一種技術手段。尤其是隨著這些年來，光學、數(shù)學和計算機學等領域的不斷突破，與液壓學相結合，使得液壓傳動裝置也在不斷地提高。并且液壓傳動裝置以其穩(wěn)定并且使用壽命和污染小等優(yōu)點在傳動裝置中越來越突出。
1.2.1 液壓傳動原理及系統(tǒng)組成
液壓工作原理相對比較簡單，從字面上我們可以理解液壓傳動的工作原理是通過液體對裝置產(chǎn)生壓力，利用這個壓力來推動機床來進行工作。
從理論上來說，一個完整的液壓系統(tǒng)需要具備以下幾個部分，首先需要具有產(chǎn)生壓力的液體，為系統(tǒng)提供傳動能量；然后需要將原有的機械能和壓力互相轉換的動力和執(zhí)行元件； 最為關鍵的是在系統(tǒng)中起到調節(jié)和控制的控制元件；當然一些輔助元件也是必不可少的。
1.2.2 液壓傳動優(yōu)缺點
液壓系統(tǒng)優(yōu)缺點明顯，其中優(yōu)點如下所示：
1.液壓傳動裝置與其他傳動裝置對比，在相同的情況下，液壓傳動裝置穩(wěn)定性高，
污染小，操作便捷。
2.液壓傳動裝置的元件已經(jīng)形成了一種標準，更為便于設計和使用，在實際生產(chǎn)中，
更加便于零件的補充和再利用。
3.液壓傳動裝置能夠實現(xiàn)系統(tǒng)的一體化和自動化。
4.因為液壓傳動裝置的零件標準化，因此損壞的零件可以單獨進行快速替換，提高
了機器的使用壽命。
反之，液壓傳動也存在較多不足，其缺點如下：
1.液壓傳動裝置由于是靠液體產(chǎn)生壓力，顧此對機器的密封程度要求很高，很容易
出現(xiàn)液體的泄露導致機器壓力不夠的問題。
2.如上所說，因為液壓傳動裝置是通過液體產(chǎn)生壓力，故此對環(huán)境也有一定的要求，
如果外界溫度過低，會引起液體不能提供良好的傳動作用。
3.當液壓傳動裝置出息液壓液體泄漏是，我們很難快速找到問題并解決。
1.3本課題意義
本課題具有如下幾點意義：
1.讓我們將平時所學到的知識運用到實際工作當中去，通過不斷的實踐，來將課本上的知識進一步消化和吸收。
2.更加方便的與指導老師溝通，明確的認知到自身的不足，在老師的指點下不斷學習相關專業(yè)知識，提升自己。
3.提高CAD繪圖的能力，提高自身
4. 提高撰寫設計說明書（論文）的能力。
5.提高自身論辯的能力，對自己設計的作品能夠進行具體的說明，為之后的工作打下基礎。
1.4 液壓系統(tǒng)設計主要參數(shù)及要求
本課題主要是設計用于流水線上箱體內孔加工的專用鏜床的液壓動力系統(tǒng)。鏜床采用液壓進給系統(tǒng)自動化加工。機床加工過程的工作循環(huán)為：工件安裝夾緊到位，刀頭快速接近工件，工進速度鏜削內孔，加工到位停止，刀頭快速退回，其大致工作過程為：
定位—夾緊—快進—工進—快退—停止。
根據(jù)課題任務書得到主要設計參數(shù)及要求如下：
第二章 液壓系統(tǒng)工況分析
進給刀頭及拖板最大行程500mm，最大加工進給力12kN，最小進給速度2 mm/s ，最大進給速度不大于20 mm/s ，快進速度60mm/s，快進行程150 mm。要求保證加工質量，自動化，能效高，調速穩(wěn)定。
第二章 液壓系統(tǒng)工況分析
2.1負載計算及分析
根據(jù)任務書，夾緊力未知，故而根據(jù)實際工件進給可能需要夾緊力取最大夾緊力為30KN，不考慮能量損失的情況下，則夾緊液壓缸工作負載：
，
很明顯實際工作中，能量存在損失，取的傳遞效率為取0.9，，根據(jù)公式：
考慮到實際工件的質量不是很高，在計算過程中不做計算，因此可以計算出
由上式可知，快進和快退的速度為：，，任務書沒有給出，考慮到進給速度最大值為0.02m/s，取夾緊缸慢進速度：?？紤]到工作的安全性，對于夾緊液壓用行程250mm；
查閱手冊等相關設計資料取最大切削力為120KN，故而進給液壓缸理論工作負載
根據(jù)慣性負載公式：
我們按照之前選取的液壓缸的機械效率為0.9，計算出：
進給油缸快進、快退速度：，進給油缸工進速度最大為：，進給缸行程最大為500mm。從計算結果可以得到以下兩張表格2-1和2-2.
表2-1 夾緊缸啟動至快進時負載F(N)
表2-2 進給缸啟動至快進時負載F(N)
從以上兩張表格2-1和表格2-2可以的到負載圖：
夾緊缸負載圖 進給缸負載圖
夾緊缸速度圖 進給剛速度圖
2.2 液壓站系統(tǒng)參數(shù)計算
2.2.1由壓力值選取液壓缸
根據(jù)系統(tǒng)中夾緊油缸工作最大負載為，首先我們假設選取液壓缸的壓力是p1=4MPa。由從上表2-1可以看出，理論上來說當進給油缸開始工作時最大負載為，因此我們選取工作壓力為p1=8MPa。
表2-2選取工作壓力
2.2.2 計算液壓缸主要尺寸
根據(jù)公式可以得出 ，
因為 ， 故而
從上方公式可以得知，夾緊缸和進給缸的工作面積是和 。
又因為 可以計算得出兩缸缸內運動活塞的直徑：
，
根據(jù)公式可以得出 。，。
經(jīng)查閱，
，，
，。
又可以根據(jù)，計算得出兩缸實際工作時能夠產(chǎn)生工作效率的面積為：
，
，
經(jīng)過反復檢驗，數(shù)據(jù)據(jù)符合相關要求。
圖2.3 進給缸的工況圖
圖2.4夾緊缸的工況圖
表2.3夾緊缸在各階段的壓力、流量和功率值
表2.4進給缸在各階段的壓力、流量和功率值
第二章 液壓系統(tǒng)工況分析
第三章 液壓系統(tǒng)回路分析
第三章 液壓系統(tǒng)回路選擇
床加工過程的工作循環(huán)為：工件安裝夾緊到位，刀頭快速接近工件，工進速度鏜削內孔，加工到位停止，刀頭快速退回，其大致工作循環(huán)過程為：
定位—夾緊—快進—工進—快退—停止
根據(jù)此循環(huán)過程選擇液壓回路實現(xiàn)各個動作。
3.1 選取工作泵
在工作情況圖中我們可以知道，在工作過程中有兩個液壓缸進行工作，所以要求油源分別提供不同行程的不同油液。兩缸的理論極限值的大小比較為， 。在工作前可根據(jù)實際加工的需要對最大行程進行調節(jié)。對于本次設計的機床來說，液壓系統(tǒng)可以使用同一個泵來為不同的兩個油缸來服務，因此我們可以在限壓式變量泵和雙作用葉片泵中選取任意一個作為油源。這兩個泵都具有實現(xiàn)系統(tǒng)實際運作的功能，然而我們最終選取雙作用葉片泵作為動力，因為從實際角度出發(fā)考慮到雙作用葉片泵在實際工作中承受壓力較高并且便宜高效。
3.2 動作實現(xiàn)及基本回路選擇
3.2.1 調速回路
3.2.2控制閥的選擇
思考到實際工作過程中液壓站內部流量不小，系統(tǒng)中沒有選取電液換向閥來進行換向回路，而是選取了電磁換向閥，然而其他地方則是選用了三位四通電液換向閥。
圖3-1三位四通電磁換向閥和三位四通電液換向閥
3.2.3 壓力繼電器和行程開關的確認
從下圖中我們可以了解到，當機床需要快退時，要給兩缸都發(fā)出快退信號，因此我們需要分別為兩缸設置壓力繼電器和行程開關。
圖3.2 快進轉工進功能實現(xiàn)
3.2.4溢流閥確認
由于之前考慮到系統(tǒng)整體流量較大，故此我們沒有選用限壓式變量泵，而是選用了雙作用葉片泵，從這邊我們也可以了解到，我們需要為兩缸設置溢流閥來為系統(tǒng)調節(jié)整體壓力，又通過計算可以得知，兩缸不是同時進行供油的，所以單個的溢流閥只對單個的油缸進行負責。
圖3.3溢流閥
3.3原理圖
通過之前的計算我們可以基本確認液壓站系統(tǒng)大致的整體結構，我們再通過查閱資料，選取合適的工作元件將整個液壓站系統(tǒng)組裝在一起，我們可以得到液壓站系統(tǒng)原理圖，最終我們可以通過液壓站原理圖來進行圖紙的繪制以及工件的組裝，從原理圖中我們可以看出：
圖3-4原理圖
表3-1工作狀態(tài)表
第四章 液壓元件選型與計算
第四章 液壓站元件確認
4.1選取液壓泵
4.1.1 液壓泵工作壓力理論值
從之前論述可以得知，進給缸在工作是理論極限值為p1=8.09MPa，通過計算得出，液壓系統(tǒng)中的總壓力損失是∑?p=0.6MPa
通過公式可以計算出
4.1.2液壓泵理論流量
查看表格2-4可知，通過液壓液體向缸內運輸?shù)牧髁孔畲笫?.136×10-3 m3/s ，查閱資料選取K=1.1，
在實際工作中，我們還必須要注意其他元件的工作狀態(tài)，在之前的論述中，我們確認了溢流閥流量為3L/min，那么我們可以清楚地知道系統(tǒng)總的流量，因此，我們最終選擇雙作用葉片泵：
則我們可以通過以上數(shù)據(jù)計算出：。
4.2電動機額定功率
在正常工作中，一般由于能量損耗和機器性能等各方面的因素，我們選取液壓泵的能量轉換率為0.8，由此我們可以計算出電動機的額定功率
由結果我們可以與資料進行對比參照，由于我們只是計算出一個理論的電動機功率，因此，我們需要選取的電動機，其額定功率要略微高于理論值，所以選用Y225M—6型電動機。
4.3選取液壓站元件
4.3.1確定控制元件
表4-1控制元件明細表
4.3.2明確油路連接
兩缸實際工作時，系統(tǒng)的實際流量和理論值之間還有誤差，因此我們需要重新進行計算，讓液壓液體滿足實際工作時的需求。
表4-2兩缸實際工作情況
當我們取時：
由計算結果我們可以看出，兩缸的油管尺寸不一致，因此我們需要選取根據(jù)不同的液壓缸來選取油管。
4.3.3選取油箱規(guī)格
我們通過計算計算可得：
因此查閱資料選定， 。
第五章 液壓系統(tǒng)性能校核
第五章 液壓站整體校核
5.1校核系統(tǒng)壓力值
液壓系統(tǒng)的壓力值要考慮到整體油路全部安裝完成后開始進行測試，因此我們按照不同的工作進程進行壓力值得估算，我們首先計算油路過程中的壓力值測試，當流量到達理論極限值時，油管能否承受相關的壓力。然后計算控制元件的壓力值在流量極限值時能否承受。最終測試液壓缸的壓力承受能力。
5.1.1夾緊缸工作過程校核
①當機床處于快進進油時，我們可以計算得出總壓力損失為：
當機床處于快進回油時，我們可以計算得出總壓力損失為
②當機床處于工進進油時，我們可以計算得出總壓力損失為：
當機床處于工進回油時，我們可以計算得出總壓力損失為：
③當機床處于快退進油時，我們可以計算得出總壓力損失為：
當機床處于快退回油時，我們可以計算得出總壓力損失為：
5.1.2進給缸工作過程校核
①當機床處于快進進油時，我們可以計算得出總壓力損失為：
當機床處于快進回油時，我們可以計算得出總壓力損失為：
②當機床處于工進進油時，我們可以計算得出總壓力損失為：
當機床處于工進回油時，我們可以計算得出總壓力損失為：
③當機床處于快退進油時，我們可以計算得出總壓力損失為
當機床處于快退回油時，我們可以計算得出總壓力損失為：
5.2校核散熱系統(tǒng)
由于液壓站系統(tǒng)處于密封狀態(tài)，因此我們需要考慮到整體的散熱程度，會不會由于溫度太高引起液壓液體的蒸發(fā)，從而導致系統(tǒng)整體壓力不足。
通過計算結果我們可以看出，這個溫度并不會影響到實際工作，因此我們可以不采用散熱器。
參考文獻
第六章 總結
隨著國家經(jīng)濟不斷的發(fā)展，人們不斷追求生活質量，要求機械越來越精密，而且我國屬于發(fā)展中國家，目前來說，重工業(yè)支持著我國經(jīng)濟的發(fā)展，而重工業(yè)的發(fā)展是以機械的發(fā)展為基礎的，而液壓傳動自動化是機械發(fā)展中尤為重要的一步。
鏜床液壓站的設計，在保證機械成功運轉時，還需要注意機器的實用性能，機器要滿足性價比高，效率高，操作便利，維修便利和使用壽命長等一些實際生產(chǎn)使用的原則。我們由題目確定的條件，通過計算選取合適的液壓元件和系統(tǒng)。首先對液壓原理圖進行分析，得到完整的回路，選取合適的元件進行組裝。本文完成了一下工作：
（1）機床工況分析及控制功能要求分析，在這個分析的結果下，完成了液壓系統(tǒng)的基本功能回路選擇和組合，并完成液壓系統(tǒng)原理圖；
（2）根根據(jù)原理圖進行計算，判斷使用合理的元件；
（3）根據(jù)液壓系統(tǒng)已有各項指標對液壓系統(tǒng)參數(shù)進行計算校核，液壓系統(tǒng)滿足設計要求；
（4）液壓系統(tǒng)的裝配圖、零件圖繪制。
通過完成以上工作基本完成了液壓系統(tǒng)設計工作。
參 考 文 獻
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