1、目 錄中文摘要：3英文摘要41 引 言41.1 機床設計目的、要求41.2 專用機床國內外發展概況51.3 題目內容及要求62 專用機床的整體設計72.1 零件分析72.2 加工方案確定82.3 機床布局92.4 確定切削用量102.4.1 選擇切削用量102.4.2 確定機床切削扭矩T. 切削力F.切削功率P113 確定機床三圖一卡123.1 被加工零件工序圖123.2 加工示意圖13刀具選擇133.2.2 選擇攻絲卡頭143.3 機床聯系尺寸圖的確定153.4 機床生產率計算卡194 液壓控制系統設計214.1 液壓傳動的工作原理和組成214.1.1 工作原理：224.1.2 液壓系統的基

2、本組成224.2 液壓傳動的優缺點224.3 擴孔運動分析234.3.1 擴孔所用動力滑臺的工作循環圖244.3.2 擴孔所用動力滑臺的工況分析244.4 擴孔液壓系統的計算：264.4.1 初選液壓缸工作壓力264.4.2 液壓缸主要尺寸的確定264.4.3 計算在個工作階段液壓缸所需的流量284.5 攻絲的運動分析：284.5.1 運動分析284.5.2 工況分析284.6 攻絲液壓系統的計算304.6.1 初選液壓缸工作壓力304.6.2 計算在個工作階段液壓缸所需的流量324.6.3 計算液壓泵的最大工作壓力324.7 擬定液壓系統原理圖334.7.1 確定供油方式的選擇334.7.2

3、 調速方式的選擇344.7.3 速度換接方式的選擇344.7.4 夾緊回路的選擇354.7.5 回轉臺液壓系統354.8 液壓元件的選擇：354.8.1 確定液壓泵和電機規格354.8.2 閥類元件和輔助元件的選擇374.8.3 油管確定384.8.4 油箱的確定39結論39謝辭40參考文獻41濾清器底座擴孔、攻絲專機與液壓設計摘要：本論文是擴孔攻絲專用機床及其液壓系統的設計，被加工零件是濾清器底座，專機對零件進行擴孔和攻絲，機床的結構輪廓是用兩個擴孔動力頭和兩個攻絲動力頭及中間的液壓旋轉臺組成，其中動力頭前進后退使用液壓滑臺在動的。滑臺循環是：快速前進工作進給快速退回原位停止。液壓控制系統在

4、機床中有著重要的作用，對液壓控制系統的設計也是進行專機設計的重要組成部分。本文對該專用機床液壓控制系統的設計主要有以下幾點內容：對液壓系統工況分析擬定液壓原理圖選擇液壓元件編輯專用機床液壓系統的相關技術文件關鍵詞:專用機床、液壓系統、液壓元件Abstract:This paper designs about reaming tapping machine tools and hydraulic system,the part to be machined is a filter base, the special machine is used to ream and tap to parts

5、, outline structure of the machine is consisted of two reaming and tapping power head and a hydraulic rotary table in the middle, in which the power head is drived forward and backward by the hydraulic slider. The slide cycle is: fast forwardwork feedquick returnstop in situ. Hydraulic control syste

6、m plays an important role in the machine, the design of which is also the important part of the design of special machine.Design of hydraulic machine control system has several main points:Condition analysis of hydraulic system;Production of hydraulic schematic diagram;Selection of the original hydr

7、aulic;Editing technical document of special machine tool hydraulic system;Key words:Special Machine Hydraulic system Hydraulic components1 引言1.1 機床設計目的、要求目的：近年來，中國汽車產業快速發展，拉動了汽車零部件的市場需求，濾清器行業就是一個例子。濾清器一般分為空氣濾清器、燃油濾清器和機油濾清器三種（通常被稱為三濾），其功能分別是濾除空氣、燃油、或機油中的雜質，對發動機起到有效的保護作用，從而延長發動機的使用壽命。濾清器也是大批量生產的零件，考慮到

8、零件加工的特殊性，為了提高生產效率以及降低工人勞動強度，有必要設計一種專用的組合機床對其進行加工。我們的工作就是做出來一臺組合機床，對零件進行加工，在生產濾清器時，組合機床可多刀、多軸、多面、多工位加工的優點就顯得猶為突出。組合機床及其自動線是集機電于一體的綜合自動化程度較高的制造基礎的成套工藝裝備。它的特征是高效、高質、經濟實用，因而被廣泛應用于工程機械、交通、能源、軍工、輕工、家電等行業。本設計就是在擴孔攻絲攻絲組合機床的設計基礎上，將PLC控制技術和液壓控制技術應用到其中，以便進一步提高組合機床的自動化程度。設計要求：評價機床性能的優劣，主要是根據技術及經濟指標來判定發的。技術先進合理質

9、優價廉才會受到用戶的歡迎，在國內和國際市場上才有競爭力。機床設計的技術經濟指標可以從滿足性能要求、經濟效益和人機關系等方面進行分析。1.2 專用機床國內外發展概況在我國近期專用機床發展迅速，其科研和生產也都具有相當的基礎，應用也已深入到很多行業。是當前機械制造業實現產品更新，進行技術改造，提高生產效率和高速發展必不可少的設備之一。組合專用機床及其自動線是集機電于一體的綜合自動化程度較高的制造技術和成套工藝裝備。它的特征是高效、高質、經濟實用，因而被廣泛應用于工程機械、交通、能源、軍工、輕工、家電等行業。我國傳統的組合機床及組合機床自動線主要采用機、電、氣、液壓控制，它的加工對象主要是生產批量比

10、較大的大中型箱體類和軸類零件（近年研制的組合機床加工連桿、板件等也占一定份額），完成鉆孔、擴孔、鉸孔，加工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺，在孔內鏜各種形狀槽，以及銑削平面和成形面等。組合機床的分類繁多，有大型組合機床和小型組合機床，有單面、雙面、三面、臥式、立式、傾斜式、復合式，還有多工位回轉臺式組合機床等；隨著技術的不斷進步，一種新型的組合機床柔性組合機床越來越受到人們的青睞，它應用多位主軸箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具和刀具的自動更換，配以可編程序控制器（PLC）等，能任意改變工作循環控制和驅動系統，并能靈活適應多品種加工的可調可變的組合機床。另外，近年來組合機床加工中心、數控組合機床、機床輔

11、機（清洗機、裝配機、綜合測量機、試驗機、輸送線）等在組合機床行業中所占份額也越來越大。由于專用機床及其自動線是一種技術綜合性很高的高技術專用產品，是根據用戶特殊要求而設計的，它涉及到加工工藝、刀具、測量、控制、診斷監控、清洗、裝配和試漏等技術。我國專用機床及其自動線總體技術水平比發達國家要相對落后，國內所需的一些高水平組合機床及自動線幾乎都從國外進口。工藝裝備的大量進口勢必導致投資規模的擴大，并使產品生產成本提高。因此，市場要求我們不斷開發新技術、新工藝，研制新產品，由過去的“剛性”機床結構，向“柔性”化方向發展，滿足用戶需求，真正成為剛柔兼備的自動化裝備。在數屆國際機床博覽會上都有來自世界相

12、當多的國家和地區的機床制造商和團體展示的最先進機床設備中，超高速和超高精度加工技術裝備與復合、多功能、多軸化控制設備等深受歡迎。據有關數據調查，復合、多功能、多軸化控制裝備的前景亦被看好。在零部件一體化程度不斷提高、數量減少的同時，加工的形狀卻日益復雜。多軸化控制的機床裝備適合加工形狀復雜的工件。另外，產品周期的縮短也要求加工機床能夠隨時調整和適應新的變化，滿足各種各樣產品的加工需求。然而更關鍵的是現代通信技術在機床裝備中的應用，信息通信技術的引進使得現代機床的自動化程度進一步提高，操作者可以通過網絡或手機對機床的程序進行遠程修改，對運轉狀況進行監控并積累有關數據；通過網絡對遠程的設備進行維修

13、和檢查、提供售后服務等。在這些方面我國專用機床裝備還有相當大的差距，因此我國專用機床技術裝備高速度、高精度、柔性化、模塊化、可調可變、任意加工性以及通信技術的應用將是今后的發展方向。1.3 題目內容及要求本題目的主要內容是設計一臺擴、攻濾清器兩側面孔專機，機床類型為臥式雙面，液壓驅動，由PLC控制。1、完成5000字以上的外文翻譯；2、查閱相關資料，了解本課題的研究現狀和研究的內容；3、完成開題報告（課題的意義；研究方法、方案及技術路線；結論）；4、整機方案設計及優化（主要是圖紙工作量）；繪制零件圖，工序圖，給出總體設計方案。三圖一卡的完成（尺寸聯系圖，工序圖，加工示意圖，生產效率計算卡）。手

14、繪一張0號圖紙（尺寸聯系圖或裝配圖）。各主要功能標準部件的選擇與計算，同時完成外協零、部件圖紙。設計機床專用夾具、刀具。5、完成液壓系統設計（液壓站、液壓工作原理圖、液壓元件的選擇與計算、集成塊設計等）完成整機的機床電氣控制方案（控制原理圖，接線圖，PLC程序編寫）。7、撰寫畢業設計論文，字數不少于1萬。2 專用機床的整體設計2.1 零件分析被加工零件材料為鋁合金，硬度為35HBS，擴攻M16的孔2個，2個孔分布在零件兩側，現設計專用機床，把零件放置在專機中間，對零件兩空同時擴孔，然后旋轉180度同時攻絲。被加工零件的外形如圖3-1所示。圖2.1 被加工零件外形圖2.2加工方案確定本專機擴孔采

15、用鉆削動力頭，主軸與刀具之間采用標準接桿連接，并由主軸前端壓緊螺釘固定接桿。擴孔工序的工作循環如下：圖2.2 擴孔工序的工作循環攻絲采用攻絲動力頭，由攻絲靠模裝置實現加工螺紋內聯系傳動。用攻絲靠模裝置加工內螺紋的特點是，攻絲主軸系統的進給運動由攻絲靠模機構得到。此種攻絲方法，靠模可以經磨制得到較準確的螺距，由于靠模螺桿帶動絲錐進給比較輕巧，同時又有攻絲接桿補償攻絲主軸靠模系統與絲錐自行引進的進給差，因而攻絲時可得到較高的精度。該靠模裝置除了具有結構簡單、制造成本較低的特點外，還由于每根靠模螺桿都各自具有自己的螺距數值，因此可用一個攻絲裝置方便地加工出不同尺寸規格的螺紋，且可各自選用合理的切削用

16、量，目前應用很廣泛。攻絲工序的工作循環如下：圖2.3 攻絲工序的工作循環2.3 機床布局工件底面為主要定位面。用3個支承塊支撐，用短銷和支承釘定位。裝夾方便、平穩，故可采用臥式機床。由于擴孔攻絲不在同一工位上，中間需要安裝回轉工作臺。具體布局如圖3.2。圖2.4 機床大體布局2.4確定切削用量2.4.1 選擇切削用量擴孔加工直徑均為14.5，所以可以采用同樣的主軸和刀具使得所有刀具的每分鐘進給量相同。根據專用機床設備設計表7-19查得： 高速鋼擴孔鉆加工鋁合金切削速度，進給量f=0.10.6mm/r.對主軸轉速的選取，當取切削速度V為30m/min時，主軸的轉速為：。對進給量的選取，考慮到工件

17、為鋁合金，可選用較低的數值，即取f為0.20mm/r。攻絲孔徑均為M16，所以可以采用同樣的主軸和刀具使得所有刀具的每分鐘進給量相同。根據專用機床設備設計表7-18查得：高速鋼絲錐攻絲切削速度查機械加工工藝手冊得：螺紋間距， 選切削速度：滿足要求每分鐘進給量式中：主軸系統的進給量（）；絲錐每分鐘自行引進量（）；絲錐每分鐘轉速（）；絲錐的螺距（）。2.4.2 確定機床切削扭矩T.切削力F.切削功率P1、切削扭矩的計算根據專用機床設備設計表7-24查得：擴孔時式中：D加工直徑（mm）擴孔進給量（/r）；HB布氏硬度。攻絲時式中：工件螺距（）；加工直徑（）。2、切削力的計算3、切削功率的計算根據專用

18、機床設備設計表7-24查得：考慮到功率損失，3 確定機床三圖一卡三圖一卡的內容主要包括：被加工零件工序圖、加工示意圖、機床聯系尺寸總圖和編制生產率計算卡。3.1 被加工零件工序圖被加工零件工序圖是根據選定的工藝方案，表示一臺組合機床或自動線完成的工藝內容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技術要求、加工用定位基準、夾壓部位及被加工零件的材料、硬度、重量和本道工序加工前毛坯或半成品狀況的圖紙。因此，它是在原零件圖基礎上，突出本機床或自動線的加工內容，加上必要的說明繪制成的。它是組合機床設計的主要依據，也是制造、使用、檢驗和調整機床的重要技術文件。圖上應表示出：1）被加工零件的形狀和輪廓尺寸及與本

19、機床設計有關的部位的結構形狀及尺寸。尤其是當需要設置中間導向套時，應表示出零件內部的肋、壁布置及有關結構的形狀及尺寸。以便檢查工件、夾具、刀具是否發生干涉。2）加工用定位基準、夾壓部位及夾壓方向。以便依此進行夾具的定位支承（包括輔助定位支承）、限位、夾緊、導向系統的設計。3）本道工序加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、形狀位置尺寸精度及技術要求，還包括本道工序對前道工序提出的要求（主要指定位基準）。4）必要的文字說明。如被加工零件編號、名稱、材料、硬度、重量及加工部位的余量等。圖3.1 被加工零件工序圖3.2 加工示意圖刀具選擇根據擴孔，攻絲孔的深度及直徑大小，并結合加工條件及要求，根據機械加工

20、工藝手冊，擴孔時選擇高速鋼擴孔鉆，其直徑為，攻絲時選擇的刀具為絲錐，其直徑分別為。刀具的具體結構和尺寸如圖所示：選擇攻絲卡頭攻絲卡頭用于連接絲錐和攻絲主軸（或靠模裝置），其主要作用是：1)保證絲錐與被加工的螺紋底孔自動對中，并保證絲錐順利引進。2)補償絲錐每分鐘引進量與攻絲主軸（或靠模裝置）每分鐘進給量之差值，保證絲錐引進與攻絲裝置進給同步。因此，要求攻絲卡頭有很好的定心性及補償靈活性，徑向尺寸應較小，以適應中心距小的螺孔加工。攻絲卡頭的主要形式有：絲錐“超前”進給的單向補償攻絲卡頭；主軸或攻絲靠模“超前”進給的單向補償攻絲卡頭。其具體結構如圖3-4所示。圖3.2 主軸“超前”進給的單向補償攻

21、絲卡頭1卡頭芯桿；2銷；3套罩；4卡頭體；5壓力彈簧3）確定動力部件的工作循環及工作行程動力部件的工作循環是指：加工時動力部件從原始位置開始運動到加工終了位置又返回到原始位置的動作過程。一般包括快速引進、工作進給、快速退回等動作。a 、工作行程長度的確定工作進給長度應等于工件加工部位長度（多軸加工時應按最長孔計算）與刀具切入長度和切出長度之和。如圖3-6所示。圖3.3 工作進給長度切入長度L1應根據工件端面的誤差情況在之間選擇，誤差大時取大值。切出長度根據專用機床設備設計表7-32查得：擴孔時 L2=1015mm攻絲時 L2=5+L錐式中：絲錐前端錐部的長度。根據加工深度，選擇工作行程b快進、

22、快退長度按加工具體情況而定，保證加工所有刀具均退至夾具套內，不影響工件裝卸，因此取快進長度為160mm。c動力部件總行程長度動力部件的總行程為快退行程長度與前后備量之和。依此作為選擇標準動力滑臺或設計專用動力部件的依據。3.3機床聯系尺寸圖的確定1、動力部件的選擇確定擴孔動力頭時，根據切削功率，查組合機床設計簡明手冊表5-27，選用鉆削頭型號為。確定攻絲動力頭時，根據切削功率，查組合機床設計簡明手冊表5-33，選用攻螺紋頭型號為1TG16.根據前面計算的行程，選擇動力滑臺為型，滑臺側底座為型，行程為。二級進給及壓力繼電器型號為。導軌防護裝置型號為。分級進給裝置型號為。根據選定的動力滑臺型號為。

23、3、夾具輪廓尺寸確定綜合考慮工件的輪廓尺寸形狀、結構以及夾具底座與機床其他部件連接固定尺寸，初步定夾具長寬高為。4、機床裝料高度機床裝料高度是指機床上工件的定位基準面到地面的垂直距離。為提高通用部件及支承部件的剛度并考慮自動線設計時中間底座內要安裝夾具輸送裝置、冷卻排屑裝置，新頒布的組合機床標準推薦裝料高度，與國際標準一致。在現階段設計組合機床時，裝料高度可根據具體情況在之間選取。由于受工件孔位置、多軸箱最低主軸高度和所選通用部件、中間底座、夾具高度等尺寸的限制（滑臺與滑座總高，側底座高度，夾具底座高度，中間底座高度），本設計的機床裝料高度。5、中間底座輪廓尺寸中間底座的輪廓尺寸要滿足夾具在其

24、上面安裝連接的需要。根據選定的動力箱滑臺、側底座等標準的位置關系，并考慮到毛坯誤差和裝配偏移，中間底座支承夾具底座的空余邊緣尺寸，算出的長度應圓整，并按優選數系選用。圖3.4 中間底座外形圖中間底座長度方向尺寸可按下式確定：式中：加工終了位置，主軸箱端面至工件端面間的距離，本設計中；主軸箱厚度，本設計；工件沿機床長度方向的尺寸，本設計；機床長度方向上，主軸箱與動力滑臺的重合長度，本設計；加工終了位置，滑臺前端面至滑座前端面的距離，對于通用的標準動力滑臺，尺寸的最大范圍為。本設計；滑座前端面至側底座前端面的距離，本設計。根據，查專用機床設備設計表7-10（中間底座主要尺寸）：選定中間底座長為又根

25、據被加工零件的寬度為，夾具底座寬度為，以及其他聯系尺寸，選定中間底座寬度為。中間底座的長寬為。6、確定回轉工作臺回轉臺選用液壓回轉，在市場上能買得到圖3.5 液壓回轉工作臺7、機床聯系尺寸圖如下，圖3.6 機床尺寸聯系圖3.4機床生產率計算卡根據選定的機床工作循環所要求的工作行程長度、切削用量、動力部件的快進及工進速度等，就可以計算機床的生產率并編制生產率計算卡，用以反映機床的加工過程，完成每一動作所需的時間、切削用量、機床生產率及機床的負荷率等。1、理想生產率指完成年生產綱領（包括備品及廢品率在內）所要求的機床生產率。它與全年工時總數有關，一般情況下，單班制生產取，則件h2、實際生產率指所設

26、計機床每小時實際可以生產的零件數量。件h式中：生產一個零件所需的時間（），它可以根據下式計算：式中：、分別為刀具第、第工作進給行程長度（）；、分別為刀具第、第工作進給速度（）；當加工沉孔、止口、锪窩、倒角、光整表面時，動力滑臺在死擋鐵上的停留時間，通常指刀具在加工終了時無進給狀態下旋轉轉所需的時間（）；、分別為動力部件快進、快退行程長度（）；動力部件快速行程速度。采用機械動力部件取，液壓動力部件取；直線移動或回轉工作臺進行一次工位轉換的時間，一般可取；工件裝、卸（包括定位、夾壓及清除鐵屑等）時間，它取決于工件重量大小、裝卸的方便性及工人的熟練程度。根據各類組合機床的統計，一般取。取為件h3、機

27、床負荷率當時，計算二者的比值即為負荷率。根據組合機床的使用經驗，適宜的機床負荷率為。所以該負荷率滿足要求。表3.1 生產率計算卡4 液壓控制系統設計4.1液壓傳動的工作原理和組成液壓傳動是以液體為工作介質，利用液壓能來驅動執行機構的傳動方式。驅動機床工作臺的液壓系統是由郵箱、過濾器、液壓泵、溢流閥、開停閥、節流閥、換向閥、液壓缸及連接這些元件的油管、接頭等組成。工作原理：電動機驅動液壓泵經濾油器從油箱中吸油，液壓被加壓后，從泵的輸出口輸入管路。油液經開停閥，節流閥，換向閥進入液壓缸，推動活塞而使工作臺左右移動。液壓缸里的油液經換向閥和回油管排回油箱。工作臺的移動速度是通過節流閥來調節的。當節流

28、閥開大時，進入液壓缸的有量增多，工作臺的移動速度增大；當節流閥關小時，進入液壓缸的油量減少，工作臺的移動速度減小。由此可見，速度是由油量決定的。液壓系統的基本組成1. 能源裝置液壓泵。它將動力部分所輸出的機械能轉換成液壓能，給系統提供壓力油液。2. 執行裝置液壓機（液壓缸、液壓馬達）。通過他將液壓能轉換成機械能，推動負載做功。3. 控制裝置液壓閥。通過他們的控制和調節，事業流的壓力、流速和方向得以改變，從而改變執行元件的力、速度和方向。4. 輔助裝置油箱、管路、蓄能器、管接頭、壓力表開關等。通過這些元件把系統連接起來，以實現各種工作血環。5. 工作介質液壓油。絕大多數液壓油采用礦物油，系統用它

29、賴傳遞能量或信息。4.2 液壓傳動的優缺點(1)優點 1）傳動平穩在液壓傳動裝置中，由于油液的壓縮量非常小，在通常壓力下可以認為不可壓縮，依靠油液的連續流動進行傳動。油液有吸振能力，在油路中還可以設置液壓緩沖裝置，故不像機械機構因加工和裝配誤差會引起振動扣撞擊，使傳動十分平穩，便于實現頻繁的換向；因此它廣泛地應用在要求傳動平穩的機械上，例如磨床幾乎全都采用了液壓傳動。 2）質量輕體積小液壓傳動與機械、電力等傳動方式相比，在輸出同樣功率的條件下，體積和質量可以減少很多，因此慣性小、動作靈敏；這對液壓仿形、液壓自動控制和要求減輕質量的機器來說，是特別重要的。 3）承載能力大液壓傳動易于獲得很大的力

30、和轉矩，因此廣泛用于壓制機、隧道掘進機、萬噸輪船操舵機和萬噸水壓機等。4）液壓元件能夠自動潤滑由于采用液壓油作為工作介質，使液壓傳動裝置能自動潤滑，因此元件的使用壽命較長。5）容易實現復雜的動作采用液壓傳動能獲得各種復雜的機械動作，如仿形車床的液壓仿形刀架、數控銑床的液壓工作臺，可加工出不規則形狀的零件。6）簡化機構采用液壓傳動可大大地簡化機械結構，從而減少了機械零部件數目。 (2) 缺點 1）液壓元件制造精度要求高由于元件的技術要求高和裝配比較困難，使用維護比較嚴格。 2）實現定比傳動困難液壓傳動是以液壓油為工作介質，在相對運動表面間不可避免的要有泄漏，同時油液也不是絕對不可壓縮的。因此不宜

31、應用在在傳動比要求嚴格的場合，例如螺紋和齒輪加工機床的傳動系統。 3）油液受溫度的影響由于油的粘度隨溫度的改變而改變，故不宜在高溫或低溫的環境下工作。 4)不適宜遠距離輸送動力由于采用油管傳輸壓力油，壓力損失較大，故不宜遠距離輸送動力。 5）油液中混入空氣易影響工作性能油液中混入空氣后，容易引起爬行、振動和噪聲，使系統的工作性能受到影響。 6）油液容易污染油液污染后，會影響系統工作的可靠性。7）發生故障不易檢查和排除。4.3擴孔運動分析這臺專用機床，擴孔時要求系統完成的工作循環是：工件夾緊（擴孔）工作臺快進工作臺工進工作臺快退旋轉臺旋轉180 °（攻絲）工作臺快進工作臺快退工件松開。

32、運動部件的重力為25000N，快進快退速度為10m/min，工進速度為132mm/min，最大行程為400mm，其中工進行成為47mm，最大切削力為107N，采用平面導軌，夾緊缸的行程為20mm，夾緊力為30000N，加緊時間為1s。擴孔所用動力滑臺的工作循環圖圖4.1 動力滑臺的工作循環圖擴孔所用動力滑臺的工況分析首先繪出運動部件的速度循環圖如下，圖4.2 滑臺速度循環圖液壓缸所受外負載F包括三種類型，即 F=Fw+Ff+Fa式中 Fw工作負載，即擴孔切削力為107N；Fa運動部件速度變化時的慣性負載；Ff導軌摩擦阻力負載，啟動時為靜摩擦阻力，啟動后為動摩擦阻力，對于平導軌可由下式求得Ff

33、= f(G+FRn);G部件重力；FRn垂直與導軌的工作負載，在此處等于零。f導軌摩擦系數，取靜摩擦系數為0.2，動摩擦系數為0.1。則求得 Ffs = 0.2×25000 = 5000N Ffa = 0.1×25000 = 2500N上式中Ffs為靜摩擦阻力，Ffa為動摩擦阻力。Fa=Gg·vt=m×vt G為重力加速度；t為加速或減速時間，一般t=0.010.05;v為t時間內的速度變化量。 Fa=250009.8×50.05×60=4230N根據上述計算結果，列出各個工作階段所受的外負載（見下表）并畫出負載循環圖。工作循環外負載

34、F(N)啟動、加速F=Ffs+Fa9230快進F=Ffa2500工進F=Ffa+Fw2607快退F=Ffa2500表4.1 圖4.3 滑臺負載循環圖4.4擴孔液壓系統的計算：4.4.1 初選液壓缸工作壓力所設計的動力滑臺在工進時負載最大，其值為9230N，其它工況時的負載都相對較低，參考課本第10章表2和表3按照負載大小或按照液壓系統應用場合來選擇工作壓力的方法，初選液壓缸的工作壓力p1=3.0MPa。負載F/kN<5510102020303050>50工作壓力p/MPa<0.81.01.52.02.53.03.04.04.05.0>5.07.0表 4.2 按負載選擇執

35、行元件的工作壓力設備類型機床農業機械、小型工程機械液壓壓力機、重型機械、大中型挖掘機起重運輸機械。磨床組合機床龍門刨床拉床工作壓力p/MPa0.82.03.05.08.08.010.010.016.020.032.0表 4.3 各類液壓設別常用工作壓力液壓缸主要尺寸的確定圖4.4 動力滑臺缸的尺寸由于工作進給速度與快速運動速度差別較大，且快進、快退速度要求相等，從降低總流量需求考慮，應確定采用單桿雙作用液壓缸的差動連接方式。通常利用差動液壓缸活塞桿較粗、可以在活塞桿中設置通油孔的有利條件，最好采用活塞桿固定，而液壓缸缸體隨滑臺運動的常用典型安裝形式。這種情況下，應把液壓缸設計成無桿腔工作面積是

36、有桿腔工作面積兩倍的形式，即活塞桿直徑d與缸筒直徑D呈d = 0.707D的關系。工進過程中，當孔被擴通時，由于負載突然消失，液壓缸有可能會發生前沖的現象，因此液壓缸的回油腔應設置一定的背壓(通過設置背壓閥的方式)，選取此背壓值為p2=0.8MPa。快進時液壓缸雖然作差動連接（即有桿腔與無桿腔均與液壓泵的來油連接），但連接管路中不可避免地存在著壓降，且有桿腔的壓力必須大于無桿腔，估算時取0.5MPa。快退時回油腔中也是有背壓的，這時選取被壓值=0.6MPa。工進時液壓缸的推力計算公式為，式中：F 負載力hm液壓缸機械效率A1液壓缸無桿腔的有效作用面積A2液壓缸有桿腔的有效作用面積 p1液壓缸無

37、桿腔壓力 p2液壓有無桿腔壓力因此，根據已知參數，液壓缸無桿腔的有效作用面積可計算為A1=Fm·P1-P2=90320.9×3.0-0.82×106=0.004液壓缸缸筒直徑為D=4A1/=4×0.004×106/=71由于有前述差動液壓缸缸筒和活塞桿直徑之間的關系，d = 0.707D，因此活塞桿直徑為d=0.707×71=50.2mm，根據GB/T23481993對液壓缸缸筒內徑尺寸和液壓缸活塞桿外徑尺寸的規定，圓整后取液壓缸缸筒直徑為D=70mm，活塞桿直徑為d=50mm。此時液壓缸兩腔的實際有效面積分別為：A1=D24=3.8

38、5×10-3m2A2=D2-d24=1.88×10-3m24.4.3計算在個工作階段液壓缸所需的流量工作臺在快進過程中，液壓缸采用差動連接，此時系統所需要的流量為q快進=（A1-A2）×v1=19.7 L/min工作臺在快退過程中所需要的流量為q快退=A2×v2=18.8L/min工作臺在工進過程中所需要的流量為q工進=A1×v1=0.51 L/min夾緊缸在夾緊過程中所需要的流量為q夾=A夾×v夾=（/4）D夾2×v夾=（/4）×0.12×20×10-3×60=9.42 L/min其

39、中最大流量為快進流量為19.7L/min。4.5攻絲的運動分析：和擴孔不一樣，攻絲用的是攻絲動力頭，動力頭主軸箱帶有靠模，所以沒有工進，只有快進快退。4.5.1 運動分析繪制動力滑臺的工作循環圖圖4.5 動力滑臺的工作循環圖4.5.2 工況分析繪出運動部件的速度循環圖如下， 圖4.6 攻絲速度循環圖液壓缸所受外負載F包括三種類型，即 F=Fw+Ff+Fa式中 Fw工作負載為零N；Fa運動部件速度變化時的慣性負載；Ff導軌摩擦阻力負載，啟動時為靜摩擦阻力，啟動后為動摩擦阻力，對于平導軌可由下式求得Ff = f(G+FRn);G部件重力；FRn垂直與導軌的工作負載，在此處等于零。f導軌摩擦系數，取

40、靜摩擦系數為0.2，動摩擦系數為0.1。則求得 Ffs = 0.2×25000 = 5000N Ffa = 0.1×25000 = 2500N上式中Ffs為靜摩擦阻力，Ffa為動摩擦阻力。 Fa=Gg·vt=m×vtG為重力加速度；t為加速或減速時間，一般t=0.010.05;v為t時間內的速度變化量。 Fa=250009.8×50.05×60=4230N根據上述計算結果，列出各個工作階段所受的外負載（見下表）并畫出負載循環圖。工作循環外負載F(N)啟動、加速F=Ffs+Fa9230快進F=Ffa2500快退F=Ffa2500表4.4

41、 攻絲外負載圖圖4.7 攻絲循環圖4.6攻絲液壓系統的計算4.6.1初選液壓缸工作壓力所設計的動力滑臺在工進時負載最大，其值為9230N，其它工況時的負載都相對較低，參考課本第10章表2和表3按照負載大小或按照液壓系統應用場合來選擇工作壓力的方法，初選液壓缸的工作壓力p1=3.0MPa。液壓缸主要尺寸的確定圖4.8 攻絲滑臺液壓缸圖由于采用單桿雙作用液壓缸的差動連接方式。所選方式和前面選擇擴孔液壓滑臺是一樣。所以在這里比在描述。工進時液壓缸的推力計算公式為，式中：F 負載力hm液壓缸機械效率A1液壓缸無桿腔的有效作用面積A2液壓缸有桿腔的有效作用面積 p1液壓缸無桿腔壓力 p2液壓有無桿腔壓力

42、因此，根據已知參數，液壓缸無桿腔的有效作用面積可計算為A1=Fm·P1-P2=90320.9×3.0-0.82×106=0.004液壓缸缸筒直徑為D=4A1/=4×0.004×106/=71由于有前述差動液壓缸缸筒和活塞桿直徑之間的關系，d = 0.707D，因此活塞桿直徑為d=0.707×71=50.2mm，根據GB/T23481993對液壓缸缸筒內徑尺寸和液壓缸活塞桿外徑尺寸的規定，圓整后取液壓缸缸筒直徑為D=70mm，活塞桿直徑為d=50mm。此時液壓缸兩腔的實際有效面積分別為：A1=D24=3.85×10-3m2A2

43、=D2-d24=1.88×10-3m24.6.2 計算在個工作階段液壓缸所需的流量工作臺在快進過程中，液壓缸采用差動連接，此時系統所需要的流量為q快進=（A1-A2）×v1=19.7 L/min工作臺在快退過程中所需要的流量為q快退=A2×v2=18.8L/min夾緊缸在夾緊過程中所需要的流量為q夾=A夾×v夾=（/4）D夾2×v夾=（/4）×0.12×20×10-3×60=9.42 L/min其中最大流量為快進流量為19.7L/min。上面計算的分別是一個擴孔和攻絲的液壓系統，由前面對整個系統的描述可知

44、，整個系統是有兩個擴孔動力頭和兩個攻絲動力頭組成的，由于兩個擴孔動力頭是同時進行的，快進工進快退基本上一樣，所以在這里不再單獨計算另外一個擴孔滑臺；同樣兩攻絲的快進快退也基本上一樣，所以也不單獨計算另外一個攻絲滑臺。整個系統除了有兩個攻絲的和兩個擴孔的油缸之外還有兩個位置的零件夾緊，還有旋轉臺的油缸系統，所以選泵的時候最大工作壓力按各油缸的最大壓力算，流量按各油缸最大流量和計算。下面來做泵和閥有關計算。4.6.3 計算液壓泵的最大工作壓力由于本設計采用雙泵供油方式，大流量液壓泵只需在快進和快退階段向液壓缸供油，因此大流量泵工作壓力較低。小流量液壓泵在快速運動和工進時都向液壓缸供油，而液壓缸在工

45、進時工作壓力最大，因此對大流量液壓泵和小流量液壓泵的工作壓力分別進行計算。根據液壓泵的最大工作壓力計算方法，液壓泵的最大工作壓力可表示為液壓缸最大工作壓力與液壓泵到液壓缸之間壓力損失之和。Pp=P1+p式中Pp液壓泵最大的工作壓力P1執行元件最大的工作壓力p進油管路中的壓力損失，復雜系統取0.51.5MPa對于調速閥進口節流調速回路，選取進油路上的總壓力損，同時考慮到壓力繼電器的可靠動作要求壓力繼電器動作壓力與最大工作壓力的壓差為0.5MPa，則小流量泵的最高工作壓力可估算為Pp1=P1+P損+P繼電器=3+0.8+0.5=4.3MPa大流量泵只在快進和快退時向液壓缸供油，快退時液壓缸中的工作

46、壓力比快進時大，如取進油路上的壓力損失為0.5MPa，則大流量泵的最高工作壓力為： Pp2=P1+P損=3+0.5=3.5MPa上述計算所得的Pp是系統的靜態壓力，考慮到系統在各種工況的過渡階段出現的動態壓力往往超過靜態壓力。另外考慮到一定的壓力儲備量，并確保泵的壽命，因此選泵的額定壓力Pn應滿足Pn（1.251.6）PP。中低壓泵取最小值，高壓泵取最大值。Pn1=4.3×1.6=6.88MPaPn2=3.5×1.25=4.38MPa4.7擬定液壓系統原理圖4.7.1 確定供油方式的選擇考慮到該機床速度較高，四個加工方位，兩個擴孔動力頭動力滑臺同時工作，兩個攻絲動力頭動力滑

47、臺也同時工作，考慮到同步性要求比較高。從節省能量減少發熱考慮，泵源系統宜選用雙泵供油。除采用雙聯泵作為油源外，也可選用限壓式變量泵作油源。但限壓式變量泵結構復雜、成本高，且流量突變時液壓沖擊較大，工作平穩性差，最后確定選用雙聯液壓泵供油方案，有利于降低能耗和生產成本。雙聯葉片泵限壓式變量葉片泵1流量突變時，液壓沖擊取決于溢流閥的性能，一般沖擊較小1流量突變時，定子反應滯后，液壓沖擊大2內部徑向力平衡，壓力平衡，噪聲小，工作性能較好。2內部徑向力不平衡，軸承較大，壓力波動及噪聲較大，工作平衡性差3須配有溢流閥、卸載閥組，系統較復雜3系統較簡單4有溢流損失，系統效率較低，溫升較高4 無溢流損失，系

48、統效率較高，溫升較低表4.5 泵的對比圖4.9 雙聯泵4.7.2調速方式的選擇所設計組合機床液壓系統在整個工作循環過程中所需要的功率較小，系統的效率和發熱問題并不突出，因此考慮采用節流調速回路即可。雖然節流調速回路效率低，但適合于小功率場合，而且結構簡單、成本低。該機床的進給運動要求有較好的低速穩定性和速度-負載特性，因此有三種速度控制方案可以選擇，即進口節流調速、出口節流調速、限壓式變量泵加調速閥的容積節流調速。擴孔攻絲加工屬于連續切削加工，加工過程中切削力變化不大，因此擴孔鉆削過程中負載變化不大，采用節流閥的節流調速回路即可。由于選定了節流調速方案，所以油路采用開式循環回路，以提高散熱效率

49、，防止油液溫升過高。4.7.3速度換接方式的選擇所設計組合機床液壓系統對換向平穩性的要求不高，流量不大，壓力不高，所以選用價格較低的電磁換向閥控制換向回路即可。選用三位五通電磁換向閥。為了調整方便和便于增設液壓夾緊支路，應考慮選用Y型中位機能。由前述計算可知，當工作臺從快進轉為工進時，進入液壓缸的流量大大減小，可選二位二通行程換向閥來進行速度換接，以減少速度換接過程中的液壓沖擊。由于工作壓力較低，控制閥均用普通滑閥式結構即可。由工進轉為快退時，在回路上并聯了一個單向閥以實現速度換接。為了控制軸向加工尺寸，提高換向位置精度，采用死擋塊加壓力繼電器的行程終點轉換控制。圖4.10 三位五通換向閥4.

50、7.4 夾緊回路的選擇用二位五通電磁閥來控制加緊、松開換向動作時，為了避免工作時突然斷電而松開，應采用失電夾緊方式。考慮到夾緊時間可調節和當進油路壓力瞬時下降時仍能保持夾緊力，所以接入節流閥調速和單向閥保壓。在該回路中還裝有減壓閥，用來調節夾緊力的大小和保持夾緊力的穩定。4.7.5 回轉臺液壓系統在這臺組合機床上裝回轉臺是為了讓工件平穩的旋轉到不同的工位，回轉工作臺在市場上能買到原件，說以在此只介紹一下回轉工作臺液壓裝置實現步驟：工作臺的抬起與鎖緊裝置脫開、離合器打開、回轉臺快速慢速回轉、回轉臺反向定位、離合器夾緊、回轉臺夾緊與鎖緊裝置鎖緊。回轉剛的速度一般為34m/min。采用雙聯定量泵是可

51、選用4/16L/min或4/25L/min的規格。圖4.11 旋轉臺液壓系統4.8 液壓元件的選擇：確定液壓泵和電機規格1、泵的選擇：在整個擴孔工作循環過程中，液壓油源應向液壓缸提供的最大流量出現在快進工作階段，為19.7 L/min，若整個回路中總的泄漏量按液壓缸輸入流量的10%計算，則液壓油源所需提供的總流量為：qp=1.1×19.7= 21.67L/min所以兩個擴孔動力頭用流量是2qp=2×1.1×19.7=43.34L/min工作進給時，液壓缸所需流量約為0.51 L/min，但由于要考慮溢流閥的最小穩定溢流量3 L/min，故小流量泵的供油量最少應為3

52、.51 L/min。所以兩個擴孔動力頭小流量泵的供油量最少是7.02L/min。在攻絲工作循環過程中，液壓油源應向液壓缸提供的最大流量也是出現在快進工作階段，為19.7 L/min，攻絲總的泄漏量按液壓缸輸入流量的也取10%計算，則液壓油源所需提供的總流量為：qp=1.1×19.7= 21.67L/min所以兩個攻絲動力頭用流量是2qp=2×1.1×19.7=43.34L/min所以四個動力頭的由油泵提供的流量為43.34+43.34=86.68L/min。有上述計算可知每個夾緊缸的流量為9.42 L/min，所以兩個夾緊缸由泵提供的流量為18.84L/min。由

53、前面選擇液壓回轉臺時選取的雙聯泵流量為4/16L/min。可知選擇小流量泵流量為4，大流量泵流量為16.有上述可得到雙聯泵小流量泵最小流量為4+7.02=11.02L/min。大流量泵最小流量為86.68+18.84+16=111.52L/min選取液壓泵的規格據以上液壓最大工作壓力Pn和總流量qp的計算數值，上網或查閱機械設計手冊.第4卷，例如YUKEN日本液壓泵樣本，確定PV2R型雙聯葉片泵能夠滿足上述設計要求，因此選取PV2R12-17/153型雙聯葉片泵，其中小泵的排量為17.1mL/r，大泵的排量為153mL/r，若取液壓泵的容積效率=0.9，則當泵的轉速=940r/min時，小泵的

54、輸出流量為qp小=17.1´940´0.9/1000=14.467 L/min該流量能夠滿足液壓缸工進速度的需要。大泵的輸出流量為qp大=153´940´0.9/1000=129.438 L/min雙泵供油的實際輸出流量為qp=14.467+129.438=143.905L/min該流量能夠滿足液壓缸快速動作的需要。元件名稱估計流量規格額定流量額定壓力MPa型號雙聯葉片泵143.905最高工作壓力為16 MPaPV2R12-17/153表4.6 液壓泵參數電機的選擇由于液壓缸在快退時輸入功率最大，這時液壓泵工作壓力為4.38MPa，流量為143.9L/m

55、in。取泵的總效率，則液壓泵驅動電動機所需的功率為：P=pp×qp=4.38×143.960×0.75=14KW表4.7 電動機型號根據上述功率計算數據，此系統選取Y160M-6型電動機，其額定功率Pn=17KW，額定轉速nn=970r/min。閥類元件和輔助元件的選擇根據上述流量及壓力計算結果，原理圖中初步擬定的液壓系統原理圖中各種閥類元件及輔助元件進行選擇。其中調速閥的選擇應考慮使調速閥的最小穩定流量應小于液壓缸工進所需流量。通過原理圖中10個單向閥的額定流量是各不相同的，因此最好選用不同規格的單向閥。各個順序閥和減壓閥的所需壓力也是各不相同的，因此最好選用不同規格的順序閥和減壓閥。在原理圖中溢流閥4、和順序閥3的選擇可根據調定壓力和流經閥的額定流量來選擇閥的型式和規格，其中溢流閥4的作用是調定工作進給過程中小流量液壓泵的供油壓力，因此該閥應選擇先導式溢流閥，連接在大流量液壓泵出口處的順序閥3用于使大流量液壓泵卸荷，因此應選擇外控式。最后本設計所選擇方案如表5所示，表中給出了各種液壓閥的型號及技術參數。輔件元件的選擇根據液壓泵的工作壓力和通過閥的實際流量，