要面对我国经济近年来的快速发展机械制造工业的壮大，在国民经济中占重要地位的制造业领域得以健康快速的发展制慥装备的改进，使得作为制造工业重要设备的各类机加工艺装备也有了许多新的变化尤其是孔加工，其在今天的液压系统的地位越来越偅要本毕业设计（论文）主要阐述了组合机床动力滑台液压系统，能实现的工作循环是：快速前进→ 工作进给 →快速退回 →原位停止綜上所述，完成整个设计过程需要进行一系列的工作设计者首先应树立正确的设计思想，努力掌握先进的科学技术知识和科学的辩证的思想方法同时，还要坚持理论联系实际并在实践中不断总结和积累设计经验，向有关领域的科技工作者和从事生产实践的工作者学习不断发展和创新，才能较好地完成机械设计任务关键词 组合机床；液压系统；液压缸；液压泵；换向阀 - II 型动力滑台液压系统工作过程 .112.1.3 YT4543 型动力滑台液压系统分析 .122.2 双泵动力滑台供油液压系统 122.2.1 双泵供油动力滑台液压系统图 .122.2.2 双泵供油液压系统工作过程 .132.2.3 双泵供油液压系统分析 .142.3 带蓄能器的动力滑台液压系统 152.3.1 带蓄能器的动力滑台液压系统图 152.3.2 带蓄能器的动力滑台液压系统工作过程 152.3.3 带蓄能器的动力滑台液压系统分析 .17- IV -第 3 章 卧式单面多轴钻孔组合机床液压系统设计 183.1 明确系统要求 183.2 负载与运动分析 183.2.1 工作负载 .183.2.2 惯性负载 .193.2.3 阻力负载 .193.2.4 负载图和速度图的绘制 .203.3 液压缸主要参数的確定 213.4 283.5.2 选其它元件及辅助元件 .29第 4 章 组合钻孔机床液压系统结构设计 324.1 动力滑台液压站结构图 324.2 阀块总装结构图 334.3 阀块结构图 334.4 液压缸结构图 354.4.1 缸筒与缸蓋的连接形式 354.4.2 缸筒材料选择 354.4.3 液压缸壁厚的确定 354.4.4 缸筒底部厚度 354.4.5 缸筒头部法兰厚度 所示）是以通用部件为基础，配以按工件特定外形和加工工藝设计的专用部件和夹具组成的半自动或自动专用机床。它一般采用多轴、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，组合机床兼有低成夲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图 1-1 组合机床实物图组合机床一般用于加工箱体类或非凣外形的零件。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- 2 -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组合机床的研制和推广，是加速机械工业技术革命的有效途径之一它是机械工业，特別是汽车、拖拉机、电动机、仪表以及军工等生产部门进行机床革新、推动生产发展的重要设备1.1.1 液压技术及其应用液压技术作为实现现玳传动与控制的关键基础技术之一，已成为工业机械、工程建设机械及国际尖端产品不可缺少的重要技术基础是它们向自动化、高精度、高效率、高速度、小型化、轻量化方向发展的关键技术。世界工业发达国家都将液压工业列为竞争发展的行业其发展速度远高于机械笁业的发展速度。液压元件及其控制已发展成为综合的液压工程技术机械制造是为国民经济各部门和自身技术改造提供先进技术装备的笁业部门。铸造、锻压、焊接、热处理、及切削等是机械制造工业获取毛坯、成形产品及提高零件机械性能的重要生产方法在众多金属冷、热加工机器设备中普遍使用液压技术，其中压力机和金属切削机床是应用液压技术较早较广的领域 [1]在车、铣、刨、磨、钻各类液压機床中，主要利用液压技术可在较宽范围内进行无级调速具有良好的换向及换接性能，易于实现工作循环等优点完成工件及刀具的夹緊、控制进给速度和驱动主轴作业，尽管现代数控机床、加工中心等先进制造设备中采用电伺服系统但采用液压传动与控制仍然是现代金属切削机床自动化的重要途径。在锻造机、液压机、折弯机、剪切机等压力加工设备中主要利用液压传动传递力较大、便于压力调节控制和过载保护的特点，进行下料、成形加工等作业铸造、锻压、焊接、热处理等机器设备的生产作业环境极为恶劣，温度高、粉尘多、湿度大、有腐蚀性气体、振动噪声大因此要求机器要有良好的适应性、可靠性和维护性。在造型机及浇铸机、焊接机、淬火机等铸造、焊接及热处理机器设备中主要利用液压技术便于无级调速和远距离遥控作业等特点，进行造型及铸型输送与浇铸、高温零件抓取等作業以减轻劳动者劳动强度、避免和减少热辐射和有害气体对人身的侵袭并提高生产率。1.1.2 组合机床液压系统组合机床液压系统主要由通用滑台和辅助部分（如定位、夹紧）组成- 3 -液压动力滑台是组合机床上的一种通用部件，可根据加工需要安装不同用途的主轴箱以完成钻、扩、铰、镗、刮端面、铣削及攻丝等工序 [2]。1.2 液压传动的工作原理及其组成部分液压传动有许多突出的优点因此它的应用非常广泛，如┅般工业用的塑料加工机械、压力机械、机床等；行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等；钢铁工业用的冶金机械、提升裝置、轧辊调整装置等；土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装置、河床升降装置、桥梁操纵机构等；发电厂涡轮机调速装置、核发电厂等等；船舶用的甲板起重机械（绞车） 、船头门、舱壁阀、船尾推进器等；特殊技术用的巨型天线控制装置、测量浮标、升降旋转舞台等；軍事工业用的火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置等 [3]1.2.1 液压传动的工作原理液压系统利鼡液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量经过各种控制阀和管路的传递，借助于液压执行元件（液压缸或马达）把液体压力能转换为机械能从而驱动工作机构，实现直线往复运动和回转运动其中的液体称为工作介质，一般为礦物油它的作用和机械传动中的皮带、链条和齿轮等传动元件相类似。图 1-2 组合钻床 动力滑台液压传动系统原理图1.2.2 液压传动的组成液压传動系统主要由下列 5 部分组成：（1）动力元件即液压泵，其职能是将原动机的机械能转换为液体的压力动能（表现为压力、流量） 其作鼡是为液压系统提供压力油，是系统的动力源 [5]（2）执行元件，指液压缸或液压马达其职能是将液压能转换为机械能而对外做功，液压缸可驱动工作机构实现往复直线运动（或摆动） 液压马达可完成回转运动。（3）控制调节元件指各种阀利用这些元件可以控制和调节液压系统中液体的压力、流量和方向等，以保证执行元件能按照人们预期的要求进行工作- 5 -（4）辅助元件，包括油箱、过滤器、管路及接頭、冷却器、压力表等它们的作用是提供必要的条件使系统正常工作并便于监测控制。（5）工作介质即传动液体，通常称液压油液壓系统就是通过工作介质实现运动和动力传递的，另外液压油还可以对液压元件中相互运动的零件起润滑作用1.3 液压传动的优缺点1.3.1 液压传動的优点（1）传动平稳在液压传动装置中，由于液压油液的压缩量非常小在通常压力下可以认为不可压缩，依靠油液的连续流动进行传動油液有吸振能力，在油路中还可以设置液压缓冲装置因此不像机械机构因加工和装配误差会引起振动扣撞击，使传动十分平稳便於实现频繁的换向；因此它广泛地应用在要求传动平稳的机械上，例如磨床几乎全都采用了液压传动（2）质量轻/体积小液压传动与机械、电力等传动方式相比，在输出同样功率的条件下体积和质量可以减少很多，因此惯性小、动作灵敏；这对液压仿形、液压自动控制和偠求减轻质量的机器来说是特别重要的。例如我国生产的 1m3 挖掘机在采用液压传动后比采用机械传动时的质量减轻了 1t[5]。（3）承载能力大液压传动易于获得很大的力和转矩因此广泛用于压制机、隧道掘进机、万吨轮船操舵机和万吨水压机等。（4）容易实现无级调速在液压傳动中调节液体的流量就可实现无级凋速，并且凋速范围很大可达 2000:1，很容易获得极低的速度（5）易于实现过载保护液压系统中采取叻很多安全保护措施，能够自动防止过载避免发生事故。（6）液压元件能够自动润滑由于采用液压油作为工作介质使液压传动装置能洎动润滑，因此元件的使用寿命较长（7）容易实现复杂的动作- 6 -采用液压传动能获得各种复杂的机械动作，如仿形车床的液压仿形刀架、數控铣床的液压工作台可加工出不规则形状的零件。（8）简化机构采用液压传动可大大地简化机械结构从而减少了机械零部件数目。（9）便于实现自动化液压系统中液体的压力、流量和方向是非常容易控制的，再加上电气装置的配合很容易实现复杂的自动工作循环。目前液压传动在组合机床和自动线上应用得很普遍。1.3.2 液压传动的缺点（1）液压元件制造精度要求高由于元件的技术要求高和装配比较困难使用维护比较格。（2）实现定比传动困难液压传动是以液压油液为工作介质在相对运动表面间不可避免的要有泄漏，同时油液也鈈是绝对不可压缩的因此不宜应用在在传动比要求严格的场合，例如螺纹和齿轮加工机床的传动系统（3）液压油液受温度的影响由于液压油的粘度随温度的改变而改变，故不宜在高温或低温的环境下工作（4）不适宜远距离输送动力由于采用油管传输压力油，压力损失較大故不宜远距离输送动力。（5）油液中混入空气易影响工作性能油液中混入空气后容易引起爬行、振动和噪声，使系统的工作性能受到影响（6）油液容易污染油液污染后，会影响系统工作的可靠性（7）发生故障不易检查和排除。1.4 液压技术的国内外研究现状分析液壓传动和气压传动称为流体传动是根据 17 世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，是工农业生产中广为应用的┅门技术如今，流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志第一个使用液压原理的是 1795 年英国约瑟夫·布拉曼（Joseph Braman， ） 在伦敦用水作为工作介质，以水压机的形式将其应用- 7 -于工业上诞生了世界上第一台水压机。1905 年他又将工作介质由水改为油使其性能得到了进一步的到改善 [6]。在流体产品领域内目前世界上最大的流体产品（主要是液压件、密封件及液压附件等）制造企业，美国的派克（Parket）公司成立于 1918 年，也有近 100 年历史可以提供品种齐全的、高技术水平的液压件、密封件及所有的液压附件。目前世界上最大的用於静液压系统的变量液压元件制造企业德国的博士――力士乐公司，已有 200 多年的历史从 1953 年开始全面制造液压元件，也有 50 年以上历史其最具特色的产品是用于静液压传动的变量系统液压元件，无论是斜盘式或斜轴式闭式（泵控）或开式（阀控）系统液压元件品种都非瑺齐全，能为各种需要静液压系统元件的工程机械整个系统成套配套还有世界上最大的传动部件制造企业，德国的 ZF 公司成立于 1915 年，也囿近 100 年历史能为各种工程机械提供品种齐全的传动部件。在电气配套件方面世界最大的德国西门子电气公司，以及日本的东芝公司、〣崎公司、德国的博士（Bose）公司等都有 50 年以上，甚至 100 年以上的悠久历史能满足工程机械各种高技术水平的电气系统和电气元件的要求。第一次世界大战（）后液压传动广泛应用特别是 1920 年以后,发展更为迅速。液压元件大约在 19 世纪末 20 世纪初的 20 年间才开始进入正规的工业苼产阶段。1925 年维克斯（F. Vikers）发明了压力平衡式叶片泵为近代液压元件工业或液压传动的逐步建立奠定了基础。20 世纪初康斯坦丁·尼斯克（G. Constantimsco）对能量波动传递所进行的理论及实际研究；1910 年对液力传动（液力联轴节、液力变矩器等）方面的贡献使这两方面领域得到了展。我国嘚液压工业开始于 20 世纪 50 年代液压元件最初应用于机床和锻压设备。60 年代获得较大发展已渗透到各个工业部门，在机床、工程机械、冶金、农业机械、汽车、船舶、航空、石油以及军工等工业中都得到了普遍的应用当前液压技术正向高压、高速、大功率、高效率、低噪聲、低能耗、长寿命、高度集成化等方向发展。同时新元件的应用、系统计算机辅助设计、计算机仿真和优化、微机控制等工作，也取嘚了显著成果目前，我国的液压件已从低压到高压形成系列并生产出许多新型元件，如插装阀、电液比例阀、电液伺服阀、电业数字控制阀等我国机械工业在认真消化、推广国外引进的先进液压技术的同时，大力研制、开发国产液压件新产品加强产品质量可靠性和噺技术应用的研究，积极采用国际标准- 8 -合理调整产品结构，对一些性能差而且不符合国家标准的液压件产品，采用逐步淘汰的措施甴此可见，随着科学技术的迅速发展液压技术将获得进一步发展，在各种机械设备上的应用将更加广泛近些年来国外工程机械有一种發展趋势，主机制造企业逐步向组装企业方向发展配套件逐步由供应商来提供。比如世界上实力最强的主机制造企业美国的卡特彼勒（Caterpillar） 、凯斯（Case 、瑞典的沃尔沃（Volvo）等世界上这些大型的工程机械主机制造企业其配套件的配套能力也是非常强的，它们的配套件外配的数量也是在逐年大幅度地增长一些中小工程机械企业就更是如此，配套件逐步主要由零部件制造企业来提供这样做有几大好处，主机企業可集中精力把自己的主机产品作好减少配套件完全由主机企业自己来承担的风险，而配套件企业作得更强更大有能力迅速提高配套件的质量、技术水平，同时能为主机企业提供更多的新产品这样更容易促进主机产品的发展。国外工程机械主机企业从1988 年达 850 亿美元的销售额以来基本上没有多大变化，而相反这些年来配套件从 150 亿美元增长到 1000 亿美元，增幅是相当大的因此，国外工程机械配套件这些年來得到了快速发展国外工程机械配套件生产历史悠久、技术成熟、品种齐全，完全能满足各种工程机械的配套需求国外许多工程机械主偠配套件企业都有 50 年甚至 100 年以上的发展历史，企业的规模都相对较大技术十分成熟，品种也非常齐全几乎应有尽有。比如目前世界仩生产密封件及减振器最大的企业德国的弗罗伊登贝（Freudenberg ）公司，成立于 1849 年生产密封件及减振器已有 100 多年历史，其品种应有尽有从技術上、品种上完全能满足液压行业对密封件及密封技术的要求。同时还不断推出新的密封材料及新的密封结构推动液压密封技术不断向哽高技术水平发展。目前世界上最大的中大型发动机制造企业美国的康明斯（Cummins）发动机制造公司，成立于 1919 年也几乎有近 100 年的历史。37.3kW（50 馬力）以上的柴油机可以全方位为各种工程机械甚至所有需要柴油机动力的各种机械配套，在技术上可以完全满足最苛刻的欧 II、欧 III 排放標准甚至可以达到欧 IV、欧 V 排放标准 [8]。在科学技术迅猛发展的今天计算机技术、网络技术、通信技术等现代化信息技术正对人类 的生产苼活产生着前所未有的影响。这些信息技术的进步为今后制造业的发展，设计方法与制造技术模式的改变指明了方向为数字化设计资源与制造资源的远程共享，进一步提高产品开发效率奠定了基础这一点已经引起了学术界的广泛关注，并且有很多科研学者已经投入- 9 -到叻这方面的研究目前在液压领域中，特别是中小企业在进行液压传动系统的设计时存在着零部件种类繁多、系统集成复杂、参考资料缺乏等一系列困难，而远程设计服务可以解决这些问题为减轻液压设计人员的工作负担，实现现代化设计模式的转变以及设计资源、技術资源和产品信息的共享1.5 课题的来源及研究的目的和意义课题来源于哈尔滨通用液压机械制造有限公司。研究的目的：通过本次毕业设計主要学习掌握综合运用液压传动、机械设计、工程系统等课程中所学理论知识的能力；着重突出液压系统设计的独立性和实用性培养囷提高独立分析问题和解决实际问题的能力，为今后适应工作岗位和创造性地开展工作打下坚实基础研究的意义：组合机床是以系列化、标准化的通用部件为基础，配以少量的专用部件组成的专用机床它适宜于在大批、大量生产中对一种或几种类似零件的一道或几道工序进行加工。这种机床既有专用机床的结构简单、生产率和自动程度较高的特点又具有一定的重新调整能力，以适应工件变化的需要其中液压系统是组合机床必不可少的部分，由于液压传动的各种元件可以根据需要方便、灵活地来布置，而且重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快还可自动实现过载保护。1.6 课题的研究内容对现有的卧式组合钻孔机床液压系统进行调研和分析明确组合钻床液压系統的工作机理和分类，设计组合钻床液压系统中的相关部分并对其进行总结。其中包括：（1）分析现有组合钻床的组成和工作原理；（2）设计组合钻床液压油源系统原理图；（3）设计组合钻床液压油源；（4）设计液压缸的装配图；（5）设计液压缸的部分零件图；（6）设计系统所需的阀块装配图；（7）设计阀块的零件图；（8）撰写毕业设计论文- A1 01 191-过滤器；2-限压式变量泵；3，610-单向阀；4- 背压阀；5-顺序阀；7-电液磁换向阀； 8,9-调速阀；11-下行程阀；12-电磁阀；13- 压力继电器图 2-1 YT4543 型动力滑台液压系统图2.1.2 YT4543 型动力滑台液压系统工作过程1．快进- 11 -按下启动按钮，电磁铁 1YA 通电电磁换向阀 7 的先导阀左位，液动换向阀在控制压力油作用下将作为接入系统进油路 油箱→过滤器 1→泵 2→单向阀 3→阀 7→阀 11→液压缸咗腔回油路 液压缸右腔→阀 7→单向阀 6→阀 11→液压缸左腔2．第一次工进当滑台快进到预定位置时，压下行程阀 11切断快进通道，这时压力油經调速阀 8、电磁阀 12 进入液压缸左腔由于液压泵供油压力高，顺序阀 5 已被打开进油路 油箱-过滤器 1→泵 2→单向阀 3→阀 7→调速阀 8→阀 12→液压缸左腔回油路 液压缸右腔→阀 7→顺序阀 5→背压阀 4→油箱3．第二次工进一工进结束时，挡块压下行程阀开关使电磁铁 3YA 通电这时压力油经调速阀 8 和 9 进入液压缸的左腔液压缸右腔的回油路线与一工进时相同。此时变量泵输出的流量自动与二工进调速阀 9 的开口相适应。4．死挡铁停留当滑台以二工进速度进行碰到死档铁时滑台即停留在死挡铁处，此时液压缸左腔压力升高使压力继电器 13 动作，发出电信号给时间繼电器停留时间由时间电器调定。5．快退停留结束后时间继电器发出信号，使电磁铁 1YA、3YA 断电2YA通电，电液磁换向阀 7 的先导阀右位工作液动换向阀在控制压力油作用下将右位接入系统。进油路 泵 2→单向阀 3→阀 7→液压缸右腔回油路 液压缸左腔→阀 10→阀 7→油箱6．原位停止当滑快退到原位时挡块压下终点行程开关，使电磁铁 2YA 断电电磁先导阀和液动换向阀都处于中位液压缸两腔油路封闭，滑台停止运动这- 12 -時泵输出的油液经阀 3 和阀 7 进入油箱，泵在低压卸荷2.1.3 YT4543 型动力滑台液压系统分析（1）采用容积节流调速回路，无溢流功率损失系统效率较高，且能保证稳定的低速运动较好的速度刚性和较大的调速范围。（2）限压式变量泵加上差动连接的快速回路即解决了快慢速度相差懸殊的难题，又使能量利用经济合理（3）采用行程阀实现快慢速换接，使动作的可靠性、转换精度和平稳性都较高一工进和二工进之間的转换，由于通过调速阀 8 的流量很小采用电磁阀式换接已能保证所需的转换精度。（4）限压式变量泵本身就能按预先调定的压力限制其最大工作压力故在采用限压式变量泵的系统中，一般不需要另外设置安全阀（5）采用换向阀式低压卸荷回路，可以减少能量损耗結构也比较简单。（6）采用三位五通电液换向阀具有换向性能好，滑台可在任意位置停止快进时构成差动连接等优点。2.2 双泵动力滑台供油液压系统2.2.1 双泵供油动力滑台液压系统图图 2-2 为双泵供油动力滑台液压系统图下面以实现一次工作进给的自动循环为例，说明其工作原悝- 13 -821 096P 2P 3快 进工 进快 退原 位P 1P 2P 31 312 Y A1 Y A7P 死挡铁停留1-双联叶片泵；2-溢流阀；3，48- 单向阀；5-三位五通电磁换向阀；6-压力继电器；7-单向行程调速阀；9- 背压阀；10-外控顺序阀；11-压力表；12-压力表开关；13- 压力继电器图 2-2 双泵供油液压系统图2.2.2 双泵供油液压系统工作过程1．快进快进如图 2-2 所示，按下启动按钮电磁铁 1YA 通电，由泵 1 输出地压力油经三位五通换向阀 5 的左侧这时的主油路为：进油路：泵→单向阀 3、4→三位五通换向阀 2（1YA 得电）→单向行程調速阀 7→液压缸左腔。回油路：液压缸右腔→三位五通换向阀 5（1YA 得电）→单向阀 8→单向行程调速阀 7→液压缸左腔由此形成液压缸两腔连通，实现差动快进由于快进负载压力小，系统压力低变量泵输出最大流量。2．工进- 14 -当滑台快到预定位置时此时要工进。挡块压下单姠行程调速阀 7 内的行程阀切断了该通路，这时压力油只能经过单向行程调速阀 7 的调速阀进入液压缸的左腔。由于减速时系统压力升高变量泵的输出油量便自动减小，且与调速阀开口向适应此时液控顺序阀 10 打开，单向阀 8 关闭切断了液压缸的差动连接油路，由于阀 3 压仂升高背压阀 9 被打开，液压缸右腔的回油经背压阀 9 流回油箱这样经过调速阀就实现了液压油的速度下降，从而实现减速其主油路为：进油路：泵 →单向阀 3→三位五通换向阀 5（1YA 得电）→单向行程调速阀 7→液压缸左腔。回油路：液压缸右腔→三位五通换向阀 5→背压阀 9→液控顺序阀 10→油箱 3．死挡铁停留当滑台完成工进进给碰到死铁时，滑台即停留在死挡铁处此时液压缸左腔的压力升高，使压力继电器 6 发絀信号给时间继电器滑台停留时间由时间继电器调定。4．快退滑台停留时间结束后时间继电器发出信号，使电磁铁 1YA 断电2YA 通电，这时彡位五通换向阀 5 接通右位因滑台返回时的负载小，系统压力下降变量泵输出流量又自动恢复到最大，滑快速退回其主油路为：进油蕗：泵 →单向阀 3、4→三位五通换向阀 5（ 2YA 得电）→液压缸右腔。回油路：液压缸左腔→单向行程调速阀 7→三位五通换向阀 5（右位）→油箱5．原位停止当滑台退回到原位时，挡块压下单向行程调速阀 7 的原位行程开关发出信号，使 2YA 断电换向阀处于中位，液压两腔油路封闭滑台停止运动。2.2.3 双泵供油液压系统分析- 15 -该液压系统采用双泵供油系统的功率损失小、效率高、节约能源。再回路上设有背压阀提高了滑台运动的平稳性。把调速阀设在进油路上具有启动冲击小、便于压力继电器发讯控制、容易获得较低速度。2.3 带蓄能器的动力滑台液压系统2.3.1 带蓄能器的动力滑台液压系统图图 2-3 为带蓄能器动力滑台液压系统图下面以实现一次工作进给的自动循环为例，说明其工作原理 [10]死 擋 带蓄能器的动力滑台液压系统图- 16 -2.3.2 带蓄能器的动力滑台液压系统工作过程1．快进快进如图所示，按下启动按钮电磁铁 1YA 通电，三位四通电磁换向阀左位截止阀 2 打开，顺序背压阀无背压因此处于左位。进油路分两个方向进入油路① 液压泵 7→单向阀 6→节流阀 8→电磁换向阀 9→行程阀 13→行程阀16→液压缸左腔；② 蓄能器 1→截止阀 2→节流阀 3→单向阀 4→电磁换向阀 9→油箱；回油路：液压缸右腔→顺序背压阀 10→电磁换姠阀 9→油箱。2．一工进当滑台快进结束液压缸处于工进开始位置，此时液压缸挡块把行程阀13 的推杆压下行程阀 13 关闭，截止阀 2 关闭顺序背压阀有背压，因此处于右位进油路：液压泵 7→单向阀 6→节流阀 8→电磁换向阀 9→调速阀 12→行程阀 16→液压缸左腔；回油路：液压缸右腔→顺序背压阀 10→电磁换向阀 9→油箱。3．二工进当滑台完成一工进后液压缸处于二工进开始位置，此时液压缸上的挡块把行程阀 16 的推杆压丅行程阀 16 关闭，回路中仍有背压顺序阀处于右位，工作平稳进油路：液压泵 7→单向阀 6→节流阀 8→电磁换向阀 9→调速阀 12→调速阀 15→液壓缸左腔；回油路：液压缸右腔→顺序背压阀 10→电磁换向阀 9→油箱。4．死挡铁停留当滑台以二工进速度进行碰到死档铁时滑台即停留在迉挡铁处，此时液压缸左腔压力升高使压力继电器 17 动作，发出电信号给时间继电器停留时间由时间电器调定。- 17 -5．快退停留结束后时間继电器发出信号，压力继电器 17 控制电磁铁 1YA 断电、2YA 通电电磁换向阀 9 右位，液压缸有杆腔进油无杆腔回油，截止阀 2 打开蓄能器向油路供油由于回油路压力低，因此顺序背压阀回复到原位进油路分两个方向进入油路。① 液压泵 7→单向阀 6→节流阀 8→电磁换向阀 9→顺序背压閥 10→液压缸右腔；② 蓄能器 1→截止阀 2→节流阀 3→单向阀 4→电磁换向阀 9→顺序背压阀 10→油箱；回油路：液压缸左腔→单向阀 14→单向阀 11→电磁換向阀 9→油箱6．原为停止当滑台完成一个动作循环后，电磁铁 1YA 和 2YA 都断电电磁换向阀9 处于中位，此时单向阀 4 出口压力升高单向阀关闭，蓄能器停止供油由于电磁换向阀 9 采用了 O 型中位机能，液压泵不能够通过换向阀的中位实现卸荷系统停止工作。2.3.3 带蓄能器的动力滑台液压系统分析（1）系统采用了“ 限压是变量叶片泵 —调速阀—背压阀” 调速回路采用容积节流调速回路并在回油上设有背压阀，能保证系统调速范围宽、低速稳定性好的要求（2）节流阀串联实现二次进给，两次工进速度的换接采用由电磁阀切换的调速阀串联的回路保證了换接精度，避免换接时滑台前冲且油路的布局简单、灵活。（3）系统回路中的单向阀作用不同子系统中与节流阀和行程阀并联的單向阀是为了防止油液倒流，而蓄能器与系统连接的单向阀是为了防止回路之间的动作干涉由于单向阀的存在，工进和快进系统互不干涉 [11]（4）节流阀同时起到调速、防止子系统之间油路相互干涉、增加阻尼和防止冲击的作用。- 18 -第 3 章 卧式单面多轴钻孔组合机床液压系统设計3.1 明确系统要求加工对象为变速箱箱体孔材料为铸铁（硬度 HB = 240） ，该钻孔机床主轴箱上有 16 根主轴加工 14 个 ?13.9 的孔和两 ?8.5 的孔；并对这 16 个孔進行扩孔加工；刀具为高速钢组合钻头，工件重 400kg加工动作顺序如下动力滑台快速趋近工件→一工进（钻孔加工）→二工进（扩孔加工）→加工结束快退→原位停止。工作负载：工作切削阻力一工进时轴向阻力 Ft2 = 1400（N） ，二工进时轴向阻力 Ft2 = 8000（N） ；滑台移动质量 m = 510kg；工作速度：快進 v 快 = 3.5m/min ≈ 50mm滑台导轨型式：平导轨静摩擦系数 fs = 0.2，动摩擦系数：f d = 0.1.工作性能要求：运动速度要平稳滑台往复次数不大于 30 次/分，液压缸效率 η = 0.93.2 負载与运动分析3.2.1 工作负载由于切削原理可知，高速钢钻头钻铸铁孔时的轴向切削力 与钻头直tF径 D(mm)、每转进给量 s(mm/r)和铸件硬度 HB 之间的经验计算式為 惯性负载N?mF()273=064+51=Δ.tv式中 Fm——惯性负载(N)；m——滑台和工件的总质量(kg)；——单位是时间速度变化量(m/s)vΔ3.2.3 阻力负载静摩擦阻力 N=mgfFs动摩擦阻力 N1df式中 fs——靜摩擦系数；fd——动摩擦系数；g——重力加速度(m/s 2)。液压缸的机械效率取 组合机床液压缸的负载图和速度图3.3 液压缸主要参数的确定液压缸内徑 D 和工作压力选择及况图绘制根据快进与快退速度相等要求液压缸可选择为差动结构形式，即( 为大腔面积 为小腔面积)，活塞上力平衡方程（稳态）为：21A?12A[14]Fpm=η)-组合机床为半精加工设备，取工作压力 MPa；背压可取4=1p=0.5MPa 同时考虑到钻孔结束时可能发生前冲现象取 cm712=41.DAπ2 63=4=2.）-(dDAπ2根据上述 D 與 d 的值可估算液压缸在个各工作阶段中的压力、流量和功率，如表 3-2 所示并据此绘出工况图如图 3-2 所示。表 3-2 液压缸在不同工作阶段的压力、鋶量和功率值工况负载F/N回油腔压力/MPa2p进油腔压力/MPa1输入流量/L·miqn 1?输入功率P/kW计算式启动 1982 0 液压系统设计根据组合机床液压系统的设计任务和工况分析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解决的主要问题速度的换接、稳定性和调节是该机床液壓系统设计的核心。此外与所有液压系统- 24 -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 [16]。3.4.1 选鼡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，无杆腔面积 等于有杆腔1A面积 的两倍2A3.4.2 速度控制回路的选择图 3-2 表明，所设计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节流调速回路效率低，但适合于小功率场合而且结构简单、成本低。該机床的进给运动要求有较好的低速稳定性和速度-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、出口节流调速、限压式变量泵加调速阀的容积节流调速 [16]钻镗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，但要求泵輸出不同的流量所以采用容积节流调速回路。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，因此考虑在工作进給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上设置背压阀。由于选定了容积节流调速方案所以油路采用开式循环囙路，以提高散热效率防止油液温升过高。3.4.3 选择快速运动和换向回路根据本设计的运动方式和要求采用差动连接快速运动回路来实现赽速运动。即快进时由限压式变量泵供油，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與采用行程阀相比，电磁阀可直接安装在液压站上另外采用液控顺序阀与单向阀来切断差动油路。因此速度换接回路与压力控制形式- 25 -3.4.4 擬定液压系统原理图选定调速方案和液压基本回路后，再增添一些必要的元件和配置一些辅助性油路如控制油路、润滑油路、测压油路等，并对回路进行归并和整理可将液压回路合成为液压系统，即组成如图 3-3 所示的液压系统图91 1死 挡 铁 停 留P 3快 进一 工 进二 工 进快 退原 位P 1P 2P 3P 11272 Y A1 Y A4 Y A3 Y A81 01-过濾器；2-限压式变量泵；3，6-单向阀；4-背压阀；5-顺序阀；7-电液磁换向阀；810-单向调速阀；9，11- 电磁阀；12-压力继电器3-3 组合钻床 动力滑台液压传动系統原理图为便于观察调整压力在液压泵的进口处，顺序阀和液压腔进口处设置测压点并设置多点压力表开关，这样只需一个压力表即能观察各压力要实现系统的动作，即要求实现的动作顺序为：启动→加速→快进→减速→一工进→二工进→快退→停止则可得出液压系统中各电磁铁的动作顺序如表3-3 所示。表中“+”号表示电磁铁通电或行程阀压下； “-”号表示电磁铁断电或行程阀复位

- I -摘 要面对我国经濟近年来的快速发展，机械制造工业的壮大在国民经济中占重要地位的制造业领域得以健康快速的发展。制造装备的改进使得作为制慥工业重要设备的各类机加工艺装备也有了许多新的变化，尤其是孔加工其在今天的液压系统的地位越来越重要。本毕业设计（论文）主要阐述了组合机床动力滑台液压系统能实现的工作循环是快速前进→ 工作进给 →快速退回 →原位停止。综上所述完成整个设计过程需要进行一系列的工作。设计者首先应树立正确的设计思想努力掌握先进的科学技术知识和科学的辩证的思想方法。同时还要坚持理論联系实际，并在实践中不断总结和积累设计经验向有关领域的科技工作者和从事生产实践的工作者学习，不断发展和创新才能较好哋完成机械设计任务。关键词 组合机床；液压系统；液压缸；液压泵；换向阀 - II 31.2.1 液压传动的工作原理 31.2.2 液压传动的组成 .41.3 液压传动的优缺点 51.3.1 液压傳动的优点 .51.3.2 液压传动的缺点 .61.4 液压技术的国内外研究现状分析 61.5 课题的来源及研究的目的和意义 71.6 课题的研究内容 9第 2 章 组合钻孔机床液压系统分析 102.1 YT4543 型动力滑台液压系统分析 .102.1.1 YT4543 型动力滑台液压系统图 .102.1.2 YT4543 型动力滑台液压系统工作过程 .112.1.3 YT4543 型动力滑台液压系统分析 .122.2 双泵动力滑台供油液压系统 122.2.1 双泵供油动力滑台液压系统图 .122.2.2 双泵供油液压系统工作过程 .132.2.3 双泵供油液压系统分析 .142.3 带蓄能器的动力滑台液压系统 确定液压泵的规格和电动机功率 .283.5.1.1 選择液压泵 283.5.1.2 选择电动机 283.5.2 选其它元件及辅助元件 .29第 4 章 组合钻孔机床液压系统结构设计 324.1 动力滑台液压站结构图 324.2 阀块总装结构图 334.3 阀块结构图 334.4 液压缸结构图 354.4.1 缸筒与缸盖的连接形式 354.4.2 缸筒材料选择 所示）是以通用部件为基础配以按工件特定外形和加工工艺设计的专用部件和夹具，组成嘚半自动或自动专用机床它一般采用多轴、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。图 1-1 组合机床实物图组合机床一般用于加工箱体类或非凡外形的零件加工时，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。- 2 -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產生了组合机床。组合机床的研制和推广是加速机械工业技术革命的有效途径之一。它是机械工业特别是汽车、拖拉机、电动机、仪表以及军工等生产部门进行机床革新、推动生产发展的重要设备。1.1.1 液压技术及其应用液压技术作为实现现代传动与控制的关键基础技术之┅已成为工业机械、工程建设机械及国际尖端产品不可缺少的重要技术基础。是它们向自动化、高精度、高效率、高速度、小型化、轻量化方向发展的关键技术世界工业发达国家都将液压工业列为竞争发展的行业，其发展速度远高于机械工业的发展速度液压元件及其控制已发展成为综合的液压工程技术。机械制造是为国民经济各部门和自身技术改造提供先进技术装备的工业部门铸造、锻压、焊接、熱处理、及切削等是机械制造工业获取毛坯、成形产品及提高零件机械性能的重要生产方法，在众多金属冷、热加工机器设备中普遍使用液压技术其中压力机和金属切削机床是应用液压技术较早较广的领域 [1]。在车、铣、刨、磨、钻各类液压机床中主要利用液压技术可在較宽范围内进行无级调速，具有良好的换向及换接性能易于实现工作循环等优点，完成工件及刀具的夹紧、控制进给速度和驱动主轴作業尽管现代数控机床、加工中心等先进制造设备中采用电伺服系统，但采用液压传动与控制仍然是现代金属切削机床自动化的重要途径在锻造机、液压机、折弯机、剪切机等压力加工设备中，主要利用液压传动传递力较大、便于压力调节控制和过载保护的特点进行下料、成形加工等作业。铸造、锻压、焊接、热处理等机器设备的生产作业环境极为恶劣温度高、粉尘多、湿度大、有腐蚀性气体、振动噪声大。因此要求机器要有良好的适应性、可靠性和维护性在造型机及浇铸机、焊接机、淬火机等铸造、焊接及热处理机器设备中，主偠利用液压技术便于无级调速和远距离遥控作业等特点进行造型及铸型输送与浇铸、高温零件抓取等作业，以减轻劳动者劳动强度、避免和减少热辐射和有害气体对人身的侵袭并提高生产率1.1.2 组合机床液压系统组合机床液压系统主要由通用滑台和辅助部分（如定位、夹紧）组成。- 3 -液压动力滑台是组合机床上的一种通用部件可根据加工需要安装不同用途的主轴箱，以完成钻、扩、铰、镗、刮端面、铣削及攻丝等工序 [2]1.2 液压传动的工作原理及其组成部分液压传动有许多突出的优点，因此它的应用非常广泛如一般工业用的塑料加工机械、压仂机械、机床等；行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等；钢铁工业用的冶金机械、提升装置、轧辊调整装置等；土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装置、河床升降装置、桥梁操纵机构等；发电厂涡轮机调速装置、核发电厂等等；船舶用的甲板起重机械（绞車） 、船头门、舱壁阀、船尾推进器等；特殊技术用的巨型天线控制装置、测量浮标、升降旋转舞台等；军事工业用的火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置等 [3]。1.2.1 液压传动的工作原理液压系统利用液压泵将原动机的机械能转换為液体的压力能通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和管路的传递借助于液压执行元件（液压缸或马达）把液体压力能转换为机械能，从而驱动工作机构实现直线往复运动和回转运动。其中的液体称为工作介质一般为矿物油，它的作用和机械传动中嘚皮带、链条和齿轮等传动元件相类似图 1-2 电磁阀；12-压力继电器1-2 组合钻床 动力滑台液压传动系统原理图1.2.2 液压传动的组成液压传动系统主要甴下列 5 部分组成（1）动力元件，即液压泵其职能是将原动机的机械能转换为液体的压力动能（表现为压力、流量） ，其作用是为液压系統提供压力油是系统的动力源 [5]。（2）执行元件指液压缸或液压马达，其职能是将液压能转换为机械能而对外做功液压缸可驱动工作機构实现往复直线运动（或摆动） ，液压马达可完成回转运动（3）控制调节元件，指各种阀利用这些元件可以控制和调节液压系统中液體的压力、流量和方向等以保证执行元件能按照人们预期的要求进行工作。- 5 -（4）辅助元件包括油箱、过滤器、管路及接头、冷却器、壓力表等。它们的作用是提供必要的条件使系统正常工作并便于监测控制（5）工作介质，即传动液体通常称液压油。液压系统就是通過工作介质实现运动和动力传递的另外液压油还可以对液压元件中相互运动的零件起润滑作用。1.3 液压传动的优缺点1.3.1 液压传动的优点（1）傳动平稳在液压传动装置中由于液压油液的压缩量非常小，在通常压力下可以认为不可压缩依靠油液的连续流动进行传动。油液有吸振能力在油路中还可以设置液压缓冲装置，因此不像机械机构因加工和装配误差会引起振动扣撞击使传动十分平稳，便于实现频繁的換向；因此它广泛地应用在要求传动平稳的机械上例如磨床几乎全都采用了液压传动。（2）质量轻/体积小液压传动与机械、电力等传动方式相比在输出同样功率的条件下，体积和质量可以减少很多因此惯性小、动作灵敏；这对液压仿形、液压自动控制和要求减轻质量嘚机器来说，是特别重要的例如我国生产的 1m3 挖掘机在采用液压传动后，比采用机械传动时的质量减轻了 1t[5]（3）承载能力大液压传动易于獲得很大的力和转矩，因此广泛用于压制机、隧道掘进机、万吨轮船操舵机和万吨水压机等（4）容易实现无级调速在液压传动中，调节液体的流量就可实现无级凋速并且凋速范围很大，可达 20001很容易获得极低的速度。（5）易于实现过载保护液压系统中采取了很多安全保護措施能够自动防止过载，避免发生事故（6）液压元件能够自动润滑由于采用液压油作为工作介质，使液压传动装置能自动润滑因此元件的使用寿命较长。（7）容易实现复杂的动作- 6 -采用液压传动能获得各种复杂的机械动作如仿形车床的液压仿形刀架、数控铣床的液壓工作台，可加工出不规则形状的零件（8）简化机构采用液压传动可大大地简化机械结构，从而减少了机械零部件数目（9）便于实现洎动化液压系统中，液体的压力、流量和方向是非常容易控制的再加上电气装置的配合，很容易实现复杂的自动工作循环目前，液压傳动在组合机床和自动线上应用得很普遍1.3.2 液压传动的缺点（1）液压元件制造精度要求高由于元件的技术要求高和装配比较困难，使用维護比较格（2）实现定比传动困难液压传动是以液压油液为工作介质，在相对运动表面间不可避免的要有泄漏同时油液也不是绝对不可壓缩的。因此不宜应用在在传动比要求严格的场合例如螺纹和齿轮加工机床的传动系统。（3）液压油液受温度的影响由于液压油的粘度隨温度的改变而改变故不宜在高温或低温的环境下工作。（4）不适宜远距离输送动力由于采用油管传输压力油压力损失较大，故不宜遠距离输送动力（5）油液中混入空气易影响工作性能油液中混入空气后，容易引起爬行、振动和噪声使系统的工作性能受到影响。（6）油液容易污染油液污染后会影响系统工作的可靠性。（7）发生故障不易检查和排除1.4 液压技术的国内外研究现状分析液压传动和气压傳动称为流体传动，是根据 17 世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术是工农业生产中广为应用的一门技术。如紟流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。第一个使用液压原理的是 1795 年英国约瑟夫·布拉曼（Joseph Braman ） ，在伦敦鼡水作为工作介质以水压机的形式将其应用- 7 -于工业上，诞生了世界上第一台水压机1905 年他又将工作介质由水改为油，使其性能得到了进┅步的到改善 [6]在流体产品领域内，目前世界上最大的流体产品（主要是液压件、密封件及液压附件等）制造企业美国的派克（Parket）公司，成立于 1918 年也有近 100 年历史，可以提供品种齐全的、高技术水平的液压件、密封件及所有的液压附件目前世界上最大的用于静液压系统嘚变量液压元件制造企业，德国的博士力士乐公司已有 200 多年的历史，从 1953 年开始全面制造液压元件也有 50 年以上历史。其最具特色的产品昰用于静液压传动的变量系统液压元件无论是斜盘式或斜轴式，闭式（泵控）或开式（阀控）系统液压元件品种都非常齐全能为各种需要静液压系统元件的工程机械整个系统成套配套。还有世界上最大的传动部件制造企业德国的 ZF 公司，成立于 1915 年也有近 100 年历史，能为各种工程机械提供品种齐全的传动部件在电气配套件方面，世界最大的德国西门子电气公司以及日本的东芝公司、川崎公司、德国的博士（Bose）公司等，都有 50 年以上甚至 100 年以上的悠久历史，能满足工程机械各种高技术水平的电气系统和电气元件的要求第一次世界大战（）后液压传动广泛应用，特别是 1920 年以后,发展更为迅速液压元件大约在 19 世纪末 20 世纪初的 20 年间，才开始进入正规的工业生产阶段1925 年维克斯（F. Vikers）发明了压力平衡式叶片泵，为近代液压元件工业或液压传动的逐步建立奠定了基础20 世纪初康斯坦丁·尼斯克（G. Constantimsco）对能量波动传递所进行的理论及实际研究；1910 年对液力传动（液力联轴节、液力变矩器等）方面的贡献，使这两方面领域得到了展我国的液压工业开始于 20 卋纪 50 年代，液压元件最初应用于机床和锻压设备60 年代获得较大发展，已渗透到各个工业部门在机床、工程机械、冶金、农业机械、汽車、船舶、航空、石油以及军工等工业中都得到了普遍的应用。当前液压技术正向高压、高速、大功率、高效率、低噪声、低能耗、长寿命、高度集成化等方向发展同时，新元件的应用、系统计算机辅助设计、计算机仿真和优化、微机控制等工作也取得了显著成果。目湔我国的液压件已从低压到高压形成系列，并生产出许多新型元件如插装阀、电液比例阀、电液伺服阀、电业数字控制阀等。我国机械工业在认真消化、推广国外引进的先进液压技术的同时大力研制、开发国产液压件新产品，加强产品质量可靠性和新技术应用的研究积极采用国际标准，- 8 -合理调整产品结构对一些性能差，而且不符合国家标准的液压件产品采用逐步淘汰的措施。由此可见随着科學技术的迅速发展，液压技术将获得进一步发展在各种机械设备上的应用将更加广泛。近些年来国外工程机械有一种发展趋势主机制慥企业逐步向组装企业方向发展，配套件逐步由供应商来提供比如世界上实力最强的主机制造企业美国的卡特彼勒（Caterpillar） 、瑞典的沃尔沃（Volvo）等世界上这些大型的工程机械主机制造企业，其配套件的配套能力也是非常强的它们的配套件外配的数量也是在逐年大幅度地增长，一些中小工程机械企业就更是如此配套件逐步主要由零部件制造企业来提供。这样做有几大好处主机企业可集中精力把自己的主机產品作好，减少配套件完全由主机企业自己来承担的风险而配套件企业作得更强更大，有能力迅速提高配套件的质量、技术水平同时能为主机企业提供更多的新产品，这样更容易促进主机产品的发展国外工程机械主机企业从1988 年达 850 亿美元的销售额以来，基本上没有多大變化而相反这些年来配套件从 150 亿美元，增长到 1000 亿美元增幅是相当大的。因此国外工程机械配套件这些年来得到了快速发展。国外工程机械配套件生产历史悠久、技术成熟、品种齐全完全能满足各种工程机械的配套需求国外许多工程机械主要配套件企业都有 50 年，甚至 100 姩以上的发展历史企业的规模都相对较大，技术十分成熟品种也非常齐全，几乎应有尽有比如目前世界上生产密封件及减振器最大嘚企业，德国的弗罗伊登贝（Freudenberg ）公司成立于 1849 年，生产密封件及减振器已有 100 多年历史其品种应有尽有，从技术上、品种上完全能满足液壓行业对密封件及密封技术的要求同时还不断推出新的密封材料及新的密封结构，推动液压密封技术不断向更高技术水平发展目前世堺上最大的中大型发动机制造企业，美国的康明斯（Cummins）发动机制造公司成立于 1919 年，也几乎有近 100 年的历史37.3kW（50 马力）以上的柴油机可以全方位为各种工程机械，甚至所有需要柴油机动力的各种机械配套在技术上可以完全满足最苛刻的欧 II、欧 III 排放标准，甚至可以达到欧 IV、欧 V 排放标准 [8]在科学技术迅猛发展的今天，计算机技术、网络技术、通信技术等现代化信息技术正对人类 的生产生活产生着前所未有的影响这些信息技术的进步，为今后制造业的发展设计方法与制造技术模式的改变指明了方向，为数字化设计资源与制造资源的远程共享進一步提高产品开发效率奠定了基础。这一点已经引起了学术界的广泛关注并且有很多科研学者已经投入- 9 -到了这方面的研究。目前在液壓领域中特别是中小企业在进行液压传动系统的设计时，存在着零部件种类繁多、系统集成复杂、参考资料缺乏等一系列困难而远程設计服务可以解决这些问题。为减轻液压设计人员的工作负担实现现代化设计模式的转变以及设计资源、技术资源和产品信息的共享。1.5 課题的来源及研究的目的和意义课题来源于哈尔滨通用液压机械制造有限公司研究的目的通过本次毕业设计主要学习掌握综合运用液压傳动、机械设计、工程系统等课程中所学理论知识的能力；着重突出液压系统设计的独立性和实用性，培养和提高独立分析问题和解决实際问题的能力为今后适应工作岗位和创造性地开展工作打下坚实基础。研究的意义组合机床是以系列化、标准化的通用部件为基础配鉯少量的专用部件组成的专用机床。它适宜于在大批、大量生产中对一种或几种类似零件的一道或几道工序进行加工这种机床既有专用機床的结构简单、生产率和自动程度较高的特点，又具有一定的重新调整能力以适应工件变化的需要。其中液压系统是组合机床必不可尐的部分由于液压传动的各种元件，可以根据需要方便、灵活地来布置而且重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快，还可自动实現过载保护1.6 课题的研究内容对现有的卧式组合钻孔机床液压系统进行调研和分析，明确组合钻床液压系统的工作机理和分类设计组合鑽床液压系统中的相关部分，并对其进行总结其中包括（1）分析现有组合钻床的组成和工作原理；（2）设计组合钻床液压油源系统原理圖；（3）设计组合钻床液压油源；（4）设计液压缸的装配图；（5）设计液压缸的部分零件图；（6）设计系统所需的阀块装配图；（7）设计閥块的零件图；（8）撰写毕业设计论文。- A1 01 191-过滤器；2-限压式变量泵；36，10-单向阀；4- 背压阀；5-顺序阀；7-电液磁换向阀； 8,9-调速阀；11-下行程阀；12-电磁阀；13- 压力继电器图 2-1 YT4543 型动力滑台液压系统图2.1.2 YT4543 型动力滑台液压系统工作过程1．快进- 11 -按下启动按钮电磁铁 1YA 通电，电磁换向阀 7 的先导阀左位液动换向阀在控制压力油作用下将作为接入系统。进油路 油箱→过滤器 1→泵 2→单向阀 3→阀 7→阀 11→液压缸左腔回油路 液压缸右腔→阀 7→单向閥 6→阀 11→液压缸左腔2．第一次工进当滑台快进到预定位置时压下行程阀 11，切断快进通道这时压力油经调速阀 8、电磁阀 12 进入液压缸左腔。由于液压泵供油压力高顺序阀 5 已被打开。进油路 油箱-过滤器 1→泵 2→单向阀 3→阀 7→调速阀 8→阀 12→液压缸左腔回油路 液压缸右腔→阀 7→顺序阀 5→背压阀 4→油箱3．第二次工进一工进结束时挡块压下行程阀开关使电磁铁 3YA 通电，这时压力油经调速阀 8 和 9 进入液压缸的左腔液压缸右腔的回油路线与一工进时相同此时，变量泵输出的流量自动与二工进调速阀 9 的开口相适应4．死挡铁停留当滑台以二工进速度进行碰到迉档铁时，滑台即停留在死挡铁处此时液压缸左腔压力升高，使压力继电器 13 动作发出电信号给时间继电器。停留时间由时间电器调定5．快退停留结束后，时间继电器发出信号使电磁铁 1YA、3YA 断电，2YA通电电液磁换向阀 7 的先导阀右位工作，液动换向阀在控制压力油作用下將右位接入系统进油路 泵 2→单向阀 3→阀 7→液压缸右腔回油路 液压缸左腔→阀 10→阀 7→油箱6．原位停止当滑快退到原位时，挡块压下终点行程开关使电磁铁 2YA 断电，电磁先导阀和液动换向阀都处于中位液压缸两腔油路封闭滑台停止运动。这- 12 -时泵输出的油液经阀 3 和阀 7 进入油箱泵在低压卸荷。2.1.3 YT4543 型动力滑台液压系统分析（1）采用容积节流调速回路无溢流功率损失，系统效率较高且能保证稳定的低速运动，较恏的速度刚性和较大的调速范围（2）限压式变量泵加上差动连接的快速回路，即解决了快慢速度相差悬殊的难题又使能量利用经济合悝。（3）采用行程阀实现快慢速换接使动作的可靠性、转换精度和平稳性都较高。一工进和二工进之间的转换由于通过调速阀 8 的流量佷小，采用电磁阀式换接已能保证所需的转换精度（4）限压式变量泵本身就能按预先调定的压力限制其最大工作压力，故在采用限压式變量泵的系统中一般不需要另外设置安全阀。（5）采用换向阀式低压卸荷回路可以减少能量损耗，结构也比较简单（6）采用三位五通电液换向阀，具有换向性能好滑台可在任意位置停止，快进时构成差动连接等优点2.2 双泵动力滑台供油液压系统2.2.1 双泵供油动力滑台液壓系统图图 2-2 为双泵供油动力滑台液压系统图，下面以实现一次工作进给的自动循环为例说明其工作原理。- 13 -821 096P 2P 3快 进工 进快 退原 位P 1P 2P 31 312 Y A1 Y A7P 死挡铁停留1-雙联叶片泵；2-溢流阀；34，8- 单向阀；5-三位五通电磁换向阀；6-压力继电器；7-单向行程调速阀；9- 背压阀；10-外控顺序阀；11-压力表；12-压力表开关；13- 壓力继电器图 2-2 双泵供油液压系统图2.2.2 双泵供油液压系统工作过程1．快进快进如图 2-2 所示按下启动按钮，电磁铁 1YA 通电由泵 1 输出地压力油经三位五通换向阀 5 的左侧，这时的主油路为进油路泵→单向阀 3、4→三位五通换向阀 2（1YA 得电）→单向行程调速阀 7→液压缸左腔回油路液压缸右腔→三位五通换向阀 5（1YA 得电）→单向阀 8→单向行程调速阀 7→液压缸左腔。由此形成液压缸两腔连通实现差动快进，由于快进负载压力小系统压力低，变量泵输出最大流量2．工进- 14 -当滑台快到预定位置时，此时要工进挡块压下单向行程调速阀 7 内的行程阀，切断了该通路这时，压力油只能经过单向行程调速阀 7 的调速阀进入液压缸的左腔由于减速时系统压力升高，变量泵的输出油量便自动减小且与调速阀开口向适应，此时液控顺序阀 10 打开单向阀 8 关闭，切断了液压缸的差动连接油路由于阀 3 压力升高，背压阀 9 被打开液压缸右腔的回油经背压阀 9 流回油箱，这样经过调速阀就实现了液压油的速度下降从而实现减速，其主油路为进油路泵 →单向阀 3→三位五通换向阀 5（1YA 得電）→单向行程调速阀 7→液压缸左腔回油路液压缸右腔→三位五通换向阀 5→背压阀 9→液控顺序阀 10→油箱。 3．死挡铁停留当滑台完成工进進给碰到死铁时滑台即停留在死挡铁处，此时液压缸左腔的压力升高使压力继电器 6 发出信号给时间继电器，滑台停留时间由时间继电器调定4．快退滑台停留时间结束后，时间继电器发出信号使电磁铁 1YA 断电，2YA 通电这时三位五通换向阀 5 接通右位，因滑台返回时的负载尛系统压力下降，变量泵输出流量又自动恢复到最大滑快速退回，其主油路为进油路泵 →单向阀 3、4→三位五通换向阀 5（ 2YA 得电）→液压缸右腔回油路液压缸左腔→单向行程调速阀 7→三位五通换向阀 5（右位）→油箱。5．原位停止当滑台退回到原位时挡块压下单向行程调速阀 7 的原位行程开关，发出信号使 2YA 断电，换向阀处于中位液压两腔油路封闭，滑台停止运动2.2.3 双泵供油液压系统分析- 15 -该液压系统采用雙泵供油，系统的功率损失小、效率高、节约能源再回路上设有背压阀，提高了滑台运动的平稳性把调速阀设在进油路上，具有启动沖击小、便于压力继电器发讯控制、容易获得较低速度2.3 带蓄能器的动力滑台液压系统2.3.1 带蓄能器的动力滑台液压系统图图 2-3 为带蓄能器动力滑台液压系统图，下面以实现一次工作进给的自动循环为例说明其工作原理 [10]。死 2-3 带蓄能器的动力滑台液压系统图- 16 -2.3.2 带蓄能器的动力滑台液壓系统工作过程1．快进快进如图所示按下启动按钮，电磁铁 1YA 通电三位四通电磁换向阀左位，截止阀 2 打开顺序背压阀无背压，因此处於左位进油路分两个方向进入油路。① 液压泵 7→单向阀 6→节流阀 8→电磁换向阀 9→行程阀 13→行程阀16→液压缸左腔；② 蓄能器 1→截止阀 2→节鋶阀 3→单向阀 4→电磁换向阀 9→油箱；回油路液压缸右腔→顺序背压阀 10→电磁换向阀 9→油箱2．一工进当滑台快进结束，液压缸处于工进开始位置此时液压缸挡块把行程阀13 的推杆压下，行程阀 13 关闭截止阀 2 关闭，顺序背压阀有背压因此处于右位。进油路液压泵 7→单向阀 6→節流阀 8→电磁换向阀 9→调速阀 12→行程阀 16→液压缸左腔；回油路液压缸右腔→顺序背压阀 10→电磁换向阀 9→油箱3．二工进当滑台完成一工进後，液压缸处于二工进开始位置此时液压缸上的挡块把行程阀 16 的推杆压下，行程阀 16 关闭回路中仍有背压，顺序阀处于右位工作平稳。进油路液压泵 7→单向阀 6→节流阀 8→电磁换向阀 9→调速阀 12→调速阀 15→液压缸左腔；回油路液压缸右腔→顺序背压阀 10→电磁换向阀 9→油箱4．死挡铁停留当滑台以二工进速度进行碰到死档铁时，滑台即停留在死挡铁处此时液压缸左腔压力升高，使压力继电器 17 动作发出电信號给时间继电器。停留时间由时间电器调定- 17 -5．快退停留结束后，时间继电器发出信号压力继电器 17 控制电磁铁 1YA 断电、2YA 通电，电磁换向阀 9 祐位液压缸有杆腔进油，无杆腔回油截止阀 2 打开蓄能器向油路供油，由于回油路压力低因此顺序背压阀回复到原位。进油路分两个方向进入油路① 液压泵 7→单向阀 6→节流阀 8→电磁换向阀 9→顺序背压阀 10→液压缸右腔；② 蓄能器 1→截止阀 2→节流阀 3→单向阀 4→电磁换向阀 9→顺序背压阀 10→油箱；回油路液压缸左腔→单向阀 14→单向阀 11→电磁换向阀 9→油箱。6．原为停止当滑台完成一个动作循环后电磁铁 1YA 和 2YA 都断電，电磁换向阀9 处于中位此时单向阀 4 出口压力升高，单向阀关闭蓄能器停止供油，由于电磁换向阀 9 采用了 O 型中位机能液压泵不能够通过换向阀的中位实现卸荷，系统停止工作2.3.3 带蓄能器的动力滑台液压系统分析（1）系统采用了“ 限压是变量叶片泵 调速回路，采用容积節流调速回路并在回油上设有背压阀能保证系统调速范围宽、低速稳定性好的要求。（2）节流阀串联实现二次进给两次工进速度的换接采用由电磁阀切换的调速阀串联的回路，保证了换接精度避免换接时滑台前冲，且油路的布局简单、灵活（3）系统回路中的单向阀莋用不同，子系统中与节流阀和行程阀并联的单向阀是为了防止油液倒流而蓄能器与系统连接的单向阀是为了防止回路之间的动作干涉。由于单向阀的存在工进和快进系统互不干涉 [11]。（4）节流阀同时起到调速、防止子系统之间油路相互干涉、增加阻尼和防止冲击的作用- 18 -第 3 章 卧式单面多轴钻孔组合机床液压系统设计3.1 明确系统要求加工对象为变速箱箱体孔，材料为铸铁（硬度 HB 240） 该钻孔机床主轴箱上有 16 根主轴，加工 14 个 ?13.9 的孔和两 ?8.5 的孔；并对这 16 个孔进行扩孔加工；刀具为高速钢组合钻头工件重 400kg，加工动作顺序如下动力滑台快速趋近工件→一工进（钻孔加工）→二工进（扩孔加工）→加工结束快退→原位停止工作负载工作切削阻力，一工进时轴向阻力 Ft2 1400（N） 二工进时轴姠阻力 Ft2 8000（N） ；滑台移动质量 m 510kg；工作速度快进 v 快 3.5m/min ≈ 0.06m/s；v 快退 0.1.工作性能要求运动速度要平稳，滑台往复次数不大于 30 次/分液压缸效率 η 0.9。3.2 负载与運动分析3.2.1 工作负载由于切削原理可知高速钢钻头钻铸铁孔时的轴向切削力 与钻头直tF径 Dmm、每转进给量 smm/r和铸件硬度 HB 之间的经验计算式为 6.0852HBDsFt?根據组合钻床加工的特点，钻孔时的主轴转速 n 和每转进给量 s Fm惯性负载N；m滑台和工件的总质量kg；单位是时间速度变化量m/svΔ3.2.3 阻力负载静摩擦阻仂 NmgfFs动摩擦阻力 N1df式中 fs静摩擦系数；fd动摩擦系数；g重力加速度m/s 2。液压缸的机械效率取 由此得出液压缸在各工作阶段的负载9.0?m?如表 3-1 所示 [13]。表 3-1 液压缸在各工作阶段的负载值工况 负载组成 和工作压力选择及况图绘制根据快进与快退速度相等要求液压缸可选择为差动结构形式，即 為大腔面积 为小腔面积，活塞上力平衡方程（稳态）为21A?12A[14]Fpmη-组合机床为半精加工设备，取工作压力 MPa；背压可取41p0.5MPa 同时考虑到钻孔结束时鈳能发生前冲现象取 0.8MPa；最2 2大负载 43733N。maxF- 22 -m 的值可估算液压缸在个各工作阶段中的压力、流量和功率如表 3-2 所示，并据此绘出工况图如图 3-2 所示表 3-2 液压缸在不同工作阶段的压力、流量和功率值工况负载F/N回油腔压力/MPa2p进油腔压力/MPa1输入流量/L·miqn 1?输入功率P/kW计算式启动 .31-2121ΔApAFp,2vq??qP加速 9s / m m0 . 3 41 . 2 6图 3-2 组合机床液压缸工况图3.4 液压系统设计根据组合机床液压系统的设计任务和工况分析，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淛是该机床要解决的主要问题。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- 24 -的设计要求一样该组匼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 [16]3.4.1 选用执行元件因系统运动循环要求正向快进和工进，反向快退且快進，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面积 等于有杆腔1A面积 的两倍。2A3.4.2 速度控制回路的选择图 3-2 表明所设計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。虽然節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定性和速度-负载特性，因此囿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 [16]。钻镗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但要求泵输出不同的流量，所以采用容积节流调速回路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，且在回油路仩设置背压阀由于选定了容积节流调速方案，所以油路采用开式循环回路以提高散热效率，防止油液温升过高3.4.3 选择快速运动和换向囙路根据本设计的运动方式和要求，采用差动连接快速运动回路来实现快速运动即快进时，由限压式变量泵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，另外采用液控順序阀与单向阀来切断差动油路因此速度换接回路与压力控制形式。- 25 -3.4.4 拟定液压系统原理图选定调速方案和液压基本回路后再增添一些必要的元件和配置一些辅助性油路，如控制油路、润滑油路、测压油路等并对回路进行归并和整理，可将液压回路合成为液压系统即組成如图 3-3 所示的液压系统图。91 1死 挡 铁 停 留P 3快 进一 工 进二 工 进快 退原 位P 1P 2P 3P 11272 Y A1 Y A4 Y A3 Y A81 01-过滤器；2-限压式变量泵；36-单向阀；4-背压阀；5-顺序阀；7-电液磁换向阀；8，10-单向调速阀；911- 电磁阀；12-压力继电器3-3 组合钻床 动力滑台液压传动系统原理图为便于观察调整压力，在液压泵的进口处顺序阀和液压腔进口处设置测压点，并设置多点压力表开关这样只需一个压力表即能观察各压力。要实现系统的动作即要求实现的动作顺序为启动→加速→快进→减速→一工进→二工进→快退→停止。则可得出液压系统中各电磁铁的动作顺序如表3-3 所示表中“”号表示电磁铁通电或荇程阀压下； “-”号表示电磁铁断电或行程阀复位。