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四 川 理 工 學(xué) 院
畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）說 明 書
題 目 軸向柱塞泵體加工生產(chǎn)線專機(jī)及主要輔助
設(shè)備多頭鉆床及攻絲機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計
學(xué) 生 周 勇
系 別 機(jī) 電 工 程 系
專 業(yè) 班 級 機(jī)械設(shè)計制造及自動化機(jī)制2003級1班
學(xué) 號 030110327
指 導(dǎo) 教 師 劉 郁 蔥
49
四 川 理 工 學(xué) 院
畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書
軸向柱塞泵體加工生產(chǎn)線專機(jī)
設(shè)計（論文）題目： 及主要輔助設(shè)備多頭鉆床及攻絲機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計
系：機(jī)電工程系 專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及自動化 班級：機(jī)制2003.1 學(xué)號： 030110327
學(xué)生： 周 勇 指導(dǎo)教師： 劉 郁 蔥
接受任務(wù)時間 2007.03.05
教研室主任 （簽名） 系主任 （簽名）
1． 畢業(yè)設(shè)計（論文）的主要內(nèi)容及基本要求
①、明確設(shè)計依據(jù)：軸向柱塞泵零件圖;生產(chǎn)綱領(lǐng)1萬件／年。泵體機(jī)械加工工藝過程卡。編制鉆孔和攻絲工序機(jī)械加工工序卡;并確定其多頭鉆床及攻絲機(jī)床動作循環(huán)。
②、設(shè)計多頭鉆床及攻絲機(jī)床液壓系統(tǒng)，編寫其液壓系統(tǒng)設(shè)計計算說明書;液壓元件各細(xì)表;繪制液壓系統(tǒng)原理圖。
③、繪制液壓缸裝配圖和一零件圖。
2．指定查閱的主要參考文獻(xiàn)及說明
①、《液壓傳動》 西南交通大學(xué)出版社
②、《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》 西南交通大學(xué)出版社
③、《機(jī)械設(shè)計手冊》 機(jī)械工業(yè)出版社
④、《組合機(jī)床設(shè)計》 機(jī)械工業(yè)出版社
3．進(jìn)度安排
設(shè)計（論文）各階段名稱
起 止 日 期
1
收集、準(zhǔn)備參考資料、查閱文獻(xiàn)、完成開題報告
2007.03.05——03.24
2
完成液壓系統(tǒng)設(shè)計和計算
2007-3-25——04.22
3
完成畢業(yè)設(shè)計所有的設(shè)計圖紙
2007-4-23——05.20
4
完成液壓系統(tǒng)設(shè)計計算說明書
2007-5-21-2007.06.03
5
畢業(yè)設(shè)計修改、答辯準(zhǔn)備、畢業(yè)答辯
2007.06.04-2007.06.24
摘 要
為了提高勞動效率，減輕工人的勞動強(qiáng)度，保證產(chǎn)品質(zhì)量，采用高效專用機(jī)床及自動化按流水線或自動線依工序?qū)ぜM(jìn)行加工。為了實現(xiàn)工序自動化，建立自動線，首先必須實現(xiàn)機(jī)床加工循環(huán)自動化。一般可通過機(jī)械，電氣，液壓，氣壓等控制，實現(xiàn)自動循環(huán)。由于近10年來，液壓傳動得到了長足的進(jìn)步，得到了廣泛的應(yīng)用。這次本設(shè)計主要是設(shè)計出適合的液壓系統(tǒng)，用它驅(qū)動機(jī)床的工作臺，以實現(xiàn)對零件的鉆孔，攻絲的工序。
關(guān)鍵詞 ：自動化，液壓傳動，液壓系統(tǒng)，鉆孔，攻絲 ，工作臺
ABSTRACT
I To improve work efficiency, reduce labor intensity of workers, and ensure the quality of products, Efficient use of a special machine and automation by pipeline or automatic processes on the line according to the workpiece processing. In order to achieve process automation, the creation of an automated line, we must first realize machining cycle automation. Generally through the mechanical, electrical, hydraulic, pneumatic and other control for automatic cycle. As the past 10 years, hydraulic drive has been great progress has been widely used. This design is the design for the hydraulic system, using it to the table-driven machine, in order to achieve the right parts of bored, Tapping process.
Keywords : Automation, Hydraulic Power Transmission , Hydraulic System, Drilling and Tapping，Work Table.
目錄
摘 要 I
ABSTRACT…………. II
前 言 3
第一章 緒論 1
1.1零件分析 1
1.2 明確設(shè)計要求 1
1.3確定毛坯的制造形式 1
1.4確定加工方案 2
1.4.1機(jī)床刀具的選擇 2
1.5確定流水線布置圖 2
第二章 多頭鉆床液壓系統(tǒng)設(shè)計 4
2.1 確定動作循環(huán) 4
2.2 確定工位圖 5
2.3. 切削用量的確定 5
2.4右鉆頭液壓缸 6
2.4.1負(fù)載分析 6
2.4.2負(fù)載圖和速度圖的繪制 7
2.4.3液壓缸主要參數(shù)的確定 8
2.4.4.強(qiáng)度校核 9
2.4.5 確定時間 11
2.5 左鉆頭液壓缸 12
2.5.1負(fù)載計算 12
2.5.2負(fù)載圖和速度圖的繪制 13
2.5.3液壓缸主要參數(shù)的確定 13
2.5.4強(qiáng)度校核 14
2.5.5 確定時間 16
2.6 前鉆頭液壓缸和后鉆頭液壓缸 17
2.6.1負(fù)載計算 17
2.6.2負(fù)載圖和速度圖的繪制 18
2.6.3液壓缸主要參數(shù)的確定 19
2.6.4強(qiáng)度校核 20
2.6.5 確定時間 22
2.7 液壓系統(tǒng)圖的擬定 23
2.7.1 液壓系統(tǒng)圖的擬定要求 23
2.7.2液壓回路的選擇 23
2.8液壓元件的選擇 26
2.8.1液壓泵 26
2.8.2閥類元件及輔助元件 27
2.8.3.油管 27
2.8.4油箱 28
2.9液壓系統(tǒng)的性能驗算 28
第三章 攻絲機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計 30
3.1 確定動作循環(huán) 30
3.2. 切削用量的選擇 30
3.2.1. 材料選擇 30
3.3左動力頭液壓缸 31
3.3.1負(fù)載計算 31
3.3.2負(fù)載圖和速度圖的繪制 32
3.3.4強(qiáng)度校核 34
3.3.5 確定時間 36
3.4.前液壓缸和后液壓缸的設(shè)計 36
3.4.1負(fù)載計算 36
3.4.2負(fù)載圖和速度圖的繪制 38
3.4.3.液壓缸主要參數(shù)的確定 38
3.4.4強(qiáng)度校核 39
2.4.5 確定時間 41
3.5. 液壓系統(tǒng)圖的擬定 42
3.5.1液壓系統(tǒng)圖的擬定要求 42
3.5.2液壓回路的選擇 42
3.6液壓元件的選擇 44
3.6.1液壓泵 44
3.6.3油管 45
3.6.4油箱 46
3.7液壓系統(tǒng)的性能驗算 46
第四章 結(jié)論 48
參 考 文 獻(xiàn) 49
致 謝 50
前 言
近10年來，液壓傳動在防漏，治污，降噪，減震，節(jié)能和材質(zhì)研究等各放面都有長足的進(jìn)步，它和電子技術(shù)的結(jié)合也由拼裝，混合到整合，步步深入。時至今日，在盡可能小的空間內(nèi)傳出盡可能大的功率并加以精確控制這一點上，液壓傳動已穩(wěn)距居各種傳動之首，無可替代。液壓傳動是以液體作為工作介質(zhì)來進(jìn)行能量傳遞的傳動方式。液壓傳動主要是利用液體的壓力能來傳遞能量。由于液壓傳動有許多突出的優(yōu)點，因此，它被廣泛地應(yīng)用于機(jī)械制造、工程建筑、石油化工、交通運(yùn)輸、軍事器械、礦山冶金、輕工、農(nóng)機(jī)、漁業(yè)、林業(yè)等各方面。同時，也被應(yīng)用到航天航空、海洋開發(fā)、核能工程和地震預(yù)測等各個工程技術(shù)領(lǐng)域。采用液壓傳動的程度已成為衡量一個國家工業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。
本書主要是分別設(shè)計出驅(qū)動多頭鉆床和攻絲機(jī)床的液壓系統(tǒng)。主要介紹了液壓缸的負(fù)載分析，，負(fù)載圖，速度圖的繪制，液壓缸參數(shù)的確定，液壓回路的選擇，在選擇其他的液壓元件。其中也介紹到了機(jī)床的總體布局和工藝要求，包括采用液壓傳動所完成的機(jī)床運(yùn)動種類、機(jī)械設(shè)計時提出可能用的液壓執(zhí)行元件的種類和型號、執(zhí)行元件的位置及其空間的尺寸范圍、要求的自動化程度等。
由于我水平的限制，在設(shè)計和編寫說明書時，難免存在著不少缺點和錯誤，希望老師和同學(xué)的批評指正。
四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）
第一章 緒論
1.1零件分析
對于生產(chǎn)綱領(lǐng)為1萬件每年的軸向柱塞泵的加工，屬于大批量生產(chǎn)，為了提高勞動效率，減輕工人的勞動效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量，采用高效專用機(jī)床及自動化按流水線或自動線依工序?qū)ぜM(jìn)行加工。為了實現(xiàn)工序自動化，建立自動線，首先必須實現(xiàn)機(jī)床加工循環(huán)自動化。一般可通過機(jī)械，電氣，液壓，氣壓等控制，實現(xiàn)遭到循環(huán)。
本次設(shè)計主要分析多頭鉆床和攻絲機(jī)床的動作循環(huán)，用液壓來驅(qū)動使多頭鉆床和攻絲機(jī)床實現(xiàn)自動循環(huán)，完成柱塞泵的鉆孔和攻絲的工序。從而提高勞動效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量，同時可列入生產(chǎn)線，保證其自動信號。
1.2 明確設(shè)計要求
在開始設(shè)計液壓系統(tǒng)時，首先要對機(jī)械設(shè)備主機(jī)的工作情況進(jìn)行詳細(xì)的分析，明確主機(jī)對液壓系統(tǒng)提出的要求，具體包括：
(1)主機(jī)的用途、主要結(jié)構(gòu)、總體布局；主機(jī)對液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件在位置布置和空間尺寸上的限制。
(2)主機(jī)的工作循環(huán)，液壓執(zhí)行元件的運(yùn)動方式(移動、轉(zhuǎn)動或擺動)及其工作范圍。
(3)液壓執(zhí)行元件的負(fù)載和運(yùn)動速度的大小及其變化范圍。
(4)主機(jī)各液壓執(zhí)行元件的動作順序或互鎖要求。
(5)對液壓系統(tǒng)工作性能(如工作平穩(wěn)性、轉(zhuǎn)換精度等)、工作效率、自動化程度等方面的要求。
(6)液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境和工作條件，如周圍介質(zhì)、環(huán)境溫度、濕度、塵埃情況、外界沖擊振動等。
(7)其它方面的要求，如液壓裝置在重量、外形尺寸、經(jīng)濟(jì)性等方面的規(guī)定或限制。
1.3確定毛坯的制造形式
零件的材料為HT190的灰鑄鐵。由于零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)為1萬件/年，屬于大量生產(chǎn)，而且零件的輪廓尺寸不大，為了提高勞動生產(chǎn)率，減輕工人的勞動強(qiáng)度，保證產(chǎn)品的質(zhì)量，采用砂型壓實型鑄造。
1.4確定加工方案
圖1-1 零件圖
1.4.1機(jī)床刀具的選擇
根據(jù)圖1-1確定加工工序
（1）鉆23mm，6 mm， 9mm，15mm的孔，選用多頭鉆床。該多頭鉆床型式為臥式四面多軸，用于同時鉆泵體各孔急锪平面。它由動力頭，液壓滑臺，床身，中間底座夾具，液壓系統(tǒng)等組成。四面采用機(jī)械動力頭，進(jìn)給由液壓驅(qū)動，夾具用液壓夾緊。
刀具材料選為高速鋼。
（2）攻M14，M10的螺紋，選用攻絲機(jī)床。該攻絲機(jī)床型式為臥式三面多軸，本機(jī)床用于泵體各螺孔攻絲。它由動力頭，液壓滑臺，床身，中間底座，夾具，液壓系統(tǒng)等組成。主軸為機(jī)械傳動，進(jìn)給由液壓驅(qū)動，夾具用液壓夾緊。
刀具材料選為高速鋼。
1.5確定流水線布置圖
如圖1-2表示了產(chǎn)品從自動線到多頭鉆床進(jìn)行鉆孔加工在經(jīng)自動線到攻絲機(jī)上進(jìn)行螺紋加工的路線圖。
圖1-2 鉆孔，攻絲流水線圖
第二章 多頭鉆床液壓系統(tǒng)設(shè)計
2.1 確定動作循環(huán)
從整個系統(tǒng)來看，該系統(tǒng)共由五個液壓缸組成，分別為：夾緊液壓缸、前鉆頭液壓缸、后鉆頭液壓缸、左鉆頭液壓缸、右鉆頭液壓缸。在整個過程中，每個液壓缸都有單獨的動作，沒有聯(lián)動。
其中，前鉆頭液壓缸、后鉆頭液壓缸、左鉆頭液壓缸、右鉆頭液壓缸的動作循環(huán)圖由2-1 所示。
圖2-1 液壓缸的動作循環(huán)圖
2.2 確定工位圖
圖2-2 多頭鉆床工位布置圖
根據(jù)如圖2-2所示工作循環(huán)，本機(jī)床總有4個工位，每一個加工工位各有一個回轉(zhuǎn)夾具和一個動力頭工作臺，夾具要求動力頭既能單獨工作，又能聯(lián)合自動循環(huán)工作，能同時鉆孔。
由動作循環(huán)圖和工位圖可知：
左鉆頭液壓缸帶動主軸上的10個麻花鉆同時鉆的孔2個；9mm的孔8個。
右鉆頭液壓缸加工15mm的孔4個。
前鉆頭液壓缸加工23mm的孔1個。
后鉆頭液壓缸加工23mm的孔1個。
2.3. 切削用量的確定
查《機(jī)械加工工藝手冊》得： 刀具材料選為高速剛。工件材料為鑄鐵，其硬度為190HB。滿足要求。
查《組合機(jī)床》得出鉆床的工作部件的總質(zhì)量m=500kg。其動力滑臺采用平導(dǎo)軌，其靜摩擦因素為，動摩擦因素為。
工件材料的質(zhì)量m=25kg。
根據(jù)組合機(jī)床的特點，查《機(jī)械加工工藝手冊》可以得出鉆孔時主軸的切削速度和每轉(zhuǎn)進(jìn)給量s，由《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》得主軸轉(zhuǎn)速， 式（2-1）
式中 ——切削速度 ； d——完成主運(yùn)動工件的直徑
鉆孔時的切削用量如表2-1所示。
表2-1切削用量
孔徑d（mm）
切削速度（m/s）
每轉(zhuǎn)進(jìn)給量s（mm/r）
主軸轉(zhuǎn)速n（r/min）
6
0.52
0.20
1656
9
0.47
0.30
898
15
0.48
0.42
611
23
0.47
0.52
390
2.4右鉆頭液壓缸
2.4.1負(fù)載分析
工作負(fù)載：由切削原理課程可知，高速剛鉆頭鉆鑄鐵孔時的軸向切削力Ft(以N計)與鉆頭直徑D（以mm計），每轉(zhuǎn)進(jìn)給量s（以mm/r計）和鑄鐵硬度HB之間的經(jīng)驗算式為：
式（2-2）
根據(jù)組合機(jī)床加工特點，鉆孔時的主軸轉(zhuǎn)速n和每轉(zhuǎn)進(jìn)給量s由表2-1得出以下數(shù)據(jù)：
對Φ15mm的孔來說： n=611r/min ; s=0.42 mm/r
代入式2.2求得：
=17805N
由《液壓傳動》得慣性負(fù)載：
式（2-3）
=
=175N
由《液壓傳動》得阻力負(fù)載：
靜摩擦阻力：=0.25145 式（2-4）
= 1029N
動摩擦阻力：=0.1 514.5 式（2-5）
= 514.5 N
由此得出液壓缸在各工作階段的負(fù)載如表2-2所示。
表2-2 液壓缸在各工作階段的負(fù)載值
工 況
負(fù) 載 組 成
負(fù)載值F（N）
推力F/（N）
啟 動
1029
1286
加 速
689.5
862
快 進(jìn)
514.5
643
工 進(jìn)
18319.5
22900
快 退
514.5
643
注：液壓缸的機(jī)械效率
不考慮動力滑臺上顛覆力矩的作用。
2.4.2負(fù)載圖和速度圖的繪制
負(fù)載圖按上面數(shù)值繪制，如圖2-3所示，速度圖按以知數(shù)值，快進(jìn)速度：，快退速度：和工進(jìn)速度：。其中由主軸轉(zhuǎn)速及每轉(zhuǎn)進(jìn)給量求出。即由《液壓傳動》得：=6110.42=256.6mm/min 式（2-6）
快進(jìn)行程；工進(jìn)行程；快退行程
圖2-3組合機(jī)床液壓缸的負(fù)載圖和速度圖
（a）負(fù)載圖 （b）速度圖
2.4.3液壓缸主要參數(shù)的確定
由《液壓傳動》表11-2，和11-3可知，組合機(jī)床液壓系統(tǒng)在最大負(fù)載約為25000N時宜取p1=3.5MPa 。
對于雙作用單邊活塞桿油缸，其活塞桿直徑d可按活塞往復(fù)運(yùn)動速度比來決定。既：由《機(jī)械設(shè)計手冊》得：
=0.5D 式（2-7）
在鉆孔加工時，液壓缸回油路上必須具有背壓，以防孔被鉆通時滑臺突然前沖。根據(jù)《液壓手冊》中的推薦值，可取=0.8MPa?？爝M(jìn)時由于油管中有壓降存在，有桿腔的壓力必須大于無桿腔，估算時可取=0.5MPa?？焱藭r回油腔中是背壓的，這時亦可按0.5MPa估算。
由工進(jìn)時的推力按《液壓傳動》第5章式（5-3）計算液壓缸面積：
式（2-8）
即有：
所以：液壓缸無桿腔的工作面積；
即：
缸筒直徑D==10.58cm 式（2-9）
活塞桿直徑d=0.5D=5.29cm
查《液壓傳動與控制》選出就近的標(biāo)準(zhǔn)值為：
D=12cm； 的d=6cm
由此得出的液壓缸兩腔的實際有效面積為：
式（2-10）
式（2-11）
2.4.4.強(qiáng)度校核
一.缸筒的校核
液壓缸的缸筒壁厚，和塞桿直徑d和缸蓋處固定螺栓的直徑，在高壓系統(tǒng)中必須進(jìn)行強(qiáng)度校核。
缸筒壁厚校核分薄壁和厚壁兩種情況。當(dāng)時為薄壁，壁厚按下列公式進(jìn)行校核：
； 式（2-12）
液壓缸，缸筒，港底的材料都選為HT200，查《機(jī)械加工工藝手冊》得：。其中D為缸筒內(nèi)徑；為缸筒試驗壓力，當(dāng)缸的額定壓力時，??；而當(dāng)，?。粸楦淄膊牧系脑S用應(yīng)力，，為材料抗拉強(qiáng)度，n為安全系數(shù)，一般取n=5。
所以=MPa； D=12cm
=200/5=40
由式（2-12）即 =78 mm
又因為 。
所以應(yīng)用壁厚公式校核。
即： 式（2-13）
=16.1 mm
取
二．活塞桿的直徑d的校核
活塞桿的材料選用45剛。查《機(jī)械加工工藝手冊》得出
活塞桿的直徑d的校核公式為
式（2-14）
式中，F(xiàn)為活塞桿上的作用力；
為活塞桿材料的許用應(yīng)力；
=；
所以由式 得出
d=60mm>8.3mm
即，活塞桿的直徑d滿足強(qiáng)度要求。故合格。
三.液壓缸蓋固定螺栓直徑的計算
由《液壓傳動》得： 式（2-15）
螺栓材料為45鋼。即：它的材料屈服極限為：
式中 F為液壓缸負(fù)載；
Z為固定螺栓個數(shù)，即：取Z=8；
K為螺紋擰緊系數(shù)，k=1.12—1.5，取k=1.3；
取
所以：
?。?
根據(jù)上述D與d 的值，可估算液壓缸在各個工作階段中的壓力，流量和功率，如表2-3所示。并據(jù)此繪出工況圖。
由《液壓傳動》得，快進(jìn)時進(jìn)油腔壓力為：
式（2-16）
輸入流量為： 式（2-17）
輸入功率為： 式（2-18）
工進(jìn)時：進(jìn)油腔壓力為： 式（2-19）
輸入流量為： 式（2-20）
輸入功率為： 式（2-21）
快退時：進(jìn)油腔壓力為： 式（2-22）
輸入流量為： 式（2-23）
輸入功率為： 式（2-24）
表2-3 液壓缸在不同工作階段的壓力，流量和功率值
工 況
負(fù)載
F（N）
回油腔壓力
進(jìn)油腔壓力
輸入流 量
q（L/min）
輸入功率
P（kw）
快
進(jìn)
啟動
1286
0
0.490
—
—
加速
862
0.952
0.452
—
—
恒速
643
0.933
0.433
45.2
0.33
工
進(jìn)
22900
0.8
2.628
2.892
0.13
快
退
啟動
1286
0
0.151
—
—
加速
862
0.5
1.165
—
—
恒速
643
0.5
1.139
25.5
0.48
2.4.5 確定時間
系統(tǒng)快進(jìn)所需的時間為，由《液壓傳動》得 式（2-25）
即：==1.8s
系統(tǒng)工進(jìn)所需的時間為，即
即：==10.5s
系統(tǒng)快退所需的時間為，即
即：==3.3s
2.5 左鉆頭液壓缸
2.5.1負(fù)載計算
工作負(fù)載：由切削原理課程可知，高速剛鉆頭鉆鑄鐵孔時的軸向切削力Ft(以N計)與鉆頭直徑D（以mm計），每轉(zhuǎn)進(jìn)給量s（以mm/r計）和鑄鐵硬度HB之間的經(jīng)驗算式為：由式（2-2）得：
根據(jù)組合機(jī)床加工特點，鉆孔時的主軸轉(zhuǎn)速n和每轉(zhuǎn)進(jìn)給量s由表2-1得出以下數(shù)據(jù)：
對Φ6mm的孔來說： n=1656r/min ; s=0.2 mm/r
對Φ9mm的孔來說： n=898r/min ; s=0.30 mm/r
代入式（2-2）求得：
=20104.6N
由式（2-3）慣性負(fù)載：
=
=175N
阻力負(fù)載：
由式（2-4）靜摩擦阻力：=0.25145
= 1029N
由式（2-5）動摩擦阻力：=0.1 514.5
= 514.5 N
由此得出液壓缸在各工作階段的負(fù)載如表2-4所示。
表2-4 液壓缸在各工作階段的負(fù)載值
工 況
負(fù) 載 組 成
負(fù)載值F（N）
推力F/（N）
啟 動
1029
1286
加 速
689.5
862
快 進(jìn)
514.5
643
工 進(jìn)
20619.1
25774
快 退
514.5
643
注：液壓缸的機(jī)械效率
不考慮動力滑臺上顛覆力矩的作用。
2.5.2負(fù)載圖和速度圖的繪制
負(fù)載圖按上面數(shù)值繪制，如圖2-1所示，速度圖按以知數(shù)值，快進(jìn)速度：，快退速度：和工進(jìn)速度：。其中由主軸轉(zhuǎn)速及每轉(zhuǎn)進(jìn)給量求出。即：
在鉆孔時要求：=16560.2=331mm/min； 在鉆孔9時要求：=8980.3=269mm/min；
則取=331mm/min快進(jìn)行程；工進(jìn)行程；快退行程
圖2-4組合機(jī)床液壓缸的負(fù)載圖和速度圖
（a）負(fù)載圖 （b）速度圖
2.5.3液壓缸主要參數(shù)的確定
由《液壓傳動》表11-2，和11-3可知，組合機(jī)床液壓系統(tǒng)在最大負(fù)載約為30000N時宜取p1=4MPa 。
對于雙作用單邊活塞桿油缸，其活塞桿直徑d可按活塞往復(fù)運(yùn)動速度比來決定。既：由式（2-7）
=0.5D
在鉆孔加工時，液壓缸回油路上必須具有背壓，以防孔被鉆通時滑臺突然前沖。根據(jù)《液壓手冊》中的推薦值，可取=0.8MPa。快進(jìn)時由于油管中有壓降存在，有桿腔的壓力必須大于無桿腔，估算時可取=0.5MPa。快退時回油腔中是背壓的，這時亦可按0.5MPa估算。
由工進(jìn)時的推力按《液壓傳動》第5章式（5-3）計算液壓缸面積：
即有：
所以： 液壓缸無桿腔的工作面積；
即：
缸筒直徑： D==11.23cm
活塞桿直徑： d=0.5D=5.6cm
查《液壓傳動與控制》選出就近的標(biāo)準(zhǔn)值為：
D=12cm； 的d=6cm
由此得出的液壓缸兩腔的實際有效面積為：
2.5.4強(qiáng)度校核
一.缸筒的校核
液壓缸的缸筒壁厚，和塞桿直徑d和缸蓋處固定螺栓的直徑，在高壓系統(tǒng)中必須進(jìn)行強(qiáng)度校核。
缸筒壁厚校核分薄壁和厚壁兩種情況。當(dāng)時為薄壁，壁厚按式（2-12）進(jìn)行校核：
；
液壓缸，缸筒，港底的材料都選為HT200，查《機(jī)械加工工藝手冊》得：
其中D為缸筒內(nèi)徑；為缸筒試驗壓力，當(dāng)缸的額定壓力時，??；而當(dāng)，取；為缸筒材料的許用應(yīng)力，，為材料抗拉強(qiáng)度，n為安全系數(shù)，一般取n=5。
所以=；D=12cm
=200/5=40
即=9 mm
又因為。
取
二.活塞桿的直徑d的校核
活塞桿的材料選用45剛。查《機(jī)械加工工藝手冊》得出
活塞桿的直徑d的校核公式（2-14）為
式中，F(xiàn)為活塞桿上的作用力；
為活塞桿材料的許用應(yīng)力
=
所以由式 得出
d=60mm>8.8mm
即，活塞桿的直徑d滿足強(qiáng)度要求。故合格。
三．螺栓的校核
液壓缸蓋固定螺栓直徑的計算由（2-15）得：
螺栓材料為45鋼。即：它的材料屈服極限為：
式中 F為液壓缸負(fù)載；
Z為固定螺栓個數(shù)，即：取Z=8；
K為螺紋擰緊系數(shù)，k=1.12—1.5，取k=1.3；
取
所以：
?。?
根據(jù)上述D與d 的值，可估算液壓缸在各個工作階段中的壓力，流量和功率，如表2-5所示。并據(jù)此繪出工況圖。
由式（2-16）到式（2-24）分別算出系統(tǒng)在快進(jìn)，工進(jìn)，快退時的進(jìn)油腔壓力，輸入流量q（L/min），輸入功率P（kw）。
表2-5 液壓缸在不同工作階段的壓力，流量和功率值
工 況
負(fù)載
F（N）
回油腔壓力
進(jìn)油腔壓力
輸入流 量
q（L/min）
輸入功率
P（kw）
快
進(jìn)
啟動
1286
0
0.490
—
—
加速
862
0.952
0.452
—
—
恒速
643
0.933
0.433
45.2
0.33
工
進(jìn)
25774
0.8
2.881
3.74
0.18
快
退
啟動
1286
0
0.151
—
—
加速
862
0.5
1.165
—
—
恒速
643
0.5
1.139
25.5
0.48
2.5.5 確定時間
系統(tǒng)快進(jìn)所需的時間為，由式（2-25）得
即：==1.8s
系統(tǒng)工進(jìn)所需的時間為，即
即：==5.44s
系統(tǒng)快退所需的時間為，即
即：==3s
2.6 前鉆頭液壓缸和后鉆頭液壓缸
因為，前鉆頭液壓缸和后鉆頭液壓缸所鉆的孔的相同，所以它們的液壓缸也應(yīng)該相同。
2.6.1負(fù)載計算
工作負(fù)載：由切削原理課程可知，高速剛鉆頭鉆鑄鐵孔時的軸向切削力Ft(以N計)由式（2-2）得：
根據(jù)組合機(jī)床加工特點，鉆孔時的主軸轉(zhuǎn)速n和每轉(zhuǎn)進(jìn)給量s由表2-1得出以下數(shù)據(jù)：
第一次工進(jìn)對Φ13mm的孔來說： n=628r/min ; s=0.4 mm/r
這時它的切削力=25.513
=3995N
第二次工進(jìn)時對Φ23mm的孔來說： n=390r/min ; s=0.52 mm/r：
這時它的切削力
=8097N
由式（2-3得）慣性負(fù)載：
=
=175N
阻力負(fù)載：
由式（2-4）得靜摩擦阻力：=0.25145
= 1029N
由式（2-5）得動摩擦阻力：=0.1 514.5
= 514.5 N
由此得出液壓缸在各工作階段的負(fù)載如表2-6所示。
表2-6 液壓缸在各工作階段的負(fù)載值
工 況
負(fù) 載 組 成
負(fù)載值F（N）
推力F/（N）
啟 動
1029
1286
加 速
689.5
862
快 進(jìn)
514.5
643
工 進(jìn)一
4510
5637
工 進(jìn)二
8611.5
10765
快 退
514.5
643
注：液壓缸的機(jī)械效率
不考慮動力滑臺上顛覆力矩的作用。
2.6.2負(fù)載圖和速度圖的繪制
負(fù)載圖按上面數(shù)值繪制，如圖2-4所示，速度圖按以知數(shù)值，快進(jìn)行程，快進(jìn)速度：，快退速度：和工進(jìn)速度：。其中由主軸轉(zhuǎn)速及每轉(zhuǎn)進(jìn)給量求出。即：工進(jìn)一時 =6280.46=289mm/min工進(jìn)行程工進(jìn)二時=3900.52=203mm/r；工進(jìn)行程；快退行程
圖2-4組合機(jī)床液壓缸的負(fù)載圖和速度圖
（a）負(fù)載圖 （b）速度圖
2.6.3液壓缸主要參數(shù)的確定
由《液壓傳動》表11-2，和11-3可知，組合機(jī)床液壓系統(tǒng)在最大負(fù)載約為15000N時宜取p1=2.5MPa 。
對于雙作用單邊活塞桿油缸，其活塞桿直徑d可按活塞往復(fù)運(yùn)動速度比來決定。既：
=0.5D
在鉆孔加工時，液壓缸回油路上必須具有背壓，以防孔被鉆通時滑臺突然前沖。根據(jù)《液壓手冊》中的推薦值，可取=0.4MPa。快進(jìn)時由于油管中有壓降存在，有桿腔的壓力必須大于無桿腔，估算時可取=0.2MPa?？焱藭r回油腔中是背壓的，這時亦可按0.2MPa估算。
由工進(jìn)時的推力按《液壓傳動》第5章式（5-3）計算液壓缸面積：
即有：
所以： 液壓缸無桿腔的工作面積；
即：
缸筒直徑 D==7.7cm
活塞桿直徑d=0.5D=3.86cm
查《液壓傳動與控制》選出就近的標(biāo)準(zhǔn)值為：
D=8cm； 的d=4cm
由此得出的液壓缸兩腔的實際有效面積為：
由式（2-10）得
由式（2-11）得
2.6.4強(qiáng)度校核
一.缸筒的校核
液壓缸的缸筒壁厚，和塞桿直徑d和缸蓋處固定螺栓的直徑，在高壓系統(tǒng)中必須進(jìn)行強(qiáng)度校核。
缸筒壁厚校核分薄壁和厚壁兩種情況。當(dāng)時為薄壁，壁厚按式（2-12）進(jìn)行校核：
；
液壓缸，缸筒，港底的材料都選為HT200，查《機(jī)械加工工藝手冊》得：
其中D為缸筒內(nèi)徑；為缸筒試驗壓力，當(dāng)缸的額定壓力時，取；而當(dāng)，??；為缸筒材料的許用應(yīng)力，，為材料抗拉強(qiáng)度，n為安全系數(shù)，一般取n=5。
所以 =；D=8cm
=200/5=40
即 =3.75 mm
又因為。
取
二.活塞桿的直徑d的校核
活塞桿的材料選用45剛。查《機(jī)械加工工藝手冊》得出
活塞桿的直徑d的校核公式為：
由式（2-14）得
式中，F(xiàn)為活塞桿上的作用力；
為活塞桿材料的許用應(yīng)力
=
所以由式 得出
d=40mm>5.7mm
即，活塞桿的直徑d滿足強(qiáng)度要求。故合格。
三.螺栓的校核
液壓缸蓋固定螺栓直徑的計算
由式（2-15）得
螺栓材料為45鋼。即：它的材料屈服極限為：
式中 F為液壓缸負(fù)載；
Z為固定螺栓個數(shù)，即：取Z=8；
K為螺紋擰緊系數(shù)，k=1.12—1.5，取k=1.3；
取
所以：
取：
根據(jù)上述D與d 的值，可估算液壓缸在各個工作階段中的壓力，流量和功率，如表2-7所示。并據(jù)此繪出工況圖。
由式（2-16）到式（2-24）分別算出系統(tǒng)在快進(jìn)，工進(jìn)，快退時的進(jìn)油腔壓力，輸入流量q（L/min），輸入功率P（kw）。
表2-7 液壓缸在不同工作階段的壓力，流量和功率值
工 況
負(fù)載
F（N）
回油腔壓力
進(jìn)油腔壓力
輸入流 量
q（L/min）
輸入功率
P（kw）
快
進(jìn)
啟動
1286
0
0.245
—
—
加速
862
0.72
0.32
—
—
恒速
643
0.678
0.278
20.1
0.093
工
進(jìn)
一
5637
0.4
1.655
1.45
0.04
工
進(jìn)
二
10765
0.4
2.443
1.02
0.0415
快
退
啟動
1286
0
0.341
—
—
加速
862
0.2
0.496
—
—
恒速
643
0.2
0.438
11.304
0.083
2.6.5 確定時間
系統(tǒng)快進(jìn)所需的時間為，由式（2-25）得
即：==1.8s
系統(tǒng)工進(jìn)一所需的時間為，即
即： ==3.95s
系統(tǒng)工進(jìn)二所需的時間為，即
即： ==1.77s
所以工進(jìn)總時間為：=+=5.72s
系統(tǒng)快退所需的時間為，即
即：==2.9s
2.7 液壓系統(tǒng)圖的擬定
2.7.1 液壓系統(tǒng)圖的擬定要求
一． 根據(jù)鉆床鉆孔的工作循環(huán)和對性能的要求，在擬定液壓系統(tǒng)圖時應(yīng)該注意：
1. 在組合基本回路時，特別注意由于組合以后，回路中存在有相互干擾的關(guān)系，有時后不能按照最初所設(shè)定的要求來動作。
2. 應(yīng)避免系統(tǒng)中存在多余的回路中，完成鉆床鉆孔動作的回路。應(yīng)力求簡單可靠，回路越復(fù)雜，產(chǎn)生事故的機(jī)會愈多，消耗的功率越大。
3. 要注意系統(tǒng)的安全可靠性，盡可能減少事故停車時間，一般在回路中采用溢流閥或其他安全閥，控制著最大載荷。
4. 考慮經(jīng)濟(jì)問題，以及建設(shè)進(jìn)度等，在系統(tǒng)中，如過于考慮理想要求，則將增加元件設(shè)備，因而使成本增加。
2.7.2液壓回路的選擇
液壓回路的選擇重要是根據(jù)設(shè)計要求和工況圖來進(jìn)行的。選擇回路時既要考慮調(diào)速、調(diào)壓、換向、順序動作，動作互鎖等要求，也要考慮節(jié)省能源，減少發(fā)熱、減少沖壓，保證動作精度等問題，另外，選擇回路時可能有多種方案，必須對不同的液壓回路進(jìn)行對比分析，并參考和吸收同類型液壓系統(tǒng)中選進(jìn)行回路和成熟經(jīng)驗。
在液壓系統(tǒng)中，一般調(diào)速回路是系統(tǒng)的核心，往往調(diào)速方式一經(jīng)確定，其他有關(guān)的液壓回路、油源結(jié)構(gòu)形式和液壓的循環(huán)形式就會很自然地選擇出來，因此，一般都從選擇調(diào)速回路著手，并以選定的調(diào)速回路為基礎(chǔ)，依次選擇其它的液壓回路。
一.調(diào)速回路的選擇，
應(yīng)當(dāng)根據(jù)工況圖中液壓、流量和功率的變化和大小，還應(yīng)該考慮系統(tǒng)對速度穩(wěn)定性、運(yùn)動平穩(wěn)性和升溫的要求，綜合考慮各方面因素后來選擇恰當(dāng)?shù)恼{(diào)速回路又因為在加工過程中因有快進(jìn)、工進(jìn)，它們的速度不同。因而必須有一個高速回路來實現(xiàn)這一過程的速度的控制。在本系統(tǒng)中，由于要求較高，即高速都受用出口節(jié)流高速回路來制控其速度的變化。其圖如下：
二．保壓回路
在系統(tǒng)中，要使鉆孔的每一個工序都能順利進(jìn)行，那么工件必須得夾緊。夾緊裝置由夾緊液壓缸組成，夾緊在整個加工過程中非常重要，因此必須有一個保壓回路來維持夾緊時的壓力。其保壓回路的圖如下
三．換向回路
在不同的工作情況下，尚油液的流向是不相同的。因此必須有一個換向回路來控制液壓油的流向。在本設(shè)計中可以采用三位四通電磁換向閥來實現(xiàn)這一過程的控制。其圖如下：
四、卸載回路
因是大批量生產(chǎn)，所以中間裝夾工件時與加工工件之間必然有停，而我們不可能將整個系統(tǒng)的電繁頻起停，這樣會影響其整個統(tǒng)系的使用壽命。因而要設(shè)制一個卸載回路來解決加工中的這一問題。其圖如下：
五．換速回路
本設(shè)計中各個階段的作動都有不同之處，為了達(dá)到做完一個過程后能進(jìn)行下一個程，就必須有一個控制回路來實現(xiàn)。本設(shè)計中選用行程開關(guān)來實現(xiàn)這一個程。每當(dāng)在工作時碰到一個行程開關(guān)時，行程開關(guān)都會發(fā)出一個電信號來控制下一步的工作的進(jìn)行。其圖如下：
六、液壓回路的綜合系統(tǒng)圖的擬定
把上面各路回組合畫在一起，即得了綜合回路。其圖如下：
（見大圖一）
2.8液壓元件的選擇
2.8.1液壓泵
因為五個液壓缸同時工作則在整個工作循環(huán)中的最大工作壓力為它們的和，如取進(jìn)油路上的壓力損失為0.8MPa，壓力繼電器調(diào)整壓力高出系統(tǒng)最大工作壓力值為0.5MPa。則液壓泵的最大工作壓力應(yīng)為：
液壓泵向所有液壓缸提供的最大流量為45.2+45.2+20.1+20.1=130.6L/min，若回路中的泄漏按液壓缸輸入的1.05%計算，則液壓泵的總流量應(yīng)為
根據(jù)以上壓力和流量的數(shù)值查閱產(chǎn)品目錄，最后確定選取
YB-B92C-*F型單級葉片泵
它的流量為138.8L/min；壓力為10.5MPa；
液壓泵輸出壓力為138.8L/min；壓力為10.5MPa如取葉片泵的總功率為，則液壓泵驅(qū)動電機(jī)所需的功率為
P==10.5
=27kW
根據(jù)此數(shù)值查閱電機(jī)產(chǎn)品目錄，最后確定選取
Y200L-4三相異步電動機(jī)
它的額定功率為30kW，滿載轉(zhuǎn)速為1470r/min。
2.8.2閥類元件及輔助元件
根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力和通過各個閥類元件的實際流量，可選出這些元件的型號規(guī)格，如下表2-8。
表2-8元件的型號及規(guī)格
序號
元件
名稱
估計通過流量（L/min）
型號
規(guī)格
生 產(chǎn)
廠 家
1
濾油器
125
SU3-F12510
20MPa
北京天橋粉末冶金二廠
2
溢流閥1
63
Y-63
6.3MPa
3
溢流閥2
25
Y-25
6.3MPa
4
溢流閥3
250
YF-L32C
14MPa
5
單向閥1
63
I-63
6.3MPa
6
單向閥2
25
I-25
6.3MPa
7
調(diào)速閥
10
L-10
6.3MPa
8
二位二通電磁閥1
25
22D-25H
6.3MPa
9
二位二通電磁閥2
63
22D-63H
6.3MPa
10
三位四通電磁閥1
63
34D-63*
6.3MPa
11
三位四通電磁閥2
25
34D-25*
6.3MPa
12
壓力表開關(guān)
—
KF3-E3B
16MPa
3測點
13
壓力繼電器
—
PF-B8C
14MPa
8通徑
榆次液壓件廠
2.8.3.油管
各元件間連接管道的規(guī)格按元件接口處決定，液壓缸進(jìn)，出油管則按輸入，排出的最大流量計算。為了滿足所有的液壓缸，則按它們中的最大流量計算，（右鉆頭液壓缸）由于液壓泵具體選定之后液壓缸在各個階段的進(jìn)，出流量已與原定數(shù)值不同，所以重新計算如表2-9所示。
表2-9液壓缸的進(jìn)，出流量
快 進(jìn)
工 進(jìn)
快 退
輸入流量（L/min）
排出流量（L/min）
=（85201）/113
=151
=
=2.17
=
=66
運(yùn)動速度（m/min）
=
=17.86
=
=0.256
=
=5.88
根據(jù)這些數(shù)值，當(dāng)油液在壓力管中流速取5m/min時，則液壓缸無桿腔和有桿腔相連的油管分別為和。
查《液壓傳動》式（7-8）得：
所以：=29.2mm
這兩根管都按JB827－60選用內(nèi)徑15mm、外徑30mm的無縫鋼管。
2.8.4油箱
油箱的有效容積：V=。低壓系統(tǒng)；中壓系統(tǒng)；
高壓系統(tǒng)；因為該系統(tǒng)為中壓系統(tǒng)，所以取。
即：
2.9液壓系統(tǒng)的性能驗算
液壓缸的有效功率為：
=0.3673
液壓泵的總輸出功率 ：
= 2.7216kW
由此得液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量為：
=2.7216-0.3673=2.3543Kw
得出油液溫升近似值為：
=24
溫升沒有超出允許范圍，液壓系統(tǒng)中不須設(shè)置冷卻器。
第三章 攻絲機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計
3.1 確定動作循環(huán)
從整個系統(tǒng)來看，該系統(tǒng)共由四個液壓缸組成，分別為：夾緊液壓缸、前動力頭液壓缸、后鉆頭液壓缸、左動力頭液壓缸、在整個過程中，每個液壓缸都有單獨的動作，沒有聯(lián)動。
其中，前動力頭液壓缸、后動力頭液壓缸、左動力頭液壓缸動作循環(huán)圖由3-1 所示。
由零件圖和工位圖可知：
左動力頭液壓缸攻M10的孔的螺紋8個。
前動力頭液壓缸攻M14的孔的螺紋1個。
后動力頭液壓缸攻M14的孔的螺紋1個。
圖3-1 液壓缸動作循環(huán)圖
3.2. 切削用量的選擇
3.2.1. 材料選擇
查《機(jī)械加工工藝手冊》得： 刀具材料選為高速剛。工件材料為鑄鐵，其硬度為190HB。滿足要求。
查《組合機(jī)床》得出攻絲機(jī)床的工作部件的總質(zhì)量m=500kg。其動力滑臺采用平導(dǎo)軌，其靜摩擦因素為，動摩擦因素為。
工件材料的質(zhì)量m=25kg。
根據(jù)組合機(jī)床的特點，查《機(jī)械加工工藝手冊》可以得出攻絲時主軸的切削速度和每轉(zhuǎn)進(jìn)給量s，和螺距P又因為主軸轉(zhuǎn)速由式（2-1），攻絲時的切削用量如表3-1所示。
表3-1切削用量
螺紋規(guī)格d（mm）
切削速度（m/s）
每轉(zhuǎn)進(jìn)給量s（mm/r）
螺距P（mm）
主軸轉(zhuǎn)速n（r/min）
10
0.213
1.0
1.0
407
14
0.4
1.0
1.0
332
3.3左動力頭液壓缸
3.3.1負(fù)載計算
工作負(fù)載：由切削原理課程可知，高速剛攻鑄鐵孔的螺紋時的軸向切削力Ft(以N計)與螺距P（以mm計）的經(jīng)驗算式為：
查《機(jī)械加工工藝手冊》得： 式 ( 3 - 1 )
根據(jù)組合機(jī)床加工特點，攻絲時的主軸轉(zhuǎn)速n，每轉(zhuǎn)進(jìn)給量s和螺距P的值。查《機(jī)械加工工藝手冊》得出以下數(shù)據(jù)：
攻M10的螺紋： n=407r/min ; s=0.42 mm/r； P=1.0mm
代入式（3-1）求得：
=+
=5794 N
由式（2-3）得慣性負(fù)載：
=
=175N
阻力負(fù)載：
由式（2-4）得 靜摩擦阻力：=0.25145
= 1029N
由式（2-5）得 動摩擦阻力：：=0.1 514.5
= 514.5 N
由此得出液壓缸在各工作階段的負(fù)載如表3-2所示。
表3-2 液壓缸在各工作階段的負(fù)載值
工 況
負(fù) 載 組 成
負(fù)載值F（N）
推力F/（N）
啟 動
1029
1286
加 速
689.5
862
快 進(jìn)
514.5
643
工 進(jìn)
6308.5
7886
快 退
514.5
643
注：液壓缸的機(jī)械效率
不考慮動力滑臺上顛覆力矩的作用。
3.3.2負(fù)載圖和速度圖的繪制
負(fù)載圖按上面數(shù)值繪制，如圖3-2所示，速度圖按以知數(shù)值，快進(jìn)速度：，快退速度：和工進(jìn)速度：。其中由主軸轉(zhuǎn)速及每轉(zhuǎn)進(jìn)給量求出。即：=1407=407mm/min 快進(jìn)行程；工進(jìn)行程；快退行程
圖3-2組合機(jī)床液壓缸的負(fù)載圖和速度圖
（a）負(fù)載圖 （b）速度圖
3.3.3液壓缸主要參數(shù)的確定
由《液壓傳動》表11-2，和11-3可知，組合機(jī)床液壓系統(tǒng)在最大負(fù)載約為10000N 時宜取p1=2MPa 。
對于雙作用單邊活塞桿油缸，其活塞桿直徑d可按活塞往復(fù)運(yùn)動速度比來決定。既：
由式（2-7）得 =0.5D
在攻絲時，液壓缸回油路上是具有背壓。根據(jù)《液壓手冊》中的推薦值，可取=0.4MPa?？爝M(jìn)時由于油管中有壓降存在，有桿腔的壓力必須大于無桿腔，估算時可取=0.2MPa。快退時回油腔中是背壓的，這時亦可按0.MPa估算。
由工進(jìn)時的推力按《液壓傳動》第5章式（5-3）計算液壓缸面積：
即有：
所以：液壓缸無桿腔的工作面積；
即：
缸筒直徑D==7.5cm
活塞桿直徑d=0.5D=3.75cm
查《液壓傳動與控制》選出就近的標(biāo)準(zhǔn)值為：
D=8cm； 的d=4cm
由此得出的液壓缸兩腔的實際有效面積為：