95系列汽车连杆双孔侧平面铣加工专用机床气动和液压系统设计(编辑修改稿)

95系列汽车连杆双孔侧平面铣加工专用机床气动和液压系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

= （ 233） vF =512 = （ 235） 山东英才学院 2020届本科生毕业设计（论文） 9 第三章机床液压系统 液压原理说明 数控机床液压气压系统大体设计到 5个部分 （ 1）液压动作部分 （ 2）冷却部分 （ 3）润滑部分 （ 4）液压站部分 （ 5）液压辅助部分 夹具夹紧和换刀液压原理设计 液压系统中的动作： 在加工零件时需要用专用夹具夹紧零 件，则此中需要一个夹紧液压缸，来实现夹具的自动夹紧。 在主轴换刀时，机械手的上下移动、主轴夹紧刀具、机械手的旋转都是通过液压元件带来实现的。 机械手上下移动、主轴夹紧刀具需要液压缸来实现其动作，机械手的旋转需要摆动马达来实现机械手的旋转。 动作逻辑液压原理设计 图 起初系统发给 PLC 信号要求换刀动作首先机械手旋转，及电磁换向阀 CT7山东英才学院 2020届本科生毕业设计（论文） 10 工作，油路右路通路液压摆动马达逆时针旋转 90176。 ，当触动行程开关 7 时完成机械手抓刀动作，同时发出信号主轴刀具松刀， CT5电磁换向阀工作，油路左端工作，及液 压缸上充油，机械手下移，下移到触动行程开关 4完成机械手拔刀动作，并发出信号电磁 6换向阀回中路，同时发出信号两刀互换，及液压马达旋转电磁换向阀 15CT6 工作，油路从左路进入摆线马达，当触动行程开关 7，完成机械手顺时针旋转 180176。 ，发出信号主轴刀具夹紧，及刀具夹紧缸的活塞杆上移，二位三通电球阀断电，油路回油，液压缸由于弹簧的作用回升同时带动拉套夹紧刀具的拉钉，完成刀具的夹紧，并发出信号机械手逆转 90176。 ，及电磁换向阀 CT7工作，油路右路通路液压摆动马达逆时针旋转 90176。 触动行程开关 6 完成换刀动作，发出信号，准备零件 的加工。 为了保证摆动马达带动机械手旋转作用和液压缸带动机械手上下移动不发生冲突，机械手的原理结构图如图 所示，采用花键形式，这样机械手上下移动不影响机械手的旋转，摆动马达旋转，需考虑行程开关的放置位置，行程开关 7 放是放在机械手原来高度，行程开关 6应放在机械手下移的位置，这样，当机械手两次经过中间，才能保证只有在下移后才能触动行程开关 6，不发出错误信号，使换刀动作简单快捷安全的运行。 图 连杆夹紧原理设计 山东英才学院 2020届本科生毕业设计（论文） 11 图 连杆的夹具夹紧动作，当液压缸的活塞杆带动夹 具夹紧零件时，靠近零件时为避免过大的冲力对夹具或零件的损害，需要在夹具靠近连杆时有缓冲这一步骤，及控制油路中油的速度。 为了达到控制油速的目的，我们设置了溢流阀和二位二通电磁换向阀，当活塞杆接近夹具的很近位置会触动到行程开关 3，发出信号回油路由原来的二位二通阀转换到节流阀中流通，由于节流阀有调速的作用。 为了防止液压缸在夹紧时液压缸上下移动，我们需设置一个锁紧装置，能达到此目的，需要有液控单向阀和三位四通电磁换向阀 Y来完成，当电磁换向阀回到中路，油压为 0，液控单向阀不导通，起到锁紧的作用，这里我们需注意为什么我们选择三位四通换向阀 Y 不选其它呢，这种相对 M性锁紧更好。 机械手上下移动原理设计 机械手上下移动原理和夹具夹紧原理大致一样，但其液压缸的尺寸，型号，及管路的油压不同，具体介绍一下原理图中的单向阀的功能，油从单向阀进入系统，单向阀为了保持持续供油，各个动作互不干扰，油路中不会因为其他油路因动作运行、缓冲或加速引起的油路压力系统不稳定。 由于各油路的压力不同需减压阀对压力调整。 系统中夹具夹紧和机械手换刀都会有可能同时进行，在这里单向阀就能起到此作用。 山东英才学院 2020届本科生毕业设计（论文） 12 图 机械手旋转 的设计 图 机械手旋转液压系统需要考虑摆动马达，在一位置不会摆动，这里在油路中加了单向阀和溢流阀，当电磁换向阀回到中位时，由于摆线马达两端压力不平衡，所以当左端压力大时会通过单向阀和溢流阀回到油箱，同理右端也是。 需注意这里我们选择三位四通单向阀 M 型，与夹紧中阀不同，这样才能起到锁紧的目的。 配合上面的单向阀和溢流阀达到液压马达锁紧和油液缓冲目的。 主轴夹紧和松刀原理设计 山东英才学院 2020届本科生毕业设计（论文） 13 图 刀具松刀，原理是卡套上移夹紧拉钉，为了实现这一目的用液压缸带动卡套就可以，考虑到 ，机床大部分都在夹刀，我们不能再用上面的原理及元件了，液压缸选单作用弹簧复回，只有在换刀时松开，及只有油路中又进入液压缸时才松刀，其余时间是不通的，二位三通电磁阀的作用，控制油路进出，比其他换向阀简单。 主油路 图 山东英才学院 2020届本科生毕业设计（论文） 14 液压主油路，必不可少的提供压力的液压泵，那么在连接液压泵和油箱之间还存在过滤器，为了实现压力保持不变，溢流阀是必不可少的元件。 如图 所示，当压力超过其所设定的压力时，溢流阀通流触动二位二通电液换向阀开关下移，液压油直接从二位二通电液换向阀流到主油箱。 压力表是检 测其压力，单向阀为防止油倒流。 蓄能器的作用稳压保压的功能，尤其是夹具夹紧对主油路的压力影响比较大，而且夹具夹紧需要持续长时间供压，所以蓄能器是必不可少的元件。 电磁继电器，当压力变化很明显时，则会报警，发出信号立即停车。 过滤器毫无疑问起到过滤的作用，由于空气中含有粉尘进入油箱，但需要定期清洗一下。 压力表我们最好选择能够测多管路的压力的那种对管路方便的检测。 冷却原理设计 在加工零件时需要冷却液，用手动或编程开启 CT15，冷却液通过分流阀最大面积的接触零件，完成降温功能。 图 分流阀的作用，分出多个端口，让冷却液更大面积的接触夹具体和刀具，最大限度的减少因加工产生的热量，从而达到保护刀具的作用。 山东英才学院 2020届本科生毕业设计（论文） 15 润滑原理设计 每台机床在开机时都应该对主轴、 X轴、 Y轴、 Z 轴润滑一般每个 2分钟次 主轴使用脂润滑， 图 这里润滑油有的可回收，有的不可回收，像导轨上的，设计好润滑的油量和时间，其他地方可以回收需收集有装置。 山东英才学院 2020届本科生毕业设计（论文） 16 第四章液压元件的选择 液压缸的选择 夹具夹紧缸 （ 1）夹紧缸的负载力计算 图 负载力 Fw 为 1000N 初选液压公称压力为 p=，初选液压缸 P1 = MPa (2)计算液压缸此尺寸：为了简化专用机床结构，液压缸采用单杠活塞缸，为使快进退速度相同则用单活塞差动连接，所以液压缸无腔面积 A1 和 A2 关系应为 A1 =2A2 ，即活 塞直径 d和液压缸内径 D应符合 d=。 背压压力为 P2 =。 F=mwF = P1 A1 P2 A2 （ 411） m = A1 =4 D2 （ 412） A2 =4 （ D2 d2 ） （ 413） d= （ 414） 得到 D= 103 m= d= = 根据液压缸气缸的缸压力内、外径尺寸 GB/T23481993 选择内径为 50mm 外径70mm。 验算一下提供 Fw =828N 山东英才学院 2020届本科生毕业设计（论文） 17 故应选大一点 D=80mm （ 3）活塞 活塞杆行程的确定根据 GB/T23491980 活塞行程为 S=25mm 活塞和活塞杆的连接方式整体式，优点结构简单，用于工作压力较大而活塞直径较小的液压缸。 密封装置的形式为间隙密封在活塞表面开出一些小环形槽，以使压力油在经过这些槽时因产生多种能量损失而使压力下降，从而达到减少泄露密封效果。 优点是：结构简单，摩擦阻力小，因而动作灵敏，启动迅速，制动准确；耐高温；由于他没有容易刮伤密封件，不会因密封件损失发生泄露。 但它的内漏较大，加工要求高，一般均需珩磨或配研，磨损后无法恢复原有的能力。 (3)液压缸的流量计 算 根据 [2]p177 表 565 小型系列缸内径在 80～ 100mm 的最大线速度极限为v= s1 q=v A=v A2 = /s =A为有效面积及 A2 (4)液压壁厚的确定 δ＞ P试 D/2[σ ]= δ 液压缸壁厚（ mm） P试 液压缸实验压力当额定压力 P1 =≦ 16MPa 时 P试 = P1 （ MPa） [σ ]缸筒材料的许用应力（ MPa） [σ ]= σ b /n=84MPa σ b 缸体材料的抗拉强度（ MPa）根据【 2】 p197 表 5630 选用合 金钢缸管牌号为 Q345 的σ b 为 420MPa。 n安全系数一般取 n=5。 δ =6mm （ 5）油口尺寸根据【 2】 p207 表 5636M27 2 （ 6）缓冲机构两级缓冲【 2】 p209 图 h （ 7）导向套的结构 O型密封，插件式导向套磨损后便于 YH01 系列拉杆液压缸 更换，应用较普遍。 机床中、低压液压缸一般将导向套装 在密封圈内侧，或将 O型圈装在导向套内，以利于导向套的润滑。 表 山东英才学院 2020届本科生毕业设计（论文） 18 缸径 代号 A BB D DD E EE TG F H J K KK L MM P W Y FA 型 其它 Φ80 60 25 65 M20 145 ZG3/4 92 24 10 10 67 42 M39 85 45 22 35 218 图 机械手上下移动液压缸 （ 1）负载力的计算带动专用刀具 8Kg刀具上下移动，但刀具有可能大于 8kg，这里我们取 m1=15kg，机械手 m2 =15kg， m3 活塞和连杆 m3 =1kg 考虑受力情况我们只需考虑机械手上移时及活塞杆带动刀具往上匀速移动。 经受力分析的 Fw =Ff + m1g+ m2 g=310N Ff 可忽略不计，因为缸筒是竖直向下的，几乎没有对内壁产生压力，所以忽略不计。 （ 2）初选液压缸的压力 P2 =，背压阀 P1 =0MPa 山东英才学院 2020届本科生毕业设计（论文） 19 F=mwF = P2 A2 A2 =4 （ D2 d2 ） d= 计算的 D=74mm， d=54mm 根据液压缸气缸的缸压 力内、外径尺寸 GB/T23481993 选择内径为 63mm 外径 80mm。 验算 Fw = 减小内径 d=50mm 再验算 Fw ＞ 310N （ 3）活塞 活塞杆行程的确定根据 GB/T23491980 活塞行程为 S=132mm。 (4)液压缸的流量计算 根据 [2]p177 表 565 小型系列缸内径在 80～ 100mm 的最大线速度极限为v= s1 q=v A=v A2 = /s=A为有效面积及 A2 (5)液压壁厚的确定 δ＞ P试 D/2[σ ]= δ 液压缸壁厚（ mm） P试 液压缸实验压力当额定压力 P1 =≦ 16MPa 时 P试 = P1 （ MPa） [σ ]缸筒材料的许用应力（ MPa） [σ ]= σ b /n=84MPa σ b 缸体材料的抗拉强度（ MPa）根据【 2】 p197 表 5630 选用合金钢缸管牌号为 Q345 的σ b 为 420MPa。 n安全系数一般取 n=5。 δ =6mm （ 5。