钻孔机床的液压控制系统毕业设计论文.doc

1、武汉理工大学毕业设计（论文） 1 摘要 本文是以钻孔机床的液压控制系统课题为背景，重点研究了液压控制系统的设计，此外还对液压控制系统的相关电气控制部分进行了设计其中，液压控制设计主要包括系统参数的选择、液压元件等的选型、压力损失和热量损失的计算，以及对油箱及其辅件、集成块和液压动力站的进行了设计。此外，还对管道进行了相关的设计。电气控制部分，是对液压系统的起辅助做用，在弄清液压系统原理图的基础之上，明确机床的动作过程，然后作出于之相应的电路控制设计，同时绘制了电气原理图以及 PLC 控制梯形图等。 本文设计的钻孔机床，将机、电、液 等相关技术有效的集于一身，为传统机床设计提供一种方法。 关键词

2、 ：钻孔机床，液压控制系统，电气控制 武汉理工大学毕业设计（论文） 2 Abstract This paper pays more attention to the research of hydraulic control system based on the problem of hydraulic control system of drill-machine, and more takes some design of electric control system. The content of hydraulic control design includes select of

3、 system parameter, select of the hydraulic component, pressure loss, energy loss, oil box and its complement design, integration block design and the design of the central power station. And more, makes correlative design of the pipeline. The function of the part of electric control is to assistant

4、the hydraulic system, makes sure the course of machine tool action based on understanding the principle of hydraulic system, then makes the corresponding design of circuit control and protracts the electric principle drawing and PLC control trapezoid drawing. This design of drill-machine integrates

5、the function of machine, electricity, fluid. Provides a new design thought to the traditional design of the drill-machine. Key words: drill-machine ， hydraulic control system ， electric control 武汉理工大学毕业设计（论文） 3 目录 绪论 1 1.1 研究的背景和意义 1 1.2 本文的内容和结构 1 第一章 系统的初步计算和系统原理图的拟定 2 2.1 系统设计的主要参数 2 2.2 钻孔机床的工况分

6、 析 2 2.3 确定液压系统参数 6 2.4 拟定系统原理图 7 第三章 液压元件的选型 10 3.1 液压泵和电动机的选择 10 3.2 元、辅件的选择 11 第四章 液压辅件的设计计算与选型 16 4.1 液压油箱的设计 16 4.2 液压管路的设计 17 4.3 过滤器的选择 18 4.4 液压工作介质的选择 19 第五章 液压系统的验算 19 5.1 液压系统压力损失的计算 20 5.2 液压系统升温验算 21 第六章 液压动力站和集成块的设计 23 6.1 液压动力站设计 23 6.2 集成块的设计 24 第七章 液压系统的电气控制设计 25 7.1 液压系统的电气控制 25 7.

7、2PLC 控制 25 第八章 工作总结和展望 27 8.1 工作总结 27 8.2 工作展望 27 致谢 28 参考文献 29 武汉理工大学毕业设计（论文） 4 1 绪 论 1.1 课题研究的背景和意义 本次研究的课题是一个多轴（ 16个轴）组合机床的液压驱动系统，而传统的钻床的加工轴都是比较少，比如单轴，双轴， 3、 4 轴等，总体上同本课题研究的钻孔机床存在一定的差别。正是由于这一方面的差别 ， 当 同时加工 16 跟轴时，就会存在很大的切削力，要想实现驱动这种机床，除了采用液压驱动系统，普通的电动机钻孔机床很难实现的 。因而，在这种情况下，开始了设计钻孔机床的液压驱动系统。 本次毕业设计

8、是在学完专业基础课程（包括基础知识课和专业知识课）以后，进行的最后的一次总体学习设计的综合练习。通过这次设计，运用所学过的基础课、技术基础课和专业课的理论知识，生产实习和实验等实践知识，达到巩固、加深和扩大所学知识的目的，同时进一步了解和掌握设计的方法。 通过此次毕业设计，对钻床的工作方式进行了分析，由于钻床主要的工作系统为液压系统，所以同时对液压元件的结构、工作原理和基本回路（包括典型机床的液压系统）等进行了分析，达到学习设计步骤和提高 设计能力的目的。通过设计，学习查阅有关的设计手册、设计标准和资料，达到积累设计知识和提高设计能力的目的。 通过这次对钻空机床的设计，获得设计工作的基本技能的

9、训练，提高分析和解决工程技术问题的能力，并为进行的一般机械的设计创造一定的条件，并为我们以后步入工作岗位打下一定的基础。 1.2 本文的内容与结构 本文研究的是一个多轴钻孔组合机床的液压驱动系统，要求设计的液压系统能够使钻孔机床完成 为快进 -工进 -快退 -停止的工作循环。在液压系统设计部分，涉及到液压系统的参数计算，元件的选型，油箱的设计，集成块的 设计以及动力站的设计；同时为了配合液压系统顺利完成对钻孔机床所完成的动作循环，设计的与系统原理图相关的电气控制电路以及 PLC 控制。 本文的结构 是： 第一章 绪论，主要讲课题研究的背景和意义和 全文的内容和结构。 第二章 系统的初步计算和系

10、统原理图的拟订，在对钻床进行了工况分析以后，初步估算一下系统的参数 压力和流量，并且在次基础之上，拟订系统的原理图。 第三章 系统元件的选型，根据系统的压力和流量来选择液压泵、电动机以及液压回路中的阀的型号。 第四章 油箱的设计，该章主要是讲述了油箱的设计的方法，包括容积的 确武汉理工大学毕业设计（论文） 5 定，油箱附件的选择。同时还进行了管路的设计。 第五章 液压系统的验算，主要是进行了压力损失的计算，校核 所选择的系统压力是否合适，要是不合适则可以作出调整，直到和社为止。此外，还进行了系统的温升验算 。 第六章 液压动力站 和集成块的设计 ，该章叙述的电动机的安装方式，电动机和液压泵的连

11、接方式。同时还提出了进行动力站设计时应该注意的问题。 而集成块的设计 ，主要是讲述了集成块的设计原理，同时叙述了集成块的特点，最后提出了绘制集成块应该注意的问题。 第 七 章 系统的电气控制设计，电气控制部分分别描 叙了电动机和动力滑台的控制动作过程。在 PLC 控制部分，讲到 PLC 控制的 优点和功能，以及所选用 PLC 的简要内部机构。 第 八 章 工作总结和展望，在论文的最后，对本次毕业设计进行了最后的总结，同时提出了工作的展望。 武汉理工大学毕业设计（论文） 6 第二章 系统的初步计算和系统原理图的拟定 1. 1 系统的主要参数 钻孔机床液压驱动系统设计主要包括：电动机，液压泵，油箱

12、，液压缸及液压控制系统的设计、液压动力站的设计以及系统的电气控制设计。本次设计的主要技术参数如下： 1） 主轴 16 个 2） 加工孔径 13.9（ 14 个）和 8.5（ 2 个） 3） 工件的材料 铸铁 4） 工件的硬度（ HB） 240 5） 工件的重量 10000N 6） 快进和快退的速度 7m/min 7） 工进的速度 0.21 m/min 8） 快进行程 L1 和工进行程 L2 100mm， 50mm 9） 静、摩擦系数 fs=0.2 fd=0.1 10）加速和减速的时间 t1=t2=0.2s 2.2 钻孔机床的工况分析 2.2.1执行元件的选择 根据工况和动力滑台的结构安排，采用

13、液压缸为执行元件，有液压缸筒与动力滑台团结完成工作循环，活塞杆固定在床身上。由于要求快进和快退的速度相等，为减少液压泵的供油量，决定采用差动型液压缸，可以取液压缸前后腔的有效面积为 2： 1，活塞杆较粗，结构上可以允许油管通过，进、出油管穿过活塞杆，直接使用硬管与液压装置或与液压泵相连。这样就避免了由于较长的软管的弹性变形硬气滑台在转 换中产生的“前冲”、“后坐“现象”。 使液压缸在无杆腔为高压腔，这样就可以得到较大的输出动力，并且可以得到较低的稳定工作速度，以便满足精加工的要求。 武汉理工大学毕业设计（论文） 7 2.2.2 计算外负载 当机床的液压缸在做直线往返运动时，液压缸必须克服的外负

14、载为： F= tF +fF+ mF + gF + bF （ 2 1） 上式中， tF 工作负载；fF 摩擦负载； mF 惯性负载； gF 重力负载； bF 背压负载； 1）工作负载 工作负载与机床 的工作性质有关，可能为定值，也可能为变值，钻孔时沿进给方向的切削力为为正值负载，切削力的大小由切削力的公式估算： 轴向切削力： 0.8 0.625.5tF D S H B （ 2 2） 其中： D 孔径； HB 铸铁硬度； S-每转进给 故： 对于孔径为 13.9mm 的钻头： 0 . 8 0 . 61 2 5 . 5 1 3 . 9 0 . 1 5 9 2 4 0 2 1 8 1tFN 对于孔径为

15、 8.5mm 的钻头： 0 . 8 0 . 62 2 5 . 5 8 . 5 0 . 0 8 6 2 4 0 8 1 6t 则：总的切削力 114ttFF 2 2tF =32180N 2）摩擦力 液压缸驱动工作部件工作时，要克服机床导轨外的摩擦阻力，它与导轨形状，导轨放置的位置，以及工作台运动的状态有关。 由于本次设计的机床采用的是平导轨，切削里垂直于导轨上的正压力为零，则： fF fG （ 2 3） 可以求出： 静摩擦阻力： 0 . 2 1 0 0 0 0 2 0 0 0f s sF f G N 动摩擦阻力： 0 . 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0f d dF f G N 武汉理工大

16、学毕业设计（论文） 8 3）惯性负载 可以求动力滑台快速和慢速的惯性阻力 mF 由于动力滑台启动加速和减速时的加速度相等， 7 / m in 0 .1 2 /v m m s ，0.2ts 得： 1 0 0 0 0 0 . 1 2 6129 . 8 0 . 2m GvFNgt （ 2 4） 4）重力负载 由于工作部件是水平放置的，且本次实时滑台为卧式装置，故负载不考虑重力。 由上面的分析，可以得出液压缸个动作阶段的负载，表 2 1 表 2 1 液压缸在个动作阶段的负载 工况 计算公式 液压缸负载 0F （ N） 启动 sgF f F 2222 快进 dgF f F 1111 工进 d g tF

17、f F F 36866 快退 dgF f F 1111 制动 d g mF f F F 431 取：液压缸机械效率 =0.9 图中最大负载值是初选液压缸和工作压力和确定液压缸结构尺寸的重要依据。 2.2.3 快进、快退时间的计算 由前面计算出来的快进、快退、工进的行程和速度，配合相应的负载数据，可以 近似计算快进、工进、快退的 时间如下： 1 快进： 1120 .1 0 .8 30 .1 2ltsv 3 快退： 3 123330.15 1.250.12l lltsvv 武汉理工大学毕业设计（论文） 9 2.3确定液压系统参数 2.3.1 初选液压缸的工作压力 初选液压缸工作压力的选择是否合理直

18、接影响到整个系统的设计的合理性，确定的时候不能只考虑负载的要求，应全面考虑液压装置的性能要求和经济性。 液压缸的工作压力选定较高，则泵、缸、阀和管道尺寸可选小些，这样结构较为紧凑、轻巧，加速的时候惯性负载也较小，易于实现高速的要求。但是，工作压力太高，对系统的密封性能要求也相 应提高了制造困难，同时缩短了液压装置的使用寿命，此外，高压会使构件弹性的影响增大，运动件容易振动。 表 2 2 由机床内型选择工作压力 机床内型 磨床 车床镗床 衍磨机 组合 机床 齿轮加工 机床 拉床、龙 门刨床 工作压力 （ P 510 Pa） 20 2040 2050 3050 63 100 参照表 2 2，可以初

19、选： 液压缸的工作压力： 51 45 10P Pa 液压缸回油腔背压： 52 5 10P Pa 快进、快退时回油压力损失： 55 10P Pa 2.3.2 计算液压缸内有效面积的计算 设液压缸无杆腔有效面积为 A1 液压缸无杆腔有效面积为 A2 则： 420151236866 8 7 . 8 1 011( 4 5 6 ) 1 022FAmPP （ 2 5） 故液压缸内径 D 为： 414 4 87. 8 10 1063.14AD m m （ 2 6） 可以取标准值 D=110mm 由于采用差动连接 ,活塞杆的直径 武汉理工大学毕业设计（论文） 10 1 0 .7 7 92d D D m m （

20、 2 7） 取标准值 d=80mm 则取了标准值后； 242 4 21 1 3 . 1 4 1 1 1 0 9 5 1 044A D m 2 2 42 2 4 22 1 3 . 1 4 ( 1 1 8 ) 1 0( ) 4 4 . 7 1 044A D d m 活塞杆的面积 423 1 2 5 0 .3 1 0A A A m 2.3.3 液压缸在工作循环中各阶段所需的流量 1）快进时的流量 431 5 0 . 3 1 0 7 3 5 . 2 /Q A v L M i n 进 （ 2 8） 2）工进时的流量 412 9 5 1 0 1 9 . 5 /Q A v L M i n 工 （ 2 9）

21、3）快退时的流量 421 4 4 . 7 1 0 7 3 1 . 2 /Q A v L M i n 退 （ 2 10） 2.4拟定系统原理图 2.4.1 调速方式的选择 钻床工作的时候，要求低速运动平稳性很好，速度负载特性好。由前面计算可知，液压缸快速和工进的时候功率都比较小，负载变化也很小，因此采用调速阀的进油节流调速回路。为了防止工作负载突然消失（钻通孔）引起前冲现象，在油路上加背压阀。 2.4.2 快速回路和速度换接方式的选择 前面计算已选用差动型液压缸（ A1=2A）实现快、慢、快回路，即采用快进和快退速度相等的差动回路作为快速回路。由于快进转换为工进时有平稳性要求，故采用行程阀来实现，而工进转换快退利用压力继 电器来实现。