1、摘 要本次毕业设计的是半自动液压专用铣床的液压设计，设计主要是将自己所学的知识结合辅助材料运用到设计中，初步掌握正确的设计思想和设计的基本方法步骤,巩固深化和扩大所学的知识,培养理论联系实际的工作方法和独立工作能力，以及达到正确绘制部件总装图和零件工作图等方面的基本训练及基本技能。整个设计主要完成了七个部分：参数的选择、方案的制定、图卡的编制、液压系统的设计、PLC 的设计以及最后有关的验算。主体部分基本在图的编制和液压系统的设计两部分中完成的。通过这次毕业设计锻炼了自己独立思考和严谨的求学态度，了解了半自动专用铣床液压系统的工作原理以及它的总体结构，同时我也明白了学习是一个长期积累的过程，在
2、以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。关键词：液压设计；半自动；铣床； IABSTRACTThis graduation design is a semi automatic hydraulic special milling machine hydraulic design, design is mainly to combine the knowledge of auxiliary materials used in design, the preliminary master the correct design idea and basic steps to
3、consolidate, deepen and expand the knowledge, training theory with the actual method of work and work independently ability, and to achieve the correct rendering of part work and parts assembly diagram and other aspects of the basic training and basic skills. The design was completed in seven parts:
4、 parameter selection, scheme, card making, hydraulic system design, PLC design and related calculation at. The main part of the basic in map compilation and the design of hydraulic system in the two part complete.Through this graduation design exercise their own independent thinking and rigorous lea
5、rning attitude, understanding of the semi automatic special milling machine hydraulic system principle of work as well as its overall structure, at the same time, I also understand that learning is a long-term accumulation process, in the future work, life should continue to study, work hard to impr
6、ove their knowledge and comprehensive qualityKey words：hydraulic ；designautomatic；milling machine；II目 录摘 要 .IABSTRACT.II1 绪论 .11.1 课题研究的目的 .11.2 铣床的简介 .11.2.1 铣床介绍 .11.2.2 铣床的发展 .11.3 液压系统的发展历程及特点 .21.3.1 液压的发展历程 .21.3.2 液压系统的组成 .31.4 液压系统的设计步骤和内容 .31.5 本文的主要研究工作 .4本章小结 .4液压系统的设计 .52.1 设计题目分析 .52.2
7、工况分析 .52.3 液压缸外负载的计算 .52.4 初步确定液压缸参数及绘制工况图 .72.5 设计方案，初拟定液压系统原理图 .92.6 计算和选择液压元件 .102.7 验算液压系统性能 .153 液压缸的设计 .203.1 液压缸的主要零件及技术要求 .203.1.1 缸体 .203.1.2 缸盖 .203.1.3 活塞 .203.2 液压缸主要尺寸的确定 .213.2.1. 液压缸工作压力的确定 .213.2.2 液压缸内径 D 和活塞杆直径 d 的确定 .213.2.3 液压缸壁厚和外径的计算 .223.2.4 液压缸工作行程的确定 .233.2.5 缸盖厚度的确定 .233.2.
8、6 最小导向长度的确定 .243.2.7 缸体长度的确定 .243.2.8 活塞杆稳定性的计算 .24III3.3 液压缸结构的设计 .253.3.1 缸体与缸盖的连接形式 .253.3.2 活塞杆与活塞的连接结构 .253.3.3 活塞杆导向部分的结构 .253.3.4 活塞及活塞杆处密封圈的选用 .263.3.5 液压缸的缓冲装置 .263.3.6 液压缸的排气装置 .273.3.7 液压缸的安装连接结构 .283.3.8 液压缸主要零件的材料和技术要求 .28本章小结 .294 集成油路块的设计 .305 液压站的设计 .325.1.1 液压油箱有效容积的确定 .325.1.2 液压油箱
9、的外形尺寸的确定 .335.1.3 液压油箱的结构设计 .335.2.1 液压泵的安装方式 .365.2.2 电动机与液压泵的联接方式 .365.2.3 液压站的结构图 .365.2.4 液压站结构设计的注意事项 .366 PLC 设计 .386.1.1PLC 的发展 .386.1.2 PLC 的基本结构 .386.1.3 PLC 的特点 .396.1.4 PLC 的应用领域 .406.2.1 扫描工作方式 .416.2.2 扫描周期 .426.3.1 动作顺序 .426.3.2 I/O 分配表 .426.3.3 接线图 .436.3.4 流程图 .436.3.5 SFC 程序图 .43结论
10、.46致谢 .47参考文献 .48参考文献 .50附 录 .51兰州工业高等专科学校毕业设计（论文）01 绪论1.1 课题研究的目的本次设计的主要任务是半自动专用铣床的液压系统设计，该设计可以培养学生综合运用所学的基础理论和专业理论知识，独立解决机床设计问题的能力的一个重要的实践性教学环节。因此，通过设计应达到下述目的。a 初步掌握正确的设计思想和设计的基本方法步骤,巩固深化和扩大所学的知识,培养理论联系实际的工作方法和独立工作能力。b 获得机床总体设计，结构设计，零件计算，编写说明书。绘制部件总装图（展开图，装配图）和零件工作图等方面的基本训练及基本技能。c 熟悉有关标准、规格、手册和资料的
11、应用。d 对专用机床的夜压系统初具分析能力和改进设计的能力。1.2 铣床的简介1.2.1 铣床介绍铣床（millingmachine）系指主要用铣刀在工件上加工各种表面的机床。通常铣刀旋转运动为主运动，工件（和）铣刀的移动为进给运动。它可以加工平面、沟槽，也可以加工各种曲面、齿轮等。铣床是用铣刀对工件进行铣削加工的机床。铣床除能铣削平面、沟槽、轮齿、螺纹和花键轴外，还能加工比较复杂的型面，效率较刨床高，在机械制造和修理部门得到广泛应用。专用铣床是根据工件加工需要，以液压传动为基础，配以少量专用部件组成的一种机床。在生产中液压专用铣床有着较大实用性，可以以液压传动的大小产生不同性质的铣床。1.2
12、.2 铣床的发展铣床最早是由美国人 E.惠特尼于 1818 年创制的卧式铣床。为了铣削麻花钻头的螺旋槽，美国人 J.R.布朗于 1862 年创制了第一台万能铣床，是为升降台铣床的雏形。1884年前后出现了龙门铣床。20 世纪 20 年代出现了半自动铣床，工作台利用挡块可完成“进给-快速”或“快速-进给”的自动转换。1950 年以后，铣床在控制系统方面发展很快，数字控制的应用大大提高了铣床的自动化程度。尤其是 70 年代以后，微处理机的数字控制系统和自动换刀系统在铣床上得到应用，扩大了铣床的加工范围，提高了加工精度与效率。 随着机械化进程不断加剧，数控编程开始广泛应用与于机床类操作，极大的释放了
13、劳动力。数控编程铣床将逐步取代现在的人工操作。对员工要求也会越来越高，当然带兰州工业高等专科学校毕业设计（论文）1来的效率也会越来越高。较高。简单来说，铣床就是用铣刀对工件进行铣削加工的机床。1.3 液压系统的简介1.3.1 液压的发展历程几十年来，随着我国工业水平的不断提高，液压传动技术被广泛应用在机械制造、工程建筑、石油化工、交通运输、军事器械、矿山冶金、航空航海、轻工、农机、渔业、林业等各个方面，也被应用在宇宙航行、海洋开发、核能建设、地震预测等新的技术领域中。从 1795 年英国制造出世界上第一台水压机至今，液压传动已有二三百年的历史，但广泛的应用和推广仅有六七十年。19 世纪末，德国
14、制造出液压龙门刨床，美国制成液压六角车床和液压磨床，但因当时没有成熟的液压元件以及机械制造工艺水平的限制，液压技术的应用仍不普遍。第二次世界大战期间，一些兵器采用恶劣反应快、精度高、功率大的液压传动装置，大大提高了兵器的性能，同时推动了液压技术的发展。战后，其迅速转向民用，在机床、工程机械、农业机械、汽车、船舶等行业中逐步推广。20 世纪 60 年代后，随着原子能、空间技术、计算机技术的发展，液压技术的应用更加广泛。目前，正在向高压、高速、高效、大流量、大功率、低噪声、长寿命、高度集成化和模块化、提高可靠性技术及污染控制技术的方向发展。同时，液压元件和液压系统的计算机辅助设计、计算机仿真和优化
15、、微机控制等，又使液压技术的发展进入到了一个新的阶段。我国的液压工业始于 20 世纪 50 年代，最初只是应用于机床和锻压设备，后来发展到拖拉机和工程机械上。自 1964 年开始引进国外液压元件生产技术，并自行设计液压产品以来，我国的液压元件生产从低压刀高压形成了系列。液压技术中的重大进展是微电子技术和计算机技术在液压系统中的应用。微电子技术与液压技术相结合，创造出了很多高可能性、低成本的微型节能元件，为液压技术在工业中的应用开辟了更为广阔的前景。计算机控制是必然趋势，电业比例阀和伺服阀只能接受连续变化的电压或电流信号，而计算机要求数字开关量，使用电液比例阀和伺服阀与计算机接口必须经过 D/A
16、 转换和A/D 转换，极不方便。而数字液压泵、数字控制阀、数字液压缸等，即用数字量进行控制并具有数字量输出响应特性的液压元件。由于是可以直接与计算机接口，不需 D/A 数模转换器，是今后液压技术发展的重要趋向之一。计算机与液压技术的结合包括：计算机实时控制技术、计算机辅助设计（液压元件CAD 和液压系统 CAD） 、液压产品的计算机辅助试验（CAT）及计算机仿真和优化设计。利用计算机闭环控制、最优控制和自适应控制以及灵活的多余度控制等。计算机辅助设计的基本特点是利用计算机的图形功能，由设计者通过人机对话控制设计过程以得到最优设计结果，并能通过动态仿真对设计结果进行检测。计算机辅助试验则可运用计
17、算机技术对液压元件及液压系统的静、动态性能进行测试，对液压设备故障进行诊断和对液压元件和系统的数学模型辨识等。兰州工业高等专科学校毕业设计（论文）2此外，高压大流量小型化与液压集成技术、液压节能与能量回收技术也成为近年研究的重要课题。总之，随着科学技术的进步，液压技术也随之发展，拓宽范围，以适应各行各业新技术的发展需求。1.3.2 液压系统的组成液压系统有以下 5 个部分组成：1. 动力元件液压泵 机械能转换为液压能的装置，给整个系统提供压力油。2. 执行元件液压缸或液压马达 将液压能转换为机械能的装置，可克服负载做功。 3. 控制元件各种类型的液压阀 可控制和调节液压系统的压力、流量及液流方
18、向，以改变执行元件输出的力（或转矩） 、速度（或转速）及运动方向。 4. 辅助装置油管、管接头、油箱、过滤器、蓄能器和压力表等 起连接、储油、过滤、储存压力能和测量油液压力的辅助元件。5. 工作介质传递压力的工作介质 通常为液压油，同时还可起润滑、冷却和防锈的作用。1.4 液压系统的设计步骤和内容液压系统的设计是整个机器设计的一部分，它的任务是根据机器的用途、特点和要求，利用液压传动的基本原理，拟定出合理的液压系统图，再经过必要的计算来确定液压系统的参数，然后按照这些参数来选取液压元件的规格和进行系统的结构设计。（1）液压系统的工况分析在开始设计液压系统时，首先要对机器的工况进行详细的分析，一
19、般要考虑下面几个问题。1）确定该机器中那些运动需要液压传动来完成。2）确定各运动的工作顺序和各执行元件的工作循环。3）确定液压系统的主要工作性能。例如：执行元件的运动速度、调速范围、最大行程以及运动平稳形要求等。4）确定各执行元件所承受的负载及其变化范围。（2）拟定液压系统原理图拟定液压系统原理图一般要考虑以下几个问题。采用何种形式的执行机构。确定调速方案和速度换接方法。如何完成执行机构的自动循环和顺序动作。系统的调压、卸荷及执行机构的换向和安全互锁等要求。压力测量点的合理选择。根据上述要求选择回路，然后将其基本回路组合成液压系统。当液压系统中有多个兰州工业高等专科学校毕业设计（论文）3执行部
20、件时，要注意到它们相互间的联系和影响，有时要采用防干扰回路。在液压系统原理图中，应该附有运动部件的动作循环图和电磁动作顺序表。（3）液压系统计算和选择液压元件液压系统计算的目的是确定液压系统的主要参数，以便按照这些参数合理选择液压元件和设计非标准元件。1）计算液压缸的主要尺寸以及所需的压力和流量。2）计算液压泵的工作压力、流量和传动效率。3）选择液压泵和电动机的类型和规格。4）选择阀类元件和辅助元件的规格。5）对液压系统进行验算必要时，对液压系统的压力损失和发热温升要进行验算，但是有经过生产实践考验过的同类型设备类比参考，或有可靠的设计结果，那也可以不再进行验算。（4）绘制正式的工作图和编制技
21、术文件设计的最后一步是要整理出全部图纸和技术要求。正式工作图一般包括以下内容：液压系统原理图、液压缸零件图、液压系统总装配图、邮箱装配图、电气控制原理图。1.5 本文的主要研究工作本次设计主要包括液压升降台液压系统的设计和电气控制系统的设计。液压系统设计包括了液压系统原理图的拟定，液压元件的选择，液压系统参数的计算与校核以及液压缸参数的确定；控制系统的设计主要包括电气控制原理图的拟定，电气元件的选型。本说明书共分为 6 章：第 1 章绪论 简介了液压传动的发展历程及特点，提出了本文的研究目标。第 2 章液压系统的设计 通过对液压系统的工况分析和计算，液压缸的主要结构参数的确定，拟定液压系统原理
22、图 选择液压元件并对液压系统进行验算。第 3 章液压缸的设计 通过相关的计算，确定液压缸的主要结构尺寸。第 4 章液压站的设计 进行液压油箱、液压站的结构设计。第 5 章集成油路的设计 进行液压集成回路设计和底块、集成块的结构设计。第 6 章 PLC 设计 进行 PLC 简介并拟定原理图和做出梯形图等。本章小结本章主要介绍了铣床的定义和用途、液压系统的发展和特点、以及液压系统的设计步骤和本文主要研究的工作。兰州工业高等专科学校毕业设计（论文）42 液压系统的设计液压系统的设计是整个机器设计的一部分，它的任务是根据机器的用途、特点和要求，利用液压传动的基本原理，拟定合理的液压系统原理图，再经过必
23、要的计算来确定液压系统的参数，然后按照参数来选用液压元件的规格。2.1 设计题目分析根据半自动专用铣床的主要参数：要求该铣床的工作台的移动和工件的压紧采用液压系统控制。该工作台的承载能力为 40008000N，工作部件重量约为 1500N，工进速度为 60mm/min1000mm/min，快进速度为 4.5m/min，工作行程为 400mm。2.2 工况分析经过分析，铣床的工况如下所示。按设计要求，希望系统结构简单，工作可靠，估计到系统的功率不会很大，且连续工作，所以决定采用单个定量泵，非卸荷式供油系统；考虑到铣削时可能有负的负载力产生，故采用回油节流调速的方法；为提高夹紧力的稳定性与可靠性，
24、夹紧系统采用单向阀与蓄能器的保压回路，并且不用减压阀，使夹紧油源压力与系统的调整压力一致，以减少液压元件数量，简化系统结构；定位液压缸和加紧液压缸之间的动作次序采用单向顺序阀来完成，并采用压力继电器发讯启动工作，以简化电气发讯与控制系统，提高系统可靠性。2.3 液压缸外负载的计算液压缸负载主要包括：切削阻力、摩擦阻力、惯性阻力、重力、密封阻力和背压阻力等。兰州工业高等专科学校毕业设计（论文）5切削阻力 ：tFNt90摩擦阻力 F 静摩擦力 、动摩擦力 ：fsfdFNfs 102.415fd 50(3)惯性阻力 F 惯 FmtgvGm6.29.89式中: 重力加速度（ m/s2）运动部件重量（N）在 t 时间内的速度变化值（m/s）v启动加速或减速制动的时间。（4）重力因气动部件是水平安置，故重力在运动方向的分力为零。（5）密封阻力 密F一般按经验取 (F 为总的负载）1.0密（6）背压阻力 背这是液压缸回油路上的阻力，粗算时，可不考虑。其数值待系统确定后才能定下来。根据上述分析，可计算出液压缸各动作阶段的负载，计算公式及数值见下表。表 2-1 液压缸各阶段的负载工况 负载组成（N） 系统负载 F/m（N）启动阶段 10fsF129.0加速阶段 6.79mfd 867快进阶段 5f .5
