1、卧式单面多轴组合钻床液压系统集成块 及其加工工艺的设计设计总说明传统的液压系统是通过油管道连接，对管道所承受的压力要求较高，而且容易造成漏油，影响运动的平稳性，其运动效率低，论文采用液压集成式连接代替传统的液压系统，选择板式液压元件安装在集成块上，将油孔道布置在集成块体内，既缩小了装置的占用面积，同时还消除了漏油现象，提高液压系统的稳定性。本课题主要针对卧式单面多轴组合钻床液压系统的集成块进行设计，同时借助Solidworks 辅助设计，综合应用各种先进的设计理念完成本次课题的研究。论文第一部分首先根据技术参数，完成液压系统的工况分析，制定出液压系统的各个回路，拟定出液压系统原理；然后确定液压
2、缸的工作压力和主要尺寸；最后根据各工作回路的最大压力和流量选择液压元件，确定出液压元件的型号和尺寸。第二部分论文对该液压系统集成块结构进行设计。首先绘制集成块单元回路图，再合理的布置液压元件，同时借助 Solidworks 辅助设计绘制出三维图、二维视图，确定各油孔和连接孔号、孔径与孔深，并根据使用要求确定详细的技术要求。最后设计集成块的加工工艺。根据集成块的技术要求，毛坯材料选择 45 号钢，确定出毛坯余量。其次拟定出加工工艺路线，绘制出加工工艺卡片。本次设计使用板式液压阀，将液压系统集成到几个一定尺寸的集成块上，避免了传统液压系统的弊端。同时使用 Solidworks 软件设计，将集成块体
3、内的孔道空间位置清楚地展现出来，对实际生产有着一定意义。但是此次设计也有很多地方的不足，例如没有考虑到油液流动的速度对油路弯道的冲击力，和油孔实际加工中的沉孔等工艺孔的设计，希望能够在下次设计中得到更多的改进。关键字：液压系统；集成块；加工工艺IIStructure and Process of the Hydraulic Manifold on the HorizontalSingle sided Multi-axis Combination Drilling MachineDesign DescriptionThe traditional hydraulic system connects
4、 through oil pipelines, and has a higher demand for pressure of pipelines. With its easy to lead, unstable and lower efficiency. The design replaces the traditional hydraulic system with integrated system, on which the plate hydraulic components installed and the oil duct arranged in the block, whic
5、h not only shrinks the device space and eliminates the leakage, but also improves the stability of the hydraulic system.The project is mainly focused on horizontal single-sided multi-axis combination drilling machine hydraulic system design, and with the help of Solidworks, completes the work applic
6、ation of advanced concepts.First part: according to the requirements and the parameters, the analysis of working conditions and the schematic diagram of the hydraulic system are proposed in this paper. The pressure and main dimensions of the hydraulic cylinder are determined. At last, the type and t
7、he size of hydraulic valves are selected based on the primary hydraulic cylinder pressure and flow calculation.Second part: the structure of the manifold. The circuit diagram of manifold block unit, a layout of hydraulic components and the dimensions of every oil holes which are shown in the 3D map,
8、 2D view in this paper. Finally, the manifold processing. According to the technical requirements of the manifold, 45 steel is selected as the blank material. The blank margin, the processing line, the manufacturing processing card are worked out.The plate hydraulic valves are used in the design to
9、make the hydraulic system integrated into manifold blocks, which can avoid the drawbacks of traditional hydraulic system. With Solidworks software the location of the holes in the manifold block are clearly demonstrated. However, this design also has many disadvantages, for example, the impaction of
10、 the oil flow on the block at the oil corner and the sink holes do not take into account, which be improved in the future .Key words: hydraulic system; manifold; processingIII目 录第 1 章 绪论.11.1 选题目的和意义.11.2 国内外研究发展现状和发展趋势.1第 2 章 液压系统的设计与计算.22.1 设计技术要求.22.2 系统工况分析.22.2.1 运动分析 .22.2.2 负载分析 .32.3 液压系统主要参
11、数确定.42.3.1 初选液压缸工作压力 .42.3.2 计算液压缸的主要尺寸 .52.3.3 计算液压缸各工作阶段的压力、流量和功率 .52.4 拟定液压系统原理图.72.4.1 供油回路 .72.4.2 选择调速回路 .72.4.3 选择速度换接回路 .72.4.4 选择快速运动和换向回路 .72.4.5 液压基本回路的组合 .82.5 计算和选择液压元件.92.5.1 确定液压泵的规格 .92.5.2 确定其他液压元件及辅件 .102.5.3 简述各液压元件尺寸 .112.5.4 确定油道尺寸 .15第 3 章 集成块的设计.173.1 液压集成块的结构.173.2 绘制集成块单元回路图
12、.173.3 集成块的初步设计.183.4 集成块外形尺寸的确定.193.5 孔道的布置.203.6 绘制集成块零件图.21第 4 章 集成块加工工艺的设计.224.1 确定集成块的生产纲领.224.2 集成块的技术分析.22IV4.3 集成块毛坯的设计.224.3.1 确定毛坯种类 .224.3.2 毛坯加工方法的选择 .234.3.3 毛坯的工艺分析及要求 .234.3.4 毛坯余量和公差的确定 .234.4 零件图的技术与工艺分析.244.4.1 安排工序的原则 .244.4.2 工艺阶段的划分 .244.5 集成块的工艺路线的拟定.254.6 机床，刀具，量具及其夹具的选择.264.6
13、.1 机床的选择 .264.6.2 刀具和量具的选择 .264.6.3 夹具的选择 .26结论.27参考文献.28附录.29致谢.31第一章 绪论1第 1 章 绪论1.1 选题目的和意义液压系统是由若干液压阀有机的组合在一起，根据参考文献 1可知各液压系统间的连接方式有：管式连接、板式连接、集成式连接。管式连接时管路交错，所占空间大，易造成漏油和渗入空气。板式连接时油管多，易造成缝隙，不易检查故障，工艺较复杂。集成式液压系统（Integrated Hydraulic Manifold System-IHMS）的出现，从结构上讲，使系统结构变的紧凑，减少了管路连接和接头，增加了系统的柔性，使系统
14、方便控制，利于标准化；从性能上讲，减少了系统的泄漏，减少了系统的震动和功率损失，因此，基于集成块的集成式液压系统已经是液压系统设计的趋势。根据参考文献 2相比较而言，选择集成式连接有它独特的优点：（1）可利用原有的板式元件组合成各种各样的液压回路，完成各种动作的要求；（2）由于液压块向空间发展，缩小了液压设备的占用面积；（3）以块内孔道代替管道，简化了管路连接，便于安装和管理；（4）缩短了管路，基本消除了漏油现象，提高了液压系统稳定性；（5）如果变更回路，只要更换液压块即可，灵活性大，可实现系统标准化，便于成批生产。本课题所研究的是卧式单面多轴组合钻床液压系统集成块及其加工工艺的设计，同时借助
15、 solidworks 软件辅助，完成液压集成块的回路及其加工工艺的设计。1.2 国内外研究发展现状和发展趋势国际上利用计算机进行液压系统和元件辅助设计工作，开发出各类液压 CAD 软件数十种，目前研发出了具有自动设计孔道，校核孔道和任意剖视图等功能的软件，同时还将人工智能和 CAD 技术相结合用以解决集成块的元件布局和孔道设计问题。国内液压 CAD 技术研发起步比较晚，但是已取得很大发展，目前各大学府已经成功研制出集成块 CAD 三维造型技术，例如大连理工大学开发出面向集成式液压系统的YCADJ 软件包，包括原理图设计、阀体结构设计等内容，并采用人工智能技术实现自动化设计工艺孔。同时在此基础
16、上建立了基于特征的零件产品模型，对液压集成块的开发做了一定研究。随着三维 CAD 软件的普及应用，国内外学者对基于三维 CAD 软件的液压集成块设计，液压集成块油路智能优化设计，油路联通关系的校核等进行了广泛的研究。运城学院学士学位论文2第 2 章 液压系统的设计与计算2.1 设计技术要求系统主要的技术参数和工作任务：（1）实现工件定位、夹紧、夹紧行程；（2）滑台进给系统的工作循环为：快进、工进、快退以及拔销松开。工作台快进速度：5.5m/min；快退速度：5.5m/min；工进速度：0.04-0.1m/min；工进行程：200mm；最大行程 320mm；运动部件的重量为 30000N；机床上
17、有主轴 16 个，加工 17.4 mm 的孔 14 个，9.0mm 的孔 2 个。刀具材料为高速钢，工件材料为铸铁，硬度为 240HBS；采用平导轨，静摩擦系数为 0.2，动摩擦系数为 0.1；工作台加减速时间不大于0.2S。系统性能要求：（1）夹紧后在工作中突然停电，要保证安全可靠，当油路压力瞬时下降时，夹紧缸应保证夹紧力不变；（2）滑台由快进转换为工进时，动作换接要平稳可靠；（3）当工作台钻削时，速度应平稳；钻透时，工作台不能前冲。2.2 系统工况分析对系统进行工况分析可以了解执行元件的速度、负载变化规律，更进一步方便确定液压系统主要参数。2.2.1 运动分析机床的工作循环为快进工进快退制
18、动，根据参考文献 1中其工作循环图如图2-1 所示。 图 2-1 卧式单面多轴组合钻床的动力滑台及定位、夹紧机构示意图第 2 章 液压系统的设计与计算32.2.2 负载分析负载分析中，暂不考虑回油腔的背压力和液压缸的密封装置产生的摩擦阻力（可在确定系统的机械效率中加以考虑） 。因工作部件是卧式放置，重力的水平分力为零，这样需要考虑的力有：夹紧力，导轨摩擦力，惯性力。1、工作负载 LF对于金属切削机床液压系统来说，沿液压缸轴线方向的切削力即为工作负载。切削负载(确定切削负载应具备机械切削加工方面的知识)用高速钢钻头(单个)钻铸铁孔时的轴向切削力 Ft(单位为 N)为（2-1） 6.08.0t )
19、HBS(52DsF式中：D钻头直径，单位为 mm；s每转进给量，单位为 mmr；HBS铸件硬度。根据组合机床加工特点，钻孔时主轴转速 n 和每转进给量 s 按“组合机床设计手册”取：对 17.4mm 的孔：n 1=360rmin，s l=0.147mmr；对 9.0mm 的孔：n 2=550rmin，s 2=0.096mmr；所以，系统总的切削负载 Ft 为：0.8.60.8.6Ft=14x25.74x+5.9=3795N x24令 Ft=FL=37795N2、摩擦阻力负载 Ff阻力负载主要来自于工作台的机械摩擦阻力，分为静摩擦阻力 和动摩擦阻力fsF两部分。导轨的正压力等于动力部件的重力，则
20、fd启动时，静摩擦阻力 ：= （2-2） fsFN= 0.23K= 6运动后，动摩擦阻力：= （2-3） fdN= 0.13= K3、惯性负载 aF最大惯性负载取决于移动部件的质量和最大加速度，其中最大加速度可通过工作台最大移动速度和加速时间进行计算。已知启动换向时间为 0.2s，工作台最大移动速度，即快进速度为 5.5 ，快退速度为 5.5 ，因此惯性负载可表示为：min/ min/运城学院学士学位论文4（2-4） tvmFa= 2305./in9.8/Nss=14.K如果忽略切削力引起的颠覆力矩对导轨摩擦力的影响，并假设液压缸的机械效率=0.9, 根据上述负载力计算结果，可得出液压缸在各个
21、工况下所受到的负载力和液压w缸所需推力情况，如表 2-1 所示：表 2-1 液压缸总运动阶段负载表（单位： ）N2.3 液压系统主要参数确定2.3.1 初选液压缸工作压力工作压力可根据负载大小及装备类型来初步确定，根据参考文献 2中表 2-3 和表 2-4可得知，组合机床液压系统最大负载约为 40.795 时宜选 5 。KNMPa表 2-2 按负载选执行元件的工作压力负载 / KN 50工作压力/ MPa0.81 1.52 2.53 34 45 5工况 负载组成 负载值 / 推力 /启动 fsF6000 6667加速 afd4402 4891快进 f 3000 3333工进 LfdF40795
22、 45328快退 f 3000 3333制动 afd1598 1776第 2 章 液压系统的设计与计算5表 2-3 各种机械常用的系统工作压力机 床机械类型磨床 组合机床 龙门刨床 拉床农业机械、小型工程机械、建筑机械、液压凿岩机液压机、大中型挖掘机、重型机械、起重运输机械工作压力 MPa0.82 35 28 810 1018 20322.3.2 计算液压缸的主要尺寸液压缸由于系统往返速度不一样，故采用单杆双作用液压缸，并且采用活塞杆固定液压缸体随滑台运动的常用安装形式。初算活塞面积 A 为 :（2-5） PF45328Ma32910m初算活塞直径为（2-6） AD43910.47根据参考文献
23、 3中查表，按标准取 Dm初算活塞杆直径根据快进 、快退 相等 d/D=0.707,可得出活塞杆直径 ，根据参1v2 0.71d考文献 3查中表，按标准取 80d无杆腔面积（2-214DA23.14cm294.c7） 有杆腔面积（2-8） )(4122dA213.4(08)24.75cm2.3.3 计算液压缸各工作阶段的压力、流量和功率快进时液压缸虽然作差动连接（即有杆腔与无杆腔均与液压泵的来油连接） ，但连接管路中不可避免地存在着压降 ，且有杆腔的压力必须大于无杆腔，估算时取P运城学院学士学位论文6,根据参考文献 4中表 2-4 可得知回油路设置背压阀的系统背压力为0.5PMa,因此选回油腔
24、压力为 。则可估算出液压缸各工作阶段中的压力、1MPa6.0流量和功率，如表 2-5 所示。表 2-4 执行元件背压力系统类型 背压力/ MPa简单系统或轻载节流调速系统 0.20.5回油路带调速阀的系统 0.40.6回油路设置有背压阀的系统 0.51.5用补油泵的闭式回路 0.81.5回油路较复杂的工程机械 1.23回油路较短且直接回油 可忽略不计表 2-5 液压缸工作循环各阶段压力、流量和功率计算表工况推力/FN回油腔压力/2PMa进油腔压力 /1输入流量 minLq输入功率 P/Kw 计算公式启动 6667 0 1.77 加速 4891 p11.42 快进 3333 1.11 27.6 0.511m212/pFApqv快P1工进 45328 0.8 5.15 0.370.95 0.030.08m212/ppqAv工快退 3333 0.6 0.63 24.61 0.261m211/pFpAqvP退制动 1776 0.6 0.57注： ，式中 表示液压缸的推力， 表示液压缸的工作负载；m/F F表示液压缸的机械效率。m
