1、毕业设计论文数控龙门镗铣床静压导轨液压站设计论文1 前言1.1 选题背景及意义数控龙门镗铣床是一种常见的工业产品，它可广泛的应用于机车车辆、汽车、航天航空、纺织机械、印刷机械、机床工具、电机、模具等行业中对各种重、大、中型精密零件的数控加工。工件一次装夹后可进行镗、铣、钻、绞、攻丝等多种工序加工，配置合适的附件铣头后，可进行五面加工以及对各种复杂型面进行三座标数控加工。 按数控龙门镗铣床系列型谱中的规定, XK2125的工作台参数为:工作台工作面宽度为2500mm;工作台工作面长度为8000mm; 工作台行程为8500mm (因XK2125数控龙门镗铣床是工作台移动式, 故其床身长度可达170
2、00 17500mm ); 工作台进给速度为3 10000mm /m in; 工作台单位长度上载重量为10t /m。由此可见, 该机床床身、工作台尺寸大、自身重量重、且要求承载能力大。因此在机床导轨副的设计上 既要考虑刚度及承载能力、制造难易、导向准确、调整方便、寿命长等基本要求, 更重要的是还要考虑该机床是数控机床, 它对工作时的定位精度以及相关动态特性都有着很高的要求。所以采用何种结构类型的导轨才能满足上述的要求, 是首先需要解决的问题。 从当今生产数控龙门镗铣床的国内外著名厂家(如美国INGERSOLL 集团旗下的德国WALDRICH -SIEGEN 和WALDRICH - COBURG
3、 公司、法国的FOREST - LINE 公司、日本的TOSH IBA 公司等) 都普遍采用静压导轨这一事实可以看出, 静压导轨因其摩擦系数极小, 所需驱动功率也就小; 磨损少、寿命长、精度能长期保持; 速度变化对油膜刚度的影响小、工作精度高且工作稳定; 承载能力大、刚性好;抗振性能好; 低速时运动均匀、不会产生爬行等显著优点, 完全能满足现代数控机床对导轨的要求, 是充当重型机床床身工作台导轨副的最佳结构类型。1目前国内外大型数控龙门镗铣床基本都依靠液压系统来实现静压导轨的工作；工件的提升、夹紧等。而对于数控龙门镗铣床静压导轨液压系统，最重要的是泵站的设计。本文就一数控龙门镗铣床静压导轨的液
4、压系统完成了泵站的设计。本液压系统泵站的设计充分考虑了系统要求，配置了加热器、风冷机、温度开关、液位开关、空气滤清器、高压过滤器，液温液位计等部件，选用了三相异步电动机、叶片泵、电磁换向阀、叠加式单向阀、叠加式溢流阀、叠加式减压阀、压力继电器等液压元件，使该液压系统运行平稳、能耗小、安全可靠性高。液压系统泵站的设计必将对数控龙门镗铣床的研制、应用起到促进作用。1.2 液压技术的国内外研究现状本文主要从液压叶片泵和液压阀集成两方面阐述国外的技术现状，叶片泵具有噪音低、寿命长、压力脉动小、自吸性能较好而优越于齿轮泵和柱塞泵。很多著名企业如力士乐、Parker、ATOS、油研等都积极从事各种叶片泵的
5、开发和推广应用，叶片泵已成为液压系统的关键元件，它的发展可以使液压系统向高压发展，提高工作效率，提高功率密度和高可靠性。液压阀的发展方向是集成化和机电一体化。在集成化方面：各大公司都展出了各种叠加阀、插装阀、螺纹插装阀、阀块和系统，其特点是：小型化，减少安装空间；简化管路，减少液体流动阻力、泄漏、振动、噪声等接管引起的问题；便于用户检查和维修；工作更可靠。在机电一体化方面：各公司展出了品种齐全的具有先进水平的电液比例阀、电液伺服阀和比例伺服油缸等。 我国液压工业已可为工程机械、农业机械、机床、塑机、冶金、矿山、石油化工、铁路、船舶、轻工机械等提供比较齐全的产品，目前，液压元件产品约有1000
6、个品种，近10000 个规格。 1.3 液压技术的特点液压系统将压力油的压力能转化为机械能，其传动有如下有点：优点：（1）液压传动可以实现无级变速，调速范围比较大（2）液压传动装置的体积相对而言较小，而且惯性小，能够传递较大的力或转矩。（3）液压传动工作比较平稳，反应快，冲击小，能够快速启动，停止，和换向。（4）液压的控制，调节简单，易于实现机电一体化。（5）液压传动装置易于实现过载保护，能自行润滑，寿命长。（6）液压传动易于系列化，标准化，通用化。（7）液压传动中，由于工作磨擦产生热量可别被流动的液压油带走缺点：（1）工作介质为液体，易泄漏，液体是可压缩的，所以，传动比不太精确。（2）液压传
7、动中，有机械损耗，压力损失，效率较低，不利于远距离传动。（3）压力油对温度和负载的变化敏感，不利于在高、低温下使用等。22 液压系统泵站总体设计 数控龙门镗铣床液压系统泵站是一个可以为机床静压导轨液压系统提供压力油的油源装置，该系统可以保证数控龙门镗铣床静压导轨完成一系列动作过程。 液压系统泵站是液压系统的心脏，一个性能优良、设计合理的泵站对设备的性能、寿命、使用成本、检修强度会带来至关重要的影响。液压站的设计中，核心部分是泵、油箱、液压阀组等元件的设计计算和选型，三者的关系是相互影响的，同时液压系统也受到外在因素诸如工作环境、温度、工作节奏的影响，这些影响对系统产生的作用是非常大的，对这些因
8、素的考虑不全面或不完善往往直接影响液压系统的工作性能。2.1 数控龙门镗铣床静压导轨工作示意图及分析图2.1机床静压导轨液压站工作原理简图1、滤油器 2、叶片泵（电机驱动） 3、溢流阀 4、滤油器（高压滤油器）5、节流器（叠加式减压阀） 6、工作台 7、床身 8、油箱如图2.1 所示，静压导轨液压站工作时, 油泵2启动后, 油经滤油器1吸入, 用溢流阀3调节供油压力ps。再经滤油器4、通过节流器5（本设计中采用叠加式减压阀）降压至pr (油腔压力) 进入导轨的油腔, 并通过导轨间隙向外流出, 回到油箱8。油腔压力pr 形成浮力将工作台6浮起, 与床身7形成一定的导轨间隙h0。当载荷W 增大时,
9、 工作台6下沉, 与床身7之间的导轨间隙减小, 液阻增加, 流量减小, 从而油经过节流器时的压力损失减小, 油腔压力pr 增大, 直至与载荷W 平衡时为止。32.2 制定基本方案2.2.1制定压力控制方案液压执行元件工作时，要求系统保持一定的工作压力或在一定压力范围内工作，也有的需要多级或无级连续地调节压力，一般在节流调速系统中，通常由定量泵供油，用溢流阀调节所需压力，并保持恒定。在容积调速系统中，用变量泵供油，用安全阀起安全保护作用。 在有些液压系统中，有时需要流量不大的高压油，这时可考虑用增压回路得到高压，而不用单设高压泵。液压执行元件在工作循环中，某段时间不需要供油，而又不便停泵的情况下
10、，需考虑选择卸荷回路。 在系统的某个局部，工作压力需低于主油源压力时，要考虑采用减压回路来获得所需的工作压力。本设计采用叶片泵及溢流阀来实现液压回路压力的控制。2.2.2 制定顺序动作方案主机各执行机构的顺序动作，根据不同的动作要求，有的按固定程序运行，有的则是随机的或人为的。数控龙门镗铣床静压导轨液压站的操纵机构多为手动，一般用电磁换向阀控制。数控龙门镗铣床静压导轨液压站还有时间控制。液压泵无载启动，经过一段时间，当泵正常运转后，延时继电器发出电信号使电磁换向阀断电，建立起正常的工作压力。当某一执行元件完成预定动作时，回路中的压力达到一定的数值，通过压力继电器发出电信号或打开顺序阀使压力油通
11、过，来启动下一个动作。2.2.3选择液压动力源本静压导轨液压系统的工作介质完全由液压源来提供，液压源的核心是液压泵。泵源系统用三个叶片泵供油，叶片泵的供油量要大于系统的需油量，多余的油经溢流阀流回油箱，溢流阀同时起到控制并稳定油源压力的作用。 为节省能源提高效率，液压泵的供油量要尽量与系统所需流量相匹配。油液的净化装置是液压源十分重要的一个环节。泵的入口装有粗过滤器，进入系统的油液根据被保护元件的要求，通过相应的精高压过滤器再次过滤。为防止系统中杂质流回油箱，可在回油路上设置磁性的回油过滤器。根据液压设备所处环境及对温升的要求，系统考虑了加热、冷却等措施。 2.3 泵站系统技术参数及要求（1）
12、油泵1的工作流量：12 L/min，工作压力：6MPa（2）油泵4的工作流量：4 L/min，工作压力：8MPa（3）油泵20的工作流量：9.5 L/min，工作压力：12MPa（4）油泵的转速：1440r/min（5）油冷机10电压：三相380V 50HZ 制冷功率2.5KW（6）油箱有效容积：1000L（7）油箱应设置合理，大小合适，同时为了液压系统稳定可靠工作，应考虑滤油装置、加热冷却装置、空气滤清器、液位开关、温度开关等辅助装置。2.4 绘制泵站系统原理图数控龙门镗铣床静压导轨液压泵站由主油路，辅助冷却油路和油箱及辅件元件组成。主油路由叶片泵提供高压油，并在出口处设置了单向阀，起保护作
13、用，防止工作负载的突然增加对叶片泵造成冲击。在单向阀之后连接了高压滤油器，对油液起到过滤作用，从而保证了油液清洁和后序阀的正常工作与寿命。在各个油路上还设置了溢流阀，起安全保护作用，设置了截止阀，用于系统的机械防护。辅助冷却回路由低压叶片泵供油，由油冷机对油液起冷却作用。数控龙门镗铣床静压导轨液压系统泵站原理图如图2.4.1所示：图2.4.1 XK2430120数控龙门镗铣床静压导轨液压站原理图 1、油泵 2电机 3、单向阀 4、油泵 5、电机 6、高压滤油器 7、压力继电器 8、测压接头 9、溢流阀 10、油冷机 11、高压滤油器12、油泵 13、电机 14、电接点温度表 15、液位控制器
14、16、液位计13、17、空气滤清器 18、截止阀 19、软管 20、油泵 21、电机 14、22、叠加式溢流阀 23、叠加式溢流阀 24、叠加式溢流阀 15、25、电磁换向阀 26、叠加式减压阀 27、叠加式单向阀 28、电磁换向阀 16、29、接头体 30、叠加式单向阀 31、叠加式减压阀3 液压元件的选型3.1 泵和电机的选型及计算泵的选择：一般的设计准则和习惯是，对于高压系统选择轴向柱塞泵，中低压系统选择叶片泵或齿轮泵。对于定量泵和变量泵的选择却因系统而异，变量泵作为一种可以简化系统设计和节能的液压源，目前被广泛采用，尤其是在中高压系统的设计中。3.1.1 各油泵和电机的选择(1)根据已
15、知的设计要求，泵1的流量要求为12L/min，要求提供的工作压力在6MPa，电机的转速在1440r/min：由此，可以选择泵，充分考虑到各种泵的性价比，选择PVL系列叶片泵，型号： PVL1-10-FF-1R- D，其几何排量为9.4ml/rev，最高工作压力为21Mpa，转速范围750r/min-1800r/min。4根据上述参数，初步确定泵的最大流量：该泵的流量： q =Vn = 9.410-31440 = 13.536(L/min)12（L/min） (3.1)由公式Pt = Pq泵的输出功率为： Pt = Pq=610613.53610-660= 1.35 (kw) (3.2) 按泵的
16、总效率为85%计算，液压泵的输入功率应为：Pm= Pt/=1.35/0.85= 1.59( kw) (3.3)根据初步计算的液压泵输入功率，电机2选择型号为Y90L-4 B35的电机，因为该系统要求性能稳定，所以采用河北所产的电动机。该型号电机功率为2.2kw，额定转速为1440r/min。则该泵的实际流量：q =Vn = 9.410-31440 = 13.5 (l/min)12(l/min)故选择的叶片泵1和电机2均满足系统要求。(2) 根据已知的设计要求，泵4的流量要求为4L/min，要求提供的工作压力在8MPa，电机的转速在1440r/min：由此，可以选择泵，充分考虑到各种泵的性价比，
17、选择PVL系列叶片泵，型号： PVL1-6-FF-1R- D，其几何排量为5.8ml/rev，最高工作压力为21Mpa，转速范围750r/min-1800r/min。4根据上述参数，初步确定泵的最大流量：该泵的流量： q =Vn = 5.810-31440 = 8.352(L/min)4（L/min） (3.1)由公式Pt = Pq泵的输出功率为： Pt = Pq=81068.3510-660= 1.11 (kw) (3.2) 按泵的总效率为85%计算，液压泵的输入功率应为：Pm= Pt/=1.11/0.85= 1.3( kw) (3.3)根据初步计算的液压泵输入功率，选择型号为电机Y100L
18、1-46 B35的电机，因为该系统要求性能稳定，所以采用河北所产的电动机。该型号电机功率为1.5kw，额定转速为1440r/min。则该泵的实际流量：q =Vn = 5.810-31440 = 8.352 (l/min)4(l/min)故选择的叶片泵4和电机5均满足系统要求。(3)根据已知的设计要求，泵20的流量要求为9.5L/min，要求提供的工作压力在16MPa，电机的转速在1440r/min：由此，可以选择泵，充分考虑到各种泵的性价比，选择PVL系列叶片泵，型号：PVL1-8-FF-1R-R，其几何排量为8.0ml/rev，最高工作压力为21Mpa，转速范围750r/min-1800r/
19、min。4根据上述参数，初步确定泵的最大流量：该泵的流量： q =Vn = 810-31440 = 11.52(L/min)9.5（L/min） (3.1)由公式Pt = Pq泵的输出功率为： Pt = Pq=1610611.5210-660= 3.072 (kw) 3.2) 按泵的总效率为85%计算，液压泵的输入功率应为：Pm= Pt/=3.072/0.85= 3.6( kw) (3.3)根据初步计算的液压泵输入功率，电机21选择型号为Y112M-4 B35的电机，因为该系统要求性能稳定，所以采用河北所产的电动机。该型号电机功率为4kw，额定转速为1440r/min。则该泵的实际流量：q =
20、Vn = 9.510-31440 = 13.68 (l/min)9.5(l/min)故选择的叶片泵20和电机21均满足系统要求。3.1.2 油冷机油泵和电机的选择为了得到好的冷却效果，本系统泵站采用单独的冷却回路。因冷却回路压力较低，油泵12可采用普通的YB1型叶片泵供油。型号：YB1-32 ，该泵的排量为32 ml/r。电机13 可选择Y90L-6 B5，转速1440r/min，额定功率1.1kw。该泵的流量为：q=Vn=3210-31440 =46.08（L/min）53.2液压阀的选择3.2.1 单向阀的选择为了防止负载突然急剧增加，造成对叶片泵的冲击损坏，在叶片泵出油口设置了单向阀3，
21、根据系统的流量以及各单向阀的压降特性曲线（如图3.1），选择油研的单向阀，型号：CIT-03-04-10。同理有叠加式单向阀27选择ATOS的HR-003;叠加式单向阀30选择ATOS的HR-004。图3.1 单向阀3压降特性3.2.2 电磁换向阀的选择为了满足系统压力调节和系统流向调节，应设置电磁换向阀。根据系统的流量以及各换向阀的压降特性曲线（如图3.2.1），电磁换向阀28通过调节溢流阀来调节油路上的压力，选择的型号为ATOS的DHI- 0631/2 ;电磁换向阀25控制液压油的流向，选择ATOS的DHI-0751满足系统要求。图3.2.1 换向阀压降特性3.2.3 溢流阀的选择溢流阀的
22、的功用是当系统的压力达到其调定值,开始溢流,将系统的压力基本稳定在某仪调定的数值上。溢流阀在系统中的主要应用：作溢流阀用、作安全阀用、作卸菏阀用几作背压阀用。由原理图知，溢流阀接在液压泵的出口位置，控制着泵的加载和泵的安全压力，起保护作用。根据主泵的流量及额定工作压力，依据溢流阀的特性曲线（如图3.2.2），溢流阀9选择ATOS的ARE-06/100；依据溢流阀的特性曲线（如图3.2.3），叠加式溢流阀23选择油研的MBB-01-C-10；叠加式溢流阀24选择油研的MBP-01-C-10；叠加式溢流阀22选择油研的MBP-01-H-10，各溢流阀根据各油路的所需压力来调定溢流阀的工作压力。图3
23、.2.2直动式溢流阀压降特性 图3.2.3叠加式溢流阀特性3.2.4 减压阀的选择减压阀的功用是能将其出口的压力低于进口的压力，并使出口的压力可以调节。减压阀主要用于液压系统中某支油路的减压、调压和稳压。根据各支油路上的压力要求可选择减压阀，依据减压阀的特性曲线（如图3.2.4）叠加式减压阀26选择油研的MRA-01-B-30;叠加式减压阀29选择油研的MRP-01-B-30。图3.2.4叠加式减压特性3.3 辅助元件的选型3.3.1高压滤油器的选择 在本液压站的设计中滤油器安装在液压系统的压力管路上，用以滤除液压油中混入的机械杂质和液压油本身化学变化所产生的胶质、沥青质、炭渣质等，从而防止阀
24、芯卡死、节流小孔缝隙和阻尼孔的堵塞以及液压元件过快磨损等故障的发生。根据要求高压滤油器6选用温州黎明液压公司生产的型号为DFBN/HC30G5C1-B6(黎明滤芯3套)的滤油器；高压滤油器11选用温州黎明液压公司生产的型号为DFBN/HC 60G10C1-B6(黎明滤芯3套)的滤油器。该过滤器过滤效果好，精度高，但堵塞后清洗比较难，而需更换滤芯。该过滤器没有压差发讯装置，当滤芯污染堵塞到进出油口压差为0.35MPa时，即发出开关信号，此时更换滤芯，已达到保护系统安全的目的。3.3.2 空气滤清器的选择空气滤清器，由温州黎明液压公司生产，型号为EF4-50，空气过滤精度为20，空气流量为1.0m
25、3/min。主要作用过滤空气，防止灰尘进入油箱。空气滤清器通气阻力不能太大，保证箱内压力为大气压。所以空气滤清器要有足够大的通过空气的能力。3.3.3 液位计的选择液位计采用温州黎明液压有限公司生产的，型号为YWZ-150T。介质为一般液压油，螺钉中心距150mm。3.3.4 液位控制器的选择YKJD24-350-140型液位控制继电器是一种新型液面高度电发讯控制装置，主要用于箱内液面位置与液压源电源的自动控制和报警，具有结构紧凑，控制灵敏，安装简单等特点。当液位低于要求时，液位控制继电器动作，报警器工作。3.3.5 温度计的选择电接点温度表选择温州生产的型号为WSSX-411(L=400)。
26、电接点双金属温度计应用于生产现场对温度自动控制和报警。可以直接测量各种生产过程中的-80-+500摄氏度范围内液体、蒸汽和气体介质温度。主要特点：现场显示温度，直接方便；具有自动切断电源和报警功能；安全可靠，使用寿命长；多种结构形式，可满足不同要求。电接点双金属温度计是利用温度变化时带动触点变化，当其与上下限触点接触或断开的同时，使电路中的继电器动作，从而自动控制和报警。3.4 管路设计在液压传动中常用的管子有钢管、铜管、胶管、尼龙管和塑料管等。6钢管能承受较高的压力，价格低廉，但安装时弯曲半径不能太小，多用在装配位置比较方便的地方。常用的钢管是无缝钢管，当工作压力小于1.6MPa时，也可以用
27、焊接钢管。管路连接采用55直管螺纹，采用霍格的卡套式管接头。 3.4.1 油管内径的确定油管内径的确定 (3.4)式中流经油管的流量；流经油管内的允许流速，参考表3.8，取吸油管道，压油和回油管道。泵1吸油管道：压油管道：回油管道：3.4.2 金属油管的选取按照有关标准圆整为标准值，查表，具体选取如下。叶片泵吸、压油管依照具有最大流量的泵1油管进行选取，吸油管选取222，回油管、泄油管、单向阀接口均选取182。4 专用件的设计4.1 油箱的设计油箱的设计：油箱容积以及尺寸的设定同样会给系统带来重要的影响，由于油箱往往联接件又是被联接体，有时还要承载阀台等其他部件，改动非常困难，因此在设计时应该
28、引起足够的重视。油箱容积的计算除了根据泵流量进行确定外，还应充分考虑蓄能器、执行元件、管路等的储、排油量，并进行合理的液位控制，在保证系统性能的前提下充分考虑设备维护检修的方便。往往一个液压系统的主泵选型确定以后，可以根据主泵的排量基本确定油箱的容积，除此之外还应充分考虑现场空间、主泵、循环泵的排列安装方式等来进一步确定油箱的尺寸。应该说一个容积充裕的油箱可以有利于系统散热、油液消泡、杂质沉淀或上浮，对系统的稳定运行创造有利条件。对于大型开式液压系统来说，务必充分考虑液压执行元件和蓄能器等的储油量。一般情况下，这些元件的储油量不应超过油箱总容积的30%，最好限定在25%以下。否则，根据用户的使
29、用习惯常常将油位控制在油箱高度的1/2-2/3左右，一旦在系统未卸压情况下补油较多时，就会出现油液通过油箱外溢的情况，致使出现难以估料的系统污染。另外在液压系统进行过大的检修之后，往往需要对系统管路和更换元件、蓄能器进行充油、排气等工作；油箱偏小会导致补油比例过高、油箱液位偏低的状况出现，有时候需要进行二次补油，而这种补油的危险在于一旦系统需要再次检修时系统油液回流，会出现油箱溢油的危险。在选用磁浮式液位计进行液位控制时尤其应注意油箱尺寸的设计，对存在大尺寸或长行程液压缸的系统进行工况核算，防止出现因检修、泄漏导致系统油位报警频繁出现的现象发生。74.1.1 油箱的用途和分类 油箱在液压系统中
30、除了储油外，还起着散热、分离油液中的气泡、沉淀杂质等作用。油箱中安装有很多辅件，如冷却器、加热器、空气过滤器及液位计等。油箱可分为开式油箱和闭式油箱二种。开式油箱，箱中液面与大气相通，在油箱盖上装有空气过滤器。开式油箱结构简单，安装维护方便，液压系统普遍采用这种形式。闭式油箱一般用于压力油箱，内充一定压力的惰性气体，充气压力可达0.05MPa。如果按油箱的形状来分，还可分为矩形油箱和圆罐形油箱。114.1.2油箱的构造及设计要点1、吸油管及回油管应插入最低液面以下，以防止吸空和回油飞溅产生气泡。管口与箱底、箱壁距离一般不小于管径的3倍。吸油管可安装100m左右的网式或线隙式过滤器，安装位置要便
31、于装卸和清洗过滤器。 2、吸油管和回油管之间的距离要尽可能地远些，之间应设置隔板，以加大液流循环的途径，这样能提高散热、分离空气及沉淀杂质的效果。隔板高度为液面高度的2/33/4。 3、为了保持油液清洁，油箱应有周边密封的盖板，盖板上装有空气过滤器，注油及通气一般都由一个空气过滤器来完成。为便于放油和清理，箱底要有一定的斜度，并在最低处设置放油阀。 4、油箱底部应距地面150mm以上，以便于搬运、放油和散热。在油箱的适当位置要设吊耳，以便吊运，还要设置液位计，以监视液位。 5、对油箱内表面的防腐处理要给予充分的注意。 酸洗后磷化。 喷丸后直接涂防锈油。 喷砂后热喷涂氧化铝。适用于除水-乙二醇外的所有介质。 喷砂后进行喷塑。适用于所有介质。但受烘干设备限制，油箱不能过大。144.1.3 油箱的容量和计算 油箱必须有足够大的容积。一方面尽可能地满足散热的要求，另一方面在液压系统停止工作时应能容纳系统中的所有工作介质；而工作时又能保持适当的液位。 根据油箱容量的经验公式： V=QV (4.1)式中 QV液压泵每分钟排出压力油的容
