數(shù)控車床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(終稿)

1、精品文檔天津播送電視大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造與自動化專業(yè)本科<< 液壓氣動控制技術(shù)>>課程設(shè)計(jì)數(shù)控車床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 學(xué) 校 濱海學(xué)院 學(xué) 號 1 姓 名 XXX 指導(dǎo)教師 XXX 日 期 2021 年 10 月 13 日歡迎下載精品文檔摘 要 液壓傳動在開展現(xiàn)代工程機(jī)械的過程中扮演著越來越重要的角色，數(shù)控車床中很多地方也用到液壓傳動系統(tǒng)，例如裝卡裝置和尾座頂緊裝置等。 數(shù)控車床液壓尾座在液壓系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動下進(jìn)行工作，其工作時主要實(shí)現(xiàn)尾座的頂緊和加緊過程。設(shè)計(jì)尾座的液壓回路主要有液壓缸、調(diào)速閥、電磁閥、單向閥、溢流閥等組成，并充分考慮液壓系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)繪制出液

2、壓系統(tǒng)原理圖,選擇適宜的液壓缸，計(jì)算出液壓泵的參數(shù)，然后根據(jù)這些選擇適宜的油箱、閥、油管和過濾器，最后再經(jīng)過精確驗(yàn)算來完設(shè)計(jì)出一個完整的液壓系統(tǒng)。關(guān)鍵詞： 數(shù)控車床 尾座 液壓系統(tǒng) 液壓缸 目 錄前 言3一、國內(nèi)外數(shù)控機(jī)床和液壓系統(tǒng)研究現(xiàn)狀及開展4一數(shù)控車床現(xiàn)狀與開展趨勢4 二研究方法與內(nèi)容4二、液壓系統(tǒng)的簡介5一液壓系統(tǒng)的組成5二液壓系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)5三、液壓尾座液壓傳動總體設(shè)計(jì) 5一尾座簡介 5二回路設(shè)計(jì)6四、尾座液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)7一 液壓系統(tǒng)的壓力7二繪制液壓系統(tǒng)原理圖8三頂針油缸的相關(guān)計(jì)算 8四液壓泵的設(shè)計(jì)9五閥類元件的選擇 10六&

3、#160;油管類型的選擇 10七油箱的選擇    10八過濾器的選擇11五、液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算11一管路系統(tǒng)壓力損失的驗(yàn)算11二系統(tǒng)發(fā)熱溫升的驗(yàn)算12三系統(tǒng)效率驗(yàn)算13結(jié) 論14參考文獻(xiàn)15致 謝16前 言 液壓傳動在開展現(xiàn)代工程機(jī)械的過程中顯得尤為重要。國外由于應(yīng)用了全新的技術(shù)成果，使產(chǎn)品品種、質(zhì)量和水平都有較大提高。液壓傳動朝著小型化、集成化、精密化、高效化等方向不斷前進(jìn)，但是前進(jìn)的道路肯定有很多需要解決的問題，例如液壓油浪費(fèi)、油污染、液壓系統(tǒng)不能與整機(jī)完整的結(jié)合等問題都需要我們一一克服。市場競爭越發(fā)劇烈，產(chǎn)品的更新又極為迅速，精度要求也越

4、來越高。數(shù)控車床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 一、國內(nèi)外數(shù)控機(jī)床和液壓系統(tǒng)研究現(xiàn)狀及開展數(shù)控機(jī)床是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。數(shù)控機(jī)床的技術(shù)水平上下在一定程度上是衡量一個國家經(jīng)濟(jì)開展和工業(yè)制造水平的一個重要標(biāo)志1。數(shù)控車床是數(shù)控機(jī)床的代表品種，近些年一直受到各國的重視并得到了較快的開展。 一數(shù)控車床現(xiàn)狀與開展趨勢  1.國外數(shù)控機(jī)床技術(shù)現(xiàn)狀  1.1高精度、高速度與多軸加工成為數(shù)控機(jī)床技術(shù)突破的主流，納米技術(shù)控制已經(jīng)成為新的潮流。  1.2不斷擴(kuò)展的智能處理和監(jiān)測設(shè)備,車間可以實(shí)時監(jiān)控和管理機(jī)床本身的工作信息,分析相關(guān)數(shù)據(jù),預(yù)測車床的狀態(tài),提前保養(yǎng),防止風(fēng)險(xiǎn),減少機(jī)床的損壞率,提高機(jī)

5、床的利用率。  1.3開展迅速的繪圖技術(shù)為數(shù)控機(jī)床的精加工提供了很好的輔助。國內(nèi)數(shù)控車床的現(xiàn)狀近些年來，我國數(shù)控車床生產(chǎn)數(shù)量和產(chǎn)量一直保持高速增長。但與其它興旺國家相比，我國車床數(shù)控化率不到30，國產(chǎn)數(shù)控車床到2000年品種大概為700多種，不到數(shù)控車床品種的50 ，其中經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床占大多數(shù)。國產(chǎn)最高主軸轉(zhuǎn)速一般在2000rmin左右，個別高性能機(jī)床轉(zhuǎn)速達(dá)8000rmin。國內(nèi)數(shù)控技術(shù)還有很大的開展空間。2.液壓系統(tǒng)的現(xiàn)狀與開展趨勢2.1液壓控制技術(shù)回憶與展望 氣壓與液壓壓傳動相對于機(jī)械傳動來說是一門新興的技術(shù)。在各個行業(yè)中，液壓技術(shù)得到了普遍而又廣泛的應(yīng)用。隨著核能、空

6、間技術(shù)、電子技術(shù)等多方面的開展，液壓技術(shù)被應(yīng)用到更廣闊的領(lǐng)域，逐步開展成為包括控制、傳動和檢測在內(nèi)的一門完整的自動化控制技術(shù)。國內(nèi)數(shù)控車床液壓系統(tǒng)的應(yīng)用開展速度也很快，主要開展方向是小型集成化、多樣化等，并且進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)高壓、高速、高精度、高可靠性的機(jī)電一體化2；國外數(shù)控車床開展相對較早，相對來說國內(nèi)與國外有一定差距。 2.2液壓行業(yè)的開展趨勢 液壓技術(shù)在將局部機(jī)械能轉(zhuǎn)換成工作壓力能方面，已取得很大進(jìn)步，但是一直存在著容積損失和機(jī)械損耗，一直未能很好解決。為減少壓力能的過多損失，需要解決以下幾個問題： 盡量減少液壓元件和液壓系統(tǒng)的內(nèi)部壓力損耗，以減少系統(tǒng)功率損失； 盡量減少或消除液壓系統(tǒng)的節(jié)流損

7、耗； 采用新技術(shù)，新材料，減少磨擦損失；  改進(jìn)液壓系統(tǒng)的性能； 二 研究方法與內(nèi)容   1. 研究方法 液壓系統(tǒng)是液壓型機(jī)械的一個重要組成局部，液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要同機(jī)床主機(jī)的總體設(shè)計(jì)同步進(jìn)行。設(shè)計(jì)必須與工作環(huán)境、工作方式相結(jié)合，確定液壓系統(tǒng)的作用及需要改進(jìn)的方向，進(jìn)而設(shè)計(jì)出一個適合整機(jī)的液壓系統(tǒng)，這才是最關(guān)鍵的。 設(shè)計(jì)步驟 一般來說，在明確設(shè)計(jì)要求之后，大致按如下步驟進(jìn)行：學(xué)習(xí)并掌握液壓系統(tǒng)原理的根底知識；根據(jù)數(shù)控機(jī)床工況要求及負(fù)載分析、比照選出適宜的液壓回路；擬定液壓系統(tǒng)原理圖；液壓系統(tǒng)的計(jì)算和元件的選擇； 液壓系統(tǒng)元件尺寸和結(jié)構(gòu)確

8、實(shí)定；總結(jié)分析，精度和誤差的統(tǒng)計(jì)。 2.研究內(nèi)容根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本文的研究內(nèi)容大致分為以下三點(diǎn)：1.液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。2.各液壓元件的選擇。3.對液壓系統(tǒng)的檢驗(yàn)。 二、液壓系統(tǒng)的簡介 一液壓系統(tǒng)的組成一個完整的液壓系統(tǒng)一般由五個局部組成，即動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件和液壓油。 動力元件：液壓泵是液壓系統(tǒng)的動力元件，是能量轉(zhuǎn)換元件，由原動機(jī)驅(qū)動，把輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為油液的壓力能再輸出到系統(tǒng)中去，為執(zhí)行元件提供動力。執(zhí)行元件：主要是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能并將其輸出。缸主要是輸出力和直線運(yùn)動，但有的是輸出往復(fù)擺動運(yùn)動和扭矩；馬達(dá)那么是輸出連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和扭矩。 控制元件

9、：功能是對流動方向、壓力和流量進(jìn)行控制，以滿足執(zhí)行元件所需要各個要求，從而使系統(tǒng)按照特定的工作要求進(jìn)行工作。 輔助元件：包括蓄能器、過濾器、油箱、壓力表、管件及密封裝置等。  二 液壓系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：能夠承受較大的工作壓力，便于無級變速，工作相對平穩(wěn)，便于實(shí)現(xiàn)頻繁切換，易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，液壓元件易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，便于設(shè)計(jì)和制造。缺點(diǎn)：不宜在較高或較低溫度下工作，不可遠(yuǎn)距離輸送動力，元件制造精度要求高，不易實(shí)現(xiàn)定比傳動，發(fā)生故障不易檢查和排除，傳動效率相對較低。 三、液壓尾座液壓傳動總體設(shè)計(jì)  一尾座簡介 1.機(jī)床采用的是標(biāo)準(zhǔn)的液

10、壓型尾座。尾座安裝在機(jī)床導(dǎo)軌上，可縱向調(diào)整。可以用頂尖支撐較長的工件，必要時也可以安裝鉸刀和鉆頭等相應(yīng)的孔加工刀具進(jìn)行孔的加工。2.尾座的導(dǎo)軌W H為：95  40mm，尾座的套筒的直徑 80mm。套筒的錐孔MT-4。所以，尾座必須具有一定的剛性。3.尾座的剛度在很大程度上反映了本次設(shè)計(jì)的合理性；良好的動態(tài)性能夠使整機(jī)的固有頻率不至于和激振頻率重合而發(fā)生共振；良好的工藝便于裝配和制造。此尾座是實(shí)現(xiàn)套筒和活塞固定座通過螺釘連接，并且可以移動。油壓后座、活塞軸和尾座體固定在一起?；钊S、套筒和活塞固定座形成液壓缸，分兩個腔。 二回路設(shè)計(jì)大體看來液壓尾座有頂針

11、局部和加緊局部。前者是起軸頂緊的作用，當(dāng)頂針工作時需要加緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行加緊工步，保證零件裝卡的精度，才能保證加工的精度。1. 液壓尾座頂針液壓回路液壓系統(tǒng)原理圖如下：圖1液壓系統(tǒng)原理圖 2.頂針加緊液壓回路  設(shè)計(jì)尾座液壓回路原理圖如下：  圖2 尾座液壓回路原理圖 四、尾座液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)前面已經(jīng)完成尾座的控制回路，本章節(jié)將從數(shù)據(jù)計(jì)算的角度來對液壓缸和液壓泵進(jìn)行設(shè)計(jì)。 一 液壓系統(tǒng)的壓力液壓缸的壓力主要根據(jù)負(fù)載確定，此外還需要考慮其它因素，例如各類設(shè)備的不同點(diǎn)和應(yīng)用方式，經(jīng)濟(jì)、精度、密封性能要求和功能要求都需要考慮在內(nèi)，根據(jù)負(fù)載與工作壓力關(guān)系表4-1

12、和機(jī)械類型與工作壓力關(guān)系表4-2來確定液壓系統(tǒng)的工作力。根據(jù)以上兩表，選定工作壓力為：16Mpa  二繪制液壓系統(tǒng)原理圖 液壓系統(tǒng)原理圖如圖3：1郵箱，2變量液壓泵，3電動機(jī)，4、10過濾器，5冷卻器，6油液注入口，7液位計(jì)，8單向閥，9加熱器，11溢流閥，12固定尾座的雙聯(lián)液壓缸系統(tǒng)，13、15三位四通電磁換向閥，14驅(qū)動絲杠的液壓馬達(dá)，16固定套筒的液壓缸，17兩位四通電磁換向閥圖3 液壓系統(tǒng)原理圖 三頂針油缸的相關(guān)計(jì)算  車床切削用量f=0.1-0.3mm/r；切削速度v=50-80m/min；工件直徑400mm，加工長度350mm。 假設(shè)液壓尾座最大軸向力為5754

13、.3N，所以液壓油缸要想克服這一軸向力，即液壓油缸所受的外力Fz=3.5754N，根據(jù)相關(guān)表格加緊時的壓力區(qū)2MPa，背壓0.5MPa。那么液壓缸的內(nèi)徑是：p為輸出壓力，2p為系統(tǒng)背壓，代入數(shù)據(jù)可得：所以選取油缸直徑D=80mm；   活塞桿直徑d=D×0.50.7=50mm 四液壓泵的設(shè)計(jì) 確定液壓泵的最大工作壓力PB=P1+P其中：P1為液壓缸工作時所需要的最大壓力P為總的壓力損失包括流量閥和其他元件的局部壓力損失、管路損失等，根據(jù)同類型的系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)P為(25)×105Pa，復(fù)雜系統(tǒng)的P為(515)×105Pa，具體也可以參照下表：表4-3

14、  常用中、低壓各類閥的壓力損失(pn) 根據(jù)以上數(shù)據(jù)可知：卡緊套筒的支路壓力損失p為0.5+0.3=0.8MP調(diào)速閥和換向閥 液壓馬達(dá)支路壓力損失p為0.3MP換向閥  主線路上壓力損失p為0.5MP單向閥 卡緊尾座的支路壓力損失p為0.3MP換向閥 PB=P1+p=16+0.3+0.8+0.3+0.5=17.9MP 泵流量確實(shí)定qB  qB由液壓缸最大流量qmax和系統(tǒng)泄漏確定液壓缸同時工作時存在容積效率降低，泄露增多的問題，即：(q)max為同時動作的液壓缸(或馬達(dá))的最大總流量(m3/s)， K為系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取1.11.

15、3，大流量取小值，小流量取大值,所以由數(shù)據(jù)得出： 液壓泵規(guī)格的選擇 由以上計(jì)算的液壓泵的最大工作壓力和流量，查液壓元件產(chǎn)品樣本，選擇與PB和qB相當(dāng)?shù)囊簤罕玫囊?guī)格型號。 pB計(jì)算的是靜態(tài)壓力，所以為了性能要求和平安起見，額定壓力pB應(yīng)比系統(tǒng)最高壓力大25%60%，故額定壓力為22.37528.64MP，即選用GPC4型外嚙合齒輪泵公稱排量2080ml/r 額定壓力25MP 轉(zhuǎn)速3000r/min。 驅(qū)動液壓泵工作的輸入功率 B為液壓泵的總效率，可根據(jù)表4-4進(jìn)行適宜選擇。表4-4液壓泵的總效率 五閥類元件的選擇  閥類元件的選擇必須根據(jù)最大流量，額定壓力，動作方式

16、，固定方式，壓力損失，性能參數(shù)和工作壽命進(jìn)行綜合考慮。 閥類元件選擇的考前須知    1盡量選擇標(biāo)準(zhǔn)件     2閥類元件的規(guī)格要根據(jù)油液的最大壓力和最大流量選取。選擇溢流閥，應(yīng)按液壓泵的最大流量選取；選擇節(jié)流閥和調(diào)速閥時，應(yīng)考慮其最小穩(wěn)定流量滿足機(jī)器低速性能的要求。    3參照液壓系統(tǒng)原理圖17號換向閥應(yīng)采用ZS系列多路閥 流量100L/min 額定壓力20MPa 13號換向閥應(yīng)采用ZS系列多路閥流量160L/min 額定壓力20MPa 15

17、號換向閥應(yīng)采用ZS系列多路閥流量40L/min 額定壓力20MPa 15、17號換向閥流量小于100L/min連接方式采用疊加閥。13號換向閥流量在100200L/min之間應(yīng)采用常規(guī)板式閥。 六 油管類型的選擇 液壓系統(tǒng)中使用的油管分硬管和軟管，適宜的油管應(yīng)有足夠的通流截面和承壓能力，管路越短越好。因?yàn)榇颂幍挠凸懿挥迷谙鄬\(yùn)動的工件之間，且工作壓力25MP，應(yīng)選擇金屬硬管即鋼管，更加平安可靠。 鋼管分為無縫鋼管和焊接鋼管，中高壓系統(tǒng)選用無縫鋼管，低壓系統(tǒng)選用焊接鋼管，鋼管價格低，性能好，使用廣泛。管接頭的選擇需要滿足連接牢固、密封可靠，裝配方

18、便、工藝性好、外形尺大小、通油能力強(qiáng)等性能要求。綜上所述，查閱相關(guān)資料，液壓系統(tǒng)壓力為25MPa，選用的是無縫鋼管，因此管接頭選用卡套式管接頭。 七油箱的選擇    油箱的作用是儲油，散發(fā)油的熱量，沉淀油中污物，逸出滲入油中的空氣，有時它還兼作液壓元件和閥塊的安裝平臺。其形式有開式和閉式兩種：開式油箱油液液面與大氣相通；閉式油箱油液液面與大氣隔絕。開式油箱應(yīng)用較多。油箱容量計(jì)算油箱的有效容量V可按下述經(jīng)驗(yàn)公式確定，即：V=mqp=4x240=960L式中：m為系數(shù)，低壓系統(tǒng)取24，中、高壓系統(tǒng)取57,中、高壓或高壓大功率系統(tǒng)時612；qp為液壓泵的流量。

19、查表得愛用AB40-1型帶支撐腳的矩形郵箱規(guī)格為1000，工作容積為1100L。 八過濾器的選擇在液壓系統(tǒng)中，大多數(shù)故障時由于介質(zhì)被污染而造成的，液壓油中存在各種污染物，油液的污染能加速液壓元件的磨損，卡死閥芯，堵塞工作間隙和小孔，腐蝕元件，元件外表劃傷，壽命降低。在適當(dāng)?shù)牟课话惭b過濾器可以截留油液中不可溶的污染物，使油液保持清潔，保證液壓系統(tǒng)的正常工作。過濾器的選擇應(yīng)該滿足有足夠的過濾能力，能承受一定的工作壓力，有足夠的過濾精度，易于清洗和更換，足夠長的的工作壽命等條件。過濾器按過濾精度可分為四級：粗過濾器d0.1mm普通過濾器0.01mmd0.1mm精過濾器0.005mmd0.01mm特精

20、過濾器0.001mmd0.005mm過濾精度只要取決于系統(tǒng)的壓力。由相關(guān)表格確定系統(tǒng)壓力大于21MPa，由表中得出選用精過濾器。 五、液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算 一管路系統(tǒng)壓力損失的驗(yàn)算當(dāng)執(zhí)行元件的工作壓力確定以后，調(diào)整壓力可由管路中的壓力損失來進(jìn)行計(jì)算。但是為了盡早地評估系統(tǒng)的主要性能，防止后面的設(shè)計(jì)工作出現(xiàn)大的反復(fù)，在系統(tǒng)方案初步確定之后，通常用液流通過閥類元件的局部壓力損失來對管路的壓力損失進(jìn)行概略地估算，因?yàn)檫@局部損失是系統(tǒng)的主要損失。本系統(tǒng)的閥類元件有單向閥、調(diào)速閥、電磁閥。 壓力損失包括：液壓油流經(jīng)管道的沿程壓力損失p、局部壓力損失和pD,管路總的壓力損失為p，即：計(jì)算沿程壓力損

21、失時，如果管中為層流流動，可按下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：式中：q為通過管道的流量(0.004m3/s)；L為管道長度(2m)；d為管道內(nèi)徑(50mm)；為油液的運(yùn)動粘度(1xm2)。局部壓力損失可按下式估算：系統(tǒng)的調(diào)整壓力：p0p1+p 式中：p0為液壓泵的工作壓力或支路的調(diào)整壓力25MP；p1為執(zhí)行件的工作壓力16MP。 二系統(tǒng)發(fā)熱溫升的驗(yàn)算系統(tǒng)發(fā)熱來源于系統(tǒng)內(nèi)部的能量損失，壓力損失、容積損失和機(jī)械損失所消耗的能量多數(shù)轉(zhuǎn)化為熱能。系統(tǒng)發(fā)熱使油溫升高，油液的溫升使粘度下降、油液變質(zhì)泄漏增加，影響正常工作。因此必須控制溫升在允許范圍內(nèi)，如一般機(jī)床液壓系統(tǒng)正常工作油溫為2530；數(shù)控機(jī)床低于25；粗加工機(jī)械、工程機(jī)械和機(jī)車車輛工作油溫為3540。單位時間的發(fā)熱量ØkW為： Ø=P1-P2式中：P1為系統(tǒng)的輸入功率，P2為系統(tǒng)的輸出功率。假設(shè)在一個工作循環(huán)中有幾個工作階段，那么根據(jù)各階段的發(fā)熱量求出系統(tǒng)的平均發(fā)熱量，即：式中：T為工作循環(huán)周期；i為工作階段的序號；ti為各工作階段的持續(xù)時間假設(shè)液壓系統(tǒng)全部熱量都是由油箱散發(fā)的。油箱在單位時間內(nèi)的散熱量可按下式計(jì)算：   式中：h為油箱的外表傳熱系數(shù)，當(dāng)自然風(fēng)冷卻很差時h=89×10-3kW/(m2，當(dāng)自然冷卻通風(fēng)良好時h=15×10-3kW/(m2；用風(fēng)扇冷卻