數(shù)控車床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

.PAGE.-..-可修遍-XX播送電視大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造與自動(dòng)化專業(yè)本科<<液壓氣動(dòng)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(hào)99姓名XXX指導(dǎo)教師XXX日期2016年10月13日...-可修遍-摘要液壓傳動(dòng)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(dòng)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(dòng)下進(jìn)展工作，其工作時(shí)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)過準(zhǔn)確驗(yàn)算來完設(shè)計(jì)出一個(gè)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TOC\o"1-3"\h\u570前言320262一、國(guó)外數(shù)控機(jī)床和液壓系統(tǒng)研究現(xiàn)狀及開展432052〔一〕數(shù)控車床現(xiàn)狀與開展趨勢(shì)427205〔二〕研究方法與容423635二、液壓系統(tǒng)的簡(jiǎn)介515771〔一〕液壓系統(tǒng)的組成52522〔二〕液壓系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)520873三、液壓尾座液壓傳動(dòng)總體設(shè)計(jì)516174〔一〕尾座簡(jiǎn)介52645〔二〕回路設(shè)計(jì) 61545四、尾座液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)728449〔一〕液壓系統(tǒng)的壓力71068〔二〕繪制液壓系統(tǒng)原理圖825924〔三〕頂針油缸的相關(guān)計(jì)算828098〔四〕液壓泵的設(shè)計(jì)927557〔五〕閥類元件的選擇107129〔六〕油管類型的選擇1032210〔七〕油箱的選擇1028568〔八〕過濾器的選擇1117637五、液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算1112308〔一〕管路系統(tǒng)壓力損失的驗(yàn)算11379〔二〕系統(tǒng)發(fā)熱溫升的驗(yàn)算1216380〔三〕系統(tǒng)效率驗(yàn)算1325631結(jié)論1412657參考文獻(xiàn)1523166致16前言液壓傳動(dòng)在開展現(xiàn)代工程機(jī)械的過程中顯得尤為重要。國(guó)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(dòng)朝著小型化、集成化、精細(xì)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制。市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越發(fā)劇烈，產(chǎn)品的更新又極為迅速，精度要求也越來越高。數(shù)控車床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一、國(guó)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(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)開展和工業(yè)制造水平的一個(gè)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(guó)的重視并得到了較快的開展?！惨弧硵?shù)控車床現(xiàn)狀與開展趨勢(shì)1.國(guó)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(cè)設(shè)備,車間可以實(shí)時(shí)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(cè)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)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(guó)數(shù)控車床的現(xiàn)狀近些年來，我國(guó)數(shù)控車床生產(chǎn)數(shù)量和產(chǎn)量一直保持高速增長(zhǎng)。但與其它興旺國(guó)家相比，我國(guó)車床數(shù)控化率不到30％，國(guó)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(guó)產(chǎn)最高主軸轉(zhuǎn)速一般在2000r／min左右，個(gè)別高性能機(jī)床轉(zhuǎn)速達(dá)8000r／min。國(guó)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(shì)2.1液壓控制技術(shù)回憶與展望氣壓與液壓壓傳動(dòng)相對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)來說是一門新興的技術(shù)。在各個(gè)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(dòng)和檢測(cè)在的一門完整的自動(dòng)化控制技術(shù)。國(guó)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(guó)外數(shù)控車床開展相對(duì)較早，相對(duì)來說國(guó)與國(guó)外有一定差距。2.2液壓行業(yè)的開展趨勢(shì)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(gè)問題：①盡量減少液壓元件和液壓系統(tǒng)的部壓力損耗，以減少系統(tǒng)功率損失；②盡量減少或消除液壓系統(tǒng)的節(jié)流損耗；③采用新技術(shù)，新材料，減少磨擦損失；

④改進(jìn)液壓系統(tǒng)的性能；〔二〕研究方法與容1.研究方法液壓系統(tǒng)是液壓型機(jī)械的一個(gè)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)展。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(gè)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)展：①學(xué)習(xí)并掌握液壓系統(tǒng)原理的根底知識(shí)；②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；③擬定液壓系統(tǒng)原理圖；④液壓系統(tǒng)的計(jì)算和元件的選擇；⑤液壓系統(tǒng)元件尺寸和構(gòu)造確實(shí)定；⑥總結(jié)分析，精度和誤差的統(tǒng)計(jì)。2.研究容根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本文的研究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(duì)液壓系統(tǒng)的檢驗(yàn)。二、液壓系統(tǒng)的簡(jiǎn)介〔一〕液壓系統(tǒng)的組成一個(gè)完整的液壓系統(tǒng)一般由五個(gè)局部組成，即動(dòng)力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件和液壓油。動(dòng)力元件：液壓泵是液壓系統(tǒng)的動(dòng)力元件，是能量轉(zhuǎn)換元件，由原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，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(dòng)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(dòng)，但有的是輸出往復(fù)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)和扭矩；馬達(dá)那么是輸出連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和扭矩?？刂圃汗δ苁菍?duì)流動(dòng)方向、壓力和流量進(jìn)展控制，以滿足執(zhí)行元件所需要各個(gè)要求，從而使系統(tǒng)按照特定的工作要求進(jìn)展工作。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?！捕骋簤合到y(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(jí)變速，工作相對(duì)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(dòng)力，元件制造精度要求高，不易實(shí)現(xiàn)定比傳動(dòng)，發(fā)生故障不易檢查和排除，傳動(dòng)效率相對(duì)較低。三、液壓尾座液壓傳動(dòng)總體設(shè)計(jì)〔一〕尾座簡(jiǎn)介1.機(jī)床采用的是標(biāo)準(zhǔn)的液壓型尾座。尾座安裝在機(jī)床導(dǎo)軌上，可縱向調(diào)整?？梢杂庙敿庵屋^長(zhǎng)的工件，必要時(shí)也可以安裝鉸刀和鉆頭等相應(yīng)的孔加工刀具進(jìn)展孔的加工。2.尾座的導(dǎo)軌WH為：9540mm，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(dòng)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(dòng)。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(gè)腔?！捕郴芈吩O(shè)計(jì)大體看來液壓尾座有頂針局部和加緊局部。前者是起軸頂緊的作用，當(dāng)頂針工作時(shí)需要加緊機(jī)構(gòu)進(jìn)展加緊工步，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(duì)液壓缸和液壓泵進(jìn)展設(shè)計(jì)?！惨弧骋簤合到y(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，根據(jù)負(fù)載與工作壓力關(guān)系表4-1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—，2—變量液壓泵，3—電動(dòng)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(dòng)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(zhǎng)度350mm。假設(shè)液壓尾座最大軸向力為5754.3N，所以液壓油缸要想克制這一軸向力，即液壓油缸所受的外力Fz=3.5754N，根據(jù)相關(guān)表格加緊時(shí)的壓力區(qū)2MPa，背壓0.5MPa。那么液壓缸的徑是：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×〔0.5~0.7〕=50mm〔四〕液壓泵的設(shè)計(jì)確定液壓泵的最大工作壓力PB=P1+ΣΔP其中：P1為液壓缸工作時(shí)所需要的最大壓力ΣΔP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)歷ΣΔP為(2～5)×105Pa，復(fù)雜系統(tǒng)的ΣΔP為(5～15)×105Pa，具體也可以參照下表：表4-3常用中、低壓各類閥的壓力損失(Δpn)根據(jù)以上數(shù)據(jù)可知：卡緊套筒的支路壓力損失ΣΔp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ΣΔp為0.3MP〔換向閥〕主線路上壓力損失ΣΔp為0.5MP〔單向閥〕卡緊尾座的支路壓力損失ΣΔp為0.3MP〔換向閥〕PB=P1+ΣΔp=16+0.3+0.8+0.3+0.5=17.9MP泵流量確實(shí)定qBqB由液壓缸最大流量qmax和系統(tǒng)泄漏確定液壓缸同時(shí)工作時(shí)存在容積效率降低，泄露增多的問題，即：(Σq)max為同時(shí)動(dòng)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1.1～1.3，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(hào)。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22.375~28.64MP，即選用GPC4型外嚙合齒輪泵〔公稱排量20~80ml/r額定壓力25MP轉(zhuǎn)速3000r/min〕。驅(qū)動(dòng)液壓泵工作的輸入功率ηB為液壓泵的總效率，可根據(jù)表4-4進(jìn)展適宜選擇。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(dòng)作方式，固定方式，壓力損失，性能參數(shù)和工作壽命進(jìn)展綜合考慮。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(shí)，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(hào)換向閥應(yīng)采用ZS系列多路閥流量100L/min額定壓力20MPa13號(hào)換向閥應(yīng)采用ZS系列多路閥流量160L/min額定壓力20MPa15號(hào)換向閥應(yīng)采用ZS系列多路閥流量40L/min額定壓力20MPa15、17號(hào)換向閥流量小于100L/min連接方式采用疊加閥。13號(hào)換向閥流量在100~200L/min之間應(yīng)采用常規(guī)板式閥?！擦秤凸茴愋偷倪x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?duì)運(yùn)動(dòng)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(jià)格低，性能好，使用廣泛。管接頭的選擇需要滿足連接結(jié)實(shí)、密封可靠，裝配方便、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?！财摺秤拖涞倪x擇油箱的作用是儲(chǔ)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(shí)它還兼作液壓元件和閥塊的安裝平臺(tái)。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)歷公式確定，即：V=mqp=4x240=960L式中：m為系數(shù)，低壓系統(tǒng)取2～4，中、高壓系統(tǒng)取5～7,中、高壓或高壓大功率系統(tǒng)時(shí)6～12；qp為液壓泵的流量。查表得愛用AB40-1型帶支撐腳的矩形規(guī)格為1000，工作容積為1100L?！舶恕尺^濾器的選擇在液壓系統(tǒng)中，大多數(shù)故障時(shí)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(zhǎng)的的工作壽命等條件。過濾器按過濾精度可分為四級(jí)：粗過濾器d≥0.1mm普通過濾器0.01mm≤d＜0.1mm精過濾器0.005mm≤d＜0.01mm特精過濾器0.001mm≤d＜0.005mm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)展計(jì)算。但是為了盡早地評(píng)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(duì)管路的壓力損失進(jìn)展概略地估算，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△pλ、局部壓力損失和p△ζ,管路總的壓力損失為ΣΔp，即：計(jì)算沿程壓力損失時(shí)，如果管中為層流流動(dòng)，可按下經(jīng)歷公式計(jì)算：式中：q為通過管道的流量(0.004m3/s)；L為管道長(zhǎng)度(2m)；d為管道徑(50mm)；υ為油液的運(yùn)動(dòng)粘度(1xm2)。局部壓力損失可按下式估算：系統(tǒng)的調(diào)整壓力：p0≥p1+Δp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〕?！捕诚到y(tǒng)發(fā)熱溫升的驗(yàn)算系統(tǒng)發(fā)熱來源于系統(tǒng)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圍，如一般機(jī)床液壓系統(tǒng)正常工作油溫為25～30℃；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35～40℃。單位時(shí)間的發(fā)熱量?〔kW〕為：?=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(gè)工作循環(huán)中有幾個(gè)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(hào)；ti為各工作階段的持續(xù)時(shí)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(shí)間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(shí)h=