数控机床液压系统设计毕业论文.doc

数控机床液压系统毕业论文摘 要本论文针对目前国内外数控车床的现状、发展动态和发展方向及其在现代工业中的重要作用，运用液压元件的基本理论，对其主关键结构液压系统箱进行了原理分析和优化设。根据设计的实际需要，对车床液压系统开展研究，并对液压系统的结构元件和液压控制系统的结构进行了优化设计。并介绍了一种在三爪卡盘上加装摆动式液压缸和平面螺旋机构的螺旋摆动式液压缸增力机构的结构。叙述了主要的设计步骤和参数的确定。关键词：数控车床 液压油泵 液压油缸 液压控制阀 三爪卡盘 性能分析 参数 优化设计IAbstractThe present paper in view of the present domestic and foreign numerical control lathe present situation, the development tendency and the development direction and in the modern industry vital role, the utilization hydraulic unit basic theory, has carried on the static analysis and the optimized design to its important structure lathe bed, then achieved the instruction designs and enhances the numerical control lathe technical performance the goal.According to the design actual need, the method of hydraulics systems used in the actual project the related theory and the realization principle has carried on the elaboration, and has carried on the lathe bed champing and drive module design as well as the optimized design.The research process mainly divides into hydraulic system analysis and hydraulic control of the optimization designs, obtained the lathe bed static stress and the strain, and has carried on the optimized design to the lathe bed structure, has carried on a more scientific appraisal to the product.Key word：Numerical control lathe ;Hydraulic pumps ;Hydraulic cylinders ;control valves;performance analysis ;Optimized design II目 录 摘 要IAbstractII第一章 概 论11.1 液压技术的历史发展11.2 国内数控车床的现状和发展前景11.3研究的对象和研究的方法3第二章 液压系统的组成42.1液压系统组件的设计步骤42.2 技术参数确定42.3主传动系统方案的确定52.4液压系统结构设计52.5拟定液压传动系统图6第三章 液压站的设计93.1液压缸的参数及设计93.1.1液压缸的分类93.1.2液压缸的主要参数93.1.3 液压缸的设计和计算113.2 液压缸主要零件的材料和技术要求113.2.1 缸体113.2.2 活塞113.2.3活塞杆123.2.4活塞杆直径的计算 123.3 液压泵133.3.1液压泵概述133.3.2液压泵的安装方式133.3.3液压泵的选择133.3.4电动机与液压泵的连接方式143.4 液压油箱143.4.1液压油箱的作用143.4.2液压油箱的外形尺寸153.4.3液压油箱的结构设计153.5集成化设计163.6化的工作要求16第四章 三爪卡盘的设计174.1夹具的特点174.2夹具的基本结构和原理204.3三爪卡盘螺旋摆动式液压缸增力机构的结构和原理214.4主要参数确定与结构计算224.5夹具在安装和操作时应注意的事项234.6误差分析25第五章 液压系统性能验算及维护275.1性能验算275.2系统维护27小结体会28致谢29参考文献30毕业设计（论文）第一章 概 论1.1 液压技术的历史发展 液压传动相对于机械传动来说是一门新技术，但从1650年巴斯卡提出静压传递远离，1795年英国的约瑟夫布拉默利用这一原理在英国制成了世界上第一台水压机，使液压技术开始进入工程领域算起，已有两三百年的历史了。到了20世纪30年代才较普遍地用于机械、机床及工程领域。在第二次世界大战期间，由于军事工业迫切需要响应迅速、精度高、功率大的液压传动系统和伺服机构，以装备各种飞机、坦克、大炮和军舰，提高它们的使用性能，因此各种高压元件获得了进一步的发展，并出现了伺服阀。这里值得一提的是美国马塞诸塞州理工学院的布莱克本、李等人对于高压场合的液压问题以及伺服控制问题进行了深入的研究，大约于1958年他们研制出了电液伺服阀。当前液压技术在高速、高压、大功率、高效率、低噪声、经久耐用及高度集成化等各项要求方面都取得了重大进展，在完善比例控制、伺服控制、数字控制等技术上也有了许多新成就。 由于伺服阀造价高、抗污染能力弱，后来又发展了比例阀和比例泵。我国路甬祥博士在比例技术上的5项发明，是20世纪80年代液压技术的新突破。1.2 国内数控车床的现状和发展前景 近年来，我国数控车床生产一直保持两位数增长。2002年产量居世界第四。但与发达国家相比，我国车床数控化率还不高，目前生产产值数控化率不到30 ；消耗值数控化率还不到50 ，而发达国家大多在70 左右。国产数控车床到2000年可供品种为700多种，接近数控车床品种的50 ，其中占产量70 的是经济型数控车床。最高转速一般在2000rmin，个别转速达8000rmin， 坐标定位精度一般在001mm，重复定位精度在0005mm，工作精度圆度在0010005mm 之间， 表面粗糙度Ra08161xm。长城车床厂CK7815C液压系统最高转速3 500rmin，快速行程X轴9mmin，z轴12mmin，定位精度X轴0016mm，z轴0025mm， 工作精度圆度0007mm，表面粗糙度Ra=P+PP执行元件的最大压力；P管路总压力，查液压气动技术手册取P=0.8MPa所以：Pp=4.2+0.8=5 MPa二计算泵的流量：Qp=K(q)max 取k=1.1Qmax=39.7 Qp=1.1*39.7=43.67 L/min液压泵的选取：根据上述计算的液压系统的最高压力和流量查机械设计手册选取额定转速为1300r/min，排量为40ml/min的单作用叶片泵。其型号为PFE-330032知其泵的总效率为0.75.额定的流量为：Q=40*1300=52L/min 以上满足设计要求。3.3.4电动机与液压泵的连接方式1、法兰式：液压泵安装在法兰上，法兰再与带法兰盘的电机联接，电动机与液压泵依靠法兰盘上的止口来保证同轴度。这种结构装拆很方便。2、液压泵直接装在支架的止口里，然后依靠支架的底面与底板相连，再与带底座的电动机相联。3、法兰支架式：电动机与液压泵先以法兰联接，法兰再与支架联接，最后支架再装在底板上，它的优点是大底板不用加工，安装方便，电动机与液压泵的同轴度靠法兰盘上的止口来保证。本系统采用支架式结构，这种结构对于保证同轴度比较困难，为避免安装时产生同轴度误差带来的不良影响，该电机与液压泵联接时采用ML8梅花弹性柱塞联轴器。为增加电机与液压泵的联接刚性，避免产生共振，把液压泵和电机先装在刚性较好的底板上使其成为一体，然后底板再焊接到油箱上侧。3.4 液压油箱3.4.1液压油箱的作用液压油箱的作用是贮存液压油、分离液压油中的杂质和空气，同时还起到散热作用。3.4.2液压油箱的外形尺寸液压油箱的有效容积确定以后，需设计液压油箱的外形尺寸，这次采用的外型尺寸为：长730mm；宽406mm；高295mm的外型尺寸7。 3.4.3液压油箱的结构设计液压油箱多采用钢板焊接的分离式液压油箱。1.隔板（1）作用：增长液压油流动循环时间，除去沉淀杂质，分离、清除水和空气，调整温度，吸收液压油压力的波动及防止液面的波动。（2）安装形式：隔板的安装形式有多种，可以设计成高出液压油面，使液压油从隔板侧面流过；还可以把隔板设计成低于液压油面，其高度为最低油面的2/3，使液压油从隔板上方流过。该液压油箱设计时，采用了后一种方式。（3）过滤网的配置：过滤网设计成将液压油箱内部一分为二，使吸油管与回油管隔开，这样液压油可以经过一次过滤。过滤网通常使用50100目左右的金属网。2.吸油管：吸油管前设置滤油器，其精度为100200目的网式或线隙式滤油器。滤油器与箱底距离为40mm。为防止吸油时卷吸空气或因流入液压油箱的液压油搅动油面，致使油中混入气泡，吸油管插入液压油面以下。（1）吸油管与回油管的方向：为了使油液流动具有方向性，综合考虑隔板、吸油管和回油管的配置，尽量把吸油管和回油管用隔板隔开，为了不使回油管的压力波动波及吸油管，吸油管及回油管的斜口方向一致。3.顶盖及清洗孔（1）顶盖：在液压油箱顶盖上装设阀组、空气滤清器时，必须十分牢固。液压油箱同它们的接合面要平整光滑，将密封填料、耐油橡胶密封垫圈以及液压密封胶衬入其间，以防杂质、水和空气侵入，并防止漏油。同时，防止由阀和管道泄漏在箱盖上的液压油流回液压油箱内，电机和泵放在液压油箱的的上面。（2）清洗孔：液压油箱上的清洗孔，最大限度地易于清扫液压油箱内的各个角落和取出箱内的元件。（3）杂质和污油的排放：为了便于排放污油，液压油箱底部做成了倾斜式箱底，并将放油塞安放在了最低处。（4）液面指示：检查液压油箱内的液面情况，在箱的侧面安装了液面指示计，指示最高、最低油位。（5）液压油箱的防锈：为了防止液压油箱内部生锈，应在油箱内壁涂耐油防锈涂料。3.5集成化设计使用集成块可以将阀类安装在一起，便于集成控制，便于维修和调节压力，方便油路的连接及控制线路的连接等。通常情况下，集成块由螺钉紧固在液压油箱上。根据装配图可知,该液压站由一个集成块组成,由两个螺钉将其紧固在液压油箱上，组成一个完整的液压系统。下面简要地介绍其设计。在这个集成块上,与其连接的有两组阀，一个油缸，因此需要设计P1, T1, P2, T2以及与油缸相连的A1, B1，A2, B2。具体设计过程见附的详细设计图纸。3.6化的工作要求集成块的工作要求有如下几个：（1）通道体及叠加阀中工作介质为N32#或N46#液压油，固密封性要求较高，各个连接件之间必须加密封圈；（2）块内油道纵横分布，比较复杂，故应注意各个油路中间的距离，两孔中间的壁厚不得小于5mm；（3）以底面为基准，上表面与下表面的平行度公差不超过0.03mm，各个侧面与底面垂直度公差不超过0.1mm。块接合面光洁度0.8，其余面为3.2；（4）所有棱边倒圆角，去毛刺；（5）表面镀铬处理；（6）钢坯不得有影响使用的气孔裂纹和杂质等缺陷；（7）其余孔的定位尺寸公差为 0.2mm。第四章 三爪卡盘的设计4.1夹具的特点在机床上加工工件时,我们可以看到两种不同的情况:一种是用划针或指示表等量具,按工件的某一表面,或者按工件表面上所划的线进行找正,使工件在机床上处于所需要的正确位置,然后夹紧工件进行加工;另一种是把工件安装字夹具上进行加工。为了在工件的某一部位上加工出符合规定技术要求的表面,一般都按工件的结构形状,加工方法和生产批量的不同,采用各种不同的装置将工件准确,方便的而可靠地安装在机床上,然后进行加工.这种用来安装的工件以确定工件与切削刀具的相对位置并将工件夹紧的装置称为“机床夹具”。在实际的生产中,例如活塞,连杆的生产线上,几乎每道工序中都采用了夹具。十分明显,如果不采用夹具,不但工件的加工精度难以保证,而且加工生产率也会大大降低,有时甚至会造成无法加工的情况。除了机床加工时需要使用夹具外,有时在检验,装配等的工序中也要用到夹具,因之在这种场合中用到的夹具可分别称为“检验夹具”和“装配夹具”。 机床夹具通常是指装夹工件用的装置:至于装夹各种刀具用的装置,则一般称为“辅助工具”。辅助工具有时也广义地包括在机床夹具的范围内。按照机床夹具的应用范围,一般可分为通用夹具,专用夹具和可调整式夹具等。通用夹具是在普通机床上一般都附有通用夹具,如车床上的卡盘,铣床上的回转工作台,分度头,顶尖座等。它们都一标准化了,具有一定的通用性,可以用来安装一定形状尺寸范围内的各种工件而不需要进行特殊的调整。但是,在实际生产中,通用夹具常常不能够满足各种零件加工的需要;或者因为生产率低而必须把通用夹具进行适当的改进;或者由于工件的形状,加工的要求等的不同须专门设计制造一种专用夹具,以解决生产实际的需要。专用夹具是为了适应某一工件的某一工序加工的要求而专门设计制造的,其功用主要有下列几个方面:1.保证工件被加工表面的位置精度,例如与其他表面间的距离精度,平行度,同轴度等。对于外行比较复杂,位置精度要求比较高的工件,使用通用夹具进行加工往往难以达到精度要求。2.缩短了工序时间,从而提高了劳动生产率。进行某一工序所需要的时间,其中主要包括加工工件所需要的机动时间和装卸工件等所需要的辅助时间两部分。采用专用夹具后,安装工件和转换工位的工作都可以大为简化,不再需要画线和找正,缩短了工序的辅助时间并且节省了画线这个工序,从而提高了劳动生产率.在生产中由于采用了多工件平行加工的夹具,使同时加工的几个工件的机动时间将与加工一个工件的机动时间相同。采用回转式多工位连续加工夹具,可以在进行切削加工某个工件的同时,进行其它工件的装卸工作,从而使辅助时间与机动时间相重合。总之,随着专用夹具的采用和进一步改善,可以有效地缩短工序时间,满足生产不断发展的需要。3.采用专用夹具还能扩大机床的工艺范围。例如在普通车床上附加镗模夹具后,便可以代替镗床工作;装上专用夹具后可以车削成型表面等,以充分发挥通用机床的作用。4.减轻劳动强度,保障安全生产。根据生产需要,采用一些气动,液压或其它机械化,自动化程度较高的专用夹具,对于减轻工人的劳动强度,保障生产安全和产品的稳质高产都有很大作用。加工大型工件时,例如加工车床床身上,下两面上的螺孔,需要把床身工件翻转几次进行加工,劳动强度大而且不安全。采用电动回转式钻床家具后,就能够达到提高生产效率,减轻劳动强度,保障生产安全的目的。专用夹具在生产上起着很大的作用,那么是不是在任何场合都要设计和采用呢!这个问题就是具体问题具体的分析。上面说的关于专用夹具在生产中的作用,只是事物的一个方面。另一方面,由于夹具的设计,制造和所用的材料等须消耗一定的费用,增加了产品的成本。因之,在什么情况下采用什么样的夹具才是经济合算的,这是一个大问题,特别对于重大的,设计制造工作量大的专用夹具需与工人师傅等三结合共同研究解决。事物总是一分为二的,专用夹具也存在缺点,即专用夹具的专用性和产品多样性的矛盾。由于专用夹具只适用于一个工件加工的某一个工序,因而随着产品品种的不断增多,夹具数量也不断上升,造成存放和管理上的困难;而当某产品不再进行生产时,原来的夹具一般都无法重新利用,造成浪费.同时,专用夹具的设计生产时间周期长,与生产的迅速发展也有矛盾。但是在当前成批生产的机械工厂中,多数还是采用通用机床加上专用夹具进行工件的机械加工。可调整夹具是为了扩大夹具的使用范围,弥补专用夹具只适用与一个工件的某一特定工序的缺点,正在逐步推广使用可调整式的夹具。可调整式夹具一般可分为标准化夹具,成组夹具和组合夹具等。1.标准化夹具:标准化夹具就是利用本厂已规格化了的部分或全部标准零件装配成的专用夹具。专用夹具中的大件,如夹具体,以及定位元件,夹紧件和机械夹紧用的气缸部件等,经过标准化,尺寸规格化后有利于工厂成批准备配件,成批加工,这样可使夹具的设计,制造工作加快, 节省费用。另外,当产品更改,夹具不再使用时可以拆开,把标准零件保存起来,备以后使用。2.成组夹具:多品种,小批量生产的机械加工车间中,往往可以采用成组加工法。采用成组加工法,是把多种产品的零件按加工所用的机床和刀具,夹具等工艺装备的共性分组,同一组的零件能在同一台机床上用共同的工艺装备和调整方法进行加工。例如分成轴类,套类,盘类,齿轮,杠杆,支架类等各种零件。成组夹具就是根据一组安装方法相类似的零件而设计的,只要稍作调整或更换夹具上的某些定位,夹紧件,就可以从加工某一工件转为加工另一工件。3.组合夹具:组合夹具是有一套专门设计制造,便于组装和拆卸的有各种不同的形状,不同尺寸规格并且有完全互换性和耐磨性的标准元件和合件所组成。利用这些元件和合件,根据加工工件的需要可以组装成车,磨,铣,刨,钻,镗等工序用的各种不同的机床夹具。夹具使用完毕,可以方便的拆开,洗净元件存放起来,留待以后组装新夹具时再用。因之组合夹具是具有高度标准化和系列化元件的新型工艺装备。关于组合夹具的问题,其设计原理基本相同。在实际生产中应用的夹具很多,分类方法也有很多种。通常还可按使用夹具的工序不同分为车床夹具,铣床夹具等;还可以根据在机床上运动的特点归并成以下几类,(1)车床类夹具:包括车床,内外圆磨床,螺纹磨床用夹具,其特点是夹具与工件一起作旋转运动。(2)铣床类夹具:包括铣床,刨床,平面磨床等机床用夹具,其特点是夹具固定字工作台上,只作纵向或横向往复运动或回转运动。(3)钻,镗床类夹具:用于在钻床上钻,扩,铰等工序或在镗孔工序,其实就是夹具固定在机床上,刀具通过夹具上的导向装置进行送进运动。上述的各种夹具都是固定在机床上的,但是在自动线加工中,有的夹具带着工件由生产线的输送装置,挨着每台机床逐步向前输送,这类夹具通常称为“随行夹具”。自动线上的随行夹具除了完成工件的定位,支承和夹紧外,还带着工件沿自动线的加工机床进行定位(相对于每台机床的刀具位置),夹紧,待加工完了再自动送至下一台机床加工,以便通过自动线的各台机床,完成工件的全部工序加工。随行夹具主要适用于采用组合机床自动线加工,但又无良好的输送基面和定位基面的工件,以便将这种畸形工件先装夹于基面完整的随行夹具上,然后在通过自动线进行加工。对一些有色金属等软件性材料的工件,虽然具有良好的输送基面,但为了保护工件的基面不受划伤,有时也采用随行夹具。通用可调夹具,若产品中有若干零件具有相似性,有选用通用可调整夹具的可能,应进一步探索,应用下面三方面分析判断(1)工件结构要素的相似性,主要是被加工表面形式和部位的相似,工序内容和技术要求基本相似;能有相似或相同的定位基准和定位方式。(2)有可能采用功能相同的定位方式和夹紧方式(包括夹紧动力源)。(3)工件尺寸要素相似,如定位基准和外廓尺寸的近似程度,看能否使用,可调夹具结构紧凑,布局协调的夹具。综上所述,机床夹具已成为机械加工中的重要装备。机床夹具的设计和使用是促进生产发展的重要工艺措施之一。随着我国机械工业生产的不断发展,机床夹具的改进和创造已成为广