数控车床夹盘液压系统设计论文

毕业设计（论文）数控车床夹盘液压系统设计（机械类）前言液压传动相对于机械传动来说，是一门发展较晚的技术。自18世纪末英国制成世界上第一台水压机算起，液压传动技术只有二三百年的历史。直到20世纪30年代它才较普遍地用于起重机、机床及工程机械。在第二次世界大战期间，由于战争需要，出现了由响应迅速、精度高的液压控制机构所装备的各种军事武器。第二次世界大战结束后，战后液压技术迅速转向民用工业，液压技术不断应用于各种自动机及自动生产线，从而使它在机械制造、工程机械、农业机械、汽车制造等行业得到推广应用。20世纪60年代以来，液压技术随着原子能、空间技术、计算机技术的发展而迅速发展，并渗透到各个工业领域中。液压技术开始向高速、高压、大功率、高效率、低噪声、经久耐用、高度集成化的方向发展。同时，新型液压元件和液压系统的计算机辅助设计CAD、计算机辅助测试CAT、计算机直接控制CDC、机电一体化技术、可靠性技术等方面也是当前液压传动及控制技术发展和研究的方向。我国的液压工业开始于20世纪50年代，最初只应用于机床和锻压设备上，后来又用于拖拉机和工程机械。现在，我国的液压元件随着从国外引进一些液压元件、生产技术以及进行自行设计，现已形成了系列，并在各种机械设备上得到了广泛的使用。我国的液压技术在21世纪必将获得更快的发展。本次设计机床的夹盘液压系统，运用了液压传动系统的各方面知识，通过对夹盘液压系统的工作循环和工况分析计算其技术参数，选择系统的回路、元件、附件等。在满足其使用要求的前提下使系统质量轻，体积小，性能完善，维护方便。1绪论1.1液压技术的应用液压技术是涉及液体流动和液体压力规律的科学技术。近十几年来，液压技术发展非常快，应用领域也不断拓展，几乎囊括了国民经济的各个部门：工业、农业和国防等各个部门。如机械制造业、其中设备、矿山机械、工程机械、农业机械以及化工机械；又如军舰上的舵机、雷达扫描设备、坦克、火炮、飞机、导弹等都采用了液压技术。特别是在机床行业中，油液采用液压传动可以实现无极变速、自动化和在往复运动中实现频繁的换向等，所以它的应用正在不断的扩大和完善。例如，液压传动经常应用在机床的如下方面。1）机床往复运动龙门刨床的工作台、牛头刨床或插床的滑枕、组合机床动力滑台、拉床刀杆等都是采用液压传动来实现高速往复运动。与机械传动相比，采用液压技术可以大大地减少换向冲击，降低能量消耗，并能缩短换向时间，有利于提高生产效率和加工质量。2）机床回转运动机床和铣床主轴采用液压传动来实现回转运动，可是主轴无极变速。但是，由于液压传动泄漏是难免的，加之液体的可压缩性使液压传动不能保证有严格的传动比；因此，车床的螺纹传动链、齿轮机床的展成传动链，亦即具有内联系的运动，尚不能采用液压传动。3）机床进给运动液压传动在机床进给运动装置中应用的比较多，如磨床砂轮架快进、快退运动的传动装置；六角车床、自动车床的刀架或转塔架；磨床、钻床、铣床、刨床的工作台；组合机床的动力滑台等都广泛采用了液压技术。4）机床仿形运动在车床、铣床、刨床上应用液压伺服系统进行仿形加工，实现复杂曲面加工自动化。随着电液伺服阀和电子技术的发展，各种数字程序控制机床和加工中心开始普及，提高了机床自动化水平和加工精度，并为计算机辅助制造创造了条件。5）机床辅助运动机床上的卡紧装置，变速操纵装置，丝杠螺母间隙消除机构，分度装置，工件和道具的装卸、输送、储存装置，都采用了液压技术。这样不但简化了机床结构，而且提高了机床的自动化程度。此外，为了提高机床的承载能力，满足高精度、高效率的需要，在大型机床上应用了静压技术，如静压导轨、静压轴承和静压丝杠等。1.2液压技术的发展我国的液压行业开始于20世纪50年代，随着工业迅速发展逐日发展壮大，相继建立了科研机构和专业生产厂家，从事液压技术研究和液压产品生产。他们不但生产液压泵、液压阀等液压元件，还设计制造了许多新型的液压元件，如电液比例阀、电液伺服阀等。到目前为止，液压元件的生产，已经形成了我国液压元件产品的生产系列。液压技术的发展正向着高效率、高精度、高性能方向迈进；液压元件向着体积小、重量轻、微型化和集成化方向发展；静压技术、交流液压等新兴的液压技术正在开拓。又由于计算机的应用，更大大推进了液压技术的发展，像液压系统的辅助设计、计算机仿真和优化、微机控制等工作，也都取得了显著的成绩。可以预见，为满足国民经济发展的需要，液压技术也将继续获得飞速的发函，它在各个工业部门中的应用越来越广泛。综上所述，在机床行业，尤其是在卡紧和拖料架等需要往复运动并且频繁换向的机构上，选用液压系统作为其控制系统是最为合理的。在设计的过程中，要尽量发挥液压传动与其他传动形式相比所体现出的长处，把液压系统的缺点限制到最小，还必须符合重量轻、体积小、成本低、效率高等特点，尽量满足顾客的所有要求，才是设计的宗旨。2液压系统设计2.1液压系统的设计要求本次设计是完成数控车床上高、低压夹盘装置液压系统的设计。具体的设计要求如下：夹盘装置要实现“夹盘油缸前进－夹盘夹紧保压－夹盘油缸后退”的行程循环。整个装置全部采用滑台装置，其静摩擦系数＝0.2，动摩擦系数＝0.1，运动行程见表2-1.表2-1车床夹盘的运动参数和动力参数Tab.2-1themovementanddynamicparametersoftheLatheclamp工况行程速度时间最大夹紧力运动部件重力启动、制动时间/mm/t/s/NG/Nt/s快进2000.0752.510000.05夹紧保压005000高压3000低压快退2000.07522.2液压系统的功能设计析由表2-1中的运动过程，分析卡盘液压缸的负载情况，具体的计算结果见表2-2。表2-2夹盘液压缸外负载计算结果Tab.2-2Theloadcalculationresultsofclampingcylinder工况计算公式外负载/N启动200加速253快进100夹紧保压5100反向启动200加速253快退100上表中静摩擦负载：＝（2－1）＝0.2（1000+0）＝100N其中负载对动力滑台的法向力。动摩擦负载：＝（2－2）＝0.1（1000+0）＝100N惯性负载：（2－3）＝＝153N其中平均速度/。作技术参数参考表2-3初选液压缸的高压设计压力＝4.5MPa，低压设计压力＝3MPa，为了防止夹紧结束时发生前冲，液压缸需保持一定的回油背压。参考表2－4暂取背压＝0.4MPa，并取液压缸的机械效率＝0.94，设定液压缸有杆腔为工作腔，则计算出液压缸有杆腔的有效面积为（2－4）＝11.59式中F油缸的外负载；系统的工作压力。由速比和有杆腔的面积分别列式2－3，2－4：（2－5）（2－6）＝11.59解（2－3）（2－4）得液压缸内径：D＝4.4cm；活塞杆直径：d＝2.2cm，按GB/T2348-1980取标准值：D＝50mm，d＝25mm。液压缸实际有效面积为无杆腔：有杆腔：由本设计分析，只要液压缸的杆径能满足高压工作的工况，就能满足低压工作的工况，所以在低压工作时也采用此杆径值。表2-3按主机类型选择系统压力Tab.2-3SelectsystempressureBythetypes主机类型设计压力/MPa机床精加工机床0.82半精加工机床35龙门刨床28主机类型设计压力/MPa机床拉床810农用机械、小型工程机械、工程机械辅助机构1016液压机、大中型挖掘机、中型机械、起重运输机械2032地质机械、冶金机械、地道车辆维护机械，各类液压机具等25100表2-4液压执行器的背压力Tab.2-4The’backpressureofthehydraulicActuator系统类型背压力/MPa中低压系统简单系统和和一般轻栽节流调速系统回油带背压阀调整压力回油路设流量调节阀的进给系统满载工作时0.5设补油泵的闭式系统高压系统初算是可忽略不计根据上述条件经计算得到液压缸工作循环中各阶段的压力、流量和功率见表2-5、表2-6、表2-7、表2-8。表2-5夹盘油缸高压正向工作Tab.2-5Thehighpressurepositiveworkoftheclampingcylinder工作阶段计算公式负载回油腔压力工作腔压力输入流量输入功率F/N/MPa/MPa/N/w启动2000.68加速2530.40.72恒速1000.40.66.666夹紧保压51000.44.26.6464反向启动2000.4工作阶段计算公式负载回油腔压力工作腔压力输入流量输入功率F/N/MPa/MPa/N/w加速2530.40.44恒速1000.40.358.851表2-6夹盘油缸高压反向工作Tab.2-6Thehighpressurereverseworkoftheclampingcylinder工作阶段计算公式负载回油腔压力工作腔压力输入流量输入功率F/N/MPa/MPa/N/w启动2000.68加速2530.40.72恒速1000.40.66.666夹紧保压51000.43.18.8455反向启动2000.4加速2530.40.44恒速1000.40.358.851表2-7夹盘油缸低压正向工作Tab.2-7Thelowpressurepositiveworkoftheclampingcylinder工作阶段计算公式负载回油腔压力工作腔压力输入流量输入功率F/N/MPa/MPa/N/w启动2000.68加速2530.40.72恒速1000.40.66.666夹紧保压31000.42.76.6298反向启动2000.4加速2530.40.44恒速1000.40.358.851表2-8夹盘油缸低压反向工作Tab.2-8Thelowpressurereverseworkoftheclampingcylinder工作阶段计算公式负载回油腔压力工作腔压力输入流量输入功率F/N/MPa/MPa/N/w启动2000.68加速2530.40.72恒速1000.40.66.666夹紧保压31000.42.08.8294反向启动2000.4工作阶段计算公式负载回油腔压力工作腔压力输入流量输入功率F/N/MPa/MPa/N/w加速2530.40.44恒速1000.40.358.8512.3执行元件流量的确定液压缸所需最大流量按其实际有效工作面积和所要求的最大速度来计算，即（2－7）＝8.8L式中液压缸的最大流量；A液压缸有效工作面积；液压缸的最大速度；执行元件的容积效率，取0.94。同理，液压缸所需最小流量按其实际有效工作面积和所要求的最小速度来计算，即（2－8）＝6.6L式中液压缸的最小流量；A液压缸有效工作面积；液压缸的最大速度；执行元件的容积效率，取0.94。3液压系统方案确定和原理图的拟定3.1基本方案的确定液压系统方案设计是根据主机的工作情况、主机对液压系统的技术要求、液压系统的工作条件和环境条件以及成本、经济性、供货情况等诸多因素，进行全面、综合的设计，从而拟订出一个各方面比较合理的、可实现的液压系统的方案。其内容包括：1油路循环方式的分析与选择；2调速方案的分析和选择；3油源形式的分析与选择；4液压回路的分析、选择与合成；5液压系统原理图的拟订与设计。油路循环方式的分析和选择液压系统油路循环方式分为开式和闭式两种，他们各自的特点及相互比较见表3－1。表3-1开式系统和闭式系统的比较Tab.2-1CompareofHolddyadicsystemandShutdyadicsystem油液循环方式开式闭式散热条件较方便，但是油箱较大较复杂，需要用辅泵来换油冷却抗污染性较差，但可采用压力油箱或者油箱呼吸器来改善较好，但是油液过滤要求较高系统效率管路压力损失较大，用节流调速时效率低管路腰里损失较小，容积调速时效率较高限速制动形式用平衡阀进行能耗限速，用制动阀进行能耗制动，引起油液发热液压泵由电动机拖动时，限速及制动过程中拖动电能向电网输电，回收部分能量，即是再生限速和再生制动其他对泵的自吸性能要求高对主泵的自吸性能要求低油路循环方式的选择主要取决于液压系统的调速方式和散热条件。一般来说，凡是有较大