CK6152数控机床液压系统设计--毕业设计

1引言液压技术是实现现代化传动与控制的关键技术之一。液压传动的各种元件由于重量轻、体积小，可以根据需要方便、灵活地来布置；结合最新技术自动化程度高且操纵控制方便，容易实现直线运动；可实现大范围的无级调速（调速范围达2000：1）；自动实现过载保护；采用矿物油作为工作介质，相对运动面可自行润滑，使用寿命长。因此，液压技术广泛用于国民经济各部门，世界各国对液压工业的发展都给予很大重视。据统计，世界各主要国家液压工业销售额占机械工业产值的2%~3.5%，而我国只占1%左右，这充分说明我国液压技术使用率较低，努力扩大其应用领域，将有广阔的发展前景。液压气动技术具有独特的优点，如:液压技术具有功率重量比大，体积小，频响高，压力、流量可控性好，可柔性传送动力，易实现直线运动等优点；气动传动具有节能、无污染、低成本、安全可靠、结构简单等优点，并易与微电子、电气技术相结合，形成自动控制系统。因此，液压气动技术广泛用于国民经济各部门。但是近年来，液压气动技术面临与机械传动和电气传动的竞争，如：数控机床、中小型塑机已采用电控伺服系统取代或部分取代液压传动。其主要原因是液压技术存在渗漏、维护性差等缺点。为此，必须努力发挥液压气动技术的优点，克服缺点，注意和电子技术相结合，不断扩大应用领域，同时降低能耗，提高效率，适应环保需求，提高可靠性，这些都是液压气动技术继续努力的永恒目标，也是液压气动产品参与市场竞争是否取胜的关键。现如今我国的液压行业现已形成一个门类比较齐全、有相当竞争实力、初具生产规模的工业体系。改革开放以来，液压行业迅速发展，先后引进了40余项国外先进技术，经消化吸收和技术改造，现均已批量生产，并成为行业的主导产品。近年来，行业加大了技术改造力度，1991~1998年，国家、地方和企业自筹资金总投入共约16多亿元。经过技术改造和技术攻关，一批主要企业技术水平进一步提高，工艺装备得到很大改善，为形成高起点、专业化、批量生产打下良好基础。近几年，在国家多种所有制共同发展的方针指引下，不同所有制的中小企业迅猛崛起，呈现着勃勃生机。随着国家的进一步扩大开放，三资企业迅速发展，为行业提高水平，并扩大出口起着重要作用。目前我国已和美国、日本、德2国等国家的著名厂商建立了柱塞泵/马达、行星减速机、转向器、液压控制阀、液压系统、静液压传动装置、液压件铸造、气动控制阀、气缸、等类产品生产的合资企业或独资企业50多家，引进外资5亿多美元。进入21世纪后液压产品技术发展呈现与计算机技术相结合的趋势。现有的液压伺服和液压比例技术在与计算机结合上不是十分方便，数字液压技术克服了这个缺点，它把整个液压和控制技术都简化了，促进了整个液压技术的进步。如今国内外液压发展情况简要概括如下表1：表1国内外液压发展情况国内国外小型化，集成化，多样化机电一体化集成元件和系统高压，高速，高精度，高可靠性智能化自动控制元件和系统高效，节能，环保高精度数字控制元件和系统机电一体化水介质液压元件和系统本人对于该液压系统的设计经验来自在安阳鑫盛机床厂为期两个月的实习，期间对于CK6152数控车床的布局结构及工作原理做了仔细的研究，对于较为复杂的技术问题和相关液压系统的设计方法，栗瑞红工程师给予了热情的指导。在此和翻阅大量液压类书籍和文献，调查取证的基础上本人也对该车床中变档和卡紧部份进行了创新，将工业上应用比较广泛的CK6152数控车床的卡盘卡紧、换档两个动作，由常见的机械装置改装成由液压动力驱动的液压传动装置。其工作原理为：由油缸卡紧，经吊头连接，通过液压油在油缸上下腔的施压与排放，推动活塞杆在油缸中伸缩，使其对系统实施推力或拉力，完成卡盘卡紧；及推动齿轮箱中的滑移齿轮实现换档。这样设计的优点是，一方面，数控机床的液压油为柔性工作介质，比机械传动时产生的振动要少的多，有利于数控机床的平稳运行。另一方面，由于液压系统采用的行程检测装置测量准确，可更加真实地反映数控机床在卡紧、变档二个动作完成的具体情况，并通过PLC可编程控制，实现卡紧，换档二个动作的自动化控制。其意义是,将液压系统应用于数控车床CK6152，使其与数控NC技术完美结合，从而实现了先进技术的推广，并且完成了机床动作由手动完成向半自动乃至全自动的推进，大大提高了CK6152数控机床的自动化程度，大大提高了劳动生产效率，3为解放劳动力发展生产力迈出了重要的一步。毕业设计是对大学生活中从事机械及液压知识学习的一个总结，也是提高我们大学生综合运用所学知识和技能解决问题能力的一个重要环节，更是对大学阶段所学关于机械及液压知识和实际动手能力的一个考察。通过这次考察，不但可以提高我们的综合训练设计能力、科研能力，其中包括实际动手能力、查阅文献能力，撰写论文能力，还是一次十分难得的提高创新能力的机会，并且使我在以下几个方面得到训练：1、了解液压传动系统设计的基本方法和设计要求，培养学生运用所学理论知识解决具体工程技术问题的能力。2、掌握液压传动系统的设计步骤，熟悉设计的有关技术文件，规范设计手册及相关元件的国家标准。3、根据设计任务要求，进行工况分析和确定液压系统的液压元件拟定出液压系统，并对液压系统主要性能作必要的设计计算。针对大学中所学的机械及液压方面的知识，我选择这个课题来完成我的毕业设计，并进行了大量的实地调研考察，尝试和论证。本次设计中主要以课本和搜集来的各种资料作为依据，基于所学的知识，从简单入手，循序渐进，逐步掌握设计的一般方法和步骤，基于本次设计，通过在工厂实习加深对CK6152数控车床的液压系统的分析和了解，结合已掌握的液压方面的知识对原有系统进行优劣分析并提出改进方案；最终使液压系统实现CK6152车床的变档及卡紧，使其满足旋转精度，刚度，温升，抗震性等主要性能，以提高整机性能，并保证该液压系统执行上述二个动作时的可行性与可靠性，充分体现现代液压技术应用于数控机床的优越性。此次设计为本人初次设计作品，由于所学知识不可避免的存在局限性，并且实际的设计经验不足，因此设计内容可能存在着某些缺陷和错误，对此恳请老师批评并指正。这样也能让我把知识掌握的更加牢固，并把所学的知识融成一个体系，以适应将来实际工作的需要。4第一章CK6152数控机床液压系统设计的立题依据及方案论证1.1液压系统设计的立题依据及课题来源当今工业高速发展的情况下，进一步提高工业生产效率，降低工人的劳动负荷越来越成为一个关键问题被设计师和国家所关注。而当机械、电气和液压相互联系起来则使其自动化程度大大提高，三者逐渐变成了一个综合体，不可分割。传统的传动形式可以分为机械传动、电气传动和液压传动，液压传动系统的设计在现代机械的设计工作中占极其重要的地位，对于自动化程度要求越来越高的现代机床设计来说更是如此。CK6152数控车床用途广泛，操作灵活，适宜加工各种形状复杂的轴、套、盘类零件，如车削内、外圆柱面、圆锥面、圆弧面、端面、切槽、倒角、车螺纹等，尤其适合多品种、小批量的轮番，工艺适应性强，加工效率高，废品率低、成品一致性好，编程容易，操作简单，可降低对工人技术熟练程度的要求，故其应用非常广泛。该液压系统在提高其自动化程度同样具有相当重要的作用。举下列一个实例：对于采用手动卡紧的机械卡盘加工某一工件普通数控车床，工人们需要手动卡紧及松开卡盘。数控系统自动加工该零件只需要花3分钟，而装夹、卡紧工件及卸下工件就需要耗费1-2分钟，这段时间有一多半是用来手动卡紧卡盘及松开卡盘的。这样算来，手动装夹，卡紧工件—加工工件—打开卡盘—卸下工件这一过程式要花费4-5分钟。而当我们采用液压传动借以代替之后即可节省近1分钟的时间，则上面所描述的加工过程大概耗时在3.5~4分钟，这样一来回工100件即可节省将近100分钟，对于加工零件来说，这是一笔十分可观的时间。这完全达到了提高生产效率，降低劳动者作业强度，提高生产效率的目的。另外，采用液压驱动系统使得机床卡盘的夹紧力可靠性大大加强，性能十分稳定，这样就避免了采用手动卡紧和换档时卡紧力不足导致工件在加工过程中松弛或加工精度不够甚至报废和损坏刀具等状况的发生。而且随着液压传动技术越来越完备，采用自动化完成上述工序是完全可以的。基于此种状况，本次设计将CK6152数控车床的卡盘卡紧，主轴变档二个动作全部设计成由液压传动系统来完成。1.2液压系统方案的制定与论证1.2.1液压系统方案制定的背景和特点5近年来，由于液压技术广泛应用了高技术成果，如自动控制技术、计算机技术、微电子技术、磨擦磨损技术、可靠性技术及新工艺和新材料，使传统技术有了新的发展，也使液压系统和元件的质量、水平有一定的提高。液压传动技术在数控自动化机床上的应用也越来越广泛，而且也为机床工业的自动化程度的提高上起到了重要的力量。尽管如此，走向二十一世纪的液压技术不可能有惊人的技术突破，应当主要靠现有技术的改进和扩展，不断扩大其应用领域以满足未来的要求。1.2.2多方案的比较和论证根据对液压传动系统有关知识的学习、调查和了解，并且借鉴前人经验，拟设计如下二个方案以供选择:（1）系统全部采用常规阀控制，液压缸动作顺序由手动换向阀来控制。其优点是性能可靠，安全性高。可以采用国内均可生产的常规阀，价格较便宜，较易购买。缺点是自动化程度低、不能适应数控程度高自动化程度的机床，而且移动速度较慢。（2）系统全部采用电磁铁驱动的电磁控制阀来控制，其优点是移动速度快，系统安全可靠，可连续长时间工作，是近年高自动化液压传动系统控制的发展趋势。但目前国内生产的电磁换向阀的安全性能还达到使用要求的还不多，因此需要进口或采用台湾产品，并且台湾产品价格不是很高，而且基本可以达到国际先进水平，完全可以满足使用要求。从自动化的使用要求和安全方面考虑，第二种方案更适合本次设计。因此本次设计的液压系统采用了电磁铁驱动的电磁控制阀。在液压泵站的设计中，采用了独立的液压泵和供油集成块，用一个单向阀保证系统安全性。另外，在各个液压站集成块上，有三个压力继电器，可使系统更加安全可靠的工作。1.2.3最终方案的制定和说明1.确定液压泵类型及调速方式参考同类机床，选用单向定量液压泵供油、调速阀进油节流调速的开式回路，溢流阀作定压阀。回油路上设置背压阀，初定背压值为0.8MPa。2.选用执行原件因系统要求变挡，且液压缸有正向和反向运动，因此选用单活塞杆的二位液6压缸变挡。3.换向回路的选择本系统对换向的平稳性没有严格的要求，所以选用电磁换向阀的换向回路。因此两个油缸都选用三位四通换向阀。4.组成液压系统绘原理图将上述所选定的液压回路进行组合，并根据要求作必要的修改补充，即组成如图1.1所示的液压系统原理图。图1-1液压系统原理图7第二章CK6152数控机床液压系统工况分析CK6152数控机床液压系统的工况分析是指对液压执行元件进行运动分析和负载分析，目的是查明每个执行元件在各自工作过程中的流量、压力、功率的变化规律，作为拟定液压系统方案，确定系统主要参数（压力和流量）的依据。2.1液压系统的运动分析1、液压卡盘的运动分析根据对普通CK6152数控车床机床卡盘卡紧动作的观察和分析可知，液压卡盘执行元件，即液压缸运动过程可分解为：向前卡紧，保持不动，向后松开。其运动循环图如下：向前卡紧向后松开图2-1卡盘液压缸运动循环图2、液压变档的运动分析根据对普通CK6152数控车床机床主轴变档动作的液压系统原理如图1-1所示。为便于观察调整压力，在回路中装一个压力表。液压阀:由溢流阀、压力表、两个换向阀以及二个节流阀组成。调节溢流阀使系统压力为0.8-1.3MPa。两个换向阀分别控制二位油缸和三位油缸。二个节流阀分别控制二个油缸的速度。二位油缸：向前为高速，向后为低速。液压系统中各电磁铁的动作顺序如表2-1所示：保持不动原位停止8表2-1电磁铁的动作顺序电磁铁油缸1VB2VB3VB4VB5VB6VBSP1SP2变速油缸Ⅰ档＋Ⅱ档＋变速油缸Ⅲ档＋Ⅳ档＋液压卡盘或尾座中心架卡紧＋＋松开＋液压卡盘（撑件）撑紧＋＋松开＋原位注：“+”表示电磁铁得电。将压力继电器SP1的压力调至3.0-3.5MPa，当油液中的压力低于继电器SP1