CK6150数控车床液压尾架设计

本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 I 页 共 I 页 目 录 1 绪论 .1 1.1 数 控机床的产生 .1 1.2 数控机床的组成及分类 .2 1.3 数控机床的发展趋势 .4 1.4 国内研究状况 .5 2 CK6150 数控车床液压尾架 .7 2.1 尾架的功用 .7 2.2 尾架的结构 .7 2.3 采用液压尾架的原因 .8 3.1 设计任务 10 3.2 负载分析 10 3.3 液压缸参数的确定 10 3.4 液 压缸参数的校核 12 4 数控车 床液压尾架的液压泵站设计 14 4.1 拟定液压系统图 14 4.2 液压元、辅件的选择 17 5 液压系统 的性能验算 20 5.1 验算回路中的压力损失 20 5.2 验算 油液温升 21 6 PLC 控制系统的设计 22 6.1 分析控制对象，确定控制要求 22 6.2 分析 控制要求，确定 I/O 点数 22 6.3 绘 制 PLC 的实际(I/O 端子)接线图 .22 6.4 设计 PLC 控制的梯形图 23 6.5 编写 PLC 控制程序 24 7 液压系 统的维护和常见故障 25 结束 语 .27 致谢 .28 参考文献 .29 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 0 页 共 29 页 1 绪论 1.1 数控机床的产生 随着社会生产与科学技术的迅速发展，机械产品日趋精密、复杂，改型也日益 频繁。这不仅对机床设备的生产提出了提高精度与效率的要求，也提出了增加通用 性与灵活性的要求，特别是宇航、造船、武器生产部门，它们的零件具有精度高、 形状复杂、批量较小、经常变动的特点，使用普通车床去加工这类零件，不仅劳动 强度大、生产效率低，还难以保证精度，有些零件甚至无法加工。同时，随着市场 竞争的日益加剧，企业生产也迫切需要进一步提高其生产效率，提高产品质量及降 低生产成本。于是一种新型的生产设备数控机床就应运而生了 。 数控机床是在机械制造技术和控制技术的基础上发展起来的，其过程大致如下： 1948 年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制直升飞机螺旋桨叶片轮廓检验用 样板的加工设备。由于样板形状复杂多样，精度要求高，一般加工设备难以适应， 于是提出采用数字脉冲控制机床的设想。 1949 年，该公司与美国麻省理工学院(MIT)开始共同研究，并于 1952 年试制成 功第一台三坐标数控铣床，当时的数控装置采用电子管元件。 1959 年，数控装置采用了晶体管元件和印刷电路板，出现带自动换刀装置的数 控机床，称为加工中心( MC Machining Center)，使数控装置进入了第二代。 1965 年，出现了第三代的集成电路数控装置，不仅体积小，功率消耗少，且可 靠性提高，价格进一步下降，促进了数控机床品种和产量的发展。 60 年代末，先后出现了由一台计算机直接控制多台机床的直接数控系统(简称 DNC)，又称群控系统；采用小型计算机控制的计算机数控系统(简称 CNC)，使数控 装置进入了以小型计算机化为特征的第四代。 1974 年，研制成功使用微处理器和半导体存贮器的微型计算机数控装置(简称 MNC)，这是第五代数控系统。 20 世纪 80 年代初，随着计算机软、硬件技术的发展，出现了能进行人机对话 式自动编制程序的数控装置；数控装置愈趋小型化，可以直接安装在机床上；数控 机床的自动化程度进一步提高，具有自动监控刀具破损和自动检测工件等功能。 20 世纪 90 年代后期，出现了 PC+CNC 智能数控系统，即以 PC 机为控制系统的 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 1 页 共 29 页 硬件部分，在 PC 机上安装 NC 软件系统，此种方式系统维护方便，易于实现网络化 制造。 1.2 数控机床的组成及分类 1.2.1 数控机床的组成： 如图 1.1 所示，一般来说，数控车床由机械部分、数字控制系统、液压和气压 传动系统、冷却润滑及排屑装置组成。机械部分因各种机床的不同，主要包括机床 的支撑件、工作台、滑坐、导轨、主轴部件、刀库和装刀机构等。数字控制系统包 括数字计算机、伺服系统、检测系统、PC 控制部分等。计算机用来完成加工过程中 各种数据的计算，利用这些数据由伺服系统完成各坐轴的运动位置；PC 控制部分用 来控制电器开关器件，例如主电动机及其他控制电机的启动与停止、各类液压与气 压的动作、换刀机构的动作、冷却液的供给、照明控制等。数控机床是有程序控制 的，各种控制软件及零件的编程工作是数控机床加工的重要组成部分。 图 1.1 数控机床组成图 1.2.2 数控机床的分类： 数控机床的品种很多，根据其加工、控制原理、功能和组成，可以从以下几个 不同的角度进行分类。 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 2 页 共 29 页 (1) 按加工工艺方法分类 (a) 金属切削类数控机床 与传统的车、铣、钻、磨、齿轮加工相对应的数控机床有数控车床、数控铣床、 数控钻床、数控磨床、数控齿轮加工机床等。尽管这些数控机床在加工工艺方法上 存在很大差别，具体的控制方式也各不相同，但机床的动作和运动都是数字化控制 的，具有较高的生产率和自动化程度。 (b) 特种加工类数控机床 除了切削加工数控机床以外，数控技术也大量用于数控电火花线切割机床、数 控电火花成型机床、数控等离子弧切割机床、数控火焰切割机床以及数控激光加工 机床等。 (c) 板材加工类数控机床 常见的应用于金属板材加工的数控机床有数控压力机、数控剪板机和数控折弯 机等。 (2) 按控制运动轨迹分类 (a) 点位控制数控机床 点位控制数控机床的特点是机床移动部件只能实现由一个位置到另一个位置的 精确定位，在移动和定位过程中不进行任何加工。机床数控系统只控制行程终点的 坐标值，不控制点与点之间的运动轨迹，因此几个坐标轴之间的运动无任何联系。 可以几个坐标同时向目标点运动，也可以各个坐标单独运动。 (b) 直线控制数控机床 直线控制数控机床可控制刀具或工作台以适当的进给速度，沿着平行于坐标轴 的方向进行直线移动和切削加工，进给速度根据切削条件可在一定范围内变化。 (c) 轮廓控制数控机床 轮廓控制数控机床能够对两个或两个以上运动的位移及速度进行连续相关的控 制，使合成的平面或空间的运动轨迹能满足零件轮廓的要求。它不仅能控制机床移 动部件的起点与终点坐标，而且能控制整个加工轮廓每一点的速度和位移，将工件 加工成要求的轮廓形状。 (3) 按伺服系统的特点分类 (a) 开环控制数控机床 特点是控制系统不带反馈装置，通常使用步进电动机为伺服执行机构。结构简 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 3 页 共 29 页 单、成本低，但精度不高，适于简易数控机床。 (b) 半闭环控制数控机床 特点是在开环控制数控机床的传动丝杠上装有角位移检测装置，通过检测丝杠 的转角，间接地检测机床移动部件的位移，然后反馈到数控装置中去。应用较普遍。 (c) 闭环控制数控机床 特点是在机床移动部件上直接安装直线位移检测装置，将测量到的实际位移值 反馈到数控装置中，与输入的指令位移值进行比较，用差值对机床进行控制，使移 动部件按照实际需要的位移量运动，最终实现移动部件的精确运动和定位。 (4) 按控制系统的功能水平分类 可分为高、中、低档（经济型）三种。这种分类方法没有明确的分类一句，比 较笼统，随时间而变化。 1.3 数控机床的发展趋势 为了满足市场和科学技术发展的需要，为了达到现代制造技术对数控技术提出 的更高的要求，数控未来仍然继续向开放式、基于 PC 的第六代方向、高速化和高精 度化、智能化等方向发展。 1.3.1 开放式 为适应数控进线、联网、普及型个性化、多品种、小批量、柔性化及数控迅速 发展的要求，最重要的发展趋势是体系结构的开放性，设计生产开放式的数控系统， 例如美国、欧共体及日本发展开放式数控的计划等。 1.3.2 基于 PC 的第六代方向 基于 PC 所具有的开放性、低成本、软硬件资源丰富等特点，更多的数控系统生 产厂家会走上这条道路。至少采用 PC 机作为它的前端机，来处理人机界面、编程、 联网通信等问题，由原有的系统承担数控的任务。PC 机所具有的友好的人机界面， 将普及到所有的数控系统。远程通讯，远程诊断和维修将更加普遍。 1.3.3 高速化、高效化 机床向高速化方向发展，可充分发挥现代刀具材料的性能，不但可大幅度提高 加工效率、降低加工成本，而且还可提高零件的表面加工质量和精度。超高速加工 技术对制造业实现高效、优质、低成本生产有广泛的适用性。90 年代以来，随着超 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 4 页 共 29 页 高速切削机理、超硬耐磨长寿命刀具材料和磨料磨具，大功率高速电主轴、高加/减 速度直线电机驱动进给部件以及高性能控制系统（含监控系统）和防护装置等一系 列技术领域中关键技术的解决，欧、美、日各国争相开发应用新一代高速数控机床， 加快机床高速化发展步伐。高速主轴单元（电主轴，转速 15000 r/min100000r/min） 、高速且高加/减速度的进给运动部件（快移速度 60 m/min120m/min，切削进给速度高达 60m/min） 、高性能数控和伺服系统以及数控 工具系统都出现了新的突破，达到了新的技术水平。 1.3.4 高精度化 新材料及新零件的出现，更高精度要求的提出等都需要超精密加工工艺，发展 新型超精密加工机床，完善现代超精密加工技术，以适应现代科技的发展。 随着高新技术的发展和对机电产品性能与质量要求的提高，机床用户对机床加 工精度的要求也越来越高。为了满足用户的需要，近 10 多年来，普通级数控机床的 加工精度已由10m 提高到5m，精密级加工中心的加工精度则从 3m5m，提高到1m1.5m。 1.3.5 高可靠性 数控系统的可靠性要高于被控设备的可靠性在一个数量级以上，但也不是可靠 性越高越好，仍然是适度可靠，因为是商品，受性能价格比的约束。 1.3.6 智能化 随着人工智能在计算机领域的不断渗透和发展，数控系统的智能化程度将不断 提高，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面。 (1) 应用自适应控制技术 数控系统能检测过程中一些重要信息，并自动调整系统的有关参数，达到改进 系统运行状态的目的。 (2) 引入专家系统指导加工 将熟练工人和专家的经验，加工的一般规律和特殊规律存入系统中，以工艺参 数数据库为支撑，建立具有人工智能的专家系统。 (3) 引入故障诊断专家系统 (4) 智能化数字伺服驱动装置 可以通过自动识别负载，而自动调整参数，使驱动系统获得最佳的运行。 可以通过自动识别负载，而自动调整参数，使驱动系统获得最佳的运行。 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 5 页 共 29 页 1.4 国内研究状况 我国从 1985 年开始进行数控机床得研究工作。到 1989 年底，我国数控机床的 品种已超过 300 种，其中数控车床占 40%，加工中心占 27%。 目前，我国数控机床生产厂家共有 100 多家，其中能批量生产的企业有 42 家， 平均年产量 4050 台，几家重点企业年产量可达 400700 台。我国数控系统分为 3 种类型，即经济型、普及型和高级型。自“七五”以来，国家一直把数控系统的 发展作为重中之重，现已开发出具有中国版权的数控系统，掌握了一些被封锁的关 键技术。 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 6 页 共 29 页 2 CK6150 数控车床液压尾架 2.1 尾架的功用 车床尾架可以用来在加工长工件的时候，配合卡盘装夹工件，防止工件因太长 而夹不住。 车床尾架可沿床身小导轨作纵向移动，旋紧尾座中部的六角螺母，可将尾架紧 固在床身任意位置上。 尾架套筒可伸缩，由其尾端手轮操纵，并可通过尾架上方的手柄将套筒夹紧在 任意位置上。 尾架体与尾架底板之间可在横向作相对移动，以调整尾架顶针相对于主轴中心 的位置。移动通过旋动尾架前后面两只内六角螺钉实现。 在尾架套筒中安装相应的钻夹头，钻夹头中夹紧中心钻、钻头、铰刀就可以加 工中心孔、钻孔、铰孔，在尾架套筒中安装活顶尖和三爪卡盘一起夹紧细长轴。 2.2 尾架的结构 车床尾架的结构如图 2.1 所示，它主要由套筒、尾座体、底座、活塞、液压缸 等几部分组成。改变液压缸体的空间大小，可调整套筒伸缩位移，使得尾座可沿床 身导轨推移至所需位置，以适应不同长度工件的加工要求。 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 7 页 共 29 页 图 2.1 尾架结构图 2.3 采用液压尾架的原因 本设计采用液压原理实现尾架的自动夹紧，其原因如下： 2.3.1 液压传动具有下列优点 （1）传动平稳 在液压传动装置中，由于油液的压缩量非常小，在通常压力下 可以认为不可压缩，依靠油液的连续流动进行传动。油液有吸振能力，在油路中还 可以设置液压缓冲装置，故不像机械机构因加工和装配误差会引起振动扣撞击，使 传动十分平稳，便于实现频繁的换向。 （2）质量轻体积小 液压传动与机械、电力等传动方式相比，在输出同样功率 的条件下，体积和质量可以减少很多，因此惯性小、动作灵敏。 （3）承载能力大 液压传动易于获得很大的力和转矩，因此广泛用于压制机、 隧道掘进机、万吨轮船操舵机和万吨水压机等。 （4）容易实现无级调速 在液压传动中，调节液体的流量就可实现无级凋速， 并且凋速范围很大，可达 2000：1，很容易获得极低的速度。 （5）易于实现过载保护 液压系统中采取了很多安全保护措施，能够自动防止 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 8 页 共 29 页 过载，避免发生事故。 （6）液压元件能够自动润滑 由于采用液压油作为工作介质，使液压传动装置 能自动润滑，因此元件的使用寿命较长。 （7）容易实现复杂的动作 采用液压传动能获得各种复杂的机械动作，如仿形 车床的液压仿形刀架、数控铣床的液压工作台，可加工出不规则形状的零件。 （8）简化机构 采用液压传动可大大地简化机械结构，从而减少了机械零部件 数目。 （9）便于实现自动化 液压系统中，液体的压力、流量和方向是非常容易控制 的，再加上电气装置的配合，很容易实现复杂的自动工作循环。目前，液压传动在 组合机床和自动线上应用得很普遍。 （10）便于实现“三化” 液压元件易于实现系列比、标准化和通用化。也易于 设计和组织专业性大批量生产，从而可提高生产率、提高产品质量、降低成本。 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 9 页 共 29 页 3 数控车床液压尾架的机械设计部分 3.1 设计任务 设计 CK6150 数控车床液压尾架。该数控车床尾架利用液压原理以实现自动夹紧。 本设计采用 PLC 作为控制系统来控制车床尾架的运动，从而实现车MRFXN162 床尾架的工进、后退、停止功能。 其设计参数如下： 尾架主轴行程大于 50mm 夹紧力大于 20 公斤 尾架主轴中心高为 250mm 3.2 负载分析 本液压系统比较简单，不必做工况分析，只需要确定最大负载和最大速度点， 根据经验设计。 本设计取加紧力为 40 公斤,则负载 =409.8N=392N (3-1)LF 取尾架（即活塞）运动速度 =0.008m/s 3.3 液压缸参数的确定 3.3.1 初选液压缸工作压力 查表 10.3-1【1】 并结合本液压系统设计实际，初选液压缸工作压力 P1(无杆腔) 为 0.5MPa 3.3.2 计算液压缸的主要尺寸 正向行程（无杆腔进油）时 (3-2)LmFAP)21 其中 为有杆腔压力，此处取 0， m 为机械效率（ m=0.880.95） ，通2P 常取 m=0.95。 所以 即 LmFA!1 LmFPD124 其中 D 为液压缸内径 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 10 页 共 29 页 (3-3)m6095.1.043261 mLPFD 根据表 23.1-9 ，D 取标准值 63mm2 故活塞杆直径 d 可由 求得 其中 为速度比， ， 推荐值为 1.332，查表 4.8-)(2212d 1【1】 取 1.33 (3-4)m3.163d 根据表 23.1-10 ，d 取标准值 32mm2 23231 0)(4DA 则液压缸的有效面积 (3-5)232221 m175.)(d 3.3.3 液压缸其他尺寸的确定 活塞的宽度 B 按缸的工作压力和活塞的密封方式确定，一般为（0.61）D 故4 取 ，圆整为 B=38mmm8.376.0.B 导向套滑动面的长度 ，当 D80mm 时，取（0.61）Dl 4 故取 ,圆整为 B=38mmDl 液压缸的长度 S 按其最大行程确定，一般不大于（2030）D 4CHBL L:液压缸行程，本设计取 110mm H:最小导向长度，它的大小影响到液压缸的稳定性和初始扰度。要求 m37)20( C:其他长度，比如密封件长度 故取 5S 液压缸缸体的壁厚 缸体厚度 的取值由强度条件决定，取 =20mm 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 11 页 共 29 页 液压缸零件图如下图 3.1 所示 图 3.1 液压缸零件图 3.4 液压缸参数的校核 3.4.1 活塞杆直径 d 强度校验 活塞杆直径强度 按下式校验强度1 (3-6)4LF 式中 FL为液压缸负载，单位为 N 为材料许用应力， ， 为材料抗拉强度，单位为 Pa，n 为安全系nbb 数，一般取 n=1.4 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 12 页 共 29 页 活塞杆采用 45 号钢，查表 2-7 ，其材料强度为 =600MPa3 bm2104.6.39246dFL 所以活塞杆直径强度满足要求。 3.4.2 缸体壁厚 强度校核 由公式 3.062D 故按公式 进行壁厚强度验算14.maxp 式中 为试验压力，比缸最高工作压力大 20%30%，单位为 Pa。maxp 为缸体材料的许用应力（MPa） ， ， 为材料抗拉强度，n 为bb 安全系数，一般取 n=5。 本缸体采用灰铸铁，牌号 HT200，查表 2-3 得灰铸铁最小抗拉强度3 。所以MPa20b m1.015.034.1026314. 66maxpD 故缸体壁厚 =20mm 满足强度要求。 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 13 页 共 29 页 4 数控车床液压尾架的液压泵站设计 4.1 拟定液压系统图 液压系统工作原理 （液压系统原理图如下图4.1所示）： 5 活塞杆前进： 进油：变量液压泵2通过滤油器1从油箱7里面取油；通过单向阀3经三位四通电 磁液位换向阀4HF1通电，经调速阀5进入液压缸6左腔，推动活塞杆前进，顶紧工件。 回油：液压缸6右腔经三位四通电磁液位换向阀4HF1通电进入背压阀7进入油箱 8。 活塞杆后退： 进油：变量液压泵2通过滤油器1从油箱8里面取油；通过单向阀3经三位四通电 磁液位换向阀4HF2通电，经调速阀5进入液压缸6右腔，活塞杆后退，松开工件。 回油：液压缸6左腔经调速阀5、三位四通电磁液位换向阀4HF2通电进入背压阀7 进入油箱8。 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 14 页 共 29 页 图 4.1 液压系统原理图 4.1.1 选择基本回路（确定系统方案） (1) 根据系统功能的要求，并结合液压系统工作原理和基本液压回路的特性， 确定如下两套液压系统方案。 方案一：液压系统回路如下图 4.2 所示。 方案一的液压系统回路中只包含有减压回路。 图 4.2 方案一 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 15 页 共 29 页 方案二：液压系统回路如图 4.3 所示。 方案二的液压系统回路中包含有减压回路、节流调速回路和单向锁紧回路。 图 4.3 方案二 (2) 本液压系统方案的确定要求： (a) 进油节流调速回路的确定 考虑到本次设计的液压系统功率小，工作负载为阻力负载，液压缸正、负行程 需要一稳定的速度，故因该选用进油节流调速回路。由于系统选用节流调速方式， 系统为开式循环系统。 (b) 减压回路的确定 本液压尾架系统工作循环简单，只有进、退两个行程，尾架工作所需压力也低。 但标准中各液压泵的标准工作压力均远大于尾架工作所需的压力，所以本液压系统 内需加减压回路，以降低进油压力。 (c) 锁紧回路的确定（单向锁紧） 为使执行元件（液压缸活塞）能在最大行程内的任意位置上停止不动或防止停 止后窜动，液压系统内需采用锁紧回路。 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 16 页 共 29 页 综上所述，本液压系统的基本回路应包含进油节流调速回路，减压回路，锁紧 回路（单向锁紧） 。 所以比较后可知方案二符合系统设计要求。因此，采用方案二作为本课题的设 计方案。 4.1.2 组成系统图 在所选定的基本回路的基础上，再考虑到在调整和运行中，为了便于测试出系 统中有关部位的压力，应该设置压力表及其开关，便可组成一个完整的液压系统。 如下图 4.4 所示。 图 4.4 系统图 4.2 液压元、辅件的选择 4.2.1 液压泵的选择 (1) 液压泵工作压力的确定 2 (4-1)pp 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 17 页 共 29 页 Pp是液压执行元件的最高工作压力，对于本系统最高压力是尾架正行程时泵的 输出压力。液压缸的工作压力是经减压阀减压后的压力，为 0.15MPa 。 P 取 4MPa。 是泵到执行元件间总的管路损失。由系统图可见，从泵到液p 压缸之间串接有一个溢流阀，一个减压阀，一个节流阀，一个换向阀和一个液控单 向阀，取 =0.8MPa 故液压泵的工作压力为 MPa8.40p (2) 液压泵流量的确定 (4-2)(maxQKqvp 系统最大流量发生在尾架正行程时， L/min3.4ax 取泄漏系数 K 为 1.2，求得液压泵流量L/in16.5vpq 选用 YBP 型变量叶片泵，其流量为 L/in6 4.2.2 电动机功率的确定 取液压泵的总效率 ，泵的总驱动功率为8.0p (4-3)Kw52.016.3.45max ppQP 根据计算功率查机械设计课程设计手册 （第 3 版）选用 Y801-4 型电动机， 其额定功率为 0.55Kw 4.2.3 其他元件、辅助元件的选择 根据液压系统的工作压力和通过各元件、辅助元件的实际流量，所选择的元件、 辅助元件的规格如下表 4.1 所示。 管道尺寸由选定的标准元件接口尺寸确定 确定油箱的有效容积 按经验公式计算 =（57） =42LVpq 为了更好的散热取 V=160L 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 18 页 共 29 页 表 4.1 液压元件 规格序号 元件名称 通过阀的 最大流量 Q(L/min) 型号 额定流量 /(L/min) 额定压 力/MPa 1 叶片泵 YBP 6 6.3 2 溢流阀 6 C-175 12 7 3 减压阀 6 YJF3 63 6.3 4 节流阀 1.5 SR 30 25 5 三位四通电磁换向阀 1.5 WE5 14 21 6 液控单向阀 1.5 AY 40 31.5 7 滤油器 6 XU_50200 50 6.3 8 压力表开关 K-6B 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 19 页 共 29 页 5 液压系统的性能验算 5.1 验算回路中的压力损失 本系统比较简单，管路损失较大的是在尾架（液压缸）动作回路，故主要验算 由泵到尾架这段管路的损失 管道直径按选定元件的接口尺寸确定为 d=10mm，进油、回油管道长度都定为 l=2m 油液的运动粘度取 ，油液的密度取 。/sm1024 3kg/m10974. (1) 判断流动状态 由雷诺数 (5-1)dQuRe 可知，在油液粘度 、管道内径 d 一定的条件下， Re 的大小与 Q 成正比。管路 中流量最大值 Q=6L/min 故 2000(临界雷诺数)1270104.36Re43 所以各工况下的进油、回油路中的油液流动状态全为层流。 (2) 计算系统压力损失 为计算方便，首先将计算沿程压力损失公式化简。为此，将适用于层流流动状 态的沿程阻力系数 (5-2)Qd475Re 和油液在管道内的流量 2u 同时代入沿程压力损失计算公式，并将已知数据代入后，计算得 (5-3)Pa4321089174.0159.0233 dlP 在管道结构尚未确定的情况下，管道的局部压力损失 常按下式作经验计算p 即 Pa3.41.0p 从泵到液压缸的管路总压力损失 (5-4)Pa3.476pw 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 20 页 共 29 页 各阀的总压力损失 MPa8.0p 故整个回路总压力损失为 .3.476pw 由此得出泵的出口压力为 P=4+0.8=4.8MPa 综合考虑各工况的需要，确定系统的最高工作压力为 5MPa，这也就是溢流阀的 调定压力。 5.2 验算油液温升 工进在整个工作循环过程中所占的时间比例大，所以系统发热和油液温升可按 工进时的工况来计算。 工进时液压缸的有效功率为 (5-5)Kw03.183923FvPe 液压泵的输入功率为 (5-6)4.085.1064.533pq 液压系统的发热功率为 (5-7)Kw974epP 油箱的散热面积为 (5-8)23332 m)106(56VA 由表 8-18 查得油箱的散热系数 ,则油液温升为5 cW/92K (5-9)7.10033Pt 由表 8-19 知，此温升值没有超出允许范围，故该液压系统不必设置冷却器。5 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 21 页 共 29 页 6 PLC 控制系统的设计 6.1 分析控制对象，确定控制要求 本控制系统需要满足的控制要求如下 液压泵驱动电动机单向运转 液压缸活塞杆（即尾架）正行程点动控制 液压缸活塞杆（即尾架）反行程点动控制 液压泵驱动电动机不启动，活塞杆不能运动 6.2 分析控制要求，确定 I/O 点数 PLC 控制的输入信号为 4 个，输出信号为 3 个。考虑到将来的发展需要，留一 定的余量，选用 PLC 。MRFXN1626 将输入、输出信号进行地址分配，见下表 6.1 表 6.1 PLC 的 I/O 端子分配 输入信号 输入端子号 输出信号 输出端子号 驱动电机启动 SB1X0电机接触器 KM1Y0 驱动电机停止 SB2X1电磁阀 YA Y1 尾架正行程 SB3X2电磁阀 YA2Y2 尾架正行程 SB4X3 6.3 绘制 PLC 的实际(I/O 端子)接线图 根据上表 PLC 的 I/O 分配结果，绘制 PLC(I/O 端子)的实际接线图，如下图 6.1 所示。接触器和电磁阀线圈用交流 220V 电源供电。 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 22 页 共 29 页 图 6.1 接线图 6.4 设计 PLC 控制的梯形图 根据上述两步绘制 PLC 控制梯形图，如下图 6.2 所示。 图 6.2 梯形图 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 23 页 共 29 页 6.5 编写 PLC 控制程序 0 LD X0 1 OR Y 2 ANI X1 3 OUT Y0 4 LD X2 5 ANI X1 6 OUT Y 7 LD X3 8 ANI X1 9 OUT Y2 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 24 页 共 29 页 7 液压系统的维护和常见故障 7.1 液压油的故障 据统计，液压装置的故障，70%与液压油有关，而且这 70%中约 90%是由于杂质 所造成的。液压油的检查内容主要有以下几点：液压油的清洁度、颜色、粘度和稠 度；此外还有气味。液压油从高压侧流向低压侧而没有作机械功时，液压系统内就 会产生热。液压油温度过高，会使很贵的密封件变质和油液氧化至失效，会引起腐 蚀和形成沉积物，以至堵塞阻尼孔和加速阀的磨损，过高的温度将使阀、泵卡死， 高温还会带来安全问题。借助对油箱内油温的检查，有时可以在严重的危害未发生 前使系统故障得以消除。在大多数系统里，溢流阀是主要的发热源，减压阀通过的 流量太大也是引起发热的另一个主要原因。由于效率低与能量损失有关，因此，检 查工作温度就可知道是否存在效率低的问题，对液压系统而言，油液中污染物的控 制是一个主要工作，污染物的来源主要有以下几个方面： 随新油进入的。 在装配过程中系统内部的。 随周围空气进入的。 液压元件内部磨损产生的。 通过泄漏或损坏的密封进入的。 在检修时带入的。 污染物的清除与控制需要使用过滤器，液压系统可能装有很好的过滤器，安装 位置也很合适，但如果不精心保养和及时维护，过滤器不能起到应有的作用，浪费 了所花的费用。所以应做好下例工作： 制定一个过滤器的维护日程表并严格执行。 检查从系统中更换下来的滤芯，找出系统失效及潜在问题的预兆。 不要把泄漏出来的任何油液倒回系统中。 7.2 泵、阀的故障 泵如果正确的安装使用，液压泵可连续使用多年而不需要维修。一但发现问题， 应该及早找出原因并尽快排除。借助于液压图对系统进行故障诊断，工作就要简单 的多。液压阀的制造精度高，只要合理装配并保持良好的工作状态，一般很少泄漏， 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 25 页 共 29 页 并可精确地控制系统内的油液压力、方向和流量。油中的污染物是阀失效的主要原 因，少量的纤维、脏物、氧化物或淤渣都会引起故障或阀的损坏。引起泵、阀的故 障的主要有以下几方面原因。 (1) 外界条件 ： 紧固螺栓的松动，由于紧固过度造成的变形与破损；负荷的剧烈变化； 振动、 冲击；组装、拆卸、修补做业和顺序的错误，工具的好坏，零件的破损、变形以及 产生伤痕和丢失；配管扭曲造成的变形与破损，或配管错误等。 (2) 液压油条件： 混入杂质、水、空气及劣化； 粘度、温度是否合适； 润滑性；吸入条件是否 良好（防止气穴、过大的正压或负压）；异常的高压、压力波动。 (3) 元件本身的好坏 ： 结构、强度；零部件（轴承、油封、螺栓、轴）的品质；滑动部分的磨损、划 伤、粘滞；零部件的磨损、划伤、变形、劣化；漏油（内泄漏、外泄漏）。 为使阀的维修工作安全可靠，应遵循下列原则： 在拆卸液压阀之前要切断电源，以免系统意外启动或使工具飞出。 在拆卸液压阀之前，要将阀的手柄向各个方向移动，以便将系统内的压力释放。 在拆卸液压阀之前，要将液压传动的所有工作机构锁紧或将其置于较低位置。 总之当系统出现问题时，能找出引起系统故障真正的原因，更多的工作是从平 时的日常点检开始，注重设备检查和维修工作的细节，在故障早期就将引起故障的 各种因素消除，通过对工作循环不断的改进与提高，从而使预知维修工作能在不断 变化的工作环境中更进一步，确保设备发挥更大的效益，实现设备事故为零的目标。 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 26 页 共 29 页 结束语 本课题为 CK6150 数控车床液压尾架设计。车床尾架可以用来在加工长工件的时 候，配合卡盘装夹工件，防止工件因太长而夹不住；也可以在尾架套筒中安装相应 的钻夹头，钻夹头中装夹中心钻、钻头、铰刀就可以进行中心孔、钻孔、铰孔的加 工。本尾架采用液压原理实