YA-32 100T液压机液压系统及其本体设计机械设计图纸资料
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毕业设计（论文） 毕业设计（论文）YA-32 100T液压机液压系统及其本体设计THE HYDRAULIC SYSTEM AND THE ONTOLOGY DESIGN OF HYDRAULIC YA-32 100T、摘要通过对分析液压机的国内外生产及研究现状，确定了本课题的主要设计内容。在确定了液压机初步设计方案后，采用了传统设计方法对100T液压机机身结构进行设计计算及强度校核，并采用AutoCAD设计软件对上横梁、底座、拉伸滑块、压边滑块、拉伸缸、压边缸、顶出缸、立柱及总装图进行了工程绘图，且用ug模拟液压机整体结构，在参考了某公司生产的三梁四柱式液压机液压系统以及查阅了有关关于液压系统设计的书籍后，设计了液压系统的工作说明书，并对其进行了可行性分析，最后对整个设计进行系统分析，得出整个设计切实可行。关键词：液压机；机身结构AbstractThrough to analysed the type hydraulic press domestic and foreign research present situation, I had determined this topic main design content. After I had determined the type hydraulic press preliminary design plan, used the traditional theory method to carry on the design, the computation, the intensity examination to the body of 100T hydraulic presses fuselages structure, used AutoCAD design software to the main traverse, under the crossbeam, moves Liang, the master cylinder, goes against the cylinder, the column, the final assembly drawing had carried on the project cartography, meanwhile had carried on the mapping to the master cylinder; After referred to three Liang four columns hydraulic Type hydraulic press of wall hydraulic system which some company produces as well as has consulted massively and the hydraulic system design books, had produced the system of numberal control working instructions, and had carried on the feasibility analysis to it, finally carried on the system analysis to the entire design, obtained the entire design to be practical and feasible.keywords：Hydraulc press Body structure 目 录1绪论.12液压机的主要技术参数32.1 YA32100T四柱万能液压机主要参数32.2 YA32100T四柱万能液压机系统工况图43液压基本回路以及控制阀63.1 YA32100T四柱万能液压机液压系统图63.2 YA32100T四柱万能液压机工作循环图94液压缸104.1 主缸104.2 主缸活塞杆184.3 主缸的总效率204.4 顶出204.5 顶出缸活塞杆254.6 顶出缸的总效率264.7 各油缸工作流量274.8 液压缸损坏情况及原因分析.295液压工作介质316液压辅助件及液压泵站326.1 管件326.2 密封件336.3 油箱356.4 过滤器386.5 立柱导杆38 6.6 泵站的组成及工作过程.407梁的设计.41 7.1横梁的结构设计.417.2上梁467.3下梁498 液压系统的安装49总 结50致 谢51参考文献52附录.53571 绪论1.1液压机的发展 随着全球金融危机对实体经济影响加深，全球经济在经历连续4年5%左右的高速增长之后2010年急速掉头下滑。主要发达国家正迅速步入衰退，可以预计衰退程度将深于前几次经济危机。目前这场全球金融危机正迅速向我国蔓延，预计对我国经济的冲击将超过10年前的亚洲金融危机。我国经济在连续5年以超过10%的速度增长之后，2008年增速将下滑到9.0%，逐季来看，我国经济增长自2009年二季度之后已连续5个季度下滑，2010年第三季度同比增长率下滑到9%，第四季度下滑到6.8%,大幅度下落2.2个百分点。这种下滑态势将持续到2011年上半年。针对目前世界范围内经济严峻形式和我国经济运行面临新的不确定性因素，如何根据急剧变化的外部经济环境调整企业发展规划和经营方针，成为摆在我国0四柱液压机企业面前亟待解决的问题。本报告从全球视野的高度，把握经济发展的周期，剖析了国家宏观政策走向和经济发展趋势，对四柱液压机产业发展的具体问题进行了深度探讨和分析，帮助业内企业、相关投资公司及政府部门准确把握行业发展趋势，洞悉行业竞争格局，规避经营和投资风险，是制定正确竞争和投资战略决策的重要决策依据之一，具有重要的参考价值。由于液压机的液压系统和整机结构方面，已经比较成熟，国内外液压机的发展主要体现在控制系统方面。微电子技术的飞速发展，为改进液压机的性能、提高稳定性、加工效率等方面提供了可能。相比来讲，国内机型虽种类齐全，但技术含量相对较低，缺乏技术含量高的高档机型，这与机电液一体化，中小批量柔性生产的发展趋势不相适应。在国内外液压机产品中，按照控制系统，液压机可分为三种类型：一种是以继电器为主控元件的传统型液压机；一种是采用可编程控制器控制的液压机；第三种是应用高级微处理器（或工业控制计算机）的高性能液压机。三种类型功能各有异，应用范围也不尽相同。但总的发展趋势是高速化、智能化。继电器控制方式是延续了几十年的传统控制方式，其电路结构简单，技术要求不高，成本较低，相应控制功能简单，适应性不强。其适用于单机工作、加工产品精度要求不高的大批量生产（如餐具、厨具产品等），其也可组成简单的生产线，但由于电路的限制，稳定性、柔性差。现在，国内许多液压机厂家是以这种机型为主，使用对象多为小型加工厂，或加工精度要求不高的民用产品。国外众多厂家只是保留了对这种机型的生产能力，而主要面向以下两种技术含量高的机型组织生产。1.2液压机的工作原理液压机通常指液压泵和液压马达，液压泵和液压马达都是液压系统中的能量转换装置，不同的是液压泵把驱动电动机的机械能转换成油液的压力能，是液压系统中的动力装置，而液压马达是把油液的压力能转换成机械能，是液压系统中的执行装置。液压系统中常用的液压泵和液压马达都是容积式的，其工作原理都是利用密封容积的变化进行吸油和压油的。从工作原理上来说，大部分液压泵和液压马达是互逆的，即输入压力油，液压泵就变成液压马达，就可输出转速和转矩，但在结构上，液压泵和液压马达还是有些差异的。是利用液体来传递压力的设备。液体在密闭的容器中传递压力时是遵循帕斯卡定律。液压机的液压传动系统由动力机构、控制机构、执行机构、辅助机构和工作介质组成。 为了满足执行机构运动速度的要求，选用一个油泵或多个油泵。低压（油压小于2.5MP）用齿轮泵；中压（油压小于6.3MP）用叶片泵；高压用柱塞泵。四柱液压机的工作原理是油泵把液压油输送到集成插装阀块，通过各个单向阀和溢流阀把液压油分配到油缸的上腔或者下腔，在高压油的作用下，使油缸进行运动.液压机是利用液体来传递压力的设备。液体在密闭的容器中传递压力时是遵循帕斯卡定律。四柱液压机的液压传动系统由动力机构、控制机构、执行机构、辅助机构和工作介质组成。 动力机构通常采用油泵作为动力机构，一般为积式油泵。为了满足执行机构运动速度的要求， 选用一个油泵或多个油泵。低压（油压小于2.5MP）用齿轮泵；中压（油压小于6.3MP）用叶片泵；高压（油压小于32.0MP)用柱塞泵。各种可塑性材料的压力加工和成形，如不锈钢板钢板的挤压、弯曲、拉伸及金属零件的冷压成形，同时亦可用于粉末制品、砂轮、胶木、树脂热固性制品的压制。1.3四柱液压机的特点和用途及分类四柱液压机特点:机器具有独立的动力机构和电气系统，采用按钮集中控制，可实现调整、手动及半自动三种工作方式：机器的工作压力、压制速度，空载快下行和减速的行程和范围，均可根据工艺需要进行调整，并能完成顶出工艺，可带顶出工艺、拉伸工艺三种工艺方式，每种工艺又为定压，定程两种工艺动作供选择，定压成型工艺在压制后具有顶出延时及自动回程。四柱液压机具有广泛的通用性适用于各种塑性材料的加工和成形，如挤压、弯曲、折边、拉伸等；同时也可用于各种塑料、粉末制品的压制成形。此外还可以用于制品的校正、压装和整形等。 液压机作为一种通用的无削成型加工设备，其工作原理是利用液体的压力传递能量以完成各种压力加工的。其工作特点一是动力传动为“柔性”传动，不象机械加工设备一样动力传动系统复杂，这种驱动原理避免了机器过载的情况；二是液压机的拉伸过程中只有单一的直线驱动力，没有“成角的”驱动力，这使加工系统有较长的生命期和高的工件成品率。液压机有单动、双动、三动三种基本的动作方式。在单动方式中，压头（或滑板）作为移动部件单向移动完成压制过程。这种工作方式没有压边装置。单动压力机主要用于薄型工件成型中，适用于卷材和带型材料。双动型压力机有两个移动部件：滑板（或冲头）和模板。其液压机工作过程是，冲头（或滑板）自上而下拉伸冲料，模板充作固定压板。在压制成型后，模板能实现打料顶出功能。可根据材料和工件的特征参数来调整模板的压力。三动型压力机中，深拉伸滑块和压边滑块自上而下移动，由模板实现打料动作。但是，模板也可以充作压边块来实现专门的成型操作。这种压力机也可以做双动机用。由于内滑板和压边块相关连，因此，成型压力和压边力合成整个系统的总负载。按照机架结构形式液压机可分为梁柱式、组合框架型、整体框架式、单臂式等。按照功能用途液压机可分为手动液压机、锻造液压机、冲压液压机、一般用途液压机、校正、压装液压机、层压液压机、挤压液压机、压制液压机、打包压块液压机、专用液压机十组类型。2 液压机的主要技术参数2.1 YA32100T四柱万能液压机主要参数表2-1 主要技术参数产品名称四柱万能液压机滑块快进速度(mm/s)100型号YA32-1000KN工进速度(mm/s)10公称压力(T)100快上行速度(mm/s)80滑块行程(mm)800顶出力(T)20滑块下平面至工作台最大距离(mm)1260顶出速度(mm/s)80工作台尺寸(前后左右)(mm)9001250回程速度(mm/s)120液体最大工作压力(MPa)16顶出活塞最大行程(mm)500外型尺寸长宽高(mm)178014204391回程力(T)6最大拉伸深度(mm)500电机功率KW31.52.2 YA32100T四柱万能液压机系统工况图 图2-1液压系统工作行程与压力图图2-2工作周期系统功率循环图3 液压基本回路以及控制阀3.1 YA32100T四柱万能液压机液压系统图图3-1 系统原理图1斜盘式变量柱塞泵，2齿轮泵，3小电机,4大电机，6滤油器,7电控比例溢流阀,8.22.24溢流阀， 9.18. 23换向阀，10压力继电器，11单向阀，12压力表，13.18液控单向阀，14外控顺序阀，16顺序阀，15上液压缸，19下液压缸，21节流器， 工作过程A: 启动：电磁铁全断电，主泵卸荷。主泵（恒功率输出）电液压换向阀9的M型中位电液换向阀20的K型中位TB： 快进：液压缸15活塞快速下行：1YA，5YA通电，电磁铁换向阀17接通液控单向阀18的控制油路，打开液控单向阀18，进油路：主泵1 电液换向阀9 单向阀11上液压缸15回油路：液压缸15下腔 液控单向阀18电液换向阀9电液换向阀20的K型中位T 液压缸15活塞依靠重力快速下行：大气压油吸入阀13液压缸15上腔的负压空腔C： 工进：液压缸15接触工件慢速下行：（增压下行）液压缸活塞碰行程开关2XK，5YA断电，切断经液控单向阀18快速回油通路，上腔压力升高，切断（大气压油吸入阀13 上液压缸无杆腔）吸油路。回油路：液压缸15下腔顺序阀16电液换向阀9电液换向阀20的K型中位TD： 保压：液压缸15上腔压力升高达到预调压力，压力继电器10发出信息，1YA断电，液压缸15进口油路切断，单向阀11和吸入阀13的高密封性能确保液压缸15活塞对工件保压。主泵（恒功率输出）主泵 电液压换向阀9的M型中位 电液压换向阀20的K型位T实现主泵卸荷。E： 保压结束，泄压，液压缸15回程：时间继电器发出信息，2TA通电（1YA断电），液压缸15上腔压力很高，外控顺序阀14，使主泵1电液压换向阀9吸入阀的控制油路由于大部分油液经外控顺序阀14流回油箱，压力不足以立即打开吸入阀13通油箱的通道，只能打开吸入阀的卸荷阀13（或叫卸荷阀13的卸荷口），实现液压缸15上腔（只有极少部分油液经卸荷阀口回油箱）先卸荷，后通油箱的顺序动作，此时：主泵1大部分油液电液压换向阀9外控顺序阀TF： 液压缸15活塞快速上行： 液压缸15上腔卸压达到吸入阀13开启的压力值时，外控顺序阀14关闭，切断主泵1大部分油液电液换向阀9外控顺序阀14T的卸荷油路实现：进油路：主泵1电液换向阀9液控单向阀20液压缸15下腔回油路：液压缸15上腔吸入阀13TG: 顶出工件:液压缸15活塞快速上行到位,PLC发出信号, 2YA断电,电液压换向阀9关闭,3YA通电电液压换向阀20右位工作 进油路:主泵1电液压换向阀9的M型中位电液换向阀20液压缸19无杆腔回油路：液压缸19有杆腔电压换向阀20TH: 顶出活塞退回：3YA断电，4YA通电，电压换向阀20左位工作进油路：主泵1电液换向阀9的M型中位电液换向阀20液压缸19上腔回油路：液压缸19下腔电液换向阀20TK： 压边浮动拉伸：薄板拉伸时，要求顶出液压缸19下腔要保持一定的压力，以便液压缸19活塞能随液压缸15活塞驱动的动模一起下行对薄板进行拉伸，3YA通电，电液换向阀20右边工作，6YA通电，电磁换向阀23工作，溢流阀24调节液压缸19下腔油垫工作压力。3.2 YA32100T四柱万能液压机工作循环图表3-1 控制阀动作顺序表动作元件 工步1YA2 YA3 YA4 YA5 YA6 YA7 YAPJ原位上缸快进+上缸工进+保压+上缸快退+下缸工进+下缸快退+压边浮动拉伸(注：PJ压力继电器。)4液压缸4.1 主缸 （1）总体受力分析浓压缸的一般形式是一端开口在柱塞上时，反作用力作用于缸底。承反力来平衡。端封闭的厚壁高压容器。液压缸受力情况可以分成三部分，即缸底、法兰和中间厚壁圆筒。理论分析相应力测定均表明，只有在和法兰支承表面及缸底内表面距离各为15rz的缸简中才可以按弯曲力矩的影响，不能用一般的厚壁圆筒公式来计算。 （2）中段圆筒用法兰支承的缸的圆筒中段有轴向拉应力外尚有由内压力引起的径向压应力6f(内壁最大，向外逐渐减4，到外壁时为零)和切向拉应力6r(内壁向外逐渐减小)（3）液压缸的材料、许用应力及液体工作压力的关系为了使液压机结构紧凑，应使液压缸外径尽可能减小。一般来说，当总压力不变时，提高液体工作压力，液压缸的外径将减小，但是如果液压缸的材料不变，则当液体压力增加别某数值后，缸的外径反而会增大。4.1.1 材料表4-1 液压缸型号型号MPaMPa%35CrMo1000850124.1.2 缸筒内径:已知液压缸的理论作用力 (推力=100KN;拉力=10KN) 假设最大压力 P=25MPa（1）则: 无活塞杆的缸筒内径D为:D=m 式（ 4.1）=m0.22 m （2）活塞杆径为: 式（4.2）=0.208 m取标准值=0.2 m （3）主液压缸有效面积:A= 式（4.3）=0.22=0.038m=380cm A=(D-d) 式（4.4）=(0.22-0.20)=0.00659 cm=66 cmA=d 式（4.5）=0.20=0.0314 m=314cm （4）主液压缸实际压制力和回程力:R =PA 式（4.6）=25100.0380=950KNR=100KN（5）主液压缸的工作力:主液压缸的平衡压力:P= 式（4.7）=1.4110Pa主液压缸工进压力:P=+ 式（4.8）=25.26MPa主液压缸回程压力:P= 式（4.9）=14.4 MPa顶出液压缸(1)顶出液压缸内径:D= 式（4.10）=0.1009m根据GB/T2348-1993,取标准值D=100mm(2)顶出液压缸活塞杆径dd= 式（4.11）=0.083m根据GB/T2348-1993,取标准值d=80mm(3)顶出液压缸有效面积:A=D 式（4.12）=0.00785 m=79 cmA=( D-d) 式（4.13）=(0.10-0.08)=0.0028 m=28 cmA=d 式（4.14）=0.08=0.0050 m=50 cm(4)顶出液压缸实际顶出力和回程力:R=PA 式（4.15）=25100.00785=21.4 MPaR=60KN(5)顶出液压缸的工作压力和回程工作压力:PA=25100.00785=196.3KNR=60KNP=25 MPaP= 式（4.16）=21.4 MPa液压缸运动中的供油量:（1）主液压缸的进出油量:主液压缸快进的进出油量:q=AV 式（4.17）=0.0380 m0.1m/s60s=3.8160=228L/minq=AV 式（4.18）=0.0659 m0.1m/s60s=6.59160=36L/min主液压缸工作行程的进出油量:q=AV 式（4.19）=0.038m0.01m/s60s=3.80.160=22.8L/minq=AV 式（4.20）=0.00659m0.01m/s60s=6.590.160=3.6L/min主液压缸回程进出油量:q=AV 式（4.21）=0.00659m0.08m/s60s=6.590.0860=28.8L/minq=AV 式（4.22）=0.0380m0.08m/s60s=3.800.0860=182.4L/min（2）顶出液压缸的进出油量:q=AV 式（4.23）=0.00785m0.08m/s60s=0.7850.860=37.68L/minq=AV 式（4.24）=0.0028m0.08m/s60s=0.280.860=13.44L/min（3）顶出液压缸快退行程的进出油量:q=AV 式（4.25）=0.0028m0.12m/s60s=0.281.260=20.16L/minq=AV 式（4.26）=0.00785m0.12m/s60s=0.7851.260=56.52L/min确定快进供油方式,液压泵的规格,驱动电机功率:（1）液压系统快进:q= AV 式（4.27）=0.0380m0.1m/s60s =3.8160=228L/min（2）选定液压系统最高工作压力P=25MPa,主液压缸工作行程,主液压缸的无杆腔进油量为:q=AV 式（4.28）=0.038m0.01m/s60s=3.80.160=22.8L/min主液压缸的有杆腔进油量为:q=AV 式（4.29）=0.00659m0.08m/s60s=6.590.0860=28.8L/min顶出液压缸顶出行程的无杆腔进油量为:q=AV 式（4.30）=0.00785m0.08m/s60s=0.7850.860=37.68L/min 设选主液压缸工作行程和顶出液压缸顶出行程工作压力最高(P=25MPa)工件顶出后不需要高压.主液压缸工作行程(即压制)流量为22.80L/min,主液压缸工作回程流量为3.6 L/min,选用160BGY14-1B型电液比例斜盘式轴向变量柱塞泵.虽然在P=0.0211m 式（4.32） = =0.0245m 取=0.045 m-缸筒材料的许用应力, =当时,材料使用不够经济,应改用高屈服强度的材料.4.1.5 缸筒壁厚校核: 额定工作压力, 应该低于一个极限值,以保证其安全材料静载荷交变载荷冲击载荷不对称对称钢35812表4-2 缸筒所受载荷 Mpa 式（4.33） =0.35 =83.84 MPa=外径; D=内径 同时额定工作压力也应该完全塑性变形的发生: 式（4.34）=49.259MPa -缸筒完全塑性的变形压力 -材料屈服强度MPa 式（4.35）=2.3850 =2.38500.0719=140.56MPa4.1.6 缸筒的暴裂压力 式（4.36）=2.310000.0719=165.37MPa4.1.7 缸筒底部厚度 :缸筒底部为平面时:0.433 式（4.37）0.433mm 取 mm4.1.8 缸筒端部法兰厚度:h 式（4.38）=0.0448m取h=0.05m -法兰外圆半径 -螺孔直径螺栓;M16-24.1.9 缸筒法兰连接螺栓:(1)螺栓处的拉应力= Mpa 式（4.39）=0.7445MPaz-螺栓数，12根； k-拧紧螺纹的系数变载荷,取k=4； -螺纹底径(2)螺纹处的剪应力: =0.475Mpa 式（4.40） = MPa-屈服极限; -安全系数; 12(3)合成应力 = 式（4.41） =0.9679MPa，符合设计要求。 4.2 主缸活塞杆4.2.1 材料表4-3 活塞杆选材型号MPaMPa%35CrMo1000850124.2.2 直径dd= 式（4.42）d=0.0797m-液压缸的推力;KN ; -材料的许用应力MPa-材料屈服强度;取=800MPa; =200 MP液压缸活塞杆往复运动时的速度比 = 式（4.43）n -安全系数;4 D-油缸内径; d-活塞杆外径;-回程速度; -工进速度 已知=100 mm/s; =80 mm/s 所以 = 1.25 根据活塞杆直径系列 GB/T2348-1993 之规定取 d=0.18m4.2.3 强度校核:当只受轴向力推或拉力,可以近似地用直杆承受拉压载荷的简单强度计算公式进行计算: 式（4.44） =82.86 MPa 危险截面的合成应力: =5.5 MPa MPa4.3 主缸的总效率4.3.1. 机械效率： 由活塞及活塞杆密封处的摩擦阻力所造成的摩擦损失，在额定压力下通常可取： =0.90.95, 这里取：=0.934.3.2. 容积效率： 由各密封件的泄露所造成，当活塞密封为弹性材料时；取=0.984.3.3 反作用力效率：由排出口背压差所产生的反向作用力。 式（4.45） =0.987 MPa -当活塞杆伸出是为进油压力,当活塞杆缩回是为排油压力-当活塞杆伸出时为排油压力,当活塞杆缩回时为进油压力= 式（4.46） = =0.981 MPa主缸的总效率： = 式（4.47） =0.930.980.98 =0.893 说明：该系统背压0.4 MPa4.4 顶出4.4.1 材料表4-4 型号MPa MPa%35CrMo1000850124.4.2 缸筒内径已知液压缸的理论作用力 (推力 =20KN, 拉力 =6KN) 已知最大压力 P=16MPa；则:无活塞杆的缸筒内径D为: D=m 式（4.48）=m0.126m D-缸筒内径, m 有活塞杆的一侧内径D为： D= 式(4.49) = =0.142 m考虑泄露,机械效率,摩擦力,控制阀的压力降特性等 取D=0.22m 根据GB/T2348-1993 取D=140mm 根据GB/T2348-1993 取d=125mm d-活塞杆直径, m； -速比；=1.46 因为直径D变大，当P=16 MPa 时，此时所产生压力为： N 式 (4.50) =24.62KN4.4.3 液压缸的理论作用力F F=45.59KN 式（4.51）取 =0.6； =0.904.4.4 缸筒壁厚 根据GB/T2348-1993 取 D=140mm 公式: =+关于的值,分别计算;当时,为薄壁缸筒=0.0134m 式（4.52）=83.3 mP-缸筒材料的许用应力 当0.3时，液压缸的安全系数: n=12 = =0.0156 m取 =0.025 m当时,材料使用不够经济,应改用高屈服强度的材料.表4-5 顶出缸所受载荷材料静载荷交变载荷冲击载荷不对称对称钢358124.4.5 缸筒壁厚校核 额定工作压力, 应该低于一个极限值,以保证其安全. Mpa 式（4.53）=0.35=100MPa=外径 D=内径 同时额定工作压力也应该完全塑性变形的发生: 式（4.54）=60.7672.9 MPa 式（4.55）=2.3850=2.38500.0888=173.6 MPa-缸筒完全塑性的变形压力, -材料屈服强度MPa4.4.6 缸筒的暴裂压力 式（4.56） =204.24 MPa 4.4.7 缸筒底部厚度 缸筒底部为平面时: 0.433 式（4.57） 0.433 mm 取 mm4.4.8缸筒端部法兰厚度:h 式（4.58） =12.72 mm 取 h=15mm -法兰外圆半径; -螺孔直径; 螺栓 M16-24.4.9缸筒法兰连接螺栓：(1)螺栓处的拉应力= Mpa 式（4.59） = =1.4 MPa z-螺栓数8根; k-拧紧螺纹的系数变载荷 取k=4; -螺纹底经, m(2)螺纹处的剪应力: =0.475 Mpa 式（4.60） = MPa-屈服极限 -安全系数; 12(3)合成应力: = 式（4.61） = MPa 4.5 顶出缸活塞杆4.5.1 材料表4-6 顶出缸材料型号 MPa MPa%35CrMo1000850124.5.2 直径d d= 式 （4.62） d=0.143m 式（4.63）=200 MPa-液压缸的推力; t; -材料的许用应力; MPa -材料屈服强度 MPa取 =800 MPa n-安全系数;液压缸活塞杆往复运动时的速度比 = 式（4.64） 已知 =100 mm/s; =80 mm/s 所以 = 1.25D-油缸内径; d-活塞杆外径; -回程速度; -工进速度 根据活塞杆直径系列 GB/T2348-1993 之规定 取 d=0.22m 则 =1.24 ;4.5.3强度校核:当只受轴向力推或拉力,可以近似地用直杆承受拉压载荷的简单强度计算公式进行计算: 式（4.65） =82.86 MPa 危险截面的合成应力 : =2.7 MPa MPa 4.6 顶出缸的总效率4.6.1 机械效率 由活塞及活塞杆密封处的摩擦阻力所造成的摩擦损失，在额定压力下，通常可取： =0.90.95 这里取： =0.934.6.2 容积效率 由各密封件的泄露所造成，当活塞密封为弹性材料时： 取：=0.98 4.6.3 反作用力效率:由排出口背压差所产生的反向作用力。活塞杆伸出时： = 式（4.66） =0.983MP活塞杆缩回时：= 式（4.67） =0.963 MPa -当活塞杆伸出是为进油压力,当活塞杆缩回是为排油压力-当活塞杆伸出时为排油压力,当活塞杆缩回时为进油压力主缸的总效率： = 式（4.68） =0.930.980.97 =0.884说明：该系统背压0.4 MPa4.7 各油缸工作流量4.7.1 主缸快速下行 :V=100=VA 式（4.69）=228.1= VA 式（4.70）=39.6V-速度; -工作流量; A-有效面积; -回油流量;(下式同)4.7.2 主缸工进V=10=VA 式（4.71）=22.8= VA 式（4.72） =3.64.7.3主缸回程 ：V=80=VA 式（4.73）=28.8= VA 式（4.74）=182.44.7.4顶出缸工进 ：V=80=VA 式（4.75）=38.35= VA 式（4.76）=19.874.7.5顶出缸回程 ：V=120=VA 式（4.77）=29.81= VA=57.53 4.8液压缸损坏情况及原因分析液压机中的工作缸往往由于设计、制造或使用不当，过早损坏。如某大型模锻水压机，使用十多年来，主工作缸损坏十四次，先后做过四个缸，每造一个缸约耗费数十万元。因此对于液压缸，特别是大型液压缸，应了解其损坏情况及原因，注意正确进行设计、制造与使用。2、损坏的部位及特点液压缸损坏的部位多数在法蓝与缸壁连接的圆弧部分，其次在缸壁向缸底过渡的圆弧部分，少数在圆筒筒壁产生裂纹，也各国气蚀严重而破坏的。从液压缸使用情况来看，一般在损坏时都已承受了很高的工作加载次数(20万150万次)，裂纹是逐步形成和扩展的，用于疲劳损坏。（1）圆筒简壁 一般裂纹首先出现于内壁。逐渐向外发展，裂纹多为纵向分布，或与缸壁母线成45。角。（2）缸的法蓝部分 首先在缸外部法蓝过渡圆弧处出现裂纹，逐渐沿环向及向内壁扩展，最后裂透，或者裂纹扩“展到螺钉孔，使法蓝局部脱落，个别严重情况，甚至沿过渡圆角处法蓝整图开裂而脱落。5液压工作介质5.1 液压油的选择根据YA321000KN四柱万能液压机的各项指标，选择L-HL型液压油。表5-1 液压油的选择项目质量指标按（GB/T7631.2）L-HL质量等级一等品黏度等级（GB/T 3141）32运动黏度/mms 0C 40C42028.835.2黏度指数95空气释放（50C）/min7密封适应性能指数10抗乳化性（40-37-3）/ min 54C30泡沫化性/150/10说明 ：本产品具有良好的防锈及抗氧化安定性，使用寿命比机械油长1倍以上；并具有较好的空气释放性.抗泡性.分水性及橡胶密封相容性。主要应用于机床、工程机械、采矿、冶金等中低压场合。实用环境温度为0度以上，最高使用温度为80度。无本产品时可以用L-HM油。6 液压辅助件及液压泵站6.1 管件6.1.1 高压金属油管内径dd 式（6.1）=4.61=4.8mmQ-流量；117.81 V-流速；56.1.2 高压金属油管壁厚 式（6.2） =mm P-工作压力；16MPa -许用应力；MPa6.1.3 高压软管内径d= 式（6.3） A=166.6 MPa =3.927cm d=22.4 mm-抗拉强度；MPa n-安全系数；66.1.4低压软管内径:d A= 式（6.4） V=6 =17.833 cm d=47.5 mm6.2 密封件密封用来防止高压液体的泄漏，如其质量不好，会直接影响生产。对密封的基本要求是：密封性能好，能随着液体压力增高自动提高密封性能，摩擦阻力小，磨损小，寿命长，使用维修简单，易折换、成本低、制造容易。 基于上述要求，密封材料应具有以下特点：在一定使用温度范围内有较好的化学稳定性，不溶于工作液体，与金属接触不相互起作用(如腐蚀、粘着等)，不软化或硬化，弹性好，永久变形小有适当的机械强度，耐磨性好，摩擦系数小，易于压制成形、价格低廉等。常用的密封材料有： (1)耐油橡胶及夹布橡胶 以丁靑橡胶用得最多，有良好的弹性，工作温度为-20- +120。为提高密封强度，在水压机中常采用夹布橡胶。 (2)聚胺脂橡胶 是外新型的橡胶材料，具有较高的耐磨性及强度，在矿物油中的工作温度为-30- +80，液体压力不大于320ba r，也可用于70以下的水中。缺点为具有水溶性和耐热性较差。 (3)聚氯乙烯(塑料) 有一定强度，耐油，摩擦力小，但弹性较大，工作温度不高于60。 (4)聚四氟乙烯(塑料) 最大特点为耐热性高，耐腐蚀性好，工作温度为-120- 160，机械性能好，但弹性差，在低压时自封作用不如橡胶，价格铰贵。 (5)尼龙6及尼龙1010(塑料) 强度高，耐油，摩擦力小，耐热性较高，工作温度可达150，使用寿命长，但弹性较差。6.2.1主缸工作压力:F F= 式（6.5）= =0.60819kg6.2.2 作用面积:S S= 式（6.6） = =380.12cm6.2.3 主缸工作单位压力:F F= 式（6.7） =166.2.4 顶出缸工作压力:F F= 式（6.8） = =12566kg6.2.5 作用面积:S S= 式（6.9） = =380.13cm6.2.6主缸工作单位压力:F F= 式（6.10） =1606.3 油箱6.3.1 平均功率损失 H 式（6.11） P= =39.27KW 式（6.12）P-液压泵的输入功率; =总效率；0.8 表6-1 快进工进快退等待行程110015012500速度10010800时间111515.6254.375 循环工作周期 T=11+15+15.625+4.375=46 S H= =2.69 KW6.3.2 阀的功率损失 H其中泵的全部流量流经溢流阀，返回油箱时,功率损失最大。 H=pq =31.416 KW p-溢流阀的调整压力 q-流量6.3.3管路及其他功率损失 H一般情况下，可取全部能量的0.030.05倍。取：H=0.04P =0.0439.27=1.57 KW 系统总的功率损失 ： =2.69+31.4+1.57 =35.66 KW6.3.4 计算散热面积 ；当环境温度为T时，最高允许温度为T的油箱 的最小散热面积A为 = =79.24 K-传热系数 T-为20K T-为50K6.3.5根据液压系统最大工作容积 ： V=245.43 L 选择油箱 ：AB40-30-/1000-VN1000-B-N-3-3-ES/M 表6-2 油箱规格规格质量（Kg）工作容量（L）工作容积（L）100043511003206.3.6近似计算油箱散热面积 ： S 已知 ： 长 2 米 宽 0.860米 体积 1.1立方米 则 ： 高 h=0.64m 制冷面积 S=20.86+220.64+20.860.64 =5.38 m 通过计算可知，需要冷却系统制冷。6.3.7 油箱中油液的冷却 ： H=SK（T-T） =5.381530 =2.421KW H-系统散热功率 -油与水的温差 取 T=15K T=50K 蛇形管的冷却面积:A A= = =2.5 m 蛇形管的长度 ： L L=39.788m 取 L=40m-管的内径，m取 6.4 过滤器1 . 烧结式过滤器 : 已知该系统的最大工作流量 Q=22.8 表6-3 过滤器规格型号流量工作压力过滤精度管径-251332 6.5 立柱导杆立柱受力情况是由液压机结构、工艺过程的受力和预紧状态下的受力状况决定的。因此，要仔细分析以上因素的影响，选择合适的计算方法，一般有以下集中情况：(1)立柱预紧状态下的受力分析和强度计算。(2)中心载荷下立柱的受力分析和强度计算。(3)偏心载荷状态下，对活塞式和柱塞式油缸，立柱和导套间隙均等 状态下，立柱的受力分析和强度计算。(4)偏心载荷状态下，对活塞式和柱塞式油缸，立柱和导向套间隙不等，因此，仅一侧立柱承受偏心负荷产生的水平力时，立柱的受立分析和强度计算。在以上各种情况下，受力分析和强度计算中，均做了以下假设：(1)活塞（柱塞）与活动横梁均为刚性连接。(2)空间受力情况可简化为平面框架，框架每侧代表两根立柱，且每侧的两根立柱受力均等。(3)上横梁和工作台的刚度均远远大于立柱的刚度，因此可认为上横梁和工作台是绝对刚体。(4)各作用力均可简化为集中力。(5)不考虑由于制造、安装而后使用过程中受热影响等产生的附加应力。这些假使均属一般性的，而且与实际设计的结构基本相符。1 . 材料 表6-4导杆材料型号78498092 . 许用应力 : -安全系数 = 取=12 =65.33 . 计算截面尺寸 : A A= F= =0.0038244 =N =3824.484 . 直径 : D D=69.8 取 D=806.6泵站的组成及工作过程泵站是产生供液压机使用的高压液的动力源。泵直接传动型式的泵站组成及工作过程比较简单，在此不加阐述。泵蓄势器传动的泵氓包括有高压泵、电机和减速器(或同步电机)、润滑泵，高压蓄势器水罐和气罐，空气压缩机及附厢装置，水位指承氓各种而、低压阀(包括水闸阀、气闸阀、最低液面阀、安全阀、立气阀、液压闸阀和电磁分配器等)，水箱，乳化液搅拌装置及冷却装置，管道及其连接件、固定体电气控制柜等。泵蓄势器站的工作过程在高压泵起动机应允启动润滑油泵，当润滑油压达到预定价(如2.5-3bar)时，方有可能启动高压泵。高压泵的吸水管经低压闸阀从水极中直接吸水。泵输出的高压液顶开单向阀，经闸网、过滤器以及最低被面阀的下派物汁液压机。液压机不工作或耗液显低于高压泵的供液量时，则泵打出的高压液经最低液回阀、液压闸阀而进入庙压菩势器水罐。水罐下部为水，亡部为高压气化该部分高压气体勺高压蓄势器气罐上部通过高压柠接通。朴水罐旁装有水位指示器，其上部与水罐上部的局压气相应，共F部与水雁下部的高压沧相通。当蓄势器水罐的工作液体充满到最高工作水位VI时，水位指VI器H发出电讯号，使电磁铁Ml断电，致使电磁分配器进液阀a1关闭，排液阀b1打刀，1泵的循环阀上腔排液，循环阀打开，1泵由工作状态转入空运转，由水箱吸入的液体又经循环阀排回水箱。若因某种原因，高压泵未能转入空运转，泵继续向水罐内输液，致使液而继续上升，而达到VII时(上事故水位)，水位指示器VI发出电讯号，使泵电动机断电而停止运转，同时鸣笛，引起操作者注意，此时液面己达到事故点。当液压机开始作行程时，高压液体出蓄势据水罐经过液压闸阀和最低液面阀，沿管道输往液压机。当水罐中的波面下降到V时，水位指示器V发出电讯号，位电磁铁M1通电，进液阀a1提起，排液阀b1下降关闭，l泵循环阀上腔进入高压液体，使循环阀关闭，则I浆由空运转传入工作状态，l泵输出的高压液体与蓄势器水罐输出的高压液体一并输往液压机。若液压机耗液量较大，液面继续下降到IV液面时，水位指示器IV发出电讯号，使电磁铁M 2通电，进液阀a2提起，排液阀b2下降关闭，2泵循环阀关闭，2泵投入工作运转。若液面继续下降到III液面时，则3泵投入工作运转。7.上、下横梁的设计，计算及校核 7.1横粱的结构设计 (1)概述 三个横梁(上横梁、活动横梁及下横梁)外形轮廓尺寸很大，为了节约金属和减轻重量，一般做成箱形，在安装各种缸、柱塞及立柱的地方做成圆筒形，中间加设筋板，承载大的地方筋板较密，以提高刚度，降低局部应力。合理地布置筋板，可以使横梁重量轻，又有足够的强度和均匀的刚度。筋板一般按方格形或辐射形布置。横梁由铸造或焊接制成，目前以铸造为多，一般采用ZG35B铸钢，2000KN以下的小液压机也有用铸铁的。在设计铸造横梁时，应注意使各部分厚度没有明显的变化，以避免不均匀冷却而产生内应力，在各处连接过渡区应有较大的圆角。随着轧制板材和焊接技术的发展，钢板焊接横梁也日益增多，其特点为加工周期短，结构重量轻、强度高及外形美观。一般采用A3或16Mn板材。但大型焊接横梁要求焊接技术较高，焊后整体退火往往要求大型热处理设备，特别是由于焊接应力及变形规律不易掌握，使用时易产生裂纹，因此受到一定限制。横梁的宽边尺寸由立柱的宽边中心距确定，上梁和动梁的窄边尺寸应尽可能小些，以便锻造天车的吊钩容易接近液压机中心。梁的立柱孔高度一般是立柱直径的2535倍，梁的中间高度则由强度确定。中小型液压机横梁多数为整体结构，大型液压机横梁由于受铸造、加工能力和运输能力的限制，设计成分块组合结构。一般由两块、三块、五块甚至七块(下梁)组成，各块之间用螺栓和键联接。设计上、下横梁时，为了减轻重量，根据“等强度梁”的概念，设计成不等高梁，即立柱柱套处的高度h小于中间截面的高度H。但在过渡区会有应力集中。7.2上横梁的强度计算上横梁可视为两集中力，两端支承的简支梁。下图为所示受力图及剪力弯距图。图7-1 上横梁所受剪力图图7-2上横梁所受弯矩图图7-3上横梁受力图其中： P公称压力（kgf） P=12500kgf D油缸台肩尺寸(cm) D=77cmB立柱中心距(cm) B=166mm在主截面（II）所收弯距: M = PB（1-） 式（7.1）Error! No bookmark name given. =1250000166（1-） =36548500kgf Q=1/2P=625000kgf表7-2主截面II强度计算序号截面高度bi()截面宽度hi()截面积Fi=bihi (cm2)面积中心至X轴距离Yi()截面对X轴的静面距Si=FiYi()静面矩与面积中心至X轴距离成积SiYi()各截面积的惯性距()18410084006857120038841600710622418432938883499211664总计1188832575088388765927.97664106重心至X 轴距离：H1=65.11cmH2=h-h1=118-65.1=52.9cm在受压截面上的弯曲应力： 式（7.3） =281.3kgf /cm2在受拉截面上的弯曲应力： 式（7.4） =228.59 kgf cm2式中，M弯矩H计算截面的形心至最外点距离应力许用应力。在本计算中为铸铁件。350kgf/cm2算得在主截面（II）上的弯曲应力小于许用应力截面剪切强度计算：根据材料力学可知断面抗剪切力主要由立板承受，故可按简化截面矩形计算。其最大应力t max在中心截面。 x= 式（7.5） =121kgf/cm2 其中：Q截面剪切力（kgf）B简化截面宽度（cm）B=65cmH简化截面高度（cm）H=70cm刚度计算： f弯=2B2+2B-（）2 式 （7.6）式中：P公称吨位（kgf）P=1250000kgfB立柱中心距（cm）B=166cmD油缸与上横梁联接处台肩尺寸(cm)D=77cmJ上横梁主截面的惯性距(cm4)J=8458151.68cm4F1 受剪主力板面积（cm2）F170.5342400cm2E材料弹性模数（kgf/cm2）用于铸铁E=1.05106kgf/cm2G剪切弹性模数用于铸铁G6105kgf/cm2代入上式：21662+2166-()2=17.15410-890135.91=0、0155cmF剪=0.0016cm上横梁在公称压力下总变形量f1:f 1 =f弯+f剪=0.0155-0.00166=0.01348cm允许上横梁扰度值为0.15mm/m。通过以上计算：上横梁的强度和刚度是安全的。7.3下横梁的设计、计算和效核下图为下横梁受力简图 图7-5 下横梁所受剪力图图7-6下横梁所受弯矩图图7-7下横梁受力简图B=166cmP=1250000kgf工作台中心装点模具，其左右宽度为135cm，前后为80cm台面挤压许用应力取=1000kgf/cm2F-135*80F1250+10800F12050M1 =1661250000(1-)=30606250kgf/cm最大剪切应力为：Q =P=625000 Kgf表7-1 下横梁主截面强度II计算序号截面高度bi(cm)截面宽度hi(cm)截面积Fi=bihi(cm2 )面积中心至X轴距离Yi(cm)截面对X轴的静面距SiFiYi(cm3 )静面矩与面积中心至X轴距离成积SiYi(cm4)各截面积的惯性距 Joi=bihi3144229682221296468512156170重心至X 轴距离：H1=22cmH2=H-h1=44-22=22截面对X 轴的惯性距：Jx=Joi+SiYi式（7.7）=468512+156170=624682 截面对X 轴(形心轴)的惯性距：J=Ji+h1Fi=624682-442986=3750634在受压截面上的弯曲应力：=179.53kgf cm2在受拉截面上的弯曲应力：=179.53kgf cm2算得在主截面（II）上的弯曲应力小于许用应力满足要求。下横梁刚度计算： F弯= 式（7.8）将b=代入F弯=F弯= =0.0033cmf剪 =1.2 = =0.0087F2 = f 剪+ f 弯=0.012允许下横梁弯曲变形量为：f=（0.120.20）0.168=0.01992-0.0332故下横梁刚度满足要求。8 液压系统的安装8.1 液压元件的安装(1)安装前应进行质量检测，如确认元件被污染需进行拆洗，并进行测试，应符合液压元件通用技术条件（GB/T7935）的规定，合格后方可安装；(2)安装前应该见各种控制仪表（如压力表、压力继电器、液位计、温度计等）进行校核，这对以后的调整工作极为重要，以避免不准确而造成事故；(3)外露的旋转轴.联轴器必须安装防护罩；(4)液压泵的进油路应尽量直，避免拐弯过多，断面突变；(5)液压泵的进油路密封必须可靠，不得吸入空气；(6)泵装置底座装置弹性减振垫；(7)油箱应仔细清洗，用压缩空气干燥后，再用煤油检查焊缝质量；(8)液压元件按YA321000KN四柱万能液压机主要参数进行调整；(9)密封件的使用压力、温度以及密封件的安装应该符合规定。总 结本文通过对液压机的国内外研究现状的分析，确定了本课题的主要研究内容。在确定了液压机初步设计方案后，采用传统理论方法（即材料力学方法）对其机身进行了强度和刚度计算。通过设计、计算、校核确保设计的准确性和可行性。接着采用分析和计算以及参考相关的文献设计了液压系统，根据前述章节的讨论，可以得出以下结论：目前设计的主要传统理论依据材料力学的计算方法具有广泛的应用价值。从计算来看，对于机身的设计计算有好几种方法，在综合比较下，确立用经典理论来设计具有实际可行性。为了保证足够的安全性要求，无论是主缸还是顶出缸的设计其尺寸的选择都大于其应力允许值，虽然这样从材料的使用上看，不是最优化的选择，但是从安全角度，这是必要的。本文的强度计算都是以静载荷为基础的，而实际情况是规则的变幅变载荷问题。在液压机的工作过程中整个寿命期内，载荷是随工艺过程而变化的，在液压机的整个寿命期内，应力循环次数介于103105之间，材料的强度指标应采用应变疲劳所决定的极限应力20，需要进一步研究。从分析来看，对于液压系统进行模块化分析来设计液压原理图具有实用、直观、结论明显，可以作为设计的判据，具有具有较广泛的应用前景。总之，对于整个设计，无论是设计计算部分还是绘图说明部分都是按照传统设计方法来展开的，因此整个设计是可行的，但是作者在设计过程中发现整个设计是在静态情况下完成的由于液压机的工作过程不是一个简单的静态工艺，而是动态的，对它进行动态研究及虚拟制造过程的研究是一个值得关注的研究方向，有许多工作要做。致 谢本论文的全部工作得到导师彭浩舸老师的亲切关怀和精心指导导师严谨的治学态度、渊博的学识、诲人不倦的敬业精神以及高度的责任感使我受益非浅特别是本人在时间期间遇到极大困难的时候，导师从精神上给我鼓舞、从专业知识上给我帮助值此论文完成之际，谨向恩师表示崇高的敬意和衷心的感谢！在本设计的过程中得到了老师及同学的大力协助，在此一并表示感谢！ 参考文献1成大先.机械设计手册(单行本)M北京 化学工业出版社,20042机械设计手册 M 北京 化学工业出版社,19763何存兴 张铁华.液压传动与气压传动M.第二版.武汉华中科技大学出版社20004沈鸿.机械设计手册 M北京 机械工业出版社,19825杨宝光.液压机M.北京：机械工业出版社，1981.46俞新陆.锻压机械液压传动M 北京：机械工业出版社，1982.37左建民.液压与气压传动8李庆余.机械制造装备设计9王先逵.机械制造工艺学10师忠秀.机械原理课程设计11于骏一.机械制造技术基础12樊智敏.机械设计基础13刘会英 刘志强.机械原理附录LathesLathes are machine tools designed primarily to do turning, facing and boring, Very little turning is done on other types of machine tools, and none can do it with equal facility. Because lathes also can do drilling and reaming, their versatility permits several operations to be done with a single setup of the work piece. Consequently, more lathes of various types are used in manufacturing than any other machine tool.The essential components of a lathe are the bed, headstock assembly, tailstock assembly, and the leads crew and feed rod.The bed is the backbone of a lathe. It usually is made of well normalized or aged gray or nodular cast iron and provides s heavy, rigid frame on which all the other basic components are mounted. Two sets of parallel, longitudinal ways, inner and outer, are contained on the bed, usually on the upper side. Some makers use an inverted V-shape for all four ways, whereas others utilize one inverted V and one flat way in one or both sets, They are precision-machined to assure accuracy of alignment. On most modern lathes the way are surface-hardened to resist wear and abrasion, but precaution should be taken in operating a lathe to assure that the ways are not damaged. Any inaccuracy in them usually means that the accuracy of the entire lathe is destroyed.The headstock is mounted in a foxed position on the inner ways, usually at the left end of the bed. It provides a powered means of rotating the word at various speeds . Essentially, it consists of a hollow spindle, mounted in accurate bearings, and a set of transmission gears-similar to a truck transmissionthrough which the spindle can be rotated at a number of speeds. Most lathes provide from 8 to 18 speeds, usually in a geometric ratio, and on modern lathes all the speeds can be obtained merely by moving from two to four levers. An increasing trend is to provide a continuously variable speed range through electrical or mechanical drives.Because the accuracy of a lathe is greatly dependent on the spindle, it is of heavy construction and mounted in heavy bearings, usually preloaded tapered roller or ball types. The spindle has a hole extending through its length, through which long bar stock can be fed. The size of maximum size of bar stock that can be machined when the material must be fed through spindle.The tailsticd assembly consists, essentially, of three parts. A lower casting fits on the inner ways of the bed and can slide longitudinally thereon, with a means for clamping the entire assembly in any desired location, An upper casting fits on the lower one and can be moved transversely upon it, on some type of keyed ways, to permit aligning the assembly is the tailstock quill. This is a hollow steel cylinder, usually about 51 to 76mm(2to 3 inches) in diameter, that can be moved several inches longitudinally in and out of the upper casting by means of a hand wheel and screw.The size of a lathe is designated by two dimensions. The first is known as the swing. This is the maximum diameter of work that can be rotated on a lathe. It is approximately twice the distance between the line connecting the lathe centers and the nearest point on the ways, The second size dimension is the maximum distance between centers. The swing thus indicates the maximum work piece diameter that can be turned in the lathe, while the distance between centers indicates the maximum length of work piece that can be mounted between centers. Engine lathes are the type most frequently used in manufacturing. They are heavy-duty machine tools with all the components described previously and have power drive for all tool movements except on the compound rest. They commonly range in size from 305 to 610 mm(12 to 24 inches)swing and from 610 to 1219 mm(24 to 48 inches) center distances, but swings up to 1270 mm(50 inches) and center distances up to 3658mm(12 feet) are not uncommon. Most have chip pans and a built-in coolant circulating system. Smaller engine lathes-with swings usually not over 330 mm (13 inches ) also are available in bench type, designed for the bed to be mounted on a bench on a bench or cabinet.Although engine lathes are versatile and very useful, because of the time required for changing and setting tools and for making measurements on the work piece, thy are not suitable for quantity production. Often the actual chip-production tine is less than 30% of the total cycle time. In addition, a skilled machinist is required for all the operations, and such persons are costly and often in short supply. However, much of the operators time is consumed by simple, repetitious adjustments and in watching chips being made. Consequently, to reduce or eliminate the amount of skilled labor that is required, turret lathes, screw machines, and other types of semiautomatic and automatic lathes have been highly developed and are widely used in manufacturing.2 Numerical ControlOne of the most fundamental concepts in the area of advanced manufacturing technologies is numerical control (NC). Prior to the advent of NC, all machine tools ere manually operated and controlled. Among the many limitations associated with manual control machine tools, perhaps none is more prominent than the limitation of operator skills. With manual control, the quality of the product is directly related to and limited to the skills of the operator. Numerical control represents the first major step away from human control of machine tools.Numerical control means the control of machine tools and other manufacturing systems through the use of prerecorded, written symbolic instructions. Rather than operating a machine tool, an NC technician writes a program that issues operational instructions to the machine tool. For a machine tool to be numerically controlled, it must be interfaced with a device for accepting and decoding the programmed instructions, known as a reader.Numerical control was developed to overcome the limitation of human operators, and it has done so. Numerical control machines are more accurate than manually operated machines, they can produce parts more uniformly, they are faster, and the long-run tooling costs are lower. The development of NC led to the development of several other innovations in manufacturing technology: Electrical discharge machining,Laser cutting,Electron beam welding.Numerical control has also made machine tools more versatile than their manually operated predecessors. An NC machine tool can automatically produce a wide of parts, each involving an assortment of widely varied and complex machining processes. Numerical control has allowed manufacturers to undertake the production of products that would not have been feasible from an economic perspective using manually controlled machine tolls and processes.Like so many advanced technologies, NC was born in the laboratories of the Massachusetts Institute of Technology. The concept of NC was developed in the early 1950s with funding provided by the U.S. Air Force. In its earliest stages, NC machines were able to made straight cuts efficiently and effectively. However, curved paths were a problem because the machine tool had to be programmed to undertake a series of horizontal and vertical steps to produce a curve. The shorter the straight lines making up the steps, the smoother is the curve, Each line segment in the steps had to be calculated. This problem led to the development in 1959 of the Automatically Programmed Tools (APT) language. This is a special programming language for NC that uses statements similar to English language to define the part geometry, describe the cutting tool configuration, and specify the necessary motions. The development of the APT language was a major step forward in the fur ther development from those used today. The machines had hardwired logic circuits. The instructional programs were written on punched paper, which was later to be replaced by magnetic plastic tape. A tape reader was used to interpret the instructions written on the tape for the machine. Together, all of this represented a giant step forward in the control of machine tools. However, there were a number of problems with NC at this point in its development.A major problem was the fragility of the punched paper tape medium. It was common for the paper tape containing the programmed instructions to break or tear during a machining process. This problem was exacerbated by the fact that each successive time a part was produced on a machine tool, the paper tape carrying the programmed instructions had to be rerun through the reader. If it was necessary to produce 100 copies of a given part, it was also necessary to run the paper tape through the reader 100 separate tines. Fragile paper tapes simply could not withstand the rigors of a shop floor environment and this kind of repeated use.This led to the development of a special magnetic plastic tape. Whereas the paper carried the programmed instructions as a series of holes punched in the tape, the plastic tape carried the instructions as a series of magnetic dots. The plastic tape was much stronger than the paper tape, which solved the problem of frequent tearing and breakage. However, it still left two other problems. The most important of these was that it was difficult or impossible to change the instructions entered on the tape. To made even the most minor adjustments in a program of instructions, it was necessary to interrupt machining operations and make a new tape. It was also still necessary to run the tape through the reader as many times as there were parts to be produced. Fortunately, computer technology became a reality and soon solved the problems of NC associated with punched paper and plastic tape.The development of a concept known as direct numerical control (DNC) solved the paper and plastic tape problems associated
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