数控车床液压系统设计1-28.doc

毕业设计（论文）报告纸数控车床液压系统设计 【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计。根据设计的实际需要，对车床液压系统开展研究，并进行了主油箱液压动力站、静压油箱液压动力站及液压卡盘的设计以及优化设计。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。【关键词】 数控车床、液压油泵、液压油缸、液压控制阀、性能分析、优化设计【ABSTRACT】The 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, to the lathe bed development research, 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, analyzed the hydraulic tool to use hydraulic power station and hydraulic systems, 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 目 录1 绪论1.1 世界数控车床的现状31.2 国内数控车床的现状和发展前景31.3 研究对象和研究方法32 液压系统组件2.1液压系统组件的设计步骤 42.1.1 技术参数确定42.1.2 主电动机功率的确定 52.1.3 主传动系统方案的确定 52.1.4 车床主传动功率、扭据和转速特性图 62.1.5 主要规格与的技术参数 62.2液压系统结构设计 72.2.1液压系统箱总体结构设计 72.2.2液压系统主油箱液压动力站结构组成82.2.3液压系统主油箱液压动力站实图92.2.4液压系统润滑油箱液压动力站结构原理图102.2.5液压系统润滑油箱液压动力站实图112.2.6液压系统润滑油箱液压动力站组成123 数控车床卡盘夹紧的原理分析3.1 数控车床卡盘夹紧结构分解说明 133.2 数控车床卡盘夹紧方案的选用 153.3 数控车床卡盘夹紧液压元件的选用及功能 17 4 数控车床床体配重补偿 4.1数控车床床体配重补偿的定义 204.2数控车床床体配重补偿元件的特点224.3数控车床流量控制阀在液压回路对油缸和油马达速度控制235 液压系统液压油5.1 体传动系统的重要特性245.2 液压系统的基本设计 255.3 简单液压系统的设计 255.4 液压系统液压油概述 325.5. 对流体的要求 326 液压元件的工作原理 6.1. 液压回中的液压缸 366.1.2. 与功能相关的液压缸类型 376.1.2.1 单作用液压缸 376.1.2.1.1 杆柱式液压缸 376.2. 液压泵6.2.1. 液压泵概述 38 6.2.2 液压泵调节器 396.3 液压马达 406.3.1轴旋转的多程轴向柱马达 406.4 液控单向阀 416.4.1液控单向阀原理 416.5方向控制阀 426.5.1方向控制阀的性能 427 分析结论 456 小结体会46致谢46参考文献461 绪 论1.1世界数控车床的现状 数控车床是当今世界机器制造业中实现机电一体化的代表性先进装备。它利用微电子、计算机等技术对复杂实现中、小批多品种的柔性生产自动化。数控车床的设计制、制造、使用有其本身的特点与客观发展规律、简言之，要求有高的人员素质、精密的毛坯、严格的质量控制、科学的管理、车床本身和各配套环节必须要有高度的质量可靠性，否则难以顺利发展，在生产中也难以获得高的利用率，去切实提高劳动生产率。 目前在全世界车床拥有量1400万台中，数控车床约100万台，占7。世界车床年产量150万台中，数控车床约20万台，占13，故87为非数控车床。在工业化国家，中、高效自动化车床居多数，在发展中国家，手动普通车床居多数。数控车床分为经济型、普通型、高性能型三种不同档次。目前在工业化国家的车床拥有量中，低（手动普通车床）、中（高效自动化车床）、高档（数控车床、高精度车床）之比约为20:70:10，在年产量中，三者之比约为5：65：30，而在发展中国家，分别为80:17:3和70:25:5。机器制造业中生产率、劳动生产率的提高，依靠人员素质、先进设备、科学管理，由于工业化国家这三者优于发展中国家，且中、高档车床比重大，因此其生产率、劳动生产率约为发展中国家之数倍，甚至几百倍。例如：1987年，日本车床（金切和成形）拥有量79万台，数控车床7万台，汽车产量为1200万辆；而中国1995年，车床拥有量383.5万台，数控车床7.27万台，汽车产量仅为146万辆。1.2国内数控车床的现状与发展前景1.2.1 数控化水平低近年来，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Ra16 m。国产数控系统MTBF可靠性大都超过1万小时，但国际上先进企业数控系统MTBF已达8万小时。国产数控车床、加工中心MTBF有少数厂达500h，但国际先进水平已达800h。用户对国产加工中心刀库机械手、数控车床刀架仍不放心，其定位精度、特别是重复定位精度也有待提高。此外，外观、漏油等老问题也与工业发达国家产品有差距。1.2.2功能部件有差距数控功能部件是指数控系统、液压系统单元、数控刀架和转台、滚珠丝杠副和滚动直线导轨副、刀库和机械手、高速防护装置等，它们是数控车床的重要组成部分。功能部件技术水平的高低、性能的优劣以及整体的社会配套水平直接决定和影响着数控车床整机的技术水平和性能，也制约着主机的发展速度。相对数控车床主机来说，我国功能部件生产企业的发展更显滞后。功能部件不仅决定着车床的整机性能，还占到整机成本的60 左右，其发展状况直接关系到车床的竞争力水平。目前， 我国的功能部件生产企业规模普遍较小，布局分散，有些还依附于主机厂或研究所。从整体上看，我国功能部件生产发展缓慢，品种少，产业化程度低，从精度指标和性能指标都还不过硬。滚珠丝杠、数控刀架、数控系统、电液压系统等数控车床功能部件虽已形成一定的生产规模，但仅能满足中低档数控车床的配套需要。衡量数控车床水平的高级数控系统、高速精密电液压系统、高速滚动功能部件和数控动力刀架等还依赖进口。理顺功能部件生产企业的体制，做大做强一批功能部件生产企业已迫在眉睫。1.3研究对象和研究方法 本课题研究对象是数控车床，着重研究车床液压系统的结构设计，并运用软件solidworks、COSMOS进行三维建模和有限元分析，针对液压系统箱的主关键零件进行静力分析和优化设计，为液压系统箱结构的合理和优化设计提供了重要的参考依据。2液压系统2.1液压系统的设计步骤液压系统包括主泵动力站、和安装在主泵站上的控制件、附件等。因为液压系统的执行装置带动工件或刀具直接参加工件表面形成运动，所以它的工件性能对加工质量和生产率产生直接的影响，是车床上最重要的部件之一。2.1.1技术参数确定车床技术参数包括主参数和一般技术参数，一般技术参数又包括车床的尺寸参数，运动参数和动力参数。主参数（或称主要规格）是车床最重要的一个或两个技术参数，它表示车床的规格和最大工作能力。运动参数是车床执行件如夹具、刀架、工作台的运动速度，可分为主参数和进给运动参数两大类。主运动参数：变速范围Rn= nmax/ nmin=3500/160=21.875 dmax =kd=0.5135=67.5mm, dmin=Rddmax=0.2567.5=16.875 mm vmax=nmax3.14dmin /1000=35003.1416.875/1000=185m/min vmin= nmin3.14dmax/1000=1603.1467.5/1000=33.9 m/minnmax、nmin:液压系统最高、最低转速（r/min）；vmax vmin：最高、最低切削速度（m/min）；dmax、dmin：最大、最小计算直径d：加工工件直径（mm）;2.1.2主电动机功率的确定主传动系统结构确定后，可通过公式近似计算：PEP0Pm/m (m=122)P0=K（3.5dani+ncdm）106现已知：PE3KW，则Pm=PEm= PE122=385%98%99%=2.474kwT=9550Pm/nc=95502.474/1000=23.6 N.mnc= 60f/p=6050/3=1000r/min vmin=(nc/2)3.14d/60000=5003.14135/60000=3.53m/min（皮带轮1：2输出至液压系统）Fz=Pm60000/vmin=2.47460000/3.542411N=42.4kNPE:主电动机功率（KW）; Pm:切削功率（KW）; P0:主传动系统的空载功率（KW）m:主传动系统结构传动效率估算值（1:电机传动效率；2:轴承传动效率；3:齿轮传动效率）nc:计算转速vmin:线速度Fz：主切削力2.1.3主传动系统方案的确定主传动系统方案包括：选择传动布局，选择变速、开停，制动及换向方式。主传动变速方式可分为无极变级和有级变速两种，本车床采用无极变速的变速方式。无级变速是指在一定速度（或转速）范围内能连续、任意地变速。可选用最合适的切削速度，没有速度损失，生产率高；一般可在运转中变速，减少辅助时间；操纵方便；传动平稳等优点。无级变速装置主要有以下几种A机械无级变速器；B液压无级变速器；C电气无级调器。采用直流或交流调速电动机来实现，主要用于数控车床、精密和大型车床。这次设计采用了交流调速电动机，交流调速电动机通常采用变频调速方式进行调速。调速效率高，性能好，调速范围较宽，恒功率调速范围可达5甚至更大。额定转速为1000r/min或1500r/min等。 2.1.4 车床主传动功率、扭据和转速特性图 nb1=120vminFb2/P级数12050/6=1000 r/minnb2=120Fb3/P级数120175/6=3500 r/minnb3=120Fb1/P级数120*8/6=160 r/minTN1=9550 Pm/nb2=95502.474/3500=6.75 N.mTN2=9550Pm/nb1=95502.474/1000=23.6 N.m2.1.5主要规格与的技术参数序号项 目单位数 值1床身上最大回转直径mm3302滑鞍上最大回转直径mm1353最大加工直径mm1354最大加工长度mm2505最大通孔直径mm456棒材最大直径mm227电机转速r/min16035009夹头直径mm610X向行程r/min23011Z向行程级23012X向导轨宽度mm21013Z向导轨宽度mm37414床身角度deg4515进给速度当量位移mm/脉冲0.00116工作进给mm/min10112017快给速度X向m/min2418Z向m/min2419液压系统电机功率kW320扭矩N.m23.621X、Z向进给电机功率kW1.422额定扭矩N.m6.123车床总功率kW2524车床外型尺寸外型尺寸（长宽高）mm250023502270净重kg18002.2液压系统结构设计液压系统组件的主要功能是夹持工件或刀具（包括砂轮）转动进行切削加工、传递运动、动力及承受切削力等，并保证刀具或工件具有准确定的运动轨迹。液压系统组件是车床的执行件，他它带动工件或刀具直接参与表面成形运动，其工作性能对车床的加工质量及生产率有直接影响，它是车床的一个重要组件。根据车床主参数、尺寸参数、运动参数、动力参数，并且遵循旋转精度；刚度；抗振性；热稳定性；耐磨性等基本要求的原则确定液压系统总体结构。2.2.1 液压系统总体结构2.2.2 液压系统主油箱液压动力站结构组成序号规格单位数量范围1 油箱-AB40-40 AB40-40-CZ13512-300L PC 1 主泵站2 检修盖 AB40-19/324A-AL/M-6 PC 2 主泵站3 空气滤清器 ELFP3F10W1.X PC 1 主泵站4 液位计 LS254 1-T-M12 PC 1 主泵站6 液位开关 ABZMS-36-1X/0370M-K24 PC 1 主泵站8 油箱回油过滤器 TEF.210.10VG.16.S.P.-.G.6.-.E2.1,5.- PC 1 主泵站9 磁棒过滤器 CUB1-320 PC 1 主泵站11 电机 QA100L4A/1500/2.2/380/50/B35/接线盒顶置PC 1 主泵站12 柱塞泵 A10VSO28DFR1/31R-PPA12N00-SO32 PC 1 主泵站13 钟型罩 PL250/06/55 PC 1 主泵站14 联轴器 R24.28-22.22G PC 1 主泵站15 避振垫 AB33-10/2-50 PC 4 主泵站16 胶管1; DN16,PN50 PC 1 主泵站17 胶管2; DN8,PN25 PC 1 主泵站18 高压过滤器 HP.91.10VG.HR.E.P.-.G.3.-.-.AE70.5，0 PC 1 主泵站19 单向阀 S15A1.0 PC 1 主泵站20 压力继电器 HED8OH-2X/50K14 PC 1 主泵站21 插头 PLUG-IN CONNECTOR 4P Z14 M SW SPEZ PC 1 主泵站22 减压阀 ZDR6DP2-4X/25YM PC 3 主泵站23 减压阀 PBDB-LNN PC 2 主泵站24 溢流阀DBDS10K1X/50 PC 1 主泵站25 换向阀 4WE6E6X/EG24N9K4 PC 3 主泵站26 换向阀 4WE6D6X/EG24N9K4 PC 1 主泵站27 换向阀 4WE6Y6X/EG24N9K4 PC 1 主泵站28 单向阀 Z2S6A-1-6X/ PC 3 主泵站29 流量阀 Z2FS6-2-4X/2QV PC 2 主泵站31 压力表 AB31-13/063-0025 PC 5 主泵站32 压力表AB31-13/063-0040BAR/MPA PC 1 主泵站33 端子箱 TB3-400x300x120 PC 1 主