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车床尾座套筒液压装置设计
摘要
为了完成本课题的设计，在设计之前的准备工作必须做好，首先是搜集和分析资料，主要包括国内外数控机床的发展现状；液压技术和液压传动系统的基本资料；同等机床液压尾座的图纸和资料等。其次是初步确定液压尾座的总体布局，包括配置形式、液压系统的布置及选择液压能源及相应的配套元件等。最后主要是关于尾座的设计计算。
数控机床变档卡紧及尾座顶紧的控制方式基本上是手工控制，在通常的加工过程中，需先用手工控制的方式完成变档和卡紧工作，然后再进行装夹，在装夹完毕后还需要使用手工控制的方式完成尾座的顶紧工作。由此可知，在数控机床的加工作效率效率并不高，而且工人劳动强度大，耗时又耗力，还会增加企业成本。因此，本课题研究所要达到的预期效果是在数控车床加工过程中，当需要使用尾座时，使用本课题所设计的尾座可以提高加工过程的机械化和自动化水平，提高生产效率，降低工人的劳动强度，降低企业成本。
关键词：数控机床；尾座；液压系统；液压缸
Abstract
To accomplish this design, I collected and analysed the information before the design, including domestic and international development of CNC machine tools; hydraulic system of hydraulic technology and the basic information; equal hydraulic machine Tailstock the drawings and information . Then is tentatively determined the overall layout of hydraulic Tailstock, including the allocation of form, layout and the hydraulic system of hydraulic energy, and select the appropriate matching components, such as. This was followed by the main Tailstock the design and calculation.
CNC machine tools changed file cards bear and Tailstock top tight is basically manual control, in the conventional process, the change required manual card file and clamping a tight and then again after the fixture also need to use a manual Tailstock The top tight. Therefore, in the process of CNC machine tools in efficiency is not high, workers in labor intensity and great. Therefore, the issue of the Institute to achieve the desired results in the CNC lathe processing, when the need to use Tailstock, the use of this issue by the Tailstock design can improve the process of mechanization and automation level, increase production efficiency and reduce Workers in the labor intensity.
Key words：Numerically-controlled machine；Tailstock；Hydraulic system；Hydraulic cylinder inside diameter
目录
1 绪论 1
1.1 研究背景和意义1
1.2 液压传动介绍1
1.3 国内外数控机床的发展现状2
1.3.1 国外数控机床发展现状2
1.3.2 国内数控机床发展现状3
1.4 本文研究对象4
2 液压尾座液压传动总体设计5
2.1 尾座简介5
2.2 回路设计5
2.2.1 液压尾座顶针液压回路6
2.2.2 液压尾座顶针夹紧液压回路7
3 尾座部分的设计9
3.1 液压系统压力9
3.2 顶针油缸的计算9
3.2.1 顶针轴向力9
3.2.2 液压油缸计算10
3.3 液压泵的设计12
3.3.1 液压泵工作压力的确定13
3.3.2 液压泵流量的确定13
3.3.3 电动机功率的确定15
3.4 液压元件的选择16
3.4.1 油管及管接头16
3.4.2 过滤器的选择16
3.4.3 油箱的选择17
3.4.4 油箱容积的确定17
3.5 液压系统的性能验算 18
3.5.1 液压系统压力损失计算18
3.5.2 液压系统发热温升的验算19
4 液压尾座结构设计21
4.1 液压尾座箱体设计21
4.2 尾座顶尖的设计21
4.3 尾座主轴的设计21
4.4 尾座导轨的设计22
4.4 尾座孔系设计23
4.4.1 套筒与尾座体的配合24
4.4.2 套筒与顶尖、尾座活塞轴的配合24
4.4.3 孔和键的设计24
5 尾座精度的设计26
5.1 表面粗糙度的确定26
5.2 尾座与机床形位公差的确定26
5.3 底面及立导向面形位公差的确定26
结 论28
参考文献29
致 谢30
毕业设计（论文）知识产权声明31
毕业设计（论文）独创性声明32
1 绪论
1.1 研究背景和意义
随着科技的进步，生活水平提高，为了减小工人工作强度，自动化技术被广泛运用到各行各业。自动化（Automation）是指机器设备、系统或过程（生产、管理过程）在没有人或较少人的直接参与下，按照人的要求，经过自动检测、信息处理、分析判断、操纵控制，实现预期的目标的过程。自动化技术广泛用于工业、农业、军事、科学研究、交通运输、商业、医疗、服务和家庭等方面。采用自动化技术不仅可以把人从繁重的体力劳动、部分脑力劳动以及恶劣、危险的工作环境中解放出来，而且能扩展人的器官功能，极大地提高劳动生产率，增强人类认识世界和改造世界的能力。因此，自动化是工业、农业、国防和科学技术现代化的重要条件和显著标志。液压自动化技术被运用到数控车床，减小了工人的工作强度和提高了加工质量。
数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。数控加工具有如下特点：加工柔性好，加工精度高，生产率高，减轻操作 者劳动强度、改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。数控机床是一种高度机电一体化的产品，适用于加工多品种小批量零件、结构较复杂、精度要求较高的零件、需要频繁改型的零件、价格昂贵不允许报废的关键零件、要求精密复制的零件、需要缩短生产周期的急需零件以及要求100%检验的零件。数控机床的特点及其应用范围使其成为国民经济和国防建设发展的重要装备。
目前，我国已经熟练掌握了液压传动技术，但是在某些环节上还不及发达国家，但是在五星红旗的照耀下，一切问题都将被我们所克服。社会主义制度的优越性决定了液压传动技术绝对能发挥其长处。它不仅能为我国的经济建设带来高度的生产力和巨大的经济效益，而且将为我国的宇宙开发、海洋开发、核能利用等新兴领域的发展做出卓越的贡献。数控机床是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作加工零件。数控机床含盖了自动化技术、计算机技术、伺服驱动、精密测量和精密机械等各个领域的技术成果，是一门新兴的工业控制技术。
随着国内数控机床的迅速发展, 数控机床的应用普及，数控机床出现故障高发时段。然而,目前的数控维修工作混乱无序,根本不能适应数控行业快速发展的步伐。为了使数控维修工作适应现代化制造业的发展,提高数控设备维修质量,那么规范数控维护也将会增加难度,所以要大号基础,热心研究。
1.2 液压传动介绍
液压传动是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技
术，是工农业生产中广为应用的一门技术，液压传动是以流体作为工作介质对能量进行传动和控制的一种传动形式。利用有压的液体经过油压管路以及方向控制阀，压力控制阀等控制原件来实现指定的动作。相对传统的机械传动方式来说，液压传动具有输出力大，重量轻，惯性小，调速方便以及易于控制等优点，因而广泛应用于工程机械，建筑机械和机床等设备上。
液压传动的发展历史：近代液压传动技术是由19世纪崛起并蓬勃发展的石油工业推动起来的，最早实践成功的液压传动装置是舰船上的炮塔转位器，其后出现了液压六角车床和磨床。第二次世界大战(1941-1945)期间，在美国机床中有30%应用了液压传动。在一些兵器上用上了功率大，反应快，动作准的液压传动和控制装置，大大提高了兵器的性能，也大大促进了液压技术的发展。战后，液压技术迅速转向民用，并随着各种标准的不断制订和完善，各类元件的标准化，规格化，系列化而在机械制造，工程机械，材料科学，控制技术，农业机械，汽车制造等行业中推广开来。由于军事及建设需要的刺激，液压技术日益成熟。20世纪60年代后，原子能技术，空间技术，计算机技术等的发展再次将液压技术推向前进，使它发展成为包括传动，控制，检测在内的一门完整的自动化技术，在国民经济的各个方面都得到了应用。如工程机械，数控加工中心，冶金自动线等。液压传动在某些领域内甚至已占有压倒性优势。
液压传动有许多突出的优点，因此它的应用非常广泛，如一般工业用的塑料加工机械、压力机械、机床等；行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等；钢铁工业用的冶金机械、提升装置、轧辊调整 装置等；土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装置、河床升降装置、桥梁操纵机构等；发电厂涡轮机调速装置、核发电厂等等；船舶用的甲板起重机械（绞车）、船头门、舱壁阀、船尾推进器等；特殊技术用的巨型天线控制装置、测量浮标、升降旋转舞台等；军事工业用的火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置。
国内外发展现状：今天，为了和最新技术的发展保持同步，液压技术必须不断发展，不断提高和改进元件和系统的性能，以满足日益变化的市场需求。与世界上主要的工业国家相比，我国的液压工业还是相当落后的，标准化的工作有待于继续做好，优质化的工作须形成声势，智能化的工作则刚刚在准备起步，为此必须急起直追，才能迎头赶上。可以预见，为满足国民经济发展需要，液压技术也将继续获得飞速的发展，它在各个部门中的应用也越来越广泛。
1.3 国内外数控机床的发展现状
1.3.1 国外数控机床发展现状
数控车床、车削中心，是一种高精度、高效率的自动化机床。配备多工位刀塔或动力刀塔，机床就具有广泛的加工艺性能，可加工直线圆柱、斜线圆柱、圆弧和各种螺纹、槽、
蜗杆等复杂工件。具有直线插补、圆弧插补各种补偿功能，并在复杂零件的批量生产中发
挥 了良好的经济效果。
数控（英文名字：Numerical Control 简称:NC）技术是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。数控一般是采用通用或专用计算机实现数字程序控制，因此数控也称为计算机数控(Computerized Numerical Control )，简称CNC，国外一般都称为CNC，很少再用NC这个概念了。
国外数控技术主要以以美、德、日三国为代表。美、德、日三国是当今世上在数控机床科研、设计、制造和使用上，技术最先进、经验最多的国家。美国1952年研制出世界第一台数控机床、1958年创制出加工中心、70年代初研制成FMS、1987年首创开放式数控系统等。数控技术被广泛运用到大量大批生产自动化所需的自动线，，故其高性能数控机床技术在世界也一直领先。当今美国生产宇航等使用的高性能数控机床，国外国家特别重视数控机床主机及配套件之先进实用，其机、电、液、气、光、刀具、测量、数控系统、各种功能部件，在质量、性能上居世界前列。如西门子公司之数控系统，均为世界闻名，竞相采用。日本通过规划、法规(如“机振法”、“机电法”、“机信法”等)引导数控机床工业发展。
1.3.2 国内数控机床发展现状
我国数控技术的发展起步于二十世纪五十年代，中国于1958年研制出第一台数控机床，发展过程大致可分为两大阶段。在1958～1979年间为第一阶段，从1979年至今为第二阶段。第一阶段中对数控机床特点、发展条件缺乏认识，在人员素质差、基础薄弱、配套件不过关的情况下。在第二阶段从日、德、美、西班牙先后引进数控系统技术，并逐步向前发展。特别是最近几年，我国数控产业发展迅速，1998～2004年国产数控机床产量和消费量的年平均增长率分别为39.3%和34.9%。尽管如此，进口机床的发展势头依然强劲，从2002年开始，中国连续三年成为世界机床消费第一大国、机床进口第一大国，2004年中国机床主机消费高达94.6亿美元，国内数控机床制造企业在中高档与大型数控机床的研究开发方面与国外的差距更加明显，70%以上的此类设备和绝大多数的功能部件均依赖进口。由此可以看出国产数控机床特别是中高档数控机床仍然缺乏市场竞争力，究其原因主要在于国产数控机床的研究开发深度不够、制造水平依然落后、服务意识与能力欠缺、数控,系统生产应用推广不力及数控人才缺乏等。我们应看清形势，充分认识国产数控机床的不足，努力发展先进技术，加大技术创新与培训服务力度，以缩短与发达国家之问的差距。 在20余年间，数控机床的设计和制造技术有较大提高，主要表现在三大方面：培训一批设计、制造、使用和维护的人才；通过合作生产先进数控机床，使设计、制造、使用水平大大提高，缩小了与世界先进技术的差距；通过利用国外先进元部件、数控系统配套，开始能自行设计及制造高速、高性能、五面或五轴联动加工的数控机床，供应国内市场的需求，但对关键技术的试验、消化、掌握及创新却较差。至今许多重要功能部件、自
动化刀具、数控系统依靠国外技术支撑，不能独立发展，基本上处于从仿制走向自行开发
阶段，与日本数控机床的水平差距很大。存在的主要问题包括：缺乏象日本“机电法”、“机信法”那样的指引；严重缺乏各方面专家人才和熟练技术工人；缺少深入系统的科研工作；元部件和数控系统不配套；企业和专业间缺乏合作，基本上孤军作战，虽然厂多人众，但形成不了合力。我们国家机床业最薄弱的环节在数控系统。机床精度 （1）机械加工机床精度分静精度、加工精度（包括尺寸精度和几何精度）、定位精度、重复定位精度等5种。（2）机床精度体系 目前我们国家内承认的大致是四种体系：德国VDI标准、日本JIS标准、国际标准ISO标准、国标GB，国标和国际标准差不多。（3）看一台机床水平的高低，要看它的重复定位精度，一台机床的重复定位精度如果能达到0.005mm(ISO标准.、统计法),就是一台高精度机床，在0.005mm(ISO标准.、统计法)以下，就是超高精度机床，高精度的机床，要有最好的轴承、丝杠。（4）加工出高精度零件，不只要求机床精度高，还要有好的工艺方法、好的夹具、好的刀具。
1.4 本文研究对象
在机械制造行业中，数控车床被广泛用来加工盘类或轴类零件。在加工这类零件的时候，有许多零件需要用内孔作为定位夹紧面来进行外圆、端面、螺纹等的切削加工。目前，用数控车床对这类零件进行加工时的定位装夹通常采用人工手动夹紧，因此数控车床的尾座结构普遍是手动控制结构，用手动方式旋转手轮带动尾座套筒使尾座上的顶尖伸出以顶紧工件，实现对工件的定位，再扳动手柄实现锁紧。采用这种手动控制方式，工作效率低，劳动强度大，夹紧力大小难以精确控制，定位准确性和稳定性都比较差。故设计一种车床尾座的液压控制机构代替传统的手动式控制是完全有必要的，可进一步完善和提高数控车床的自动化程度。数控车床的尾座是在加工轴类零件时，使用其顶尖顶紧工件，保证加工的稳定性。尾座的运动包括尾座体的移动和尾座套筒的移动。
尾座体的移动有两个作用:一个作用是在加工轴类零件时，将尾座调整到使用位置;另一个作用是在加工短轴和盘类零件时，将尾座调至非干涉位置。尾座套筒的移动是为了使顶尖顶紧或松开工件的，通常是由液压缸控制的。
本文主要研究数控机床尾座的设计，并将液压传动运动运用到尾座上，实现尾座的自动顶紧与松开。设计出液压尾座的结构以及液压传动图、液压缸。其要求具体参数：数控车床的切削用量f=0.1-0.3mm/r；切削速度为v=50-80m/min；最大车削工件直径400mm,最大加工长度350mm,切削粗糙度为Ra1.6-3.2μm。
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