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数控车床
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题目： 数 控 车 床 主 轴 卡 盘 液 压 装 置 设 计密 级学 号 B10020422系 别 机电信息系学 生 姓 名 ： 唐海洋 指 导 教 师 ： 丁锋学 科 专 业 ： 机械设计制造及其自动化学 科 类 别 ： 工 学2014 年 06 月 西安工业大学北方信息工程学院本科毕业设计（论文）题目：数控车床主轴卡盘液压装置设计系 别 机电信息系 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 B100204 姓 名 唐海洋 学 号 B10020422 导 师 丁锋 2014 年 05 月 西安工业大学北方信息工程学院本科毕业设计（论文）题目：数控车床主轴卡盘液压装置设计系 别 机电信息系 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 B100204 姓 名 唐海洋 学 号 B10020422 导 师 丁锋 2014 年 05 月 数控车床主轴卡盘液压装置设计摘 要本文介绍了数控车床卡盘自动加紧的设计，采用液压功能自动加紧，由原来的手动加紧改为自动加紧。保证该自动加紧的可行性与可靠性，充分体现现代液压技术应用与数控机床的优越性，并进行数控化改造后车床的性能分析，改造出能符合数控车床自动化加紧工件的新型设备。本文的改造方案是液压缸通过液压泵提供的动力，利用拉杆拉紧楔形滑块夹具来体加紧工件，使工件相对于刀具处于正确的加紧位置。它与其他卡盘性能相比，其性能是显而易见，不仅加紧零件的精度高、产品性能稳定、自动化程度高、可减轻工人的体力强度，大大提高了生产效率。改造后的每一个部分安装步骤都经过机床的调试，并结合了电液两个部分的知识，充分展示了改造后的自动加紧各种性能。可以说，此次数控车床卡盘自动加紧的改造为今后普通车床甚至数控车床的发展及改革都具有重大意义。 关键词：普通车床；数控车床；卡盘；自动加紧；液压 IThe Design of CNC Machine Spindle Chuck Hydraulic SystemAbstractThis paper describe the automatic clamping design of CNC lather chucks,hydraulic functions automatic clamping circuit electrical design to control the transformation from the original manual clamping to an automatic clamping control. The automatic clamping of the feasibility and reliability assurance, fully embodies the advantages of modern hydraulic technology for CNC machine tools, performance analysis and transformation of NC lather, and created the new equipment in line with modern CNC lather automation workpiece clamping. Transformation plan of this article is that hydraulic pump provides hydraulic power for the hydraulic cylinder,then The hydraulic cylinder use clamp to intensify the wok of the workpiece,which can assure the workpiece to set up in the correct position relative. In the process, not only to determine the transformation program to transform ordinary chuck, and also discusses the various parts of the electrical principle diagram and transformation after the machine performance characteristic,the transformation on the need for analysis .Performance compared with other chuck ,its performance is evident ,not only clamping parts of high precision, stable performance, high degree of automation to reduce the physical strength of workers, greatly improving the production efficiency. After transformation ,each part of the installation steps have been debugging of the machine, and a demonstrated the performance of the transformation automatically clamped. It can be said that the automatic clamping the transformation of the CNC lather chuck for the next ordinary lather is the development and reform of the CNC lathe is of great significance.Key Words : Conventional lather ;CNC lather; chuck ;automatic clamping;Hydraulic II主要符号表P 功率f 切削用量 p 工作压力液压泵流量qV 容积v 切削速度T 温度A 面积D 液压缸直径d 液压杆直径III目 录1 绪论 .11.1 本课题研究背景和意义 .11.2 液压传动介绍 .11.3 国内外数控机床的发展现状 .21.3.1 国外数控机床发展现状 .21.3.2 国内数控机床发展现状 .31.4 本文研究对象 .42 数控车床主轴卡盘液压传动总体设计 .52.1 主轴卡盘简介 .52.2 液压卡盘系统回路设计 .62.2.1 液压尾座顶针液压回路 .72.2.2 液压卡盘加紧液压回路 .73 卡盘液压系统设计 .93.1 液压系统压力 .93.2 卡盘油缸的计算 .93.2.1 卡盘加紧力 .93.3 液压泵的设计 .123.3.1 液压泵工作压力的确定 .123.3.2 液压泵流量的确定 .133.4 液压元件的选择 .153.4.1 油管及管接头 .153.4.2 过滤器的选择 .163.4.4 油箱容积的确定 .173.5 液压系统的性能验算 .183.5.1 液压系统压力损失验算 .183.5.2 液压系统发热温升的验算 .194 液压卡盘结构设计 .214.1 卡盘结构设计 .214.2 拉杆结构的设计 .235 主轴液压卡盘装置精度设计 .255.1 表面粗糙度的确定 .255.2 卡盘与机床形位公差的确定 .25 IV6 结论 .26参考文献 .27致 谢 .28毕业设计（论文）独创性声明 .29毕业设计（论文）知识产权声明 .301 绪论01 绪论1.1 本课题研究背景和意义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有极其重要的地位，对于自动化程度要求越来越高的现代击穿设计来说更是如此。由于现代企业要求生产魁岸俗话，节约人力和产品时间，对于采用手动卡紧的机械卡盘普通数控车床来说，工人们需要手动卡紧及松开卡盘。 数控系统自动加工零件只需要花几分钟或十几分钟，而装夹、卡紧工件及卸下工件就需要耗费差不多三分之一时间，这段时间有一多半式用来手动卡紧卡盘及松开卡盘的。这样算来，手动装夹不太适应现代化生产了。而当我们采用液压自动加紧借以代替之后即可省近一半多的时间，这样一来对于加工大批量零件来说，这是一笔十分可观的时间。这完全达到了提高生产效率，降低了劳动者作业强度，提高生产效率的目的。另外，采用液压自动加紧使得机床卡盘的加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挡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态的发生。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。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 1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。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。西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）21.3 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 19581979 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，19982004 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西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）3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，用普通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，在加紧时，用卡盘扳手旋转卡盘上三个小型伞形锥齿轮中的任何一个，来带动大型伞形卡盘旋转，大伞形卡盘反面有端面螺纹，端面螺纹可以与三个卡爪啮合传递运动。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。因此设计一西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）4种车床卡盘的液压加紧机构代替传统的手动式加紧机构是完全有必要的，可进一步完善和提高数控车床的自动化程度。本文主要研究数控车床主轴卡盘液压装置的设计，并将液压传动运动运用到卡盘上，实现卡盘的自动加紧与松开。设计出液压卡盘的结构以及液压传动图、液压缸具体参数：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Ra=1.6-3.2m。 2 数控车床主轴卡盘液压传动总体设计52 数控车床主轴卡盘液压传动总体设计卡盘是车床的重要部件，其作用是固定轴类零件，当加工轴类零件时，需要卡盘将其一端加紧，还需要尾座顶紧，同时具有辅助支撑和夹紧的功能。本文设计的卡盘采用的是整体式结构，主轴卡盘液压装置由楔形卡盘、电主轴、拉杆、液压缸、液压阀和液压油箱装置等组成，其夹紧与松开，靠液压控制，液压控制具有，冲击小，对零件的损害小，抗震性好，能吸收一定震动，能实现高精度的加工。液压系统设计对整个卡盘来说，非常重要，因此液压系统的设计十分关键。图 2.1 车床结构图2.1 主轴卡盘简介（1） 机床采用液压卡盘，卡盘通过法兰盘与电主轴联接，液压缸安装在主轴箱后面，卡盘卡爪由通过电主轴内孔的拉杆和液压缸相连，这样可以通过程序控制液压缸来实现工件的加紧与放松。（2） 主轴卡盘应具有足够的净刚度和较高的刚度-重量比，后者在很大程度上反应了设计的合理性；应具有良好的动态性，这包括较大的动刚度和阻尼，与其它件配合，使整机的各个固有频率不致与激振频率重合而发生共振；应具西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）6有良好热变形性，使整机的热变形较小或热变形对加工精度的影响最小；应具有良好的工艺性，以便于制造和装配。图 2.2 主轴卡盘组成2.2 液压卡盘系统回路设计液压卡盘主要由三部分组成，液压缸部分，拉杆部分，楔形卡盘部分。楔形卡盘部分是将轴加紧；当卡盘处于工作状态时，这时需要液压缸通过拉杆拉动楔形卡盘将其加紧，保证零件装夹的精度，进而保证加工精度，其组成如图2.1 所示。卡盘实现的是加紧与松开两个动作，因此其动作主要分为：夹紧，保压，松开。其运动时序图如图 2.2 所示。图 2.3 液压缸负载- 位移图 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）72.2.1 液压尾座顶针液压回路为了实现尾座的这些过程，设计如图 2.3 所示，液压系统原理图，该液压回路主要有：液压缸，电磁阀，调速阀，单向阀，溢流阀等组成，下面将分别对其进行说明。夹紧：加紧的过程是卡爪缓缓移动，将零件卡住，为了避免大的碰撞，对工件以及机床本身造成伤害，因此加紧的速度应十分缓慢。保压：保压是零件正处于加工中，这时卡盘压力系统的稳定性因足够的好。松开：松开是零件加工完后，将零件卸下，这时尾座应该先快速的松开，这样才能提高生产效率，因此尾座松开时的速度应该比较快。为了实现快速的加紧与慢慢的松开两种功能，因此在回路中采用了调速阀，以及增速回路，先接受缓慢加紧的回路：当电磁发工作位在左边时，这时，单向阀截至，不能通过，回路只能从调速阀过，因此油缸的速度将是比较慢的。当电磁阀位于右边工位时，这时系统构成一个增速回路，实现尾座的快速缩回。同时在油路还设有溢流阀，主要设置油路的最高工作范围，防止超负荷运行，保证工人，机器的安全。2.2.2 液压卡盘加紧液压回路当卡盘卡紧工件时，这时加紧油缸需要运动，通过拉杆拉紧楔形卡盘加紧工件。其动作比较简单，只需实现加紧和快速松开两个功能，因此为了实现这个设计液压回路如图 2.4 所示。液压油缸加紧：当加紧工件时，油缸控制电磁阀将处于左边工作位，通过调速阀，油缸将缓慢的伸出，将工件夹紧。液压油缸缩回：当零件加工完，需要拆下零件时，这时夹紧油缸电磁阀处于右边工作位，油缸将快速缩回，松开工件。这样，液压缸就能进行完整的工作，为卡盘提供加紧工件的动力，顺利的保压给工件提供相应的稳定压力，安全稳定的进行相关生产，当工件完成加工后，卡盘又能快速的退回，提高工作效率，让生产安全顺利的进行下去。 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）81.液压缸 2.调速阀 3.单向阀 4.电磁阀 5.溢流阀 6.液压泵 7.油箱图 2.4 原理图3 卡盘液压系统设计93 卡盘液压系统设计前面章节已经设计好液压卡盘的控制回路，本章将从计算方面来设计液压缸，以及液压泵的设计。3.1 液压系统压力液压缸工作压力主要根据运动循环各阶段中的最大总负载力来确定，此外，还需要考虑以下因素： (1)各类设备的不同特点和使用场合,如表 3.1 所示。 (2)考虑经济和重量因素，压力选得低，则元件尺寸大，重量重；压力选得高一些，则元件尺寸小，重量轻，但对元件的制造精度，密封性能要求高，如表 3.2 所示。 所以，液压缸的工作压力的选择有两种方式：一是根据机械类型选；二是根据切削负载选。表3.1 负载与工作压力的关系表负载 F/kN 50工作压力p/Mpa 57表3.2 机械类型与工作压力的关系表机床类型 磨床 车床铣床 龙门刨床 拉床 组合机床工作压力p/Mpa 2 24 8 810 35根据表 3.1 与 3.2，选定液压缸卡盘的工作压力为：2Mpa。3.2 卡盘油缸的计算液压卡盘工作要求：主要技术参数：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 Ra1.6-3.2m。3.2.1 卡盘加紧力如图 3.1 所示。顶针在受到外力主要来自于两部分：第一部分，来自与工件的自重在轴向产生的轴向分力；第二部分，来自与工件在切削时，刀具对工件产生一个切削力，这个切削力将会在轴向产生一个分力。因此卡盘受到外力应该是这两个分力之和。西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）10图 3.1 卡盘受力图（1） 加紧力作用方向应使所需加紧力最小，这样可使机构轻便、紧凑，工件变形小，对手动加紧可减轻工人劳动强度。图 3.2 表示加紧力 与切削力 、qFz工件自重 G 之间的关系，图 3.2 所需加紧力 +GqFz图3.2 工件受力分析图其中 G 为工件重力，取最大加工工件的重量, 其直径为 400mm，长度为350mm，代入公式得 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）11NlDG315.0784.013108.74232 表 3.3 常见的工件材料的单位切削力 Kc 值工件材料 HB 硬度 材质粗略分类 Kc（ ）2/m110 C450 硬化、调质 4500（2） 切削力的计算根据本文设计要求：要技术参数：数控车床的切削用量 ；rmf/3.01切削速度为 。由于切削量越大，切削速度越大，其切削力越min/805v大，因此取切量为 0.3mm/r,切削速度为 80m/min 的切削力，材料为不锈钢。根据表 3.314所示常见的工件材料的单位切削力 Kc 值。车刀选择硬质合金， 为 1433，切削用量为 =4mm，f =0.32m/s，v=1.3m/s,由zFcpa表可知 =1 zFk带入公式可得NkvfazFzFxnypZ 6.2341.32.041c 507.1 +G=2344.6+3428.8=5773.4N Q3.2.2 液压油缸计算由前面计算可得拉杆的轴向拉力为 ，因此液压油缸需要克服这一573.4N轴向力，因此，液压油缸的外作用力为 ,根表据 3.1 与 3.2，取卡盘QF液压系统加紧时的压力为 2 ，背压取 0.5 。MPaPa则液压油缸的内径为：1243.()QDp西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）12（3.1） 其中 D:油缸内径；：输出力；QF：液压系统输出压力；1p：液压系统背压；2将以上数据带入公式可得，液压油缸的直径为： 4573.0.1(2)Dm圆整选取液压油缸的 ， 。m80)7.d得出活塞杆直接 。d5如在计算液压缸尺寸时需要考虑背压，可初定参考数值，回路确定之后再修改，参考背压值见表 3.413所示。表 3.4 液压缸背压参考系统类型 背压 )10(52Pap回油路上有节流阀的调速系统 2-5回油路上有调速阀的调速系统 5-8回油路上装有背压阀 5-15带补油泵的闭式回路 8-153.3 液压泵的设计液压泵是液压系统中的动力装置，也是能量转换元件，起着向系统提供动力源的作用。原动机驱动偏心轮 1 旋转时，柱塞 2 将做往复运动。使密封容积a 的大小发生周期性的交替变化。当 a 由小变大就行程部分真空，油箱中的油液在大气压作用下，经吸油管顶开单向阀 6 进入邮箱 a 而实现吸油；当 a 有大变小时，a 中吸满的油液将顶开单向阀 5 流入系统而实现压油。原动机驱动偏心轮不断旋转，液压泵就不断地吸油和压油，这样液压泵就将原动机输入的机械能转换成液体的压力能输出。原理图如图 3.3 所示。液压泵为整个液压系统提供动力，能使液压缸稳定安全的工作，是整个液压系统中的最根本装置。3.3.1 液压泵工作压力的确定 液压泵的工作压力 p 是液压泵实际工作时的输出压力称为工作压力。工作压力的大小取决与外负载的大小和排油管路上的压力损失，而与液压泵的流量西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）13无关。 液压泵工作压力计算公式：（3.2） pp1是液压执行元件的最高工作压力，对于本系统，工作压力为 2MPa；取 1.51p安全系数， 。MPa3是泵到执行元件间总的管路压力损失。由系统图可见，从泵到增压缸之间取 。 具体压力损失见表 3.57所示。8.0表 3.5 液压系统元件压力损失表元件名称 额定压力损失 )10/(5Papn单向阀 .3电磁阀调速阀 5液压泵工作压力为 MPap8.3).03(当系统压力 p21 ,选用柱塞泵。 MPa3.3.2 液压泵流量的确定 因为液压泵的流量由 得出， 由工况图看出，系统最大流量)(maxqKp发生在加紧油缸工作顶紧过程中，根据车床的通常参数，通常情况下取活塞杆的最大速度为 v2m/s。vDQ42max（3.3） 其中 D 为液压缸的直径，v 为液压的速度sL/0.124max取泄漏系数 K 为 1.2，求得液压泵流量 sqp/.in)/7(液压泵一般分为齿轮泵，叶片泵，柱塞泵。齿轮泵由于油压变化比较大，不适合作为精密仪器供给留量，柱塞泵通常用于高压系统，根据本文实际要求：一般油压系统，且系统工作精度高，因此本系统选择叶片泵，为了提高液压系统的寿命，选用双作用式。根据液压泵的选型手册，确定液压泵的型号为YYB-BCl71/48B 型双作用叶片泵，当压力为 时，泵流量为 。MPa3min/108L西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）14双作用式叶片泵的组成同单作用式叶片泵一样。它分别有两个吸油口和两个压油口。定子 1 和转子 2 的中心重合，定子内表面近似于长径为 R、短径为r 的椭圆形，并有两对均布的配油窗口。两个相对的窗口连通后分别接近、出油口，构成两个吸油口和两个压油口。转子每转一周，每个密封工作空间完成考两次吸油和压油。其工作原理如图 3.4 所示。表 3.6 各种泵的性能参数比较一般来说。各种类型的液压泵由于其结构原理，运转方式和性能特点各有不同，因此应根据不同的使用场合选择合适的液压泵。一般在负载小、功率小的机械设备中，选择齿轮泵、双作用叶片泵；精度较高的机械设备（如磨床）选择螺杆泵、双作用叶片泵；对于负载较大，并有快速和慢速工作的机械设备（如组合齿轮泵单作用式叶片泵双作用式叶片泵轴向柱塞泵 径向柱塞泵压力范围/(MPa) 2-21 2.5-6.3 6.3-21 21-40 10-20排量范围/(mL/r) 0.3-650 1-320 0.5-480 0.2-3600 20-720转速范围/(r/min) 300-7000 500-2000 500-4000 600-6000 700-1800容积效率（%） 70-95 85-92 80-94 88-93 80-90总效率（%） 63-87 71-85 65-82 81-88 81-83流量脉动（%） 1-27功率质量比/(kW/kg)中 小 中中大小噪声 稍高 中 中 大 中耐污能力 中等 中 中 大 中价格 最低 中 中低 高 高西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）151.定子 2.转子 3.叶片图 3.4 双作用式叶片泵的工作原理图机床）选择限压式变量叶片泵；对于负载大、功率大的设备（如龙门刨床、拉床等）选择柱塞泵；一般不太重要的液压系统（机床辅助装置中的送料、夹紧等）选择齿轮泵。各类液压泵的性能参数与比较见表 3.67所示。对于液压泵的选取具有一定的参考。3.3.3 电动机功率的确定液压卡盘系统的压力和流量都是变化的，所需功率变化较大。小泵供油压力为 3.8 ，其流量 q=108 ,取泵的总效率 0.8，泵的总驱动p压 MPamin/L功率为：(3.4) qP压 力功 率 其中 p 为液压系统的压力，其最大压力为 3.8Mpa，q 为泵的流量为，q=108L/min，n 为系统效率，带入公式得： kwqP51.038.013压 力功 率考虑加紧过程时间短，不过 3s，而电动机一般允许短时间超载 25%，这样电动机功率还可降低一些, 。验算其他工况时，液W4.2/5.压泵的驱动功率均小于或近于此值。查产品样本，选用 的电动机。k5.03.4 液压元件的选择3.4.1 油管及管接头液压系统中的油管，主要分金属钢管和耐压软管，一般使用硬管，它比软管安全可靠，而且经济。软管则通常用于两个有相对运动的部件之间的连接。所以本系统选用钢管。钢管，分为无缝钢管和焊接钢管两大类。压力大于 2.5MPa 的场合可用无缝钢管，压力小于 2.5MPa 的场合用焊接钢管，钢管的特点是耐高压，变形小，耐油性、抗腐蚀性比较好，价格较低，弯曲与装配比较困难。综上所述，本液压系统最大压力 3.8MPa，所以选用无缝钢管。管接头是油管与油管、油管与液压元件之间的连接件，它与满足连接牢固、密封可靠，装配方便、工艺性好、外形尺大小、通油能力强等性能要求，特别西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）16是管接头的密封性能是影响系统外泄的重要原因。常用管接头的性能特点比较如表 3.715所示。表 3.7 常用管接头的性能特点比较类型 特点 应用 许用压力/MPa扩口式管接头 结构简单，造价低适用于铜管、薄壁钢管、尼龙管和塑料管的链接10p焊接式管接头结构简单、制造方便、耐高压和振动、密封性能好适用于厚壁钢管的链接 32卡套式管接头不用密封件、工作可靠，拆卸方便，抗振性好，应用广泛应用场合广泛 p扣压式管接头连接软管用，需要在专用设备上扣押而成适用于软管链接 10快换管接头不需要任何工具就能实现迅速连接和断开用于经常拆装的液压管路p表 3.8 过滤度推荐值综上所述，液压系统压力为 3.8MPa，选用的是无缝钢管，因此管接头选用扩口式管接头。3.4.2 过滤器的选择在液压系统中，由于系统内污染物的形成或外界污染物的侵入，液压油中难免会存在各种污染物，油液的污染能加速液压元件的磨损，卡死阀芯，堵塞工作间隙和小孔，使元件失效，导致液压系统不能正常工作，据统计，约 75%的故障和液压油的污染有关，因此必须对油液中的杂质和污染物进行清理，目前，控制液压油的清洁程度的最有效的方法就是采用过滤器。过滤器按过滤精度可分为四级：粗过滤器 普通过滤器 系统类型 润滑系统 传动系统 伺服系统压力 p/ MPa5.201421p21过滤精度/ m2
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