数控车床液压尾座设计【13张图/19000字】【优秀机械毕业设计论文】
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数控车床
液压
设计
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机械
毕业设计
论文
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文档包括:
说明书一份，36页，19000字左右。
外文翻译一份。
图纸共13张，如下所示
A0-数控车床总装图.dwg
A1-液压尾座液压泵站总图.dwg
A1-液压缸总装配图.dwg
A2-导向套.dwg
A2-缸体.dwg
A2-缸筒.dwg
A3-支承盘.dwg
A3-活塞杆.dwg
A3-缸底.dwg
A4-半圆盘.dwg
A4-底盘.dwg
A4-接头.dwg
A4-盖板.dwg
数控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
The design of CNC machine Tailstock Hydraulic system
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
- 内容简介：
-
40 40 1, 1989)In of a a by a 6 of 0)x 10; , of in 75N)f be 9).(10) ,124 0 4 8(a). 1001100(b)5 F 0,40)(a)150190. ,000.!27120i:.,00k:400 2000 260Q 320010 150 190e(l:(b)(a) 00 b) 600 10,11, we of in is to in 2 a of at 450 It at at of to As we be be to at 00 600 It is as is of 00 /lm 00 a of 0/lm as as 8. As to a 3, by It a 3 is 00 , 10, 11 by 00It 0, 11 600 450As to of . by a 100an a An at of in to to 00 1 1 0 135e ()10.(; ,.,.,6000 45 90 135 e()11 450801800 135)45 90 135.,0.,20009 00 00 .,45 90 135 180)(h)45 90 135 180)(a)16001200B 8004001200800 f400o _.O:C:=.:;.;.0 135e (! .,c5.0._.80. 1200800.,5 90 135)10 600F 47a 6 of in by be of it is to HC a C. A., 1987, , 109. 1989, 357 - P. G., 1987, on o. 8?F., 1982, of ,105, R. W., 1976, H. H., 1976, of ), 33, K., A. H., A o. T., 1979. A 分析和实验 输出式凸轮阀系统 的 液压挺杆 1989 年 9 月 11 日） 在本文中，跟随型凸轮式阀系统采用了液压挺杆的运动分析和实验研究研究。首先，为每个相应的凸轮角度 和 凸轮与从动件之间的接触点， 做 精确的运动分析。 6 自由度 J 弹簧 阻尼器模型构建模拟阀动作解析。构建模型时，大多数参数 已 确定。但一些值，这是很难派生 的 ,如阻尼系数的实验测定与工程 参数 。为了显示的效果分析模型，预测凸轮阀动作，直接比较，测得的气门和挺杆运动 。 关键词：指跟随（ W 滚子从动件），顶置凸轮轴（ 凸轮阀门系统，跳跃，弹跳 E：在挺杆油腔的等效截面积， 效阻尼系数阀 阀座 尼系数， M C， F， 效阻尼系数接触 C， P：挺杆： m 的等效阻尼系数 0：基本的自然频率，气门弹簧，赫兹 H：汽缸和活塞，毫米之间的空隙。 . 2 的等效刚度系数 K.：刚度挺杆， N / m 的弹簧软 K， F， 触的等效刚度系数 L：柱塞长度， 杆臂，力 Ff“毫米 米力 杆臂 跟随质量， T：相当于挺杆质量， V：相当的阀门质量， 1 简介 设计凸轮的气门传动装置的内部燃烧引擎，有很多事情要考虑，如阀面积，峰 值 的凸轮加速，正确的凸轮 运行 角度，由于增加的速度斜坡内燃机，凸轮阀的动态效果系统变得更重要。最近，一些研究聚焦的动态效果上的凸轮气门系统已经完成。秋叶等（ 1981）构建了一个自由度模型来分析 置气门）式凸轮气门系统，并研究了系统运动的动态效 果。 1989 年）试图来分析同一个类型的阀门集中质量的动态模型，并设计了一个系统最佳的凸轮形状考虑动态 模型 。皮萨诺和弗罗丹斯顿（ 1982）开发了一个动态模型的高速度阀系统能够预测既有正常系统响应以 非正常系统 的跳跃。 目前 几乎 出现 集中在高速凸轮系统的研究系统上具有恒定的摇杆臂比和阀 体的 分离现象。特别是凸轮的分析系统 与 液压挺杆 的关系 一直没有彻底研究。在这项工作中，一个顶置凸轮轴凸轮的气门液压挺杆和 从动件的分析 ，解析与分析集中质量模型 的疑难 和验证了其可靠性。这项工作中所用的凸轮 从动 系统是具有复杂的 动态液压挺杆和非线性不同摇臂比率 的 。 从摇臂比值偏离高达 34的基线值和凸轮之间的接触跟随移动。 从动件 的摆动不支持在一个固定的点 摆动 ，但 可以 在一个顶部安装垂直移动的支点的液压挺杆 下摆动 。液压挺杆的主要作用是消除气门间隙， 排除 气门机构内的有害影响。但是在高工作速度区域，液压挺杆可以 让 一个不寻常的气门运动 恢复正常 。因此，液压挺杆的特性，必须考虑 其 在配气机构的动态模型 中的地位 。研究的 主要目标 类似 统 ，它 是由陈和皮萨诺（ 1987 年）建立 的 六自由度模型考虑平移和旋转运动的跟随 型 阀门。 遗憾的是 他们用一个简单的单自 由度模型的液压挺杆 作为分析对象 。他们只注重分析工作，并没有试图验证实验的结果 2 阀门建模 凸轮气门实际的整体形状是 如图 为了准确地描述阀运动，阀 为 6个 自由度。阀的开闭运动 压挺杆平移运动 Y， 跟随平移和旋转运动 Y 和8，和两个额外程度的自由 表气门弹簧平移运动。采取气门弹簧 原因 是考虑气门弹簧激增的现象。它是已知的的阀簧影响阀动作 之一 ，尤其是在运行速度是很高的 时候 。由于凸轮轴可视为刚性 的 和固定在其轴承上，其动态特性在模型中被忽略 ， 建模过程的细节解释如下。 图 1 结构示意图 络点建模 如图 1 中所示 ，跟随型凸轮气门有 4 个气门传动 的 部件之间的接触点。那些是从动件 和挺杆之间 的联系 ， 凸轮 从动和阀的阀座和阀。阀座的接触 点 与 其他接触件 发生周期性的 运动 ，不同 接触件 应该保持 其自身的运动方式 。阀座刚度（ 阻尼（ 的均取自以前发表的文献（陈和皮萨诺， 1987）上 ， 另一方面，相当于阻尼和刚度系数在其他的接触点进行了预测接触理论利用形状系数，弹性模量 。 设适当的范围内的接触的力量，相应 于 接触刚度计算 中的 接触理论。然后，等效刚度在每个接触点的最小误差曲线 中 获 得的接触刚度（ 青年，1976 年）。它假定挺杆和从动件之间的接触是凸轮和跟随器两个领域之间的内在联系 相当于互相 接触的两个气缸，从动件和阀之间是在一个平面上的气缸的接触。在每个接触点的阻尼系数假设为 界阻尼系数（ 用式（ I）的计算。 M，和 当于群众每个接触的部件。它假定每个接触组件的等效质量（ M，和 连接由一个弹簧和一个阻尼器连接。 在每个接触从动件的等效质量（ 点，可以得到由式（ 2）考虑到跟随器的转动惯量。 跟随同等质量和 同等 距离之间的的 从动件 质量 中心和每个相应的联系点。在接触点的等效质量的凸轮轴点估计到无穷大的，它是刚性的，固定在其轴承 上 。相当于群众的挺杆和阀在其他的接触点 M，和 图 2 使用的模型 门弹簧建模 为了考虑阀弹簧缓冲效果，该阀弹簧建模与 式 2（ M， 一些假设的阀簧建模。这些是：（ 1）对称性（ K.， C），（ 2）等效的静态刚度和基本的自然频率与模型模型和实际之间 具有 固有 的 频率系统，（ 3）适当的阻尼假设。由于考虑到气门弹簧夹紧，夹紧边界条件，次级自然频率阀春时的基本春天的两倍自然频率。所有的上述假设给 出： 弹 簧刚度和固有频率的使用阀弹簧假定比例为 4的粘性阻尼。 压挺杆建模 图 3 所 示液压挺杆的横截面 示意图 。油通过入口进入和填充中央挺杆柱塞腔。当柱塞向下移动 时 单向阀被关闭，油从油室通过狭窄的活塞和汽缸之间的间隙产生出的 阻尼力。在下一步骤中，当柱塞向上移动，由于内部的弹簧定位腔室，所述单向阀被 油 打开，油重新填充 阀 室。液压挺杆 的变化如 简化图 3 所示， 右侧等效刚度的挺杆被 假设 估计，所流体是完全以压缩 的形式 流过径向间隙。 关系 式： 其中， E 是体积弹性模量，他的长度是压缩的油室， 柱塞面积。另一方面 ，等效阻尼 系数 证明 油是完全不可压缩的。它认为过多的油脂因柱塞运动完全通过流动的径向间隙。然后等效阻尼值可以预测理论流体力学。它是已知的阻尼系数柱塞运动的方向变化。这些 得出 其中 油的粘性系数， L 是柱塞长度， 塞的半径， h 为间隙缸和柱塞。所有挺杆尺寸和性能列于表 1 中。方程（ 4， 5），来自上述两种极端的情形。一为 假设完全压缩，和另一种是完全不可压缩 的 。但在实际情况中，由于阻力（ ，柱塞运动将被放置在中间的某个地方两个值（ 萨诸塞州， 1987）。 于是 于推出了两款系数 a 和 P（ O A I， OP 1），阻力可建模为式（ 6）。 其中， a 和 p 可以通过比较模型确定模拟结果与实验测得的记录 。 量和转动惯量建模 阀，柱塞挺杆，和 从动件 质量（ 和 接测量。从动件的转动惯量如果考虑其几何形状 必须 经过精心计算。所有用过的质量 ， 刚度和阻尼值进行了总结于表 2。 图 3 液压挺杆和简单的操作图 。 表 1 挺杆的尺寸和性能 和表 2 使用的模型参数 3 分析 手指跟随型 轮气门系统的特征在于与不同的凸轮轴摇臂比旋转。所以搜索确切的运动学分析联络点凸轮与从动件之间是不可避免的，做动态分析。 动学分析 凸轮和从动接触 时 ，挺杆被认为是固定的点。结果发现，挺杆运动时接触点的影响是可以忽略不计。挺杆运动，这是在大多数 米）。就足够 小了 ，可以忽略不计不同凸轮升程的幅度。当凸轮给出的数据是与所需的实际的凸轮形状的凸轮升程 时 （ S），（ X， Y），接触与平坦的跟随，可以得到由式（ 7）的基准摇臂比为 波动范围摇杆在循环过程中，臂比从 等。 其中， 凸轮基圆。 0 是凸轮角， S 是平面从动位移，且 X 和 Y 指定的凸轮形状。增量可以计算出三条曲线间的平面从动位移，当凸轮的形状 （ X. Y），凸轮和从动件之间的接触点，可以 进行 运动学分析。图 4 所示的想法 是 如何找到联系点的 顺序 。首先，旋转的 从动件 围绕一个固定的凸轮。然后再找出轨迹跟随中心（ 。搜索每个跟随的联络点旋转角度（ ， 使用原则的接触点的连接线的 凸轮中心（ A）和跟随中心（任何点位点 ， 交叉对应的凸轮角度的切线。然后 迹可以通过以下来确定旋转接触点 下 落 后 可能相应凸轮角（ 8e）的。的运动学尺寸图。 4 给出于表 3。瞬时摇臂比的计算方法除以与手指跟随器的总长度枢转点和凸轮和之间的水平距离为每个相应的凸轮从动接触点角 度。得到的接触点轨迹和相应的波动摇臂比本研究示于图中。图 5（ a），（ b）所示。 图 4 滚子从动件的运动学分析 图 5 接触点轨迹和波动摇臂比 力学分析 根据 凸轮形状，操作速度和从动件的形状的 运动规律， 运动方程可以很容易地构造。在计算过程中的接触点，所有尺寸的 L 杆和 跟随质心之间的距离），之间，和 L 的（阀和从动质量中心之间的距离 ， L u 和 3 中给出的是恒定的。 算的 是 瞬时接触点。影响波动的气门摇臂比动力学表示通过 变。 所以 方程的运动可以被构造为 其中 气门弹簧的预压 缩力（在本研究中， 275N）的接触迫使 Ff 的以被确定为式（ 9）。 由于研究式（ 8， 9），被耦合所有方程 是 非线性的。因此，数值积分方法（在本研究中龙格 - 库塔法），让所有的组件运动。由于计算的运动方程，分离在阀的现象，如跳跃，可以在每次实例检查 得到 。该分离可以被检测通过检查的接触力。标准判断在每一个接触点的跳跃现象是如下所示， 不明原因发热， 在每一个初次接触力联系点。在计算凸轮阀动作，分离的每次实例 的 标准进行了测试。上述标准是较为满意，则接触力变为零，并且我们可以判断发生分离之间的相应的组件。 表 3 运动尺寸 图 6 实验装置 4 实验 为了证明模型模拟的有效性，实验工作已经完成， 且 相互比较。图 6 示出 的是 实验装置。虽然 凸轮配气机构主要由一个 100 千瓦 机，阀门位移和液压挺杆运动同时测量。阀位移测量 的 选择如下（非接触式光学位移测定装置），和挺杆运动测量间隙传感器。的编码器被放置在凸轮轴的一端，所测量的信号的平均值。特别注意消除循环发动机油所引起的问题。所有的测量进行改变凸轮轴的运行速度从 600 转上升 至 2450 转 。 5 讨论 图 7 比较了测量和模拟的挺杆凸轮轴转速 900 每分钟 1600 转的 下落过程 。图 8 显示测得的最大挺杆 下落条件 。这是众所周知，液压挺杆被硬化的速度凸轮轴增加。最大压缩液压挺杆大约是每分钟 800 转， 100/ 近限制的约 60/000 转，如示于图 8。如前所述，在测量挺杆的运动来确定确定柱塞拖力，通过最小二乘法拟合曲线之间的测量和分析记录。结果发现，加权参数随操作速度。例如， a 和 图 3 其中 ，凸轮轴是由 900 转，但值分别改 变为 的运行速度提高到 1600 9，图 10，图11 示出的测量和模拟阀位移和速度。阀速度通过不同的测量阀位移记录。图 9比较了测量和分析的阀运动时，凸轮轴驱动 600 转 。它可以是说，该模型不仅可以模拟峰值阀位移也相当精确的凸轮的角度。图 10，图 11 显示的分析 的是 测量凸轮轴的速度是每分钟 1600 转 2450 （一）凸轮轴转速 900 转（ 二 ）凸轮轴转速 1600 转 图 7 挺杆下落分析 图 8 最大挺杆 下落 与凸轮轴转速 9， 10,11，我们可以得出这样的结论： 6 自由度集中质量模型 用于这项工作是相当可靠的预测阀运动，即使在高运行速度 情况下也适用 。图 12 显示了一个示例，在所有接触的接触力点时的运行速度是 2450 转。它可以观察到，在第一峰值位置的接触力减少，并在所述第二峰值位置突出与恒定摇臂比凸轮值相比摇臂比的系统。由于检查接触力的记录，我们可以很容易地预测最可能的领域和相应的凸轮角不必要的阀分离可以发生。实验验证模型可扩展不只预测的最大操作速度也阀 气门和凸轮形状。 图 9 阀门的位移和速度（凸轮轴转速 600 转） 图 10 阀的位移和速度（ 凸轮 转速 1600 转 ) ） 图 11 阀的位移 和速度（ 凸轮 转速 2450 转 ) （一） 挺杆和从动件的关系 （二）凸轮与从动件 的关系 （ 三 ）在阀和 从动件的关系 图 12 接触力模拟（凸轮轴转速 2450 转 ） 6 结论 在这项工作中，一个 6 自由度集中质量模型构建和有效性实验验证。变摇臂比有效地纳入动态模型的运动学分析和其效果从仿真结果可以观察到接触力。为支点的 液压 挺杆模型，构建了 挺杆 的摆动 以及 从动结束 的 实验数据。因此，人们发现，所构建的数值模型是相当有效的预测 动作。 致谢 这项研究是由韩国大宇汽车公司通过 业联盟项目。 参考文献： 陈， A.， 1987 年，“动态模型的波动摇臂比 统“， ，机械式。在设计自动化。 全度妍， 园， 园， 1989 年，“最佳凸轮轮廓曲线设计 实验力学，第 357 - 363。 G.， 1987 年，“液压的影响气门间隙调节器动态特性的阀门 列车“， 术论文 8 号 0086。 皮萨诺， 弗罗丹斯顿， F.， 1982 年，“实验动态响应的调查和分析高速凸轮随动系统。第 1 部分和第 2 部分 “， ，机械。反式脂肪。设计，自动化。 105有 W.， 1976 年，“应力公式 麦格劳 - 希尔。酒井， 的， H.， 1976，“分析阀动作，在顶置气门之间的联系气门弹簧浪涌的角色阀动作“， 程学院， 东京大学的（ B）中，卷 33，第 4 期 叶， K.，清水，和酒井， H.，“全面的电梯模拟：离子高速驱动阀列车“， 术文件编号 810865。 I 本科毕业设计（论文） 题目：数控车床尾座套筒液压装置设计 系 别 机电信息系 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 姓 名 学 号 导 师 2013 年 4 月 27 日 控车床 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 he NC o I NC of is of of of by is in a to a he in NC in is in of to in NC to of by of in 录 1 绪论 . 1 究背景和意义 . 1 压传动介绍 . 1 内外数控机床的发展现状 . 2 外数控机床发展现状 . 2 内数控机床发展现状 . 3 文研究对象 . 4 2 液压尾座液压传动总体设计 . 5 座简介 . 5 路设计 . 5 压尾座顶针液压回路 . 6 压尾座顶针 夹 紧液压回路 . 7 3 尾座部分的设计 . 9 压系统压力 . 9 针油缸的计算 . 9 针轴向力 . 9 压油缸计算 . 10 压泵的设计 . 12 压泵工作压力的 确定 . 13 压泵流量的确定 . 错误 !未定义书签。 动机功率的确定 . 错误 !未定义书签。 压元件的选择 . 16 管及管接头 . 16 滤器的选择 . 16 箱的选择 . 17 箱容积的确定 . 17 压系统的性能验算 . 18 压系统压力损失计算 . 18 压系统发热温升的验算 . 19 液压尾座结构设计 . 21 压尾座箱体设计 . 21 座顶尖的设计 . 21 座主轴的设计 . 21 座导轨的设计 . 22 座孔系设计 . 23 筒与尾座体的配合 . 24 筒与顶尖、尾座活塞轴的配合 . 24 和键的设计 . 24 5 尾座精度的设计 . 26 面粗糙度的确定 . 26 座与机床形位公差的确定 . 26 面及立导向面形位公差的确定 . 26 结 论 . 28 参考文献 . 28 致 谢 . 错误 !未定义书签。 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 绪论 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（ 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。 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毕业设计（论文） 2 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。 内外数控机床的发展现状 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 的批量生产中发毕业设计（论文） 3 挥 了良好的经济效果。 数控（英文名字： 称 :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 (，简称外一般都称为 少再用 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 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。 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 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 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毕业设计（论文） 4 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 准、日本 准、国际标准 准、国标 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 准 .、统计法 ),就是一台高精度机床，在 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。 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=r；切削速度为 v=50大车削工件直 径 400大加工长度 350削粗糙度为 2 液压尾座液压传动总体设计 5 2 液压尾座液压传动总体设计 尾座是车床的重要部件，其作用是固定轴类零件，当加工轴类零件时，除用卡盘外，还需要尾座将其加紧，同时具有辅助支撑和夹紧的功能。本文设计的尾座采用的是整体式结构，整体式结构尾座由尾座体、套筒、芯轴结构、套筒液压测力装置、尾座和套筒移动机构、尾座和套筒夹紧与放松结构及液压装置等组成，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 设计对整个尾座来说，非常重要，因此液压系统的设计十分关键。 座简介 （ 1）机床采用标准液压尾座，尾座套筒可编程控制，尾座体移动通过销轴由托板带动。根据用户需求也可提供可程控尾座、内置旋转活络顶尖等（特殊配置）。尾座单元安装在床身导轨上，可沿导轨纵向调整其位置。它的功用是用顶尖支承长工件，也可以安装钻头、铰刀等孔加工刀具进行孔加工。 （ 2）尾座应具有足够的净刚度和较高的刚度 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 压尾座组成 毕业设计（论文） 6 路设计 液压尾座主要由两部分组成，顶针部分，加紧部分。顶针部分是将轴顶紧；加紧部分：当顶针已经到工作状态时，这时需要加紧机构将其加紧，保证零件装夹的精度，进而保证加工精度 ， 其组成如图 示 。尾座顶针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 示。 图 压缸运动时序 图 压尾座顶针液压回路 为了实现尾座的这些过程，设计如图 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：加紧的过程是尾座缓缓移动，将零件顶住，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，这时尾座压力系统的稳定性因足够的好，这样才能保证零件的位置没有便宜，这样零件的精度才会比较高。 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中功能，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。 毕业设计（论文） 7 图 理图 压尾座顶针加紧液压回路 当顶针顶住工件时，这时加紧油缸需要运动，并将顶针加紧。其动作比较简单，只需实现，工步顶紧，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 示 。 液压油缸加紧：当顶针顶针轴后，加紧油缸控制电磁阀将处于左边工作为，通过 调速阀 ，油缸将缓慢的伸出，将顶针夹紧。 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，松开顶针。 这样，液压缸就能进行完整的工作，为尾座提供顶紧工件的动力，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，顶尖又能快速的退回，提高工作效率，让生产安全顺利的进行下去。 毕业设计（论文） 8 图 针夹紧油缸回路 3 尾座液压系统设计 9 3 尾座液压系统设计 前面章节已经设计好液压尾座的控制回路，本章将从计算方面来设计液压缸的，以及液压泵的设计。液压缸的设计主要分为顶针油缸，顶针夹紧油缸。 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 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 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 载与工作压力的关系表 负载 F/0 工作压力p/ 7 表 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/2 2 4 8 8 10 3 5 根据表 定液压尾座的工作 压力 为： 2 针油缸的计算 液压尾座工作要求：主要技术参数：数控车床的切削用量 f=r；切削速度为v=50最大车削工件直径 400最大加工长度 350 顶针轴向力 尾座顶针如图 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。因此顶针收到外力应该是这两个分力之和。 毕业设计（论文） 10 图 针示意图 （ 1） 工件重力产生的分力 根据工件最大长度和最大旋转外径假设工件最大重量，顶尖和三爪卡盘支撑工件可简化为简支梁，如图 示。 图 座顶尖受力分析图 因此尾座负重 )2/1 （ 3 其中 G 为工件重力，取最大加工工件的重量 ,其直径为 400度为 350入公式得 a 为顶针与工件之间的夹角，取 60o。 带入公式得： 0c o t(2 33311 （ 2） 切削力的计算 毕业设计（论文） 11 根据本文设计要求：要技术参数：数控车床的切削用量 ；切削速度为 050 。由于切削量越大，切削速度越大，其切削力越大，r,切削速度为 80m/切削力，材料为不锈钢。根据表 4所示 常见的工件材料的单位切削力 。 表 见的工件材料的单位切削力 工件材料 度 材质粗略分类 ） 非合金钢类 110 化、调质 4500 根据公式 (3其中 单位切削力，由表 为 2453 2/ 表 将上面参数带入公式 3得切削力 2453 切削力将会在轴向上产生一个轴向分力，这个就是尾座需要克服的反作用力，根据根据金属切削原理与刀具切削时产生的轴向分力 F ( （ 3 为了安全，取 为了满足加工后的工件的精度要求，在工件重量较大和切削力较大的情况下机床不发生共振，取轴向力 F 。 因此尾座需要克服的最大反作用力为： 压油缸计算 由前面计算可得尾座最大轴向力为 因此尾座液压油缸需要克服这一轴向力，因此，液压油缸的外作用力为 ,根表据 尾座液压系统加紧时的压毕业设计（论文） 12 力为 2背压取 则液压油缸的内径为： )(z （ 3 其中 D:油缸内径； 输出力； 1p ：液压系统输出压力； 2p ：液压系统背压； 将以上数据带入公式可得，液压油缸的直径为： 544 元整选取液压油缸的 0 ， ) 得出活塞杆直接 0 。 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所示。 表 压缸背压参考 系统类型 背压 )10( 52 回油路上有节流阀的调速系统 2油路上有调速阀的调速系统 5油路上装有背压阀 5补油泵的闭式回路 8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 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。 毕业设计（论文） 13 图 柱塞液压泵的工作原理图 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
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