卧式重型数控车床液压系统设计

摘 要本文主要研究和设计内容是卧式重型数控车床液压系统设计。卧式重型数控车床是机械加工行业的主要设备之一，其工作过程大多采用液压控制，液压系统是卧式重型数控车床不可或缺的重要部分。本文通过查阅大量的有关于液压系统的相关文献，在了解车床运行时的液压系统特性之后，进行深入思考和探索，先明确了总体结构方案，确定并绘制了车床的总体结构简图，再结合车床具体参数进行主轴箱液压系统设计，尾台液压系统设计，确定了各液压元件的参数，再结合实际，为液压系统选择合理的供油方式。结合所需元件图绘制系统原理图。然后结合所算出的压力和流量情况，选用合理的液压元件，最后进行系统性能的验算，以确保系统达到要求。关键词：液压系统；数控车床；主轴箱液压系统IABSTRACTThe main research and design of this paper is the design of hydraulic system of horizontal heavy-duty CNC lathe. Horizontal heavy-duty CNC lathe is one of the main equipment in machining industry.In this paper, through consulting a large number of about the hydraulic system of the relevant literature, in understanding the lathe runtime characteristics of hydraulic system, an in-depth thinking and exploration, has been clear about the general structure plan, determine the general structure diagram and draw the lathe, and then combined with the specific parameters of lathe spindle box of the hydraulic system design, the tail of the hydraulic system design, determine the parameters of the hydraulic components, combining reality, to choose reasonable way of oil in the hydraulic system. Draw the system schematic diagram with the required component drawing. Then, combining with the calculated pressure and flow conditions, the reasonable hydraulic components are selected, and finally the system performance is checked to ensure the system meets the requirements.Key Words：The Hydraulic System; Numerical Control Lathe; Spindle Box Hydraulic System.55目录摘 要IABSTRACTII1 绪论31.1 我国机床的历史以及其现状31.2 卧式重型车床液压系统概述31.3 本文主要的研究内容和目标42. 卧式重型数控车床结构设计52.1 卧式重型数控车床简图和主要技术参数52.2 机床主要部件结构介绍52.3 加工过程72.4 卧式重型数控车床总结73. 卧式重型数控车床液压系统分析83.1卧式重型数控车床对液压系统的要求83.2 液压系统回路分析94. 卧式重型车床主轴箱液压系统设计104.1 主轴箱液压系统方案选择104.2 主轴箱液压系统设计计算104.3 液压元件明细表144.4主轴箱液压系统原理图154.5 主轴箱液压系统原理分析165. 卧式重型车床尾台液压系统设计175.1 液压系统设计计算175.2 液压元件明细表195.3 尾台液压原理图205.4 尾台液压系统原理分析216. 液压系统性能验算226.1 压力损失验算227.2 发热温升验算237. 结论24参 考 文 献25附录1：外文翻译26附录2：外文原文39致谢40卧式重型数控车床液压系统设计1 绪论 1.1 我国机床的历史以及其现状我国机床事业是从无到有，逐渐发展起来的。从1956 年开始自行设计、制造了机床并得到很大发展。如北京、上海、辽宁、山东、江苏等发展很快，西北、西南地区也又新的发展。国家又重点安排了一批工厂，如大连机床厂、常州机床厂、大河机床厂、长沙机床厂、上海第十机床厂等20 多个工厂生产机床通用部件，为全国各地机械加工部门用机床自己武装自己创造了非常有利的条件。许多工厂在大搞技术改造、设备更新、质量翻新的热潮中，制造了大量的机床及其自动线，成倍地提高了劳动生产率，保证了产量和质量，降低了成本。目前，我国大多数省、市、自治区都能设计并制造机床及其自动线，产量、质量和技术水平都在不断提高。用我国自行设计与制造的机床及其自动线武装起来的第二汽车制造厂，经投产后证明具有规模、效率高，具有较高的自动化程度特点物理从工艺方案和布局， 还是从加工精度和质量方面看，这些机床及机床自动线都已达到国际先进水平。卧式重型机床的发展趋势是首先广泛应用数控技术，国外主要的卧式重型机床生产厂家都有自己的系列化完整的数控卧式重型机床通用部件， 在卧式重型机床上不仅一般动力部件应用数控技术，而且夹具的转位或转角、换箱装置的自动分度与定位也都应用数控技术，从而进一步提高了卧式重型机床的工作可靠性和加工精度。其次发展综合自动化技术现代工业的大发展对自动化制造技术提出了许多新的需求，大批量生产的高效率， 要求制造系统不仅能完成一般的机械加工工序，而且能完成零件从毛坯进线到成品下线的全部工序。然后是发展综合高速切削技术，随着科学技术的发展，高速切削技术取得了显著的进步。高速、高效、复合是当今机械加工的发展趋势。实现高速切削的最关键技术是研究开发性能优良的高速切削机床， 自20 世纪80 年代中期以来，开发高速切削机床便成为国际机床工业技术发展的主流。机床工业是现代工业特别是现代制造业的基础，在国民经济中占有重要的战略地位。当今社会企业的发展壮大,都离不开创新，卧式重型机床行业企业一要开展科技攻关, 攻克当前行业企业技术发展上的难题。当今科学技术快速发展,传统的卧式重型机床已经落后,企业需要立足根本,重点把关,把企业科研能力当成重中之重,使企业的创新能力到达一个新的平台。1.2 卧式重型车床液压系统概述通过阅读文献我了解到了卧式重型数控车床的液压系统设计需要结构简单，体积小，重量轻，输出压力大，运动平稳可靠等要求。其主要元件有油箱，泵，阀，液压电机，操纵板等等。对于卧式重型数控车床的液压系统设计初步构想是：将该车床液压系统分为两个部分，这两个部分相互独立，分别为主轴箱和尾台液压系统，其工作方式为控制缸的运动，用于控制车床主轴箱的齿轮变速，以及起到润滑作用，和尾座套筒的伸缩及尾座体锁紧固定于床身上。液压技术作为实现现代传动与控制的关键基础技术之一，已成为工业机械、工程建设机械及国际尖端产品不可缺少的重要技术基础。它是向着自动化、高效率、高精度、高速度、轻量化、小型化方向发展的关键技术。世界工业发达国家都将液压工业列为竞争发展的行业，其发展速度远高于机械工业的发展速度。液压元件及其控制已发展成为综合的液压工程技术。1.3 本文主要的研究内容和目标卧式重型数控车床在当今的装备制造业已经占有了重要的地位，成为机械加工行业的主要设备之一，得到了越来越广泛的使用。卧式重型数控车床技术含量高，刚性强，精度稳定，高效节能，功率大，适用于强力或高速切削加工直径 较大的重型机械零件，如大型法兰、重型轴件和管件、各种阀门、汽轮机配件等等，广泛应用于风电、石油、化工、造纸、纺织、矿山、船舶、航空、橡胶、模具、汽车配件、加工如汽轮机转子、围带、发电机、水轮机转子、机器主轴、卷扬机等等机械制造加工业。 目前的社会都在向着机械化发展，大量的机械产品被应用到了很多的领域，随着工业技术的发展，卧式重型数控机床液压系统的应用也非常的广泛，尤其是在改造升级车间的自动化程度，大力发展制造业，更加显示出了这门技术的重要。对其应用我们从以前的懵懂变成了如今的了解，这使我们可以更加准确的使用它，从而发挥出它更多的价值来推动我们社会的发展。基于这样的大背景下，我认为完成卧式重型数控车床的液压系统具有很强的现实意义和理论价值，通过不断的深入学习，把所学过的各类知识通过这次论文写作，进行融会贯通，提高自己的知识水平，当然如果能为后人进行卧式重型数控车床的设计起到微不足道的贡献，那就更好了。2. 卧式重型数控车床结构设计2.1 卧式重型数控车床简图和主要技术参数图2.1 卧式数控车床简图为了高效快捷的加工各种超大型、大型回转体工件，卧式重型数控车床的设计势在必行，本车床由私服电机、主轴箱，X 轴/Z 轴进给机构、刀架、尾台、辅助支架、液压系统等部件组成。车床的简图见图2.1。主要技术参数最大切削长度：5000mm；最大切削直径：3000mm；最大加工工件直径：3000mm；主轴转速范围：1200（r/min）;X 轴行程：1250mm；Z 轴行程：5000mm；X 轴移动速度：5m/min；Z 轴快移速度：6m/min；负载F=25000N2.2 机床主要部件结构介绍2.2.1 床身为满足实际加工过程中大型加工件的重力支撑等力学因素，机床床身应具有较高的刚度，选用合理的内部构形来满足系统的刚度要求，导轨及复导轨面均采用低频淬火磨削工艺，淬硬层深3 4mm，硬度则在50 HRC 以上。导轨面应注意减轻低速爬行现象的发生带来的危害，所以在滑动导轨面处采用一些措施，如贴防爬行导轨板等工艺，使进给系统的摩擦阻尼系数和刚度等动态特性处于一个合适的状态，降低了低速爬行现象的发生的可能性。由于要加工大型工件，床身需要较高的定位精度，本机床床身采用多段接驳而成，连接处有螺栓及销钉，能够满足数控系统运行时所需的连接刚性和定位精度，做到定位可靠，连接稳固。2.2.2 主轴箱本机床的主轴箱采用私服电机直接驱动，其传动过程采用：主电动机皮带传动齿轮变速，这种传统的传动方式，并通过主轴箱液压系统来实现速度控制。该机床有2 档转速，第1 档转速为1 80 r /min，第2 档转速为3 250 r /min，每档内都均可实现无级变速。油缸总共有三个位置，每个位置上都有一个固定齿轮 ( 其中有1 个位置为空档，空档也就是手动档，空档时可手动转动卡盘)，从而实现了2级转速。主伺服电机的起停与正反转分别控制主轴的正反转和刹车减速。2.2.3 尾座图2.2 卧式数控车床尾座结构简图本机床尾座因考虑到灵活性和实际情况的复杂性，采用了电动、手动均可的双操作模式。其结构见图2.2。尾座移动与锁紧的操作方式：尾座沿床身在Z 轴方向整体移动或者锁紧。移动由电动机六拖动一套齿轮传动机构来实现。也可用手摇动四方扳手，来实现尾台的前后移动。尾座的锁紧依赖于四个液压锁紧油缸，尾座上装有四个液压锁紧油缸，在尾座到达预定的位置后进行泄压，通过弹簧拉紧拉杆使尾座紧紧的固定在床身上。尾座顶尖伸缩与顶紧的操作方式：只要让电动机五 正反转，而这可以通过车床的数控系统做到，使用传动机构拖动尾座套筒的伸缩与顶紧。 此外也可以通过手动推动手轮一与蜗杆轴离合器啮合，根据具体需求可以摇动手轮来使尾座的顶尖伸缩。2.2.4 X轴与Z轴进给运动X轴的进给运动由两台伺服电机控制，在数控系统的操纵下可以实现两台电机同步运动，私服电机经过皮带连接高精度的滚珠丝杠和皮带轮，来达到驱动的目的。Z轴的进给运动由电动机直接连接减速器，减速器上齿轮和车床床身的齿轮进行啮合，达到传动的效果，传动精度有了可靠的保障。2.3 加工过程加工过程和大部分数控车床相似，卧式重型数控车床也是有简单的一套流程的，首先写入程序，将刀具等运动部件调整到零点，进行回零操作，调出写好的加工程序，启动加工程序，机床的各个部件将按照程序运作，对工件进行加工，通过X，Z轴的联动可以完成空间曲面的加工。由于卧式重型车床主要进行大型工件和超大型工件的加工，对于工件的放入和取出需要一定的工件配合，同时要注意避免在期间发生意外造成工人的伤害。加工完成之后，各部件返回零点，刀具停止运动，主轴停止转动，等待下个加工任务的到来。2.4 卧式重型数控车床总结该卧式重型数控车床可以出色的完成各类圆弧、螺纹、圆锥以及各种回转体的内外曲面加工，也能满足部分大型有色金属工件的切削速度要求，很好的解决了实际生活中各类超大型或者大型回转体工件在加工时遇到的难以高效，大批量，高精度的进行加工的问题。卧式重型数控车床设计不是本课题的主要研究对象，但是卧式重型数控车床液压系统设计离不开对卧式重型数控车床的认知，把握好卧式重型数控车床的总体结构，有利于下一步的液压系统设计。3. 卧式重型数控车床液压系统分析3.1卧式重型数控车床对液压系统的要求液压系统设计流程为以下几个部分，首先是明确产品的设计要求，然后对加工工件的状态进行工况分析，在工况分析完后进入计算部分，此时要确定执行元件的主要参数，如工作压力，流量等等内容都有在这里进行计算，再进行拟定系统的原理草图，查阅液压手册进行元件的选择，确定下来主要的元件之后，对整个系统进行验算性能，如果验算结果没有问题，则开始绘制工作图，以及其他技术文件。如果出现问题则返回检验执行元件的主要参数部分，重新规划并选择参数。液压系统的设计是整机设计的一部分，它要符合主机动作循环和动态以及静态性能方面的要求，除此之外，它还要满足以下这些要求，首先是工作安全有保障，结构相对简单，效率高，经济实惠，寿命符合要求，维护容易且方便。液压系统的设计没有完全固定的格式，因实际情况的不同，和设计人员自己的需求而在做法上有很大的不同，此番课题研究的主要是卧式重型数控车床液压系统的设计要求，液压系统的分析。在设计过程中首先要考虑以下几个方面，这些方面是整个设计的基石，是做出设计的依据，要明确液压系统的动作和性能要求就要涉及到以下方面：主机的概况，主机的用途、主要结构，技术参数、性能要求，主机对液压系统中的液压元件所在位置和空间尺寸上的限制，整个液压系统的工作环境。本课题研究的卧式重型数控车床液压系统设计，所使用的为伺服电机，伺服电机控制主轴的转停，以及主轴的减速和加速，车床的主要技术参数已经在上文有所提及，现不再赘述。液压系统的主要结构：首先这个液压系统由两个独立的液压系统组成，其一是相对复杂的主轴箱液压系统，另外一个则是相对简单的尾台液压系统。主机对液压系统的影响不是非常的关键，其对液压元件所在位置的要求不明，在设计技术完成之后应当检验液压元件位置是否符合实际要求。整个液压系统的工作环境应为封闭的有完整循环的管道内。液压系统的作用或者说任务，以及其对应的要求。液压系统应该完成的动作，液压元件是如何工作的，包括移动，旋转，摆动等等运动方式，液压元件的载荷大小，以及其负载的性质和来源。液压执行的动作顺序和连接关系，各个动作的同步要求，液压系统的工作性能要求，还有就是液压系统对于控制部件的要求。该卧式重型数控车床中液压系统的主要作用有两个，分别是主轴箱液压系统起到换档和润滑齿轮的作用，而尾台液压系统起到一个控制尾台移动和固定其于床身上的效果。这是这个卧重型车床的液压系统在整个卧式重型数控车床中起到的作用。由于和传统的卧式数控车床不同，该卧式重型数控车床的液压系统主要就由尾台液压系统和主轴箱液压系统组成。至于为什么要使用液压系统进行控制，这是由于该卧式数控车床对于传动的平稳性和控制的准确性的要求很高，而液压系统所要达成的要求是输出力大、重量轻、惯性小、调速方便且易于控制，这对于整个数控车床的性能提升有着无法取代的作用。液压系统的环境条件和工作环境，环境湿度、环境温度、周围介质、外界振动冲击等等，防火防爆以及抗干扰性质。液压系统处于一个比较封闭的环境中，外界振动小，防火防爆要求低，抗干扰性良好。经济性与成本等方面的要求。卧式重型车床所加工的工件体积一般比较庞大，加工精度也要求高，成本必然相对其他车床较高，但是任然要满足一定的经济性要求，所以这就对设计人员的方案有了一定的要求，要求结构尽可能简单使得成本得到控制。3.2 液压系统回路分析本课题是卧式重型数控车床液压系统设计，在考虑整个设计对象的时候我挑选了主轴箱液压系统和尾台液压系统两个部分，作为设计的主要目标，由于主轴箱和尾台没有连接，它们实际上是两个相互独立的部分，在考量液压系统的作用时，主轴箱液压系统起到了变速的作用，事实上也通过设计方案，利用二位四通电磁换向阀控制缸到达3个不同的档位从而实现变速的目的，档位的设计分为高速，低速，空档（手动），既贴合了实际使用情况的不同，保证了灵活性，又很好的完成了档内无级变速的要求，对此我还是比较满意的。液压系统原理图设计时，重点考虑去掉重复的多余的元件，努力使得系统结构简单明了，清晰且方便阅读，同时也很好的注意避免因为缺少元件而引发相互干扰的问题。液压系统的安全性永远是重中之重，对此一定要注意安全装置的设置，我在两套液压系统里利用单向阀，有效的防止了油液倒流现象的发生，因而设备和操作人员的安全有了一定的保障。工作介质的净化也是液压系统的重要组成部分，对于精密的数控车床而言，该车床的液压系统必须要单设一套自循环的油液过滤系统，这样即便进行24小时的连续作业，也能尽可能的避免意外的发生。操作手册应做的提醒对液压系统的关键部件加设备用回路和备用零件，同时部分液压元件也需要进行一定的备用准备。如此一来作为卧式重型数控车床液压系统的设计，我的设计任务已经基本完成了，希望我做的工作能对后来者有一点裨益效果，仍然令人遗憾的是对于卧式重型数控车床的设计，由于能力的限制和时间的不足，并不能进一步的完成有关设计，但即便是简易的卧式重型数控车床液压系统设计的工作，能够在指导老师的帮助下顺利完成也算是令人欣喜的小成就了。4. 卧式重型车床主轴箱液压系统设计4.1 主轴箱液压系统方案选择主轴箱液压系统最主要的作用是通过设置三个不同的档位来实现变速的效果，这就要从结构上想清楚整体的元件选择，和工作原理。我设想的主轴箱液压系统依赖于控制油缸的左右或者上下运动来控制机床主轴箱的齿轮变速，当然也同时兼顾了齿轮的润滑。通过查阅相关资料，我发现可以利用二位四通电磁换向阀来进行油路的改变，从而推动油缸位置的变化，而油缸的预设位置有三个，每个位置对应一个固定齿轮，分别为高速档，低速档，空档，其中空档也就是手动档，当缸处于空档的时候，可以手动调整卡盘。对于整个液压系统的元件选择而言，我预设的液压元件有吸油过滤器、定量叶片泵、压油过滤器、空气过滤器、管式单向阀、操纵板、控制阀等等，在以上准备工作做完后，主轴箱液压系统的基本方案已经确定了，接下来就是液压系统的设计计算工作。4.2 主轴箱液压系统设计计算4.2.1 要求液压系统完成的工作主轴变速缸在低速档，空档，高速档之间转换。4.2.2 技术参数最大切削长度：5000mm；最大切削直径：3000mm；最大加工工件直径：3000mm；主轴转速范围：1250（r/min）4.2.3 工况分析分析并绘制运动部件的速度循环图（见图4.1）图4.1 速度循环图由图4.1可知主液压缸启动后，当速度达到3.125m/s时保持匀速运动，从空档到达低速档或者高速档之后停止。计算并绘制负载图图4.2 负载图通过分析可知液压缸受两部分负载a.运动部件由于速度发生变化引起的惯性负载FiFi=Gg vt=250009.83.1250.78N=10200N其中G为运动部件的重量，g为重力加速度。b.平导轨的摩擦力FfFf=fG=0.125000N=2500N最大负载为惯性负载为10200N。4.2.4 液压系统计算液压缸尺寸1.工作压力的确定，查手册，数控车床的p为1.3MPa。并且取d/D=0.72.计算D和dF=AP=4D2p其中F为最大负载，A为受压面积，D为缸内径。D=4Fp=4102001.3106m=0.098m=98mm圆整值：缸的内径为100mm，活塞杆取70mm3.计算液压缸所需流量q=4D2-d2v=4（0.12-0.072）3.125m3/min= 12.5L/min确定液压泵的流量、压力、规格（1）压力的确定Pp=p+p=1.3+0.5MPa=1.8MPa（2）流量的确定qp=K1q=1.212.5L/min=15L/min其中K1为泄露系数取1.2，q为油缸所需流量的最大值。选电机电机的工作功率p1=FV=1.84.5515.60.7kW=0.75kW电机的功率为0.75kW。溢流阀的选择溢流阀的流量应该按照液压泵的最大流量来进行选取，并且要注意其允许的最小稳定流量，一般的来说其最小的稳定流量为额定流量的15%以上。溢流阀的压力调整范围为0.83MPa，所以选择HYH10型号溢流阀，其压力为5MPa，额定流量为20L/min，调压范围为0.65MPa。换向阀的选择按照系统要求来选择换向阀，因为系统压力为1.3MPa，系统工作流量为15L/min，所以选择流量为15L/min，压力为3MPa的HYZL10/100二位四通电磁换向阀。单向阀的选择采用外泄式液压单向控制阀，其控制压力低，是优先考虑的目标。选择MCA03型号的单向阀，其工作压力为1.6MPa， 最大流量为20L/min满足要求。过滤器的选择液压系统对油液的清洁度有一定的要求，为了使得系统能够正常工作，需要用到过滤器等辅助元件，过滤器应要满足系统对工作介质即油液清洁度的要求；过流能力应大于实际通过流量的2倍；其承受压力要大于系统工作时的最大压力。选择MU16型号过滤器，其压力为1.6MPa，通过流量为16L/min，过滤精度为80，满足要求。冷却器的选择在本车床的液压系统中，靠自然冷却无法满足使油温在限定的最高工作温度之下，需安装冷却器进行强制冷却，选择FL02型号冷却器，其工作压力为1.6MPa，传热系数为55，压力降为1。4.3 液压元件明细表表4.1 液压元件明细表序号元件名称型 号序号元件名称型 号1过滤器MF-049溢流阀HYH102液温计YWZ-200T10冷却器FL023空气过滤器AC40-04G-A11流量计LZB-2WB4液压泵YJ010112液位计JS4916P5电动机YE2801-413单向阀MCA036单向阀MCA0314二位四通电磁换向阀HYZL10/1007管路过滤器MU1615二位四通电磁换向阀HYZL10/1008压力表YN-60(0.83MPa)16油箱JXS01-08-014.4主轴箱液压系统原理图图4.1 主轴箱液压传动原理图4.5 主轴箱液压系统原理分析油箱进油，油采用HL-46号液压油，先经过空气过滤器，过滤掉空气，同时液温计测出油的温度，油经过过滤器，过滤掉绝大部分对器械有害的杂质，油液的清洁度为9级，液压泵将油送往单向泵，这里单向泵起到了保护液压泵的作用。而液压泵采用了定量叶片泵，能够很好的保证系统的压力要求。油液经过管路过滤器之后，得到了进一步过滤。再通过压力表测出此时的油压力，压力的调节范围是0.83MPa，溢流阀来进行压力的调整。途径流量计，通过使用流量计来测得管路的流量，之后向着图的左上方冷却器去了，经过冷却器，冷却之后进入主轴，起到了主轴润滑的作用。另外一个方向上单向泵也起到了防止油液倒流的保护作用，重点是二位四通电磁换向阀有两个电磁铁，分别是1YA、2YA，电磁铁的通电状态会影响主轴变速缸的档位情况，从而起到变速的作用，同样的二位四通电磁换向阀上也有两块电磁铁，我把他们命名为3YA、4YA。这两个二位四通电磁换向阀总计四块电磁铁的状态就是决定主轴变速缸的档位的因素，1YA、4YA同时带电，且2YA、3YA不带电的时候主轴变速缸位于高速档；当2YA、3YA同时带电而1YA、2YA都不带电的时候，此时主轴变速缸位于低速档。而如果想要切换到空档的话那么只需要调节二位四通电磁换向阀使得1YA、3YA同时带电，并且2YA、4YA都不带电，就可以达到目的。值得注意的是主轴箱采用了这两个电磁铁控制的并带有钢球来起到定位作用的二位四通电磁换向阀，这样定位可靠性有了保障，也确保了万一发生停电或者电磁铁失灵等事故的情况下，主轴变档位置变化事故带来危害最小。以上的内容就是整体的控制思路，由于系统原理图是表示系统组成和工作原理的图纸。拟定系统原理图是整个液压系统设计的核心，它决定了整个系统是如何工作的，也是其他图纸的设计依据，设计方案的合理性我会在后文进一步的进行检验计算，包括压力损失验算和发热温升验算，如果不能满足压力损失验算和发热温升验算，则需要重新设计液压系统原理图。在设计之初，我将各个回路加以整合、整理加以综合从而构成了一个完整的系统，在满足工作机构运动要求和生产率的前提下，尽量简化，使得这个系统结构简单，工作安全，动作平稳，效率高，维护和调整方便。5. 卧式重型车床尾台液压系统设计5.1 液压系统设计计算5.1.1 要求液压系统完成的工作当二位四通电磁阀上电磁铁Y1不通电时4个液压锁紧缸泄压，将尾台固定于床身上，当电磁铁Y1通电时，液压锁紧缸处于松开状态，此时尾台可移动。5.1.2 工况分析液压缸的负载主要是弹簧的拉力，当尾台固定时缸压力最大，此时为工作负载F=4300N图5.1 负载图5.1.3 液压缸尺寸1.工作压力的确定，查手册，尾台 p为16.5MPa。并且取d/D=0.72.计算D和dF=AP=4D2p其中F为最大负载，A为受压面积，D为缸内径。D=4Fp=443001.65107m=0.0183m=18.3mm圆整值：缸的内径为20mm，活塞杆取14mm5.1.4 计算缸所需的流量q=4D2-d2v=4（0.022-0.0142）13.75m3/min= 2.2L/min确定液压泵的流量、压力、规格（1）压力的确定Pp=p+p=16.5+0.5MPa=17MPa（2）流量的确定qp=K1q=1.22.2L/min=2.64L/min其中K1为泄露系数取1.2，q为油缸所需流量的最大值。选电机电机的工作功率p1=FV=0.76kW电机的功率为0.76kW。溢流阀的选择溢流阀的流量应该按照液压泵的最大流量来进行选取，并且要注意其允许的最小稳定流量，一般的来说其最小的稳定流量为额定流量的15%以上。溢流阀的压力调整范围为0.83MPa，所以选择HYH12型号溢流阀，其压力为18MPa，额定流量为10L/min，调压范围为320MPa。换向阀的选择按照系统要求来选择换向阀，因为系统压力为16.5MPa，系统工作流量为2.2L/min，所以选择流量为3L/min，压力为18MPa的HYZL12/80二位四通电磁换向阀。单向阀的选择采用外泄式液压单向控制阀，其控制压力低，是优先考虑的目标。选择MCA08型号的单向阀，其工作压力为18MPa， 最大流量为5L/min满足要求。过滤器的选择过滤器是保障工作介质清洁，使系统正常工作必不可少的辅助元件，过滤器应要满足系统对工作介质即油液清洁度的要求；为了满足过流能力应大于实际通过流量的2倍；其耐压要大于安装部位的系统压力。选择MU20型号过滤器，其压力为20MPa，通过流量为5L/min，过滤精度为100，能够满足要求。冷却器的选择在本车床的液压系统中，尾台液压系统温升很小，可以不使用冷却器5.2 液压元件明细表表5.1 液压元件明细表序号元件名称型 号序号元件名称型 号1过滤器MU206单向阀MCA082液温计YWZ200T7二位四通电磁换向阀HYZL12/803空气过滤器AC4004GA8溢流阀HYH124液压泵YBX189电接压力表YXC150(0-30MPa)5电动机YE290S210锁紧缸100*705011油箱JXS40-025.3 尾台液压原理图图5.1 尾台液压原理图5.4 尾台液压系统原理分析尾台液压系统作为尾台的一部分，它起到的主要的作用是用锁紧缸在尾台停止移动或者不需要移动的时候将尾台固定于床身，四个液压锁紧缸在尾台移动到指定位置之后泄压，使得弹簧拉紧拉杆，尾座紧锁于床身上。尾台的移动则依赖于尾台装有的电动机拖动整套齿轮传动机构来进行。简单的介绍完尾台运动情况之后，尾台的液压系统原理从锁紧缸的运动情况说起，由于4个锁紧缸是通过弹簧带动拉杆起到锁紧效果的，那么可以通过二位四通电磁换向阀的电磁铁来控制缸的泄压与加压，当二位四通电磁换向阀上电磁铁Y1带电，此时尾台锁紧，当二位四通电磁换向阀上电磁铁Y1不带电时，尾台的拉杆松开，此时尾台处于可移动的状态。为了达成这样的控制效果，我在主轴箱液压系统上稍作修改，便有了图5-1的尾台液压原理图。高压叶片泵将经过几道过滤程序和测量过液体温度的油输送到单向泵中，单向泵起到防止油液倒流损伤液压泵的作用，起到了很好的保护作用，油液经过二位四通换向阀进入溢流阀，溢流阀起到压力调整的作用。而压力表则很好的测出了4个锁紧缸的压力大小。这就是尾台液压系统的工作原理6. 液压系统性能验算6.1 压力损失验算液压系统压力损失包括管道内的沿层损失，以及局部损失和阀类元件的局部损失三部分不同的工作阶段分开来计算，液压系统总的压力损失为p=p1+p2A2A1式中：p系统进油路的压力损失；p1=p1+p1+p1 p1进油路总的沿层损失； p1进油路总的局部损失； p1进油路上阀的总损失；p1=pnqqn2; pn阀的额定压力损失，由产品样本中查到； qn阀的额定流量； q通过阀的实际流量；p2=p2+p2+p2 p2回油路总的沿层损失； p2回油路总的局部损失； p2回油路上阀的总损失； A1液压缸进油腔有效工作面积；A2液压缸回油腔有效工作面积。由此得出液压系统的调整压力（即泵的出口压力）pt为ptp1+p带入主轴箱液压系统数据计算：ptp1+p31.8+0.36该液压系统压力符合设计要求。带入尾台液压系统数据计算：ptp1+p1816.5+0.75该液压系统压力复合设计要求。7.2 发热温升验算系统绝大部分时间是处于工作状态，那么以工作状态来计算温升。主轴箱液压泵的工作状态压力为1.8MPa，流量为12.5L/min，泵的输入功率为0.75kW；液压缸的最小有效功率为：P0=FV=102000.5860W=98.6W系统单位时间内的发热量为Hi=Pi-P0=750-98.6W=651.4W油箱的散热面积可以近似用A=6.53V2式中：V 油箱有效容积，单位为m3； A 散热面积，单位为m2。取油箱的有效容积为0.16 m3，散热系数K=15，t=HiKA=651.4156.530.162C=22.6C即在温升许可范围（2035）之内。尾台液压系统的发热温升很小可以忽略不计。7. 结论我设计的重型数控车床液压系统特点有以下三点。(1)根据卧式重型数控车床液压系统特点,：分别设计主轴箱和尾台两个完全独立的液压系统。根据系统的设计要求，选择了各类不同型号的液压元件。达到满足车床液压系统的设计要求。提高了设计的使用性、安全性、合理性和经济性。(2)主轴箱液压系统使用双电磁铁控制的并带有钢球定位的二位四通电磁换向阀。这样能达到的定位精度更高，同时也避免了一些意外情况的发生，如发生断电情况下，主轴档位的变化而引生的意外事故。(3)尾台用单电磁铁控制的二位四通阀。保障了尾座液压缸在二位四通阀电磁铁不带电时处于夹紧状态, 使尾台在工作时紧紧固定在床身上，提高了安全性与可靠度。避免不必要的意外发生。经过液压系统性能验算，选用的电动机，液压泵等液压系统主要元件，其压力、流量等指标符合系统要求，设计过程完整，清晰，合理。参 考 文 献1雷天觉.机械设计手册M.北京：机械工业出版社，2001年：38-55页2王文斌.机械工程手册M.北京：机械工业出版社，2001年：199-212页3 张英志.数控车床液压系统设计J. 机械制造与自动化. 2010(01)： 122-125页4 李清泉、李鹏、石晶.数控重型卧式车床的改造J.机械工程师.2000，（10）：18-25页5 张金凤、苏洪伟、崔岩.数控重型卧式车床纵向全闭环控制技术J.电气传动。1996，（04）：27-31页6 熊顺源.数控卧式重型车床主轴的有限元分析J.机械工程师.2008，（09）：19-21页7 熊顺源、万宇杰、李列. 数控卧式重型车床主轴箱液压系统的设计J. 制造技术与机床。2008，（09）：110-114页8 江忠木. 数控重型卧式车床的安装J.设备管理与维修. 2015，（05）：62-63页9 崔江红、裴有珍等.数控重型卧式车床的模块化设计研究J. 机床与液压. 2011，（9）：17-25页10 杨培林、郑万里等.重型数控卧式车床进给系统动力学分析J.机床与液压.2011，（11）：68-69页11 邵俊鹏、于亮等.重型数控卧式镗车床整机模态分析与实验研究J.现代制造工程。2016，（8）：76-78页12 刘国伟.V138数控立式车床液压系统的设计与研究J.东北大学.2011（06）：16-18页13 隋连香、王晶等.卧式重型数控车床液压系统设计J.液压与气动.2010，（11）：61-62页14 隋连香、王晶等.卧式重型数控车床的设计J.制造技术与机床.2012，（12）：156-158页15 G. Licsk o, A. R. Champneys, and C. Hos, “Dynamical analysis of a Hydraulic pressure relief valve,”in Proceedings of the World Congress on Engineering, vol. 2, 2009.16 Optimal Design of Hydraulic System for an Industrial Press Machine for Performance Improvement and Noise Reduction. 2010 （4） 17 Blint Magyar,Csaba H s,Gbor Stpn, Influence of Control Valve Delay and Dead Zone onthe Stability of a Simple HydraulicPositioning System, Mathematical Problems in Engineering vol. 2, 2010.附录1：外文翻译控制阀延迟和死区对简单液压定位系统稳定性的影响本文研究了高度简化液压缸动力学模型的PI控制问题。首先假定液压流体是不可压缩的，泵提供恒定流量、压力，这就提供速度控制的可能性。两种可能的意外情况会发生，其一是系统内由于控制器计算和内部压力变化而导致的延时，以及控制阀的死区，该影响在非线性系统中得到了确认。本文通过分段线性不连续映射。研究了系统的非线性行为，实际上，确定了全局稳定的参数域。1.介绍液压系统广泛应用于重型工业应用领域，在这方面发挥着很大的作用。在一个健壮的方式中，需要高强度的高强度。虽然有很多。努力开发先进的控制策略，如1-4,PID控制仍然是。最受欢迎的选择。然而，众所周知，在这些中有很强的非线性。系统，如压力流量关系，控制阀的死区，如图1所示，干摩擦3或影响动力学5。闭环控制的离散采样时间。由于内部的主要原因，引入了额外的复杂性和响应延迟。动态压力。因此，设计和调整液压系统的PID控制器是。一个极具挑战性的任务主要是因为传统的方法是基于线性系统的。理论。此外，上述的一些非线性，如死区或影响。动力学不能用线性化技术来解决。这些系统的数学模型常常导致非光滑方程。甚至是不连续的右手边。幸运的是，在非光滑理论方面的进展。动态系统可以看到例如，的概述提供了一个工具箱，尽管它仍然很远。这对于更高维度的系统尤其如此，等多个不同的动态区域。例如，7给出了一个一般的理论。一种具有轻微的双线性一维映射的周期和密集轨道的存在。向二维映射扩展，延迟和反弹。经过研究。在n维图中，边界碰撞分岔与两个区域。混沌振荡也在这些系统中被识别。在数值模拟的基础上，描述了PI举例说明延迟和反弹的影响。本文研究了一种高度简化的液压定位系统模型，尽管从工程的角度来看，它的简洁性和线性度很有趣。2.数学模型我们调查的对象是一个由数字控制的液压系统。差动液压缸，比例换向阀，线性电位器。位置传感器，齿轮泵，和PC。PC提供了比例积分。控制器。它接收来自位置传感器的信号，计算错误信号，以及。驱动液压阀;参见图1。方向比例的典型特征。阀门如图2所示。研究中忽略了活塞的质量和牛顿力学。在活塞密封处不考虑摩擦力，进一步简化了系统。杆。显然，后者对系统的非线性动力学有重要影响。由于小的正或负阻尼值。当我们进行调查时。在零阻尼的情况下，我们分析了已经呈现出复杂动力学的临界情况。由于建模的延迟，死区和采样。连续物理过程采样时间间隔ts采样时间，因此，在xn xnts时，将活塞杆xt的位置离散化。这个位置被输入了。计算错误信号h的PC。这个计算所需的时间表示。tc。由于液压系统的内部动力学，特别是压力动力学，活塞杆速度的变化遵循了第二种甚至更高的顺序滞后。由tid表示的另一个延迟表示的系统，用下标表示。内部动力。因此，在前一个采样时刻和它的之间的总延迟。效果是td tc。注意，tc和tid的实际值和比率是不相关的。自牛顿动力学被忽略了，活塞的速度是分段常数，它可以。在以下方式:离散vntvn1 ts td,tn1 ts td,n ts td,因此，下标n表示位置和速度的不同时间序列。在图3的控制方案中表示。假设情况下当我们有0tdts。整合分段常数速度，我们到达了两个相邻抽样活塞杆之间的关系。位置，可以表示为。xn_1 _ xn _ vntd _ vn_1_ts td_.虽然这个表达式类似于控制方程的euler -离散化，但它是这样的。离散形式是对实际物理系统进行数字化控制的精确解。考虑比例积分控制器，误差信号hn以下列形式计算:hn _ Pxn _ Iyn,P是比例增益I是整数1，然后yn _ yn1 _ tsxn1是位置函数的离散积分。活塞杆速度vn1和vn。由hn和hn计算。1、分别根据简化的特征。比例方向阀。图4表示这个减少的，不饱和的。特征。关闭的时间间隔是.,斜率是.的特征。引入无量纲变量在后面的部分中，我们将构建一个4维的线性映射。backlash-free系统。在出现反弹的情况下，我们推导出一个分段线性。从第4维度的9个线性映射中编译的映射。如果你也调查。case td ts，然后类似的线性和分段线性映射可以构建，但是它们。尺寸增加极。为了用简洁的数学方法来表示方法。形式,我们限制描述基本情况0tdts。3.线性系统的稳定性分析消除阀死区0,一个线性阀特点意味着有关活塞杆的速度：vn _ hn1,xn_1 _ xn hn1td hn_ts td_.引入zn