【技術資料】CK6163數(shù)控車床卡緊,尾座頂緊及預緊液壓系統(tǒng)887868 5841

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1、本次設計中在充分借鑒前人經(jīng)驗的同時，融入了在大學幾年里學習到的液壓傳動及機械方面的知識，以及本人的一些創(chuàng)新，將工業(yè)上應用比擬廣泛的CK6163數(shù)控車床的卡盤卡緊，尾座頂緊，以及中心架夾緊三個動作，由常見的機械裝置改裝成由液壓動力驅動的液壓傳動裝置。其工作原理是：由油缸卡緊，尾座頂緊，及中心架夾緊系統(tǒng)，經(jīng)吊頭連接，通過液壓油在油缸上下腔的施壓與排放，推動活塞桿在油缸中伸縮，使其對系統(tǒng)實施推力或拉力，完成卡盤卡緊，尾座頂緊，及中心架夾緊三個動作。 這樣設計的優(yōu)點是，一方面，數(shù)控機床的液壓油為柔性工作介質，比機械傳動時產(chǎn)生的振動要少的多，有利于數(shù)控機床的平穩(wěn)運行。另一方面，由于液壓系統(tǒng)采用的行程檢

2、測裝置測量準確，可更加真實地反映數(shù)控機床在卡緊，尾座頂緊，及中心架夾緊三個動作完成的具體情況，并通過PLC可編程控制，實現(xiàn)卡緊，尾座頂緊，及中心架夾緊三個動作的自動化控制。 其意義是,將液壓系統(tǒng)應用于數(shù)控車床CK6163，使其與數(shù)控NC技術完美結合，從而實現(xiàn)了先進技術的推廣，并且完成了機床動作由手動完成向半自動乃至全自動的推進，大大提高了CK6163數(shù)控機床的自動化程度，大大提高了勞動生產(chǎn)效率，為解放勞動力開展生產(chǎn)力邁出了重要的一步。 本次設計的目的，畢業(yè)設計是對大學生活中從事機械及液壓知識學習的一個總結，也是提高我們大學生綜合運用所學知識和技能解決問題能力的一個重要環(huán)節(jié)，更是對大學階段所

3、學關于機械及液壓知識和實際動手能力的一個考察。通過這次考察，不但可以提高我們的綜合訓練設計能力、科研能力，其中包括實際動手能力、查閱文獻能力，撰寫論文能力，還是一次十分難得的提高創(chuàng)新能力的時機，并且使我在以下幾個方面得到訓練： 1、了解液壓傳動系統(tǒng)設計的根本方法和設計要求，培養(yǎng)學生運用所學理論知識解決具體工程技術問題的能力。 2、掌握液壓傳動系統(tǒng)的設計步驟，熟悉設計的有關技術文件，標準設計手冊及相關元件的國家標準。 3、根據(jù)設計任務要求，進行工況分析和確定液壓系統(tǒng)的液壓元件擬定出液壓系統(tǒng)，并對液壓系統(tǒng)主要性能作必要的設計計算。 針對大學中所學的機械及液壓方面的知識，我選擇這個課題來完成

4、我的畢業(yè)設計，并進行了大量的實地調研考察，嘗試和論證。本次設計中主要以課本和搜集來的各種資料作為依據(jù)，基于所學的知識，從簡單入手，循序漸進，逐步掌握設計的一般方法和步驟，讓我把知識掌握的更加牢固，并把所學的知識融成一個體系，以適應將來實際工作的需要。由于初次設計，所學知識又存在大量局限，實際經(jīng)驗也存在著大量的缺乏，因此對一些問題可能考慮不周，致使設計中難免會存在有某些缺點和錯誤，懇請各位老師批評指正。第一章 CK6163數(shù)控機床液壓系統(tǒng)設計的立題依據(jù)及方案論證 1.1液壓系統(tǒng)設計的立題依據(jù)及課題來源 現(xiàn)代機械一般多是機械、電氣、液壓三者緊密聯(lián)系，結合的一個綜合體。液壓傳動與機械傳動、電氣傳

5、動并列為三大傳統(tǒng)形式，液壓傳動系統(tǒng)的設計在現(xiàn)代機械的設計工作中占有重要的地位，對于自動化程度要求越來越高的現(xiàn)代機床設計來說更是如此。對于在現(xiàn)代機械加工中應用比擬廣泛的CK6163數(shù)控車床，液壓傳動系統(tǒng)在提高其自動化程度同樣具有相當重要的作用。請看以下一個實例： 對于普通CK6163數(shù)控車床，采用手動卡緊的機械卡盤，在加工某一工件時，工人們最常做的動作就是手動卡緊卡盤及松開卡盤。因為數(shù)控系統(tǒng)自動加工需要3分鐘，而裝夾、卡緊工件及卸下工件需要1-2分鐘，在這1-2分鐘中，將會有一半以上的時間花在手動卡緊卡盤及松開卡盤上，這樣算來，手動裝夾、卡緊工件——加工工件——翻開卡盤取出工件整個過程要花費4

6、-5分鐘。而采用液壓傳動系統(tǒng)代替手動卡緊、松開工件或，可節(jié)省0.5-1分鐘甚至更多時間，那么使上述加工過程花費的時間變?yōu)?.5-4分鐘，這樣算來加工100件，可節(jié)省將近100分鐘，大約1.5個小時，對于零件加工來說，這是一筆十分可觀的時間。這完全實現(xiàn)了提高加工效率，節(jié)省勞動時間的要求，而且大大降低了勞動強度。并且采用液壓傳動系統(tǒng)，由于其夾緊力穩(wěn)定又可提高加工過程中卡緊的可靠性和穩(wěn)定性，從而防止了因手動裝夾時，卡緊力缺乏于抵抗切削力，從而導致工件加工精度不高，甚至報廢和損壞刀具等設備的情況。而且隨著液壓傳動技術越來越完備，完成上述自動化改裝是完全可以的。基于上述諸多情況，本次設計將CK6163數(shù)

7、控車床的卡盤卡緊，尾座頂緊，以及中心架夾緊三個動作全部設計成由液壓傳動系統(tǒng)來完成。 1.2 液壓系統(tǒng)方案的制定與論證 液壓系統(tǒng)方案制定的背景和特點 近年來，由于液壓技術廣泛應用了高技術成果，如自動控制技術、計算機技術、微電子技術、磨擦磨損技術、可靠性技術及新工藝和新材料，使傳統(tǒng)技術有了新的開展，也使液壓系統(tǒng)和元件的質量、水平有一定的提高。液壓傳動技術在數(shù)控自動化機床上的應用也越來越廣泛，而且也為機床工業(yè)的自動化程度的提高上起到了重要的力量。盡管如此，走向二十一世紀的液壓技術不可能有驚人的技術突破，應當主要靠現(xiàn)有技術的改良和擴展，不斷擴大其應用領域以滿足未來的要求。 1.2.2多方案的比

8、擬和論證 根據(jù)對液壓傳動系統(tǒng)有關知識的學習、調查和了解，并且借鑒前人經(jīng)驗，擬設計如下二個方案以供選擇: 〔1〕系統(tǒng)全部采用常規(guī)閥控制，液壓缸動作順序由手動換向閥來控制。其優(yōu)點是性能可靠，平安性高?？梢圆捎脟鴥?nèi)均可生產(chǎn)的常規(guī)閥，價格較廉價，較易購置。缺點是自動化程度低、不能適應數(shù)控高自動化程度的機床，而且移動速度較慢。 〔2〕系統(tǒng)全部采用電磁鐵驅動的電磁控制閥來控制，其優(yōu)點是移動速度快，系統(tǒng)平安可靠，可連續(xù)長時間工作，是近年高自動化液壓傳動系統(tǒng)控制的開展趨勢。但目前國內(nèi)生產(chǎn)的電磁換向閥的平安性能還到達使用要求的還不多，因此需要進口或采用臺灣產(chǎn)品，并且臺灣產(chǎn)品價格不是很高，而且根本可以到達國

9、際先進水平，完全可以滿足使用要求。 1.2.3最終方案的制定和說明 從自動化的使用要求和平安方面考慮，第二種方案更適合本次設計。因此本次設計的液壓系統(tǒng)采用了電磁鐵驅動的電磁控制閥。在液壓泵站的設計中，采用了獨立的液壓泵和供油集成塊，用一個單向閥保證系統(tǒng)平安性。另外，在各個液壓站集成塊上，有三個壓力繼電器，可使系統(tǒng)更加平安可靠的工作。 第二章 CK6163數(shù)控機床液壓系統(tǒng)工況分析 CK6163數(shù)控機床液壓系統(tǒng)的工況分析是指對液壓執(zhí)行元件進行運動分析和負載分析，目的是查明每個執(zhí)行元件在各自工作過程中的流量、壓力、功率的變化規(guī)律，作為擬定液壓系統(tǒng)方案，確定系統(tǒng)主要參數(shù)〔壓力和流量〕的依據(jù)。

10、 2.1液壓系統(tǒng)的運動分析 1、 液壓卡盤的運動分析 根據(jù)對普通CK6163數(shù)控車床機床卡盤卡緊動作的觀察和分析可知，液壓卡盤執(zhí)行元件，即液壓缸運動過程可分解為：向前卡緊，保持不動，向后松開。其運動循環(huán)圖如下： 向前卡緊 保持不動 原位停止 向后松開 圖1 卡盤液壓缸運動循環(huán)圖 2、 液壓尾座的運動分析 根據(jù)對普通CK6163數(shù)控車床機床尾座頂緊動作的觀察和分析可知，液壓尾座執(zhí)行元件，即尾座油缸的運動過程可分解為：向前頂緊，保持不動，向后松開。其循環(huán)分析圖如下： 向前頂緊 保持不動 原位停止 向后松開 圖2 座液壓缸運動循環(huán)圖 3、 液壓中心架的運

11、動分析 根據(jù)對普通CK6163數(shù)控車床機床中心架壓緊動作的觀察和分析可知，液壓中心架執(zhí)行元件，即中心架油缸的運動過程可分解為：向前壓緊，保持不動，向后松開。其運動循環(huán)圖如下： 向前壓緊 原位停止 保持不動 向后松開 圖3 中心架液壓缸運動循環(huán)圖 2.2液壓系統(tǒng)的負載分析 1、 液壓卡盤的負載分析 根據(jù)對液壓卡盤的運動分析，液壓卡盤液壓缸的負載可分為慣性負載、彈性負載、粘性負載、各種摩擦負載〔如靜摩擦、動摩擦等〕以及其它不隨時間、位置等參數(shù)變化的恒值負載等。但主要的負載有：〔1〕啟動時的靜摩擦負載；〔2〕向前卡緊工進時的工作負載；〔3〕后退時的動摩擦負載。這些負載都

12、是單向負載，是與運動方向相反的正值負載，近似為恒定的負載，并且負載力的方向與液壓缸活塞軸線重合。 液壓卡盤的主要作用是在加工工件時限制工件兩個自由度，以卡緊工件，保證加工的順利完成。 2、液壓尾座的負載分析 液壓尾座的負載類同于液壓卡盤，在此不必再分析。 液壓尾座的主要作用是在加工時頂緊工件，以保證加工精度。 3、液壓中心架的負載分析 液壓中心架的負載類型與液壓卡盤的類同，在次不必分析。 液壓中心架的主要作用是在加工長軸類工件時，在卡盤和尾座中間支撐工件，以保證工件的剛度，提高加工精度。 第三章 CK6163數(shù)控機床液壓系統(tǒng)設計計算 3.1 CK6163數(shù)控機床液壓系統(tǒng)的設計

13、要求 1、液壓系統(tǒng)的設計要求是進行每項程序設計的依據(jù)。在制定根本方案并進行進一步著手液壓系統(tǒng)各局部設計之前，必須把設計要求以及與該設計內(nèi)容有關的其他方面了解清楚。 〔1〕機床的概況：用途、性能、工藝流程、作業(yè)環(huán)境、總體布局等； 〔2〕液壓系統(tǒng)要完成哪些動作，動作順序及彼此關系如何； 〔3〕液壓驅動機構的運動形式，運動速度； 〔4〕各動作機構的載荷大小及其性質； 〔5〕對調整范圍、運動平穩(wěn)性、轉換精度等性能方面的要求； 〔6〕自動化程度、操作控制方式的要求； 〔7〕對防塵、防爆、防寒、噪聲、平安可靠性的要求； 〔8〕對效率、本錢等方面的要求。 2、各個液壓傳動裝置的設計要求為

14、： 〔1〕液壓卡盤夾持工件的范圍為Φ0～Φ630；最高壓力為4.5MPa；液壓卡盤夾緊時間：t=2.2s。 〔2〕液壓尾座設計要求:最高壓力4.5 MPa，換擋時間t=6s，尾座活塞桿最大行程L=280mm。 〔3〕液壓中心架設計要求：最高壓力為4.5MPa，換擋時間t=1s，中心架液壓缸最大行程L=80mm。 〔4〕液壓系統(tǒng)壓力〔0.2～4.5MPa〕，預計液壓系統(tǒng)使用流量：23L/min。 液壓系統(tǒng)作為CK6163數(shù)控機床的傳動裝置， 應采用結構比擬簡單，設備外形尺寸小，能遠距離傳遞大能量；能承受較大的載荷；沒有復雜的傳動機構；在室內(nèi)的空氣里能保證平安，動作迅速；操作、調節(jié)簡單

15、；過載保護簡單可靠。 3.2 CK6163機床液壓系統(tǒng)選型 1、液壓回路的選擇 根據(jù)液壓系統(tǒng)的設計要求，本液壓系統(tǒng)采用開式回路，即執(zhí)行元件〔即液壓缸〕的排油回油箱，工作介質油液經(jīng)過冷卻、沉淀后再進入液壓泵的進口，再進行循環(huán)工作。 2、液壓油液的選擇 由于本次設計的液壓系統(tǒng)為普通液壓系統(tǒng)，因此選用礦油型液壓油作為工作介質。又根據(jù)室內(nèi)的工作狀況，及北方冬夏工作溫度變化較大的特點，冬季選用N32#液壓油,夏季選用N46#液壓油，通過液位計YWZ-80T可觀察油位和油溫。液壓油需半年更換一次,并清理油箱。 3、執(zhí)行元件的選擇 根據(jù)液壓系統(tǒng)的運動分析，本設計中要實現(xiàn)的運動均為直線運動，故可

16、采用活塞液壓缸或柱塞液壓缸。又因為只要求一個方向工作，反向退回，故采用單活塞桿液壓缸，并且由于負載力與活塞桿軸線重合，故不必采用柱塞缸。 4、液壓泵的選擇 根據(jù)液壓系統(tǒng)的設計要求，該系統(tǒng)最高壓力p=4.5Mpa，故可以采用雙作用葉片泵或齒輪泵。 3.3執(zhí)行元件的工作參數(shù)確實定 確定液壓缸的參數(shù)計算與結構設計 1、CK6163液壓傳動系統(tǒng)中采用的液壓缸及其參數(shù)為： 〔1〕液壓卡盤液壓缸：外作用力R=800kg，最大工作壓力p=4MPa; 〔2〕液壓尾座液壓缸：外作用力R=800kg，最大工作壓力p=4MPa; 〔3〕液壓中心架液壓缸：外作用力R=200kg，最大工作壓力p=4MP

17、a; 2、液壓缸參數(shù)計算 〔1〕卡盤液壓缸參數(shù)計算 液壓卡盤一般選用德川MS105-MS200，查閱資料可知流量為20L/min壓力為4MPa由此可選出VPVC-F40中低壓力葉片泵。根據(jù)其壓力、流量特性曲線可知所需電動機功率最大可為1.5kw。根據(jù)流量和壓力可選出液壓閥規(guī)格和型號.我們選用直徑為φ

18、6通用液壓閥,流量為40L/min,壓力為20MPa。 〔2〕尾座液壓缸參數(shù)計算 液壓缸負載F，其受力分析如圖4，查文獻[2]表20-2-15中公式 F= 〔1〕 式中 R——液壓缸外作用力 ——液壓缸總效率 查參考文獻[2]表20-6-3及參考文獻[1]中的經(jīng)驗公式，在額定壓力下的液壓缸，總效率為η=0.9-0.95 ，取η=0.93，變檔階段液壓缸所受外作用力F=800kg，代入公式〔1〕得： F= ==860kg 計算油缸面積A==

19、=0.002107=2107 圖4 液壓缸受力分析圖 F-負載力 -摩擦力 v-速度 D-液壓缸直徑 d-活塞桿直徑 -液壓油進口 -液壓油出口 計算液壓缸直徑D= =51.8mm,可圓整為D=80mm,活塞桿直徑d=0.5D=40mm。 計算所需流量Q 油缸無桿腔充滿油液時油缸容積 V= = =50.2428 =1.407 因為頂緊時間為300/50=6秒,也就是油缸的無桿腔充滿油液需要6秒,因此計算流量Q Q=V×60/6 =1.407×60/6 =14.07L/min 根據(jù)壓力和流量可選擇流量為23L/min,壓力調整范圍為0.8～5Mp

20、a的液壓泵即可滿足要求。 〔3〕中心架液壓缸參數(shù)計算 液壓缸負載F，其液壓缸受力分析同圖4，查文獻[2]表20-2-15中公式 F= 〔2〕 式中 R——液壓缸外作用力 ——液壓缸總效率 查參考文獻[2]表20-6-3及參考文獻[1]中的經(jīng)驗公式，在額定壓力下的液壓缸，總效率為η=0.9-0.95 ，取η=0.93，中心架液壓缸所受外作用力R=200kg，代入公式〔2〕得： F= ==215kg 計算油缸面積A===0.0005267

21、5=526.75 計算液壓缸直徑:D===25.9mm，可圓整為D=40mm,活塞桿直徑d=0.5D=20mm。 計算所需流量Q，油缸無桿腔充滿油液時油缸容積 V= ==100.5=0.1005 因為換檔時間為1秒,也就是油缸無桿腔充滿油液需要1秒,因此計算流量Q Q=V×60=0.1005×60=6.23L/min 根據(jù)壓力和流量可選擇流量為8L/min，壓力調整范圍為0.8～5MPa的液壓泵，即可滿足要求。 3、 液壓缸的壁厚 〔1〕液壓缸的壁厚一般是指缸筒結構中最薄處的厚度。從材料力學可知，承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應力分布規(guī)律因壁厚的不同而各異。一般計算時可分為薄壁圓筒和

22、厚壁圓筒。起重運輸機械和工程機械的液壓缸，一般用無縫鋼管材料，大多屬于薄壁圓筒結構，查參考文獻[16]表4-17，其壁厚按薄壁圓筒公式有為： 〔3〕 式中 δ——液壓缸壁厚，m； D ——液壓缸內(nèi)徑，m； ——試驗壓力，一般取最大工作壓力的1．25—1．5倍，低壓系統(tǒng)取1.5倍； [σ]——缸筒材料的許用應力。其值為：鍛鋼：[σ]＝110-120 MPa; 無縫鋼管[σ]＝100-110 MPa。 采用無縫鋼管，

23、取[σ]＝110 MPa，試驗壓力=1.5×4=6 MPa。代入公式〔3〕得： 尾座液壓缸壁厚：= =0.0022m=2.2mm，故取其壁厚為7.5mm。 中心架液壓缸壁厚：= =0.0011m=1.1mm，故取其壁厚為5mm。 〔2〕缸筒壁厚的驗算 液壓缸的額定壓力值應低于一定的極限值,保證工作平安。 〔4〕 為防止缸筒在工作時發(fā)生塑性變形，液壓缸的額定壓力值應與塑性變形壓力有一定的比例范圍。

24、 〔5〕 〔6〕 式中 D--------缸筒內(nèi)徑〔m〕； ---------缸筒外徑 (m) ,=D+2δ； ---------液壓缸的額定壓力 (MPa)； --------- 缸筒發(fā)生完全塑性變形時的壓力 (MPa)； -------缸筒材料的屈服點 (MPa)； 查參考文獻[4]表15-1，

25、缸筒材料的屈服強度=285MPa，將代入公式〔4〕得： =30.48MPa 將代入公式〔6〕得： =51.90MPa 取=0.42×51.90=21.80 MPa 液壓缸的額定壓力=4MPa，所以缸筒厚度合格。 〔3〕缸底厚度計算 設計缸筒底部為平面，其厚度可以按照四周的圓盤強度公式近似計算。查參考文獻[2]表20-6-8，由公式： 〔7〕 式中 -------- 缸筒底部厚度〔m〕； -------- 缸筒底部內(nèi)徑〔m〕； --------液壓缸的額定

26、壓力 (MPa)； --------缸筒底部材料的許用應力 (MPa)，，取n=2，σs=285 MPa， 算得σp=142.5 MPa；代入公式〔7〕得： 所以，尾座液壓缸缸底的壁厚≥0.433×0.08×=0.0058m，取6mm。 中心架液壓缸缸底的壁厚≥0.433×0.04×=0.0029m，取3mm。 4、活塞桿的強度計算 活塞桿在穩(wěn)定工況下，只受軸向推力的作用，其受力如圖4所示： 查參考文獻[2]，只受軸向推力的作用時，那么可以近似地用直桿承受的簡單強度計算公式進行計算：

27、 〔8〕 式中 F——活塞桿的作用力，N； d——活塞桿直徑，m； σp——材料的許用應力，無縫鋼管σp=100-110MPa； 液壓缸受軸向推力的作用，F(xiàn)，d帶入公式〔8〕，計算得： 卡盤液壓缸已選用成品件，不需要校核； 尾座液壓缸F=800kg，d=40mm，所以σ= =6.24MPa＜σp。 中心架液壓缸F=200kg，d=20mm，所以σ= =24.97 MPa＜σp。 所以活塞桿強度滿足要求。 5、液壓缸的結構設計 液壓缸主要尺寸確定以后，就進行各局部的結構設計。主要包括缸體與缸蓋的連接結構、

28、活塞桿與活塞的連接結構、活塞桿導向局部結構、密封裝置及液壓缸的安裝連接結構等。由于工作條件不同，結構形式也各不相同。設計時根據(jù)具體情況進行選擇。 〔1〕缸體與缸蓋的連接形式 缸體端部與缸蓋的連接形式與工作壓力、缸體材料以及工作條件有關。常見的有法蘭連接、螺紋連接、外半環(huán)連接、內(nèi)半環(huán)連接。通過參考文獻[1] P14表2-7選擇螺紋連接，其優(yōu)點是：a 外形尺寸小 b較輕。缺點是：端部工藝要求較高，裝卸時要用專用工具。 〔2〕活塞桿與活塞的連接結構 以中心架液壓缸活塞桿與活塞為例分析其的連接結構，通過參考文獻[3]，確定液壓缸采用整體式結構，這種連接結構簡單，適用于缸徑較小的液壓缸，如圖5

29、和圖6。 圖5 整體式結構〔剖視圖〕 圖6 整體式結構〔外形圖〕 圖7 螺紋連接結構 后來考慮到這種結構，活塞的直徑為40mm，活塞桿直徑為20mm，加工中，先車削出活塞外徑，再車削出活塞桿直徑20mm，會造成很大的材料浪費，采用螺紋連接結構，結構簡單，便于活塞、活塞桿的加工。如圖7。 〔3〕活塞桿導向局部的結構 活塞桿導向局部的結構，包括活塞桿與端蓋、導向套的結構，以及密封、防塵和鎖緊裝置等。導向套的結構可以做成端蓋整體式直接導向，也可做成與端蓋分開的導向套結構。后者導向套磨損后便于更換，所以應用較普遍。導向變的位置可安

30、裝在密封圈的內(nèi)側，也可以在外側。機床和工程機械中一般采用裝在內(nèi)側的結構，有利于導向套的潤滑；而油壓機常采用裝在外側，防止在高壓下工作時，密封固有足夠的油壓將唇邊張開，這樣提高了密封性能。 其特點是：a 端部與活塞桿直接觸導向，結構簡單，但磨損后只能更換整個端蓋。 b 蓋與桿的密封常用O型、Y型密封圈。 c 防塵圈選用無骨架的防塵圈。 〔4〕密封圈選用 密封的分類：可分為靜密封和動密封兩種。 a 靜密封 在正常工作的時候，無相對運動的零件的配合外表之間的密封叫靜密封。 b 動密封 在正常工作的時候，具有相對運動的零件配合外表之間的密封叫動密封。 靜密封和動密封都可以到達完全

31、密封，但某些動密封部位有一定的泄漏量，可以起到潤滑作用，減小摩擦和磨損。 活塞及活塞桿處的密封圈的選用，應根據(jù)密封的部位、使用的壓力、溫度、運動速度的范圍不同而選擇不同類型的密封圈，通過參考文獻[3] P17，選用O型圈加擋圈的形式。 3.3.2擬定系統(tǒng)原理圖 1、 考前須知 在擬定液壓系統(tǒng)時，注意了以下幾方面向題： 〔1〕防止回路間可能存在的相互干擾。 〔2〕確保系統(tǒng)平安可靠 液壓系統(tǒng)運行中的不平安因素是多種多樣的。例如異常的負載、停電，外部環(huán)境條件的急劇變化，操作人員的誤操作等，都必須有相應的平安回路或措施，確保人身及設備平安。例如，為了防止工作部件的漂移、下滑、超速等，應有

32、鎖緊、平衡、限速等回路；為了防止由于操作者的誤操作，或由于液壓元件失靈而產(chǎn)生誤動作，應有誤動作防止回路等。 2、將各個回路圖合成，整個設計的液壓系統(tǒng)圖就初步繪制了，再檢查并加以補充完善，便可以繪制出正式的液壓系統(tǒng)原理圖。如圖8： 表1 電磁體動作表 電磁鐵 油缸 1VB 2VB 3VB 4VB 5VB 6VB SP1 SP2 SP3 液壓 卡盤 夾件夾緊 撐件松開 + + 夾件松開 撐件夾緊 + + 尾座 油缸 向前

33、+ + 向后 + 中心架 油缸 向前 + 向后 + 原位 “+〞表示電磁鐵得電。將繼電器SP1或SP2的壓力調至夾緊或撐緊工件所需要的〔0-4MPa〕，SP3調至尾座所需要的壓力〔0-4MPa〕，當油液中的壓力低于繼電器SP1、SP3或SP3的設定壓力時〔0.6-4MPa〕。SP1、SP2或SP3發(fā)出信號，使主軸停止運轉，待調好壓力后再重新啟動。 尾座油缸 中心架

34、油缸 卡盤油缸 1 2 3 5 4 11 7 6 8 9 10 12 圖8 液壓系統(tǒng)原理圖 1VB-6VB為電磁換向閥的電磁鐵 SP1-SP3為壓力繼電器 1-12名稱見表2 3.4液壓元件和裝置的選擇 3.4.1液壓閥的選擇 根據(jù)所擬定的液壓原理圖及設計要求，按流過各元件的最大流量來選擇液壓元件的規(guī)格。本液壓系統(tǒng)的最高壓力為4.5MPa,最大流量為32L/min。查參考數(shù)目[16]中的選擇方法及選擇標準?？紤]到本系統(tǒng)作為數(shù)控機床設備對

35、性能具有特殊要求，所以大多數(shù)閥類元件均采用臺灣生產(chǎn)的較先進的液壓元件。所選擇的閥類元件及其他元件清單如下表： 表2 液壓系統(tǒng)元件清單 序號 名稱 型號 數(shù)量 備注 1 油箱 專用件 1 2 濾油器 W-08 1 0-5.5Mpa 3 電機泵組 SMVP-40-3-3 1 4 單向閥 CI-T

36、04-05-10 1 5 通道體 專用件 1 見CAD圖紙5 6 單向節(jié)流閥 MTC-02P-K-20 1 7 節(jié)流閥 MT-02B-K-20 2 8 壓力繼電器 MPS-02A-K-1-20 1 0.6-4Mpa 9 壓力繼電器 MPS-02W-K-1-20 1 0.6-4Mpa 10 減壓閥 MPR-02P-K-1-20 3

37、 0.3-4Mpa 11 壓力表 YN-63-I 4 12 換向閥 SWH-G02-C2-D24-20 3 3.4.2定管道尺寸 油管內(nèi)徑尺寸一般可參照選用的液壓元件接口尺寸而定，也可安管路允許流速進行計算。本系統(tǒng)最大流量為32L/min,壓油管的允許流速取v=5m/s,那么內(nèi)徑d=4.6為 d =4.6=11.6mm 綜合諸因素，現(xiàn)取油管的內(nèi)徑d為12mm。現(xiàn)參照泵的吸油口尺寸，取吸油管內(nèi)徑d為12mm。 四章 液壓控制裝置集成塊的設計 4.1液壓控制裝置的總體設計 根據(jù)液壓系統(tǒng)設計手冊及本系統(tǒng)的原

38、理圖,液壓站上液壓控制裝置的集成方式可以設計一個疊加閥式集成,包括一個通道體,三個疊加閥集成塊。各由四個緊固螺柱把它們連接在通道體上，再由四個螺釘將其整體緊固在油箱蓋上，組成一個完整的液壓供油控制裝置。 疊加閥式集成的優(yōu)點是標準化、通用化和集成化程度高，設計、加工及裝配周期短，便于進行計算機輔助設計；體積小、重量輕、占地面積??；配置靈活、安裝維護方便，便于通過增減疊加閥，實現(xiàn)液壓系統(tǒng)原理的變更；減少了管件和閥之間的連接輔助件，耗材少，本錢低；壓力損失小，消除了漏油、振動和噪聲，系統(tǒng)穩(wěn)定性高，使用平安可靠等。 其主要缺點是回路形式較少，一般通徑≤32mm，故不能滿足復雜和大功率液壓系統(tǒng)的需要

39、。但由于本系統(tǒng)壓力和功率較小，且回路較簡單，因此完全可以滿足使用要求，并充分發(fā)揮了該集成方式的優(yōu)點，故完全可以采用該種形式的設計。具體安裝方式見液壓系統(tǒng)裝配圖。 4.2通道體設計的技術要求 1、通道體及疊加閥中工作介質為N32#或N46#，固密封性要求較高，各個連接件之間必須加密封圈。 2、通道體內(nèi)油道縱橫分布，比擬復雜，故應注意各個油路間的距離，使其滿足強度條件，以保證工作時在油壓作用下不被擊穿。通常兩孔間的最小壁厚不得小于5mm。 3、以底面為基準，上外表與下外表的平行度公差不超過0.03mm，各個側面與底面垂直度公差不超過0.1mm。塊間接合面光潔度0.8，其余面為3.2。 4

40、、所有棱邊倒圓角，去毛刺，外表發(fā)藍處理。 5、鋼坯不得有影響使用的氣孔裂紋和雜質等缺陷。 6、所有螺孔的螺紋按GB196—63規(guī)定，精度按GB197—63中三級制造，不允許有碰傷毛刺及影響使用的雙牙尖劃痕和螺紋不完善等缺陷。 7、工作壓力為4.5MP a ,試驗壓力為工作壓力的1.5倍，保壓5分鐘。 8、其余孔的定位尺寸公差為 0.2mm。 4.3通道體設計 通道體是連接從液壓泵傳來的油管與疊加閥的零件，它將液壓泵傳來的壓力油分配給控制三個不同液壓缸運動的疊加閥集成塊。在這個通道體上,有兩個通孔分別是P口和T口,同樣是通徑為14mm的孔。油液就是通過這兩個孔進入和流出液壓控制元件和

41、執(zhí)行元件，進行工作的 。其內(nèi)部其他的油孔，其具體尺寸和形狀參考疊加閥及液壓油箱的大小而設計，以保證系統(tǒng)流量和壓力為準，具體式樣參考CAD零件圖紙5。 4.4疊加閥的選擇 根據(jù)3.4節(jié)液壓閥的選擇，結合通道體的尺寸，通過對疊加閥系列型譜進行調查研究，選擇如表2中的疊加閥與之配合。其具體裝配順序參見裝配圖。 第五章 液壓站的設計 液壓站是由液壓油箱、液壓電機泵組裝置及液壓控制裝置三大局部組成。液壓油箱裝有空氣濾清器、加油孔〔即濾油器〕、液位計，清洗孔等元件。液壓電機泵組裝置包括液壓泵、驅動電機及其它們之間的聯(lián)軸器等。液壓控制裝置是指液壓系統(tǒng)的各類控制閥元件及其聯(lián)接體。 參考同類產(chǎn)品的

42、設計，本液壓站采用了集中式結構。 5.1液壓油箱的設計 液壓油箱的作用是貯存液壓油、別離液壓油中的雜質和空氣，同時還起到散熱作用。通過借鑒前人經(jīng)驗及個人創(chuàng)新，設計的油箱見裝配圖。 液壓油箱有效容積確實定 液壓油箱在不同的工作條件下，影響散熱的條件很多，通常按壓力來考慮。液壓油箱的有效容量V可確定為： 在低壓系統(tǒng)中〔0-2.5MPa〕 可?。篤=〔2—4〕 在中壓系統(tǒng)中〔2.5-6.3MPa〕 可取: V=(5—7) 在高壓系統(tǒng)中〔6-12MP a〕 可取:V=(6—12) 式中 V—液壓油箱有效容積 —液壓泵額定流量。 由于本系統(tǒng)壓力為4Mpa，屬于中壓系

43、統(tǒng)，因此油箱的容積可按上式計算。與泵的流量結合起來，選用V=200L即可滿足使用要求。 液壓油箱的外形尺寸 液壓油箱的有效容積確定以后，需設計液壓油箱的外形尺寸，這次采用的外型尺寸為：長650mm;寬400mm；高900mm的外型尺寸，見裝配圖。 液壓油箱的結構設計 為了減少液壓站的震動及發(fā)熱等問題對機床的影響，液壓油箱的結構多采用鋼板焊接的別離式液壓油箱。 1、隔板 〔1〕作用 增長液壓油流動循環(huán)時間，除去沉淀雜質，別離、去除水和空氣，調整溫度，吸收液壓油壓力的波動及防止液面的波動。 〔2〕安裝形式 隔板的安裝形式有多種，可以把隔板設計成低于液壓油面，其高度為最低油面

44、的2/3，使液壓油從隔板上方流過；還可以設計成高出液壓油面，即使隔板與油箱該連為一體，向下伸到吸油管及回油管以下，使液壓油經(jīng)沉淀冷卻后從隔板側面流過。這種方式更便于加工和清洗油箱。本液壓油箱設計時，采用了此種方式。 〔3〕過濾網(wǎng)的配置 過濾網(wǎng)設計成將液壓油箱內(nèi)部一分為二，使吸油管與回油管隔開，這樣液壓油可以經(jīng)過一次過濾。過濾網(wǎng)通常使用50—100目左右的金屬網(wǎng)。 2、吸油管與回油管 〔1〕回油管出口 回油管出口形式有直口、斜口、彎管直口、帶擴散器的出口等幾種形式，斜口應用得較多，一般為斜口。為了防止液面波動，可以在回油管出口裝擴散器?；?油管放置在液面以下，與油箱底面相距400m

45、m，回油管放在液面以下。 〔2〕吸油管 吸油管前設置濾油器，其精度為100—200目的網(wǎng)式或線隙式濾油器。濾油器與箱底音質距離為40mm。為防止吸油時卷吸空氣或因流入液壓油箱的液壓油攪動油面，致使油中混入氣泡，吸油管插入液壓油面以下。 〔3〕吸油管與回油管的方向 為了使油液的流動具有方向性，綜合考慮隔板、吸油管和回油管的配置，盡量把吸油管和回油管用隔板隔開，為了不使回油管的壓力波動涉及吸油管，吸油管及回油管的斜口方向一致。 3、頂蓋及清洗孔 〔1〕頂蓋 在液壓油箱頂蓋上裝設閥組、空氣濾清器時，必須十分牢固。液壓油箱同它們的接合面要平整光滑，將密封填料、耐油橡膠密封墊圈以及

46、液壓密封橡膠襯入其間，以防雜質、水和空氣侵入，并防止漏油。同時，不允許油閥和管道泄漏在箱蓋上的液壓油流回液壓油箱內(nèi)。由于電機和泵的尺寸均較大，所以放在液壓油箱的側面。 〔2〕清洗孔 本次設計中的油箱上沒有設計專用的清洗孔，為最大限度地易于清掃液壓油箱內(nèi)的各個角落和取出箱內(nèi)的元件，將整個頂蓋設計成活動式，由螺釘、墊片連接并密封。 〔3〕雜質和污油的排放 為了便于排放污油，液壓油箱底部做成了傾斜式箱底，并將放油塞安放在了最低處。 〔4〕液面指示 為了觀察液壓油箱內(nèi)的液面情況，在箱的側面安裝了液位計YWZ-80T，指示最高、最低油位。 〔5〕液壓油箱的起吊 對液壓裝置而言，從

47、工廠裝配開始，到最終送到用戶，要經(jīng)過反復裝卸，所以在整個液壓站設計了較高的四個支腳，以便于裝卸。 〔6〕液壓油箱的防銹 為了防止液壓油箱內(nèi)部生銹，應在油箱內(nèi)外壁涂耐油防銹涂料。 5.2泵-電動機裝置的選擇 液壓泵-電動機裝置包括液壓泵、電動機、泵用聯(lián)軸器等，又稱為泵組。其計算選擇如下： 5.2.1 確定液壓泵的流量、壓力和選擇泵的規(guī)格 1、泵的工作壓力確實定 考慮到正常工作中進油管路有一定的壓力損失，所以泵的工作壓力 〔9〕 式中 —液壓泵的最大工作壓

48、力； —執(zhí)行元件的最大工作壓力； —油管路中的壓力損失，簡單系統(tǒng)可取0.2～0.5MPa,復雜系統(tǒng)取0.5～1.5MPa,在此系統(tǒng)中我們?nèi)?.5MPa. 那么=4+0.5=4.5〔MPa) 上述計算所得的是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力,考慮到系統(tǒng)在各種工況的過渡階段出現(xiàn)的動態(tài)壓力往往超過靜態(tài)壓力。另外考慮到一定的壓力貯備量,并確保泵的壽命,因此選項泵的額定壓力Pn應滿足Pn≥1.2532=4Mpa 2、泵的流量確定 液壓泵的最大流量應為, 式中 —液壓泵的最大流量； 系數(shù),一般取=1.1～1.3， 取=1.1，那么三個液壓缸同時工作〔即流量取最大〕時， =1.1(20+15.07

49、+3.3912) =40(L/min) 3、選擇液壓泵的規(guī)格 根據(jù)以上算得的和，可選擇VPVC葉片泵，其型號為VPVC-F40-A3,最大流量40L/min,調壓范圍3.15MPa-5MPa。 5.2.2電動機的計算選擇 1、卡盤液壓缸所需功率的計算 由節(jié)的表達可知，卡盤所需電動機最大功率可為=1.5KW。 2、尾座液壓缸所需功率的計算 根據(jù)節(jié)中尾座液壓缸的參數(shù)P、Q的計算可知，需要電動機功率， ===500W 3、中心架液壓缸所需功率的計算 根據(jù)節(jié)中中心架液壓缸的參數(shù)P、Q的計算可知，計算需要電動機功率， ===200W 4、電動機的選擇 根據(jù)以上計算的功率可

50、知，電機總功率為=1.5+0.5+0.2=2.2kw 可選出電動機標準功率為2.2kw轉速1800r/min型號為3HP4P3。根據(jù)流量和壓力可選出液壓閥規(guī)格和型號.我們選用直徑為φ6通用液壓閥 , 流量為40L/min,壓力為20MPa。 5、泵-電動機的綜合選擇。據(jù)液壓泵的型號及參數(shù)，并結合電動機型號參數(shù)，再查閱相關手冊現(xiàn)選用SMVP-40-3-3變量葉片泵電機組合,該泵組的根本參數(shù)：流量為40L/min，額定壓力為5.5MPa,電動機轉速為1800r/min。 采用該電機泵組的優(yōu)點有： （1） 變量泵與直接式電機設計成一體，不僅便于安裝使用，而且可以節(jié)省安裝空間； （2） 可以

51、提高同心度，減少噪音。 5.3 液壓站的結構設計 液壓泵裝置包括不同類型的液壓泵、驅動電動機及其聯(lián)軸器等。其安裝方式分為立式和臥式兩種。本設計采用臥式。電機泵組安裝在油箱的左側。電機泵組及管道安裝在液壓油箱上面，安裝維修方便，散熱條件好。其余液壓元件的位置設計以方便整體布局為準。具體設計見裝配圖。 第六章 液壓系統(tǒng)的驗算 該液壓系統(tǒng)中進、回油管的內(nèi)徑均為12mm，選用N46#液壓油，考慮到N46#液壓油的最低溫度為15攝氏度，查得其時的運動粘度，密度。 1、壓力損失的驗算 液壓缸運動時壓力損失，最大速度為3m/min，最大流量為40L/min ,那么油液在管內(nèi)的流速為 (cm/min) =1799363.63(cm/min) =299.89(cm/s) 管道內(nèi)的流動雷諾數(shù)為 =799.71， <2300， 可見乳化液在管道內(nèi)流態(tài)為層流，其沿程阻力系數(shù)0.09 進油管道的沿程壓力損失為 =0.09=0.019Pa 液壓缸工進時工作阻力最大，壓降滿足壓力損失范圍要求，所以無需修改原設計。 2、系統(tǒng)溫升的驗算 由于本液壓系統(tǒng)的工作介質為N32#液壓油或N46#液壓油，且采用開式回路，溫度不是很高。機床允許的溫升最高為80攝氏度,所以系統(tǒng)溫升可以保證在許可范圍內(nèi)，所以不需要進行溫升的驗算。