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編 號 無錫太湖學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 題目： 半閉環(huán)數(shù)控車床液壓 傳動與控制設(shè)計 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 學(xué) 號： 0923021 學(xué)生姓名： 陸文杰 指導(dǎo)教師： 許菊若 （職稱：副教授） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文） 半閉環(huán)數(shù)控車床 液壓傳動與控制設(shè)計 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取 得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計（論文）中特別加以標(biāo)注引用， 表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計（論文）不包含任何其他個人、集 體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 機(jī)械 91 學(xué) 號： 0923021 作者姓名： 陸文杰 2013 年 5 月 25 日 無 錫 太 湖 學(xué) 院 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文 任 務(wù) 書 一、題目及專題： 1、題目半閉環(huán)數(shù)控車床液壓傳動與控制設(shè)計 2、專題 二、課題來源及選題依據(jù) 課題來源：校企合作開發(fā)課題。選題依據(jù)：隨著新型液壓介質(zhì)與相 應(yīng)元件的發(fā)展，液壓傳動向環(huán)保、高精度、低能耗與高效率方面發(fā)展， 為了要適應(yīng)此發(fā)展趨勢，我們需要設(shè)計新的液壓傳動原理來配合數(shù)控車 床來進(jìn) 一步的發(fā)展。 三、本設(shè)計（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求： （1）根據(jù)數(shù)控車床對液壓部分的要求，完成液壓系統(tǒng)圖設(shè)計（控制卡盤 尾座） 。 （2）設(shè)計完成尾座部分的裝配圖。 （3）設(shè)計該機(jī)床的液壓站裝配總圖。 （4）完成油箱設(shè)計。 I （5）完成設(shè)計說明書一分有必要的分析，計算，說明。 四、接受任務(wù)學(xué)生： 機(jī)械 91 班 姓名 陸文杰 五、開始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、設(shè)計（論文）指導(dǎo)（或顧問）： 指導(dǎo)教師簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 學(xué)科組組長研究所所長 簽名 系主任 簽名 2012 年 11 月 12 日 II 摘 要 液壓傳動是用液體作為工作介質(zhì)來傳遞能量和進(jìn)行控制的傳動方式。液壓傳動 和氣壓傳動稱為流體傳動，是根據(jù) 17 世紀(jì)帕斯卡提出的液體靜壓力傳動原理而發(fā)展 起來的一門新興技術(shù)，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣為應(yīng)用的一門技術(shù)。 如今，流體傳動技術(shù)水平的高低已成為一個國家工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。液壓 傳動憑借與其他傳動方式相比較具有獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢，應(yīng)用領(lǐng)域幾乎囊括了國民經(jīng) 濟(jì)各工業(yè)部門。近 30 年來，由于控制技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、傳感檢測技 術(shù)及材料科學(xué)的發(fā)展，極大的推動了液壓傳動與控制技術(shù)的發(fā)展，使其成為集傳動、 控制、計算機(jī)、傳感檢測、機(jī)電液為一體化的全新的自動控制技術(shù)。 本設(shè)計根據(jù)液壓系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)對數(shù)控車床液壓傳動系統(tǒng)進(jìn)行整體方案設(shè)計，對 其功能和工作原理進(jìn)行動力分析和運(yùn)動分析，初步確定了系統(tǒng)各回路的基本結(jié)構(gòu)及 主要元件，按照所給機(jī)構(gòu)性能參數(shù)和液壓性能參數(shù)進(jìn)行元件的選擇計算，通過對系 統(tǒng)性能的驗(yàn)算和發(fā)熱校核，以滿足該車床所要達(dá)到的要求。 關(guān)鍵詞：液壓；數(shù)控車床；尾座 III Abstract hydraulic transmission is to use liquid as working medium to transmit energy and control mode of transmission. Hydraulic and pneumatic transmission called fluid drive, which is based on PASCAL hydrostatic pressure transmission principle put forward by the 17th century and developed a new technology, is a technology widely used in industrial and agricultural production. Nowadays, the level of fluid transmission technology has become a national industrial development level of important symbol. Hydraulic transmission by compared with other driving mode has its unique technical advantages, applications almost covers the national economy each industry sector. For nearly 30 years, due to the control technology, microelectronics technology, computer technology, sensing detection technology and the development of materials science, greatly promoted the development of the hydraulic transmission and control technology, making it a set of transmission, control, computer, sensor detection, mechanical and electrical hydraulic automatic control technology for the integration of the new. According to the technical index of the hydraulic system of CNC milling machine two location clamping device hydraulic system overall plan design, dynamic analysis on the function and working principle and motion analysis, and preliminarily determines the systems basic structure and main components of each circuit, and according to the given institutional performance parameters and performance parameters of the hydraulic components selection calculation, through calculating the performance of the system and heating, in order to meet the requirements as to the milling machine. Key words: hydraulic pressure; tailstock;CNC lathe IV 目 錄 摘 要 .III ABSTRACT .IV 目 錄 .V 1 緒論 .1 1.1 研究背景和意義 .1 1.2 國內(nèi)外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀 .1 1.2.1 國外數(shù)控機(jī)床發(fā)展現(xiàn)狀 .1 1.2.2 國內(nèi)數(shù)控機(jī)床發(fā)展現(xiàn)狀 .2 1.3 液壓傳動的發(fā)展趨勢 .4 2 數(shù)控車床的介紹 .6 2.1 數(shù)控車床的總體方案 .6 2.2 數(shù)控車床總體布局圖 .7 3 數(shù)控車床對液壓系統(tǒng)的要求 .8 3.1 液壓控制的動作 .8 3.1.1 卡盤的松開，卡緊 .8 3.1.2 尾座套筒的伸縮運(yùn)動 .8 3.2 需要設(shè)計的內(nèi)容 .8 3.2.1 液壓系統(tǒng)圖 .8 3.2.2 液壓站裝置圖 .9 3.2.3 尾座設(shè)計 .9 4 液壓控制部分的設(shè)計 .11 4.1 基本方案的確定 .11 4.1.1 油路循環(huán)方式的分析與選擇 .11 4.1.2 調(diào)速方案的分析與選擇 .12 4.1.3 油路形式的分析和選擇 .13 4.1.4 液壓回路的分析，選擇與合成 .13 4.1.5 液壓原理圖的擬定于設(shè)計 .13 4.2 液壓裝置的設(shè)計 .15 4.2.1 液壓控制方式確定 .15 4.2.2 液壓站設(shè)計 .16 5 液壓油箱的設(shè)計 .17 5.1 液壓油箱有效容積的確定 .17 5.2 液壓油箱的外形尺寸 .17 5.3 液壓油箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計 .17 5.3.1 隔板 .17 5.3.2 吸油管與回油管 .17 5.3.3 防止雜質(zhì)侵入 .20 V 5.3.4 頂蓋及清洗孔 .22 5.3.5 液壓指示 .23 5.3.6 液壓油箱得起吊 .23 5.3.7 液壓油箱得防銹 .23 5.3.8 液壓油箱的加熱與冷卻 .23 6 結(jié) 論 .25 致 謝 .26 參考文獻(xiàn) .29 附 錄 .30 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 0 1 緒論 1.1 研究背景和意義 液壓傳動是以流體作為工作介質(zhì)對能量進(jìn)行傳動和控制的一種傳動形式。利用有壓 的液體經(jīng)由一些機(jī)件控制之后來傳遞運(yùn)動和動力。相對于電力拖動和機(jī)械傳動而言，液 壓傳動具有輸出力大，重量輕，慣性小，調(diào)速方便以及易于控制等優(yōu)點(diǎn)，因而廣泛應(yīng)用 于工程機(jī)械，建筑機(jī)械和機(jī)床等設(shè)備上。 由于要使用原油煉制品來作為傳動介質(zhì)，近代液壓傳動技術(shù)是由 19 世紀(jì)崛起并蓬勃 發(fā)展的石油工業(yè)推動起來的，最早實(shí)踐成功的液壓傳動裝置是艦船上的炮塔轉(zhuǎn)位器，其 后出現(xiàn)了液壓六角車床和磨床，一些通用車床到 20 世紀(jì) 30 年代末才用上了液壓傳動。 第二次世界大戰(zhàn)期間，在一些兵器上用上了功率大，反應(yīng)快，動作準(zhǔn)的液壓傳動和控制 裝置，大大提高了兵器的性能，也大大促進(jìn)了液壓技術(shù)的發(fā)展。戰(zhàn)后，液壓技術(shù)迅速轉(zhuǎn) 向民用，并隨著各種標(biāo)準(zhǔn)的不斷制訂和完善，各類元件的標(biāo)準(zhǔn)化，規(guī)格化，系列化而在 機(jī)械制造，工程機(jī)械，材料科學(xué)，控制技術(shù)，農(nóng)業(yè)機(jī)械，汽車制造等行業(yè)中推廣開來。 由于軍事及建設(shè)需要的刺激，液壓技術(shù)日益成熟。20 世紀(jì) 60 年代后，原子能技術(shù)，空間 技術(shù)，計算機(jī)技術(shù)等的發(fā)展再次將液壓技術(shù)推向前進(jìn)，使它發(fā)展成為包括傳動，控制， 檢測在內(nèi)的一門完整的自動化技術(shù)，在國民經(jīng)濟(jì)的各個方面都得到了應(yīng)用。如工程機(jī)械， 數(shù)控加工中心，冶金自動線等。液壓傳動在某些領(lǐng)域內(nèi)甚至已占有壓倒性優(yōu)勢。 今天，為了和最新技術(shù)的發(fā)展保持同步，液壓技術(shù)必須不斷發(fā)展，不斷提高和改進(jìn) 元件和系統(tǒng)的性能，以滿足日益變化的市場需求。與世界上主要的工業(yè)國家相比，我國 的液壓工業(yè)還是相當(dāng)落后的，標(biāo)準(zhǔn)化的工作有待于繼續(xù)做好，優(yōu)質(zhì)化的工作須形成聲勢， 智能化的工作則剛剛在準(zhǔn)備起步，為此必須急起直追，才能迎頭趕上?？梢灶A(yù)見，為滿 足國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，液壓技術(shù)也將繼續(xù)獲得飛速的發(fā)展，它在各個工也部門中的應(yīng)用 越來越廣泛。 在這樣一種背景下，我的課題選擇為半閉式數(shù)控車床液壓液壓傳動與控制設(shè)計，用 以提高生產(chǎn)效率，產(chǎn)品質(zhì)量，降低工人勞動強(qiáng)度及降低企業(yè)成本。此外，力求完成課題 之余，熟悉國內(nèi)外數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機(jī)床的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢,增強(qiáng)對如何發(fā)展民族數(shù)控機(jī)床 產(chǎn)業(yè)的感性認(rèn)識。 1.2 國內(nèi)外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀 從 20 世紀(jì)中葉數(shù)控技術(shù)出現(xiàn)以來，數(shù)控機(jī)床給機(jī)械制造業(yè)帶來了革命性的變化。 數(shù)控加工具有如下特點(diǎn)：加工柔性好，加工精度高，生產(chǎn)率高，減輕操作者勞動強(qiáng)度、 改善勞動條件，有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化以及經(jīng)濟(jì)效益的提高。數(shù)控機(jī)床是一種高度機(jī) 電一體化的產(chǎn)品，適用于加工多品種小批量零件、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、精度要求較高的零件、 需要頻繁改型的零件、價格昂貴不允許報廢的關(guān)鍵零件、要求精密復(fù)制的零件、需要縮 短生產(chǎn)周期的急需零件以及要求 100%檢驗(yàn)的零件。數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及其應(yīng)用范圍使其成 為國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)發(fā)展的重要裝備。 1.2.1 國外數(shù)控機(jī)床發(fā)展現(xiàn)狀 以美、德、日三國為例簡述國外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀。美、德、日三國是當(dāng)今世上 在數(shù)控機(jī)床科研、設(shè)計、制造和使用上，技術(shù)最先進(jìn)、經(jīng)驗(yàn)最多的國家。因其社會條件 半閉環(huán)數(shù)控車床液壓傳動與控制 1 不同，各有特點(diǎn)。 （1）美國的數(shù)控發(fā)展史 美國政府重視機(jī)床工業(yè)，美國國防部等部門因其軍事方面的需求而不斷提出機(jī)床的 發(fā)展方向、科研任務(wù),并且提供充足的經(jīng)費(fèi)，且網(wǎng)羅世界人才，特別講究“效率” 和“創(chuàng)新”， 注重基礎(chǔ)科研。因而在機(jī)床技術(shù)上不斷創(chuàng)新，如 1952 年研制出世界第一臺數(shù)控機(jī)床、 1958 年創(chuàng)制出加工中心、70 年代初研制成 FMS、1987 年首創(chuàng)開放式數(shù)控系統(tǒng)等。由于 美國首先結(jié)合汽車、軸承生產(chǎn)需求，充分發(fā)展了大量大批生產(chǎn)自動化所需的自動線，而 且電子、計算機(jī)技術(shù)在世界上領(lǐng)先，因此其數(shù)控機(jī)床的主機(jī)設(shè)計、制造及數(shù)控系統(tǒng)基礎(chǔ) 扎實(shí)，且一貫重視科研和創(chuàng)新，故其高性能數(shù)控機(jī)床技術(shù)在世界也一直領(lǐng)先。當(dāng)今美國 生產(chǎn)宇航等使用的高性能數(shù)控機(jī)床，其存在的教訓(xùn)是，偏重於基礎(chǔ)科研，忽視應(yīng)用技術(shù)， 且在上世紀(jì) 80 代政府一度放松了引導(dǎo)，致使數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量增加緩慢，于 1982 年被后進(jìn) 的日本超過，并大量進(jìn)口。從 90 年代起，糾正過去偏向，數(shù)控機(jī)床技術(shù)上轉(zhuǎn)向?qū)嵱茫a(chǎn) 量又逐漸上升。 （2）德國的數(shù)控發(fā)展史 德國政府一貫重視機(jī)床工業(yè)的重要戰(zhàn)略地位，在多方面大力扶植。于 1956 年研制出 第一臺數(shù)控機(jī)床后，德國特別注重科學(xué)試驗(yàn)，理論與實(shí)際相結(jié)合，基礎(chǔ)科研與應(yīng)用技術(shù) 科研并重。企業(yè)與大學(xué)科研部門緊密合作，對數(shù)控機(jī)床的共性和特性問題進(jìn)行深入的研 究，在質(zhì)量上精益求精。德國的數(shù)控機(jī)床質(zhì)量及性能良好、先進(jìn)實(shí)用、貨真價實(shí)，出口 遍及世界。尤其是大型、重型、精密數(shù)控機(jī)床。德國特別重視數(shù)控機(jī)床主機(jī)及配套件之 先進(jìn)實(shí)用，其機(jī)、電、液、氣、光、刀具、測量、數(shù)控系統(tǒng)、各種功能部件，在質(zhì)量、 性能上居世界前列。如西門子公司之?dāng)?shù)控系統(tǒng)，均為世界聞名，競相采用。 （3）日本的數(shù)控發(fā)展史 日本政府對機(jī)床工業(yè)之發(fā)展異常重視，通過規(guī)劃、法規(guī)(如“機(jī)振法” 、 “機(jī)電法”、 “機(jī)信 等)引導(dǎo)發(fā)展。在重視人才及機(jī)床元部件配套上學(xué)習(xí)德國，在質(zhì)量管理及數(shù)控機(jī)床技術(shù)上 學(xué)習(xí)美國，甚至青出于藍(lán)而勝于藍(lán)。自 1958 年研制出第一臺數(shù)控機(jī)床后，1978 年產(chǎn)量 (7342 臺 )超過美國 (5688 臺) ，至今產(chǎn)量、出口量一直居世界首位(2001 年產(chǎn)量 46604 臺， 出口 27409 臺，占 59%)。戰(zhàn)略上先仿后創(chuàng)，先生產(chǎn)量大而廣的中檔數(shù)控機(jī)床，大量出口， 占去世界廣大市場。在上世紀(jì) 80 年代開始進(jìn)一步加強(qiáng)科研，向高性能數(shù)控機(jī)床發(fā)展。日 本 FANUC 公司戰(zhàn)略正確，仿創(chuàng)結(jié)合，針對性地發(fā)展市場所需各種低中高檔數(shù)控系統(tǒng)，在 技術(shù)上領(lǐng)先，在產(chǎn)量上居世界第一。該公司現(xiàn)有職工 3674 人，科研人員超過 600 人，月 產(chǎn)能力 7000 套，銷售額在世界市場上占 50%，在國內(nèi)約占 70%，對加速日本和世界數(shù)控 機(jī)床的發(fā)展起了重大促進(jìn)作用。 1.2.2 國內(nèi)數(shù)控機(jī)床發(fā)展現(xiàn)狀 我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展起步于二十世紀(jì)五十年代，中國于 1958 年研制出第一臺數(shù)控機(jī) 床，發(fā)展過程大致可分為兩大階段。在 19581979 年間為第一階段，從 1979 年至今為 第二階段。第一階段中對數(shù)控機(jī)床特點(diǎn)、發(fā)展條件缺乏認(rèn)識，在人員素質(zhì)差、基礎(chǔ)薄弱、 配套件不過關(guān)的情況下，一哄而上又一哄而下，曾三起三落、終因表現(xiàn)欠佳，無法用于 生產(chǎn)而停頓。主要存在的問題是盲目性大，缺乏實(shí)事求是的科學(xué)精神。在第二階段從日、 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 德、美、西班牙先后引進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)，從日、美、德、意、英、法、瑞士、匈、奧、 韓國、臺灣省共 11 國(地區(qū))引進(jìn)數(shù)控機(jī)床先進(jìn)技術(shù)和合作、合資生產(chǎn)，解決了可靠性、 穩(wěn)定性問題，數(shù)控機(jī)床開始正式生產(chǎn)和使用，并逐步向前發(fā)展。通過六五期間引進(jìn)數(shù)控 技術(shù)，七五期間組織消化吸收“科技攻關(guān)” ，我國數(shù)控技術(shù)和數(shù)控產(chǎn)業(yè)取得了相當(dāng)大的成績。 特別是最近幾年，我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，19982004 年國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量和消費(fèi)量的 年平均增長率分別為 39.3%和 34.9%。盡管如此，進(jìn)口機(jī)床的發(fā)展勢頭依然強(qiáng)勁，從 2002 年開始，中國連續(xù)三年成為世界機(jī)床消費(fèi)第一大國、機(jī)床進(jìn)口第一大國 2004 年中國機(jī)床 主機(jī)消費(fèi)高達(dá) 94.6 億美元，國內(nèi)數(shù)控機(jī)床制造企業(yè)在中高檔與大型數(shù)控機(jī)床的研究開發(fā) 方面與國外的差距更加明顯，70%以上的此類設(shè)備和絕大多數(shù)的功能部件均依賴進(jìn)口。由 此可以看出國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床特別是中高檔數(shù)控機(jī)床仍然缺乏市場競爭力，究其原因主要在 于國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的研究開發(fā)深度不夠、制造水平依然落后、服務(wù)意識與能力欠缺、數(shù)控, 系統(tǒng)生產(chǎn)應(yīng)用推廣不力及數(shù)控人才缺乏等。我們應(yīng)看清形勢，充分認(rèn)識國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的 不足，努力發(fā)展先進(jìn)技術(shù)，加大技術(shù)創(chuàng)新與培訓(xùn)服務(wù)力度，以縮短與發(fā)達(dá)國家之問的差 距。 在 20 余年間，數(shù)控機(jī)床的設(shè)計和制造技術(shù)有較大提高，主要表現(xiàn)在三大方面：培訓(xùn) 一批設(shè)計、制造、使用和維護(hù)的人才；通過合作生產(chǎn)先進(jìn)數(shù)控機(jī)床，使設(shè)計、制造、使 用水平大大提高，縮小了與世界先進(jìn)技術(shù)的差距；通過利用國外先進(jìn)元部件、數(shù)控系統(tǒng) 配套，開始能自行設(shè)計及制造高速、高性能、五面或五軸聯(lián)動加工的數(shù)控機(jī)床，供應(yīng)國 內(nèi)市場的需求，但對關(guān)鍵技術(shù)的試驗(yàn)、消化、掌握及創(chuàng)新卻較差。至今許多重要功能部 件、自動化刀具、數(shù)控系統(tǒng)依靠國外技術(shù)支撐，不能獨(dú)立發(fā)展，基本上處于從仿制走向 自行開發(fā)階段，與日本數(shù)控機(jī)床的水平差距很大。存在的主要問題包括：缺乏象日本“機(jī) 電法”、 “機(jī)信法”那樣的指引；嚴(yán)重缺乏各方面專家人才和熟練技術(shù)工人；缺少深入系統(tǒng)的 科研工作；元部件和數(shù)控系統(tǒng)不配套；企業(yè)和專業(yè)間缺乏合作，基本上孤軍作戰(zhàn)，雖然 廠多人眾，但形成不了合力。 我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展起步于二十世紀(jì)五十年代，通過“六五” 期間引進(jìn)數(shù)控技術(shù)， “七五” 期間組織消化吸收科技攻關(guān)”，我國數(shù)控技術(shù)和數(shù)控產(chǎn)業(yè)取得了相當(dāng)大的成績。特別是最 近幾年，我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，19982004 年國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量和消費(fèi)量的年平均增 長率分別為 39.3%和 34.9%。盡管如此，進(jìn)口機(jī)床的發(fā)展勢頭依然強(qiáng)勁，從 2002 年開始， 中國連續(xù)三年成為世界機(jī)床消費(fèi)第一大國、機(jī)床進(jìn)口第一大國，2004 年中國機(jī)床主機(jī)消 費(fèi)高達(dá) 94.6 億美元，國內(nèi)數(shù)控機(jī)床制造企業(yè)在中高檔與大型數(shù)控機(jī)床的研究開發(fā)方面與 國外的差距更加明顯，70%以上的此類設(shè)備和絕大多數(shù)的功能部件均依賴進(jìn)口。由此可以 看出國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床特別是中高檔數(shù)控機(jī)床仍然缺乏市場競爭力，究其原因主要在于國產(chǎn) 數(shù)控機(jī)床的研究開發(fā)深度不夠、制造水平依然落后、服務(wù)意識與能力欠缺、數(shù)控,系統(tǒng)生 產(chǎn)應(yīng)用推廣不力及數(shù)控人才缺乏等。我們應(yīng)看清形勢，充分認(rèn)識國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的不足， 努力發(fā)展先進(jìn)技術(shù)，加大技術(shù)創(chuàng)新與培訓(xùn)服務(wù)力度，以縮短與發(fā)達(dá)國家之問的差距。 2003 年開始，中國就成了全球最大的機(jī)床消費(fèi)國，也是世界上最大的數(shù)控機(jī)床進(jìn)口 國。目前正在提高機(jī)械加工設(shè)備的數(shù)控化率，1999 年，我們國家機(jī)械加工設(shè)備數(shù)控華率 是 8，目前預(yù)計是 1520之間。 車、銑、刨、磨、鏜、鉆、電火花、剪板、折彎、 半閉環(huán)數(shù)控車床液壓傳動與控制 3 激光切割等等都是機(jī)械加工方法，所謂機(jī)械加工，就是把金屬毛坯零件加工成所需要的 形狀，包含尺寸精度和幾何精度兩個方面。能完成以上功能的設(shè)備都稱為機(jī)床，數(shù)控機(jī) 床就是在普通機(jī)床上發(fā)展過來的，數(shù)控的意思就是數(shù)字控制。給機(jī)床裝上數(shù)控系統(tǒng)后， 機(jī)床就成了數(shù)控機(jī)床。當(dāng)然，普通機(jī)床發(fā)展到數(shù)控機(jī)床不只是加裝系統(tǒng)這么簡單，例如： 從銑床發(fā)展到加工中心，機(jī)床結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，最主要的是加了刀庫，大幅度提高了精度。 加工中心最主要的功能是銑、鏜、鉆的功能。我們一般所說的數(shù)控設(shè)備，主要是指數(shù)控 車床和加工中心。 我國目前各種門類的數(shù)控機(jī)床都能生產(chǎn)，水平參差不齊，有的是世界水平，有的比 國外落后 1015 年，但如果國家支持，追趕起來也不是什么問題，例如：去年，沈陽機(jī) 床集團(tuán)收購了德國西思機(jī)床公司，意義很大，如果大力消化技術(shù)，可以縮短不少差距。 大連機(jī)床公司也從德國引進(jìn)了不少先進(jìn)技術(shù)。上海一家企業(yè)購買日本著名的機(jī)床制造商 池貝。 近幾年隨著中國制造的崛起，歐洲不少企業(yè)倒閉或者被兼并，如馬毫、斯濱納等。 日本經(jīng)濟(jì)不景氣，有不少在 80 年代很出名的機(jī)床制造商倒閉，例如：新瀉鐵工所。數(shù)控 設(shè)備的發(fā)展方向六個方面：智能化、網(wǎng)絡(luò)化、高速、高精度、符合、環(huán)保。目前德國和 瑞士的機(jī)床精度最高，綜合起來，德國的水平最高，日本的產(chǎn)值最大。美國的機(jī)床業(yè)一 般。中國大陸、韓國。臺灣屬于同一水平。但就門類、種類多少而言，我們應(yīng)該能進(jìn)世 界前 4 名。數(shù)控系統(tǒng)由顯示器、控制器伺服、伺服電機(jī)、和各種開關(guān)、傳感器構(gòu)成。目 前世界最大的三家廠商是：日本發(fā)那客、德國西門子、日本三菱，其余還有法國扭姆、 西班牙凡高等。國內(nèi)有華中數(shù)控、航天數(shù)控等。國內(nèi)的數(shù)控系統(tǒng)剛剛開始產(chǎn)業(yè)化、水平 質(zhì)量一般。高檔次的系統(tǒng)全都是進(jìn)口。華中數(shù)控這幾年發(fā)展迅速，軟件水平相當(dāng)不錯， 但差就差在電器硬件上，故障率比較高。華中數(shù)控也有意向數(shù)控機(jī)床業(yè)進(jìn)軍，但機(jī)床的 硬件方面不行，質(zhì)量精度一般。目前國內(nèi)一些大廠還沒有采用華中數(shù)控的。廣州機(jī)床廠 的簡易數(shù)控系統(tǒng)也不錯。我們國家機(jī)床業(yè)最薄弱的環(huán)節(jié)在數(shù)控系統(tǒng)。機(jī)床精度（1）機(jī)械 加工機(jī)床精度分靜精度、加工精度（包括尺寸精度和幾何精度） 、定位精度、重復(fù)定位精 度等 5 種。 （2）機(jī)床精度體系 目前我們國家內(nèi)承認(rèn)的大致是四種體系：德國 VDI 標(biāo)準(zhǔn)、 日本 JIS 標(biāo)準(zhǔn)、國際標(biāo)準(zhǔn) ISO 標(biāo)準(zhǔn)、國標(biāo) GB，國標(biāo)和國際標(biāo)準(zhǔn)差不多。 （3）看一臺機(jī)床 水平的高低，要看它的重復(fù)定位精度，一臺機(jī)床的重復(fù)定位精度如果能達(dá)到 0.005mm(ISO 標(biāo)準(zhǔn).、統(tǒng)計法),就是一臺高精度機(jī)床，在 0.005mm(ISO 標(biāo)準(zhǔn).、統(tǒng)計法)以下， 就是超高精度機(jī)床，高精度的機(jī)床，要有最好的軸承、絲杠。 （4）加工出高精度零件， 不只要求機(jī)床精度高，還要有好的工藝方法、好的夾具、好的刀具。 目前世界著名機(jī)床廠商在我國的投資情況（1）2000 年，世界最大的專業(yè)機(jī)床制造商 馬扎克（MAZAK）在寧夏銀川投資建了名為“寧夏小巨人機(jī)床公司”的機(jī)床公司，生產(chǎn)數(shù) 控車床、立式加工中心和車銑復(fù)合中心。機(jī)床質(zhì)量不錯，目前效益良好，年產(chǎn) 600 臺， 目前正在建 2 期工程，建成后可以年產(chǎn) 1200 臺。 （2）2003 年，德國著名的機(jī)床制造商德 馬吉在上海投資建廠，目前年組裝生產(chǎn)數(shù)控車床和立式加工中心 120 臺左右。 （3）2002 年，日本著名的機(jī)床生產(chǎn)商大隈公司和北京第一機(jī)床廠合資建廠，年生產(chǎn)能力為 1000 臺， 生產(chǎn)數(shù)控車床、立式加工中心、臥式加工中心。 （4）韓國大宇在山東青島投資建廠，目 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 前生產(chǎn)能力不知。 （5）臺灣省的著名機(jī)床制造商友嘉在浙江蕭山投資建廠，年生產(chǎn)能力 800 臺。民營企業(yè)進(jìn)入機(jī)床行業(yè)情況（1）浙江日發(fā)公司，2000 年投產(chǎn)，生產(chǎn)數(shù)控車床、 加工中心，年生產(chǎn)能力 300 臺。 （2）2004 年，浙江寧波著名的鑄塑機(jī)廠商海天公司投資 生產(chǎn)機(jī)床，主要是從日本引進(jìn)技術(shù)，目前剛開始，起點(diǎn)比較高。 （3）2002 年，西安北村 投產(chǎn)，名字像日本的，其實(shí)老板是中國人，采用日本技術(shù)，生產(chǎn)小型儀表數(shù)控車床，水 平相當(dāng)不錯。軍工企業(yè)技改情況軍工企業(yè)得到國家撥款開始于當(dāng)年“大使館被炸，后來臺 灣阿扁上臺后，大規(guī)模技改開始了，軍工企業(yè)進(jìn)入新一輪的技改高峰，我們很多軍工企 業(yè)開始停止購買普通設(shè)備。尤其是近 3 年來，我們的軍工企業(yè)從歐洲和日本買了大批量 的先進(jìn)數(shù)控機(jī)床。也從國內(nèi)機(jī)床廠哪里采購了大批普通數(shù)控機(jī)床，國內(nèi)機(jī)床廠商為了迎 接這次大技改，也引進(jìn)了不少先進(jìn)技術(shù)，爭取軍工企業(yè)的高端訂單。早在幾年前，我國 就已經(jīng)把國防事業(yè)提到了和經(jīng)濟(jì)發(fā)展一樣的高度上，我們要建立和經(jīng)濟(jì)發(fā)展相適應(yīng)的國 防能力，相信再過 10 年，隨著我國國防工業(yè)和汽車行業(yè)的發(fā)展，我們國家會誕生世界水 平的機(jī)床制造商，也將會超越日本，成為世界第一機(jī)床生產(chǎn)大國。 1.3 液壓傳動的發(fā)展趨勢 a. 液壓傳動的優(yōu)點(diǎn)： （1）體積小、重量輕，例如同功率液壓馬達(dá)的重量只有電動機(jī)的 10%20%。因此 慣性力較小，當(dāng)突然過載或停車時，不會發(fā)生大的沖擊； （2）能在給定范圍內(nèi)平穩(wěn)的自動調(diào)節(jié)牽引速度，并可實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，且調(diào)速范圍最 大可達(dá) 1：2000(一般為 1：100） 。 （3）換向容易，在不改變電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的情況下，可以較方便地實(shí)現(xiàn)工作機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn) 和直線往復(fù)運(yùn)動的轉(zhuǎn)換； （4）液壓泵和液壓馬達(dá)之間用油管連接，在空間布置上彼此不受嚴(yán)格限制； （5）由于采用油液為工作介質(zhì)，元件相對運(yùn)動表面間能自行潤滑，磨損小，使用壽 命長； （6）操縱控制簡便，自動化程度高； （7）容易實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。 （8)液壓元件實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化、便于設(shè)計、制造和使用。 b. 液壓傳動的缺點(diǎn): （1）使用液壓傳動對維護(hù)的要求高，工作油要始終保持清潔； （2）對液壓元件制造精度要求高，工藝復(fù)雜，成本較高； （3）液壓元件維修較復(fù)雜，且需有較高的技術(shù)水平； （4）液壓傳動對油溫變化較敏感，這會影響它的工作穩(wěn)定性。因此液壓傳動不宜在 很高或很低的溫度下工作，一般工作溫度在-1560范圍內(nèi)較合適。 （5）液壓傳動在能量轉(zhuǎn)化的過程中，特別是在節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，其壓力大，流量損 失大，故系統(tǒng)效率較低。 （6）由于液壓傳動中的泄漏和液體的可壓縮性使這種傳動無法保證嚴(yán)格的傳動比。 通過液壓傳動優(yōu)缺點(diǎn)比較并且隨著世界技術(shù)不斷迅速發(fā)展，各部門對液壓傳動提出 更高要求，液壓傳動與電子技術(shù)配合在一起廣泛應(yīng)用于智能機(jī)器人、海洋開發(fā)、宇宙航 半閉環(huán)數(shù)控車床液壓傳動與控制 5 行、地震預(yù)測與各種伺服系統(tǒng)，使液壓傳動的應(yīng)用提高到一個嶄新高度。液壓傳動是根 據(jù) 17 世紀(jì)帕斯卡提出的液體靜壓力傳動原理而發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 中廣為應(yīng)用的一門技術(shù)。如今，流體傳動技術(shù)水平的高低已成為一個國家工業(yè)發(fā)展水平 的重要標(biāo)志。目前，液壓傳動發(fā)展的動向，概括有以下幾點(diǎn)： （1）節(jié)約能源，發(fā)展低能耗元件，提高元件效率； （2）發(fā)展新型液壓介質(zhì)和相應(yīng)元件，如發(fā)展高境保護(hù)，降低液壓元件噪聲； （3）進(jìn)一步發(fā)展電氣-液壓控制，提高控制性能和操作性能； （4）重視發(fā)展密封技術(shù)，防止漏油； （5）重視液壓油的污染控制； 其他方面，如元件微型化、復(fù)合化和系統(tǒng)集成化的趨勢仍在繼續(xù)發(fā)展，對液壓系統(tǒng) 元件的可靠性設(shè)計、邏輯設(shè)計，與電子技術(shù)高度結(jié)合，對故障的早期診斷、預(yù)測以及防 止失效的早期警報等都越來越受到重視。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 2 數(shù)控車床的介紹 本課題是對數(shù)控車床的液壓傳動部分的研究設(shè)計，應(yīng)此先完成數(shù)控車床的總體方案 設(shè)計。 2.1 數(shù)控車床的總體方案 （1）車床為機(jī)，電，液三位一體，按照人體工程學(xué)宜人化進(jìn)行布局設(shè)計，全封閉防 護(hù)，操作簡捷，使用方便。 （2）機(jī)床采用臥式車身，45傾斜導(dǎo)軌布局形式，以利于排屑。床身為整體高剛性 結(jié)構(gòu)。 （3）矩形軌道，采用寬支撐窄導(dǎo)向的設(shè)計以增強(qiáng)運(yùn)動的平穩(wěn)性。 （4）床身左端為主軸箱，其結(jié)構(gòu)簡單，無齒輪傳動，主軸由交流調(diào)速主軸電機(jī)驅(qū)動， 機(jī)床在低速下也具有高功率輸出，恒功率區(qū)寬。機(jī)床可以無級調(diào)速和恒線速度切削，有 利于降低端面加工時的表面粗糙度，且便于選取最能發(fā)揮刀具切削性能的切削速度。 （5）主軸軸承為超精密角接觸球軸承和雙列圓柱滾子軸承以保證主軸的剛度和精度。 主軸軸承采用高潤滑，低溫度，熱變形小。 （6）機(jī)床縱向和橫向運(yùn)動均采用交流伺服電機(jī)，它們兩者均直接采用消隙聯(lián)軸器把 電機(jī)與滾珠絲杠連接起來。縱向驅(qū)動直接安裝在縱向床身導(dǎo)軌之間。電機(jī)采用直接配有 脈沖解碼器的，可以直接反應(yīng)滾珠絲杠的精度。機(jī)床采用節(jié)歇潤滑系統(tǒng)對床身軌道，床 鞍和滾珠絲杠等部件集中潤滑。 （7）機(jī)床卡盤采用液壓控制。液壓夾緊油缸為高速卡盤液壓缸?？ūP為高速液壓卡 盤?？ūP的松緊由控制面板上的按鈕來控制。 （8）機(jī)床尾座亦采用液壓控制。通過液壓油來控制尾座套筒的進(jìn)退，它是由控制面 板上的按鈕來控制的。 （9）車床的床鞍溜板導(dǎo)軌上裝有 8 位的電動軌塔刀架，具有分度轉(zhuǎn)位快，平穩(wěn)可靠， 無滲透等優(yōu)點(diǎn)。分度控制采用編碼器和接近開關(guān)，電氣設(shè)計上增加了雙保險安全保護(hù)環(huán) 節(jié)以確定電機(jī)的安全，換刀準(zhǔn)確。 （10）機(jī)床配有自動對刀儀，通過接觸式傳感器，可以快而準(zhǔn)確的測出刀具安裝時的 偏差值，傳輸給計算機(jī)系統(tǒng)，在加工時可以進(jìn)行刀具的自動補(bǔ)償。 （11）機(jī)床具有良好的擴(kuò)展性，機(jī)床配有排屑器，實(shí)現(xiàn)自動排屑。機(jī)床配有防護(hù)外殼。 （12）機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)配有日本 FANUC6T CNC 系統(tǒng)。 2.2 數(shù)控車床總體布局圖 半閉環(huán)數(shù)控車床液壓傳動與控制 7 部分主要部件名稱： 1 窗玻璃 23 精密滾珠絲杠（Z 軸） 2 尾架頂尖 24 Z 向拖板 3 液壓尾架 25 X 向拖板 4 通油管 26 電動刀架 5 排屑裝置 28 機(jī)殼 7 移門 29 帶輪 8 主軸 30 張緊輪 9 液壓卡盤 33 冷卻泵源 10 主軸箱 34 減壓閥 13 主電機(jī) 38 電氣柜 14 接頭 40 底板 15 回轉(zhuǎn)油缸 41 油箱 16 楔形帶 42 油箱部件 17 同步帶 43 電動機(jī)（液壓站） 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 3 數(shù)控車床對液壓系統(tǒng)的要求 3.1 液壓控制的動作 3.1.1 卡盤的松開，卡緊 數(shù)控車床一般用液壓卡盤來夾緊工件。液壓卡盤通常都配備有未經(jīng)淬火的卡爪，即 所謂軟爪。軟爪分為內(nèi)夾和外夾兩種形式，卡盤閉合時夾緊工件的軟爪為內(nèi)夾式軟爪， 卡盤張開時撐緊工件的軟爪為外夾式軟爪。如圖 1 所示，軟爪 1 是以端面齒槽與卡爪座 3 定位，通過螺釘和卡爪座中的 T 型螺母，固定在卡爪座 3 上。液壓卡盤工作時，通過改 變在卡爪座上的位置來改變液壓卡盤的夾緊尺寸。 1.軟爪 2.T 型螺母 3.卡爪座 4.卡盤體 5.支撐體 圖 1 液壓卡盤 在加工批量較大的軸類或盤類零件時，為防止工件以加工表面，保證工件被夾持面 和被加工面的同軸度要求，須將液壓卡盤軟爪的夾持面車削一下。車削內(nèi)夾式軟爪的傳 統(tǒng)方法如圖 1 所示，先在液壓卡盤軟爪內(nèi)側(cè)夾持一個圓形支撐板 5 來支撐軟爪，然后再 對軟爪的夾持面進(jìn)行車削加工，使軟爪夾持面直徑尺寸與工件被夾持部位直徑尺寸大致 相等。為使軟爪行程的中央部位成為夾持工件的位置，車削夾持尺寸不同的軟爪就要用 不同直徑尺寸的支撐板，因此車削內(nèi)夾式軟爪前，需要準(zhǔn)備多種不同尺寸的支撐板。因 為軟爪內(nèi)側(cè)夾持有支撐板，軟爪的夾持面不可能全部被車削加工，而且加工尺寸一旦過 量，就得更換新的支撐板對軟爪重新進(jìn)行加工。車削軟爪時，支撐板被夾持在軟爪內(nèi)側(cè)， 而液壓卡盤實(shí)際工作時，工件卻被夾持在軟爪外側(cè)。由于軟爪被支撐的位置不同，實(shí)際 夾持工件時軟爪夾持面將變成喇叭口形狀，從而影響工件的可靠定位和夾緊。 3.1.2 尾座套筒的伸縮運(yùn)動 用于長軸類零件的加工以及鉆孔、擴(kuò)孔等。數(shù)控車床一般有手動尾座和可編程尾座 兩種。尾座套筒的動作與主軸互鎖，即在主軸轉(zhuǎn)動時，按尾座套筒退出按鈕，套筒不動 作。只有在主軸停止?fàn)顟B(tài)下，尾座套筒才能退出，以保證安全。 半閉環(huán)數(shù)控車床液壓傳動與控制 9 3.2 需要設(shè)計的內(nèi)容 3.2.1 液壓系統(tǒng)圖 擬定液壓系統(tǒng)原理圖是液壓系統(tǒng)設(shè)計的一個重要步驟。這一步的工作就是根據(jù)主機(jī) 要求的性能和執(zhí)行元件的動作要求，正確選擇基本回路，并將這些基本回路進(jìn)行有機(jī)的 組合，以形成完整的液壓系統(tǒng)。設(shè)計液壓系統(tǒng)圖要注意以下幾個問題: (1)組合基本回路時，注意防止回路間可能存在的相互干擾。 （2）要確保液壓系統(tǒng)安全可靠 液壓系統(tǒng)運(yùn)行中可能出現(xiàn)的不安全因素是多種多樣 的，如負(fù)載的異常變化、操作人員的誤操作等，所以必須考慮相應(yīng)的安全回路或措施， 確保人身和設(shè)備的安全。 (3)液壓系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化要求 為縮短設(shè)計周期，降低成本， 應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)化元件，至少應(yīng)使自行設(shè)計的元件減少到最低限度，且自行設(shè)計的元件 其參數(shù)也應(yīng)符合“三化”要求。 3.2.2 液壓站裝置圖 液壓系統(tǒng)原理圖確定之后，根據(jù)所選用的液壓元件、輔件，便可進(jìn)行液壓裝置的結(jié) 構(gòu)設(shè)計。 1) 液壓裝置的結(jié)構(gòu)形式 液壓裝置按配置形式可分為分散配置和集中配置兩種。 分散配置是將液壓系統(tǒng)的動力源、控制及調(diào)節(jié)裝置按主機(jī)的布局分散安裝，主要用 于行走機(jī)械。這種形式的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省安裝空間，缺點(diǎn)是安裝及維修較復(fù)雜。 集中配置將液壓系統(tǒng)的動力源、控制及調(diào)節(jié)裝置集中安裝在主機(jī)外，即集中設(shè)置所 謂的液壓站，主要用于固定設(shè)備。這種形式的優(yōu)點(diǎn)是裝配及維修方便，缺點(diǎn)是單獨(dú)設(shè)置 液壓站，占地面積較大。 2) 液壓元件的配置形式 液壓元件的配置形式可分為管式、板式與集成配置三種。 (1)管式配置 將管式元件直接用管接頭和油管連接，多用于分散裝置系統(tǒng)。這種形 式安裝麻煩，管路部分壓力損失較大，但排除故障較容易。 (2)板式配置 將板式元件與其連接底板用螺釘固定在平板上，個元件之間的油路連 接仍用管接頭和油管，優(yōu)點(diǎn)是元件拆裝方便。 (3)集成配置 借用于某種專用或通用的輔助件，將板式元件組合在一起。有箱體式、 集成塊式和疊加式三種形式。 由于集成配置為無油管連接，節(jié)省了管接頭和油管，減低了壓力損失，且結(jié)構(gòu)緊湊、 元件拆裝方便，外形美觀，所以在液壓系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。 3.2.3 尾座設(shè)計 尾座是臥式車床的重要附件，其主要作用是為軸類零件定心，同時具有輔助支撐和 夾緊的功能。數(shù)控臥式車床的尾座采用的是整體式結(jié)構(gòu)，整體式結(jié)構(gòu)尾座由尾座體、套 筒、芯軸結(jié)構(gòu)、套筒液壓測力裝置、尾座和套筒移動機(jī)構(gòu)、尾座和套筒夾緊與放松結(jié)構(gòu) 及液壓裝置等組成，芯軸結(jié)構(gòu)選用高精度的進(jìn)口軸承支承，動、靜剛度好，精度高。套 筒和尾座的移動均為機(jī)動，套筒和尾座的夾緊、放松均采用碟形彈簧夾緊，液壓放松的 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 機(jī)動夾緊、放松結(jié)構(gòu)，夾緊力足夠大，安全可靠，工人操作簡單、方便、效率高。其優(yōu) 點(diǎn)在于： （1）剛度高、抗震性能好，精度高，精度保持性好，整體式尾座，將分體式尾座上、 下體合為一個尾座整體，采用整體式箱形結(jié)構(gòu)設(shè)計，經(jīng)有限元分析、計算，通過對尾座 內(nèi)部筋板的合理布置，提高了尾座的剛度和固有頻率，尾座采用高強(qiáng)度低應(yīng)力鑄鐵鑄造， 經(jīng)良好的時效處理，熱變形小，在承受最大工件重量和最大額定切削力的情況下。尾座 整體變形小，抗振性能好，滿足數(shù)控臥式車床精度檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的要求。 （2）結(jié)構(gòu)更加簡單、優(yōu)化、合理，整體式尾座將分體式尾座上、下體合為一個尾座 整體，取消了分體式尾座聯(lián)結(jié)的定位鍵和把合螺釘，總零件數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)更少，取消了 分體式尾座上、下體的配合加工面，取消了分體式尾座上、下體的裝配環(huán)節(jié)，加工、裝 配工藝性更好，節(jié)約了加工、裝配總費(fèi)用降低了尾座的總重量和總成本。 我設(shè)計的尾座的工作原理是尾座套筒、尾座油壓后座上都有油孔,尾座套筒和尾座活 塞固定座通過螺釘連接在一起，可以移動。尾座油壓后座、尾座體和尾座活塞軸連接在 一起，固定不動。尾座活塞軸、尾座套筒和尾座活塞固定座形成一個液壓缸，并且分成 兩個腔。當(dāng)給尾座油壓后座通液壓油時，液壓油通過油路進(jìn)入尾座活塞軸上的一個腔， 在進(jìn)入套筒孔的錐形腔內(nèi)，此時壓力增大，套筒帶動頂尖向前移動。反之，當(dāng)液壓油通 過油路進(jìn)入尾座活塞軸上的另一個腔，此時向后退的壓力增大，套筒帶動頂尖向后移動。 半閉環(huán)數(shù)控車床液壓傳動與控制 11 4 液壓控制部分的設(shè)計 4.1 基本方案的確定 液壓系統(tǒng)方案設(shè)計是根據(jù)主機(jī)的工作情況、主機(jī)對液壓系統(tǒng)的技術(shù)要求、液壓系統(tǒng) 的工作條件和環(huán)境條件以及成本、經(jīng)濟(jì)性、供貨情況等諸多因素，進(jìn)行全面、綜合的設(shè) 計，從而擬定出一個各方面比較合理的、可實(shí)現(xiàn)的液壓系統(tǒng)方案。其內(nèi)容包括： (1)油路循環(huán)方式的分析與選擇； (2)調(diào)速方案的分析與選擇； (3)源形式的分析與選擇； (4)回路的分析、選擇與合成； 4.1.1 油路循環(huán)方式的分析與選擇 液壓系統(tǒng)油路循環(huán)方式分為開式和閉式兩種，他們各自的特點(diǎn)及相互比較見表 4- 1。 表 4-1 開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)的比較 油路 循環(huán) 方式 開式 閉式 散熱 條件 較方便，但油箱較大 較復(fù)雜，需要用輔泵來換油冷卻 抗污 染性 較差但可以用壓力油箱 或者油箱呼吸器來改善 較好，但油液過濾要求較高 系統(tǒng) 效率 管路壓力損失較大，用 節(jié)流調(diào)速時效率較低 管路腰里損失較小，容積調(diào)速是效率 較高 限速 制動 形式 用平衡閥進(jìn)行能耗限速， 用制動閥進(jìn)行能耗制動， 引起油液發(fā)熱 液壓泵由電動機(jī)拖動時，限速及制動 過程中拖動電能向電網(wǎng)輸電，回收部 分能量，即是再生限速和再生制動 其他 對泵的自吸性能要求高 對主泵的自吸性能要求低 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 油路循環(huán)方式的選擇主要取決于液壓系統(tǒng)的調(diào)速方式和散熱條件。一般來說，凡是 有較大空間存放油箱而且不需要另設(shè)散熱裝置的系統(tǒng)，要求結(jié)構(gòu)盡可能簡單的系統(tǒng)，才 用節(jié)流調(diào)速和容積調(diào)速的系統(tǒng)，均宜采用開式系統(tǒng)。在本設(shè)計中，油泵向兩個執(zhí)行元件 系統(tǒng)供油而且功率較小，整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也比較簡單，所以本設(shè)計采用開式系統(tǒng)。 4.1.2 調(diào)速方案的分析與選擇 調(diào)速方案對主機(jī)的性能起到?jīng)Q定性的作用。調(diào)速方案包括節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速和容 積節(jié)流調(diào)速三種。選擇調(diào)速方案時，應(yīng)根據(jù)液壓執(zhí)行元件的負(fù)載特性和調(diào)速范圍以及經(jīng) 濟(jì)性能因素，最后選出合適的調(diào)速方案?？紤]到系統(tǒng)本身的性能要求和一些使用要求以 及負(fù)載特性，參照表 4-2，本設(shè)計決定采用容積節(jié)流調(diào)速 。 表 4-2 各種調(diào)速方式的性能比較 節(jié)流調(diào)速 容積調(diào)速回路 容積節(jié)流調(diào)速回路 帶壓力補(bǔ)償閥的 節(jié)流調(diào)速系統(tǒng) 變量泵定量馬達(dá) 主要 性能 進(jìn) 油 節(jié) 流 及 回 油 節(jié) 流 旁 路 節(jié) 流 調(diào) 速 閥 在 進(jìn) 油 路 調(diào) 速 閥 在 旁 油 路 及 溢 流 節(jié) 流 調(diào) 速 回 路 流量適應(yīng) 功率適應(yīng) 速度剛 度 很差 好 較好 好負(fù)載 特性 承載能 力 較差 好 較好 好 半閉環(huán)數(shù)控車床液壓傳動與控制 13 調(diào)速 范圍 大 小 大 較大 大 效 率 較低 低 較低 最高 較高 高功 率 特 性 發(fā) 熱 較大 大 較大 最小 較小 小 成 本 低 較低 高 最高 適應(yīng) 范圍 小功率 輕載或者低速的中低壓系統(tǒng) 及工程機(jī)械非經(jīng)常性調(diào)速場合 大功率高速中高 壓系統(tǒng) 負(fù)載變化 小，剛度 要大的中 小功率， 中壓系統(tǒng) 負(fù)載變化 大速度剛 度較大的 中高壓系 統(tǒng) 4.1.3 油路形式的分析和選擇 液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源來提供，液壓源的核心是液壓泵。節(jié)流調(diào)速系統(tǒng) 一般用定量泵供油，在無其他輔助油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統(tǒng)的需油量， 多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱，溢流閥同事起到控制并穩(wěn)定油源壓力作用。容積調(diào)速系統(tǒng) 多數(shù)是用變量泵供油，用安全閥限定系統(tǒng)的最高壓力。 為節(jié)省能源提高效率，液壓泵的供油量要盡量與系統(tǒng)所需流量相匹配。對在工作循 環(huán)各階段中系統(tǒng)所需油量相差較大的情況，一般采用多泵供油或變量泵供油。對長時間 所需流量較小的情況，可增設(shè)蓄能器做輔助油源。 油液的凈化裝置是液壓源中不可缺少的。一般泵的入口要裝有過濾器，進(jìn)入系統(tǒng)的 油液根據(jù)被保護(hù)元件的要求，通過相應(yīng)的精過濾器再次過濾。為防止系統(tǒng)中雜質(zhì)流回油 箱，可在回油路上設(shè)置磁性過濾器或其他型式的過濾器。根據(jù)液壓設(shè)備所處環(huán)境及對溫 升的要求，還要考慮加熱，冷卻等措施。 本設(shè)計采用容積節(jié)流調(diào)速，所以使用變量泵供油。 4.1.4 液壓回路的分析，選擇與合成 1.系統(tǒng)一般都必須設(shè)置的基本回路，包括調(diào)壓回路，向回路，卸荷回路及安全回路等。 2.系統(tǒng)的負(fù)載特性和特殊要求選擇基本回路，在本系統(tǒng)中考慮到安全的要求，設(shè)置了 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 背壓回路，同時由于是兩個執(zhí)行元件先后動作，且順序聯(lián)動關(guān)系，所以設(shè)置了互不干擾 回路。 3.系統(tǒng)選定液壓基本回路之后，配以輔助性回路，如控制油路，潤滑油路，測壓油路 等，可以組成一個完整的液壓系統(tǒng)。 在合成液壓系統(tǒng)時要注意一下幾點(diǎn)：防止油路間可能存在的相互干擾；系統(tǒng)應(yīng)力要 求簡單，并將作用相同或者相近的回路合并，避免存在多余回路；系統(tǒng)要安全可靠，力 求控制油路可靠；組成系統(tǒng)的元件要盡量少，并應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)元件；組成系統(tǒng)時還要 考慮節(jié)省能源，提高效率減少發(fā)熱，防止液壓沖擊；測壓點(diǎn)分布合理等。 4.1.5 液壓原理圖的擬定于設(shè)計 1) 選擇基本回路 (1) 調(diào)速回路與油路循環(huán)形式的確定 (2) 油源形式的確定 (3) 快速、換向與速度換接回路的確定 2) 組成液壓系統(tǒng)原理圖 (1) 限壓使葉片泵，來實(shí)現(xiàn)借助輸出壓力的大小自動改變偏心距 e 的大小來改變泵的 排量。 (2) 為了保證油路暢通，須選用二位四通電磁閥。 (3) 為了防止工進(jìn)時進(jìn)油路與回油路的暢通，須設(shè)置單向閥。 (4) 為了便于在調(diào)整和運(yùn)行中測試液壓系統(tǒng)中的有關(guān)壓力，設(shè)置了壓力表和有關(guān)開關(guān)。 根據(jù)上述分析，可以擬定整個液壓系統(tǒng)的原理圖如下： 半閉環(huán)數(shù)控車床液壓傳動與控制 15 圖 2 數(shù)控車床液壓系統(tǒng)圖 1.濾油器 2.限壓式變量葉片泵 3.單向閥 4.減壓閥 5.減壓閥 6.二位四通電磁閥 7.二位四通電磁閥 8.卡盤液壓缸 9.尾座套筒液壓缸 10.單向節(jié)流閥 11.三位四通電磁閥 12.減壓閥 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 表 4-3 電磁鐵動作順序表 注：“+”通電；“-”斷電 4.2 液壓裝置的設(shè)計 4.2.1 液壓控制方式確定 （1）控制裝置的集成方式 一個液壓系統(tǒng)中有很多控制閥，這些控制閥可用不同方式來連接或集成。集成方式 合理與否，對液壓系統(tǒng)的工作性能及使用維護(hù)有著很大的影響。液壓控制裝置可分為有 管集成和無管集成兩類方式。 有管集成是液壓技術(shù)中最早才用的一種集成方式，它用管件（管子和管接頭）將個 管式連接的液壓控制閥集成在一起。其主要優(yōu)點(diǎn)是連接方式簡單，不要專門設(shè)計，制造 油路板或是油路塊等輔助連接件。缺點(diǎn)是當(dāng)組成系統(tǒng)的控制元件較多時，要求有較多的 管子和管接頭，上下交叉，縱橫交錯，占用空間大，從而使得系統(tǒng)的控制元件相當(dāng)不便， 按安裝維護(hù)和和故障診斷困難，系統(tǒng)運(yùn)行時，壓力損失大，且容易泄露，混入氣體及噪 聲等不良現(xiàn)象。因此用于較簡單的液壓系統(tǒng)及用些行走機(jī)械設(shè)備中。 無管集成是將液壓元件固定在某種專用的輔助連接件上，輔助連接件內(nèi)開有一系列 通油孔道，液壓元件之間的油路聯(lián)系通過這些通油孔道來實(shí)現(xiàn)。按輔助件型式不同，無 管集成可分為板式，塊式，疊加式，插裝式及由這幾種集成方式組合而成的復(fù)合式集成 等形式，它們的共同點(diǎn)是：油路直接做在輔助件上或液壓閥閥體上，省去了大量的管件， 半閉環(huán)數(shù)控車床液壓傳動與控制 17 結(jié)構(gòu)緊湊，組裝方便，外形整齊美觀，安裝靈活，油路通道短，壓力損失較小，不以泄 露此種集成方式即可用于各類工業(yè)液壓設(shè)備中，也可用于行走機(jī)械及其他設(shè)備上，結(jié)合 上述分析，本設(shè)計中選擇疊加閥式集成。 (2) 控制裝置的疊加閥式集成 液壓控制的疊加閥式集成是在塊式集成的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，液壓控制元件間的連 接不需要另外的連接塊，而是以特殊設(shè)計的疊加閥的閥體作為連接體，通過螺栓將液壓 閥等元件直接疊積并固定在最低層的基礎(chǔ)塊 上?；A(chǔ)側(cè)面開有螺孔口，通過管接頭作為 通向執(zhí)行器，液壓泵或油箱的孔道，并可根據(jù)需要用螺塞封堵或打開。由于同一系列， 同一規(guī)格的疊加閥的油口和連接螺孔的大小，位置及數(shù)量與相匹配的板式換向閥相同， 所以，只要吧同一規(guī)格的疊加閥按一定順序疊加起來，再將板式換向閥直接安裝于這些 疊加閥的上面，即可構(gòu)成各種典型液壓回路。 疊加閥式集成的優(yōu)點(diǎn)是標(biāo)準(zhǔn)化，通用化和集成化程度高，設(shè)計，加工及裝配周期短， 便于進(jìn)行計算機(jī)輔助設(shè)計；結(jié)構(gòu)緊湊，外形美觀，體積下，重量輕，占地面積下；配置 靈活，安裝維護(hù)方便便于通過增減疊加閥，實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)原理變更；減少了管件和閥間 連接輔助件，耗材少，成本少；壓力損失小，消除了漏油，振動和噪聲，系統(tǒng)穩(wěn)定性高， 使用安全可靠。 4.2.2 液壓站設(shè)計 液壓站又稱液壓泵站，是獨(dú)立的液壓裝置它按主機(jī)要求供油，并控制油流的方向、 壓力和流量，它可適用于主機(jī)與液壓裝置可分離的各種壓力機(jī)械下。使用者只需將液壓 站與主機(jī)上的執(zhí)行機(jī)構(gòu)用油管相連，液壓機(jī)械即可實(shí)現(xiàn)各種規(guī)定的動作工作循環(huán)。液壓 站是由 泵裝置、集成塊或閥組和油箱電氣盒組合而成。各部件功能如下: 泵裝置上裝有電機(jī)和油泵，它是液壓站的動力源，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓油的動力 能。 集成塊是由液壓閥及通道體組合而成。它對液壓油實(shí)行方向壓力流量調(diào)節(jié)。 閥組合是板式閥裝在立板上，板后管連接，與集成塊功能相同。 油箱是鋼板焊的半封閉容器，上還裝有濾油網(wǎng)空氣濾清器等，它用來儲油油的冷 卻及過濾。 電氣盒分兩種形式。一種是外接線的端子板；一種是配置是全套控制電路。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 18 5 液壓油箱的設(shè)計 液壓油箱的作用是貯藏液壓油，分離液壓油中的雜質(zhì)與空氣，同時還起到散熱的作 用。 5.1 液壓油箱有效容積的確定 液壓油箱在不同的工作條件下，影響散熱的條件很多，通常按壓力范圍來考慮。液 壓油箱的有效容量 V 可概略的確定為： 在低壓系統(tǒng)中（p2.5MPa）可?。?V=（24 ）qp 在中壓系統(tǒng)中（p6.3MPa）可取： V=（57 ）qp 在中高壓或高壓大功率中（p6.3MPa）可?。?V=（612 ）qp 式中 V液壓油箱有效容量； qp液壓泵額定流量。 應(yīng)當(dāng)注意：設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)后，設(shè)備中的那部分油液會因?yàn)橹亓ψ饔枚骰匾簤河拖洹?為了防止液壓油從油箱中溢出，油箱中的液壓油位不能太高，一般不應(yīng)超過液壓油箱高 度的 80%。 5.2 液壓油箱的外形尺寸 液壓油箱的有效容積確定后，需設(shè)計液壓油箱的外形尺寸，一般尺寸比（長：寬： 高）為 1：1：11 ：2：3 為提高冷卻效率，在安裝位置不受限制時，可將液壓油箱的容 量予以增大。如果所設(shè)計的液壓油箱能滿足下列尺寸的要求，則可以從中選擇一種。由 于我國液壓油箱還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。 5.3 液壓油箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計 在一般設(shè)備中，液壓油箱多采用鋼板焊接的分離式液壓油箱，很少采用機(jī)床床身底 座做位液壓油箱。 5.3.1 隔板 1作用 長液壓油流動循環(huán)時間，去除沉淀的雜質(zhì)，分離，清除水和空氣，調(diào)整溫 度，吸收液壓油壓力的波動及防止液面的波動。 2. 安裝型式 板的安裝型式有多種，可以設(shè)計成高出液壓油面，使液壓油從隔板側(cè)面 流過；還可以把隔板設(shè)計成低于液壓油面，其高度為最低油面的 2/3，使液壓油從隔壁上 方流過。 3. 過濾網(wǎng)的配置 濾網(wǎng)可以設(shè)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)。 5.3.2 吸油管與回油管 1. 回油管出口類型如圖 4-4 所示，有直口，斜口，彎管直口，帶擴(kuò)散器的出口等幾 種形式，寫奇偶應(yīng)用的較多，一般為 45斜角。為了防止液面波動，可以再回油管出口 裝擴(kuò)散器。回油管必須放置在液面以下，一般距液壓油箱底面的距離大于 300mm，回油 管出口絕對不允許放在頁面以上（見圖 5-4e） 。 2. 回油集管單獨(dú)設(shè)置回管當(dāng)然是理想的，但不得已時則應(yīng)使用回油集管（見圖 5-6） 。 半閉環(huán)數(shù)控車床液壓傳動與控制 19 圖 5-1 隔板的安裝形 圖 5-2 過濾網(wǎng)的配置 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 20 圖 5-3 回油路的安裝 圖 5-4 回油集管的安裝 a)易產(chǎn)生背壓 b)回油管要考慮方向 90 3. 泄露油管的配置 子直徑和長度要適當(dāng)，管口應(yīng)在液面之上，以避免產(chǎn)生背壓。泄 露油管以單獨(dú)配管為好，盡量避免與回油管集流配管的方法。 4. 吸油管 油管（見圖 5-7，5-8）前一般應(yīng)設(shè)置濾油器，其精度為 100-200 目的網(wǎng) 式或線隙式濾油器。濾油器要有足夠的容量，避免阻力太大。濾油器與箱底間的距離應(yīng) 不小于 20mm。吸油管應(yīng)插入液壓油面以下，防止吸油時卷吸空氣或因流入液壓油箱的液 壓油攪拌動油面，致使油中混入氣泡（見圖 5-7d） 。 5. 吸油管與回油管的方向 了使油液流動具有方向性，要綜合考慮隔板， 半閉環(huán)數(shù)控車床液壓傳動與控制 21 圖 5-5 吸油管的安裝之一 圖 5-6 吸油管的安裝之二 a）單獨(dú)安裝。b）在二管交點(diǎn)易產(chǎn)生氣穴