畢業(yè)設(shè)計(jì)論文CK6152數(shù)控機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、1 緒論液壓技術(shù)是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化傳動(dòng)與控制的關(guān)鍵技術(shù)之一。液壓傳動(dòng)的各種元件由于重量輕、體積小，可以根據(jù)需要方便、靈活地來(lái)布置；結(jié)合最新技術(shù)自動(dòng)化程度高且操縱控制方便，容易實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)；采用礦物油作為工作介質(zhì)，相對(duì)運(yùn)動(dòng)面可自行潤(rùn)滑，使用壽命長(zhǎng)。因此，液壓技術(shù)廣泛用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門，世界各國(guó)對(duì)液壓工業(yè)的發(fā)展都給予很大重視。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界各主要國(guó)家液壓工業(yè)銷售額占機(jī)械工業(yè)產(chǎn)值的2%3.5%，而我國(guó)只占1%左右，這充分說(shuō)明我國(guó)液壓技術(shù)使用率較低，努力擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域，將有廣闊的發(fā)展前景。液壓技術(shù)具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，如:液壓技術(shù)具有功率重量比大，體積小，頻響高，壓力、流量可控性好，可柔性傳送動(dòng)力

2、，易實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)因此，液壓技術(shù)廣泛用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門，現(xiàn)如今我國(guó)的液壓行業(yè)現(xiàn)已形成一個(gè)門類比較齊全、有相當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力、初具生產(chǎn)規(guī)模的工業(yè)體系。改革開放以來(lái)，液壓行業(yè)迅速發(fā)展，先后引進(jìn)了40余項(xiàng)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，經(jīng)消化吸收和技術(shù)改造，現(xiàn)均已批量生產(chǎn)，并成為行業(yè)的主導(dǎo)產(chǎn)品。近年來(lái)，行業(yè)加大了技術(shù)改造力度，19911998年，國(guó)家、地方和企業(yè)自籌資金總投入共約16多億元。促進(jìn)了整個(gè)液壓技術(shù)的進(jìn)步。如今國(guó)內(nèi)外液壓發(fā)展情況簡(jiǎn)要概括如下表1-1。表1-1 國(guó)內(nèi)外液壓發(fā)展情況國(guó)內(nèi)國(guó)外小型化，集成化，多樣化機(jī)電一體化集成元件和系統(tǒng)高壓，高速，高精度，高可靠性智能化自動(dòng)控制元件和系統(tǒng)高效，節(jié)能，環(huán)保高精度數(shù)字控

3、制元件和系統(tǒng)機(jī)電一體化水介質(zhì)液壓元件和系統(tǒng) 通過(guò)對(duì)ck6152數(shù)控機(jī)床液壓系統(tǒng)的改造，完成了機(jī)床動(dòng)作由手動(dòng)完成向半自動(dòng)乃至全自動(dòng)的推進(jìn)，大大提高了ck6152數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化程度，大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)效率，為解放勞動(dòng)力發(fā)展生產(chǎn)力邁出了重要的一步?；诒敬卧O(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)ck6152普通數(shù)控車床分析和了解，結(jié)合已掌握的液壓方面的知識(shí)對(duì)普通數(shù)控機(jī)床進(jìn)行改進(jìn)；最終使液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)ck6152車床的刀架卡緊，使其滿足旋轉(zhuǎn)精度，剛度，溫升，抗震性等主要性能，以提高整機(jī)性能，并保證該液壓系統(tǒng)執(zhí)行上述二個(gè)動(dòng)作時(shí)的可行性與可靠性，充分體現(xiàn)現(xiàn)代液壓技術(shù)應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床的優(yōu)越性。此次主要是手動(dòng)改為液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。液壓系統(tǒng)應(yīng)

4、用在數(shù)控機(jī)床中，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)床的自動(dòng)進(jìn)給，卡盤的自動(dòng)加緊，刀架的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，尾座的自動(dòng)伸縮，而且可以使機(jī)床的運(yùn)動(dòng)更平衡，加工精度更高，效率更高，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)床的自動(dòng)化。為了達(dá)到以上效果，我做了這個(gè)設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有液壓系統(tǒng)圖的設(shè)計(jì)，液壓系統(tǒng)負(fù)載的運(yùn)動(dòng)與分析，液壓系統(tǒng)元件的選擇，液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算，液壓系統(tǒng)的電氣控制圖，液壓仿真等。2 ck6152數(shù)控機(jī)床液壓系統(tǒng)圖的設(shè)計(jì)擬定系統(tǒng)原理圖是整個(gè)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最重要的一環(huán)，它的好壞根本上影響整個(gè)液壓系統(tǒng)。擬定液壓系統(tǒng)原理圖所需要的知識(shí)面較廣，一般的方法是先根據(jù)具體的動(dòng)作性能要求選擇液壓基本回路，然后將基本回路加上必要的連接措施有機(jī)地組合成一個(gè)完整的液壓系

5、統(tǒng)。 將各個(gè)回路圖進(jìn)行分析，再進(jìn)行整合，整個(gè)設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)圖就初步繪制了，再檢查并加以補(bǔ)充完善，便可以繪制出正式的液壓系統(tǒng)原理圖。2.1 卡盤系統(tǒng)該數(shù)控機(jī)床負(fù)載變化小，要求低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好速度負(fù)載性好，因此采用調(diào)速閥的進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路，選用差動(dòng)液壓缸實(shí)現(xiàn)“快 慢 快” 的回路。對(duì)普通ck6152數(shù)控車床機(jī)床卡盤卡緊動(dòng)作的觀察和分析可知，液壓卡盤執(zhí)行元件，即液壓缸運(yùn)動(dòng)過(guò)程可分解為：向前卡緊，保持不動(dòng)，向后松開。其運(yùn)動(dòng)循環(huán)如圖2-1。向前卡緊原位停止保持不動(dòng)向后松開圖2-1 卡盤液壓缸運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 卡盤向前夾緊原理圖如圖2-2，卡盤松開原理圖如圖2-3。 圖2-2卡盤夾緊動(dòng)作原理圖 圖2-3卡盤松開

6、動(dòng)作原理圖卡盤分系統(tǒng)由一個(gè)二位四通換向閥3（帶兩個(gè)電磁閥），一個(gè)二位四通電磁換向閥4，兩個(gè)減壓閥8和9及一個(gè)液壓缸組成。高壓加緊1ya得電，3ya失電，換向閥3和4均位于左位，加緊力的大小可通過(guò)減壓閥8調(diào)節(jié)，這時(shí)液壓缸活塞左移使卡盤加緊，減壓閥8的調(diào)定值高于減壓閥9，卡盤處于高壓加緊狀態(tài)。液壓卡盤可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加緊與松開運(yùn)動(dòng)，松夾時(shí)，使1ya失電，2ya得電，閥3切換至右位。活塞右移，卡盤松開低壓加緊。這時(shí)3ya得電而使換向閥4切換至右位，壓力油經(jīng)減壓閥9進(jìn)入，通過(guò)調(diào)節(jié)減壓閥9便能實(shí)現(xiàn)低壓加緊狀態(tài)下的夾緊力。 圖2-4卡盤加緊與松開系統(tǒng)圖2.2 回轉(zhuǎn)刀架（自動(dòng)卡刀）分系統(tǒng)根據(jù)對(duì)普通ck6152數(shù)

7、控車床機(jī)床中心架壓緊動(dòng)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(yùn)動(dòng)過(guò)程可分解為：向前壓緊，保持不動(dòng)，向后松開，其運(yùn)動(dòng)循環(huán)如圖2-5。 向前壓緊原位停止保持不動(dòng)向后松開圖2-5 中心架液壓缸運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架盤分系統(tǒng)有兩個(gè)執(zhí)行元件，刀盤的松開與夾緊由液壓缸執(zhí)行，而液壓馬達(dá)則驅(qū)動(dòng)刀盤回轉(zhuǎn)。控制刀盤的放松與夾緊是通過(guò)電磁換向閥6的切換來(lái)實(shí)現(xiàn)的。液壓馬達(dá)即刀盤正反都通過(guò)三位四通換向閥5的切換控制，兩個(gè)單向調(diào)速11和12與變量液壓馬達(dá)在正反轉(zhuǎn)時(shí)都能夠通過(guò)進(jìn)油路容積節(jié)流調(diào)速閥來(lái)調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)速度，如圖2-6。 圖2-6回轉(zhuǎn)刀架自動(dòng)卡刀系統(tǒng)圖 自動(dòng)換刀完整過(guò)程是：刀盤松開刀盤通過(guò)左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)就近到

8、達(dá)指定刀位刀盤夾緊。因此電磁鐵的動(dòng)作順序是4ya得電（刀盤松開）8ya（正轉(zhuǎn)）或（反轉(zhuǎn)）得電（刀盤旋轉(zhuǎn)）4ya得電（刀盤松開）8ya（正轉(zhuǎn)）或7ya（反轉(zhuǎn)）得電（刀盤旋轉(zhuǎn)）4ya失電（刀盤夾緊）。2.3 尾座套筒伸縮動(dòng)作根據(jù)對(duì)普通ck6152數(shù)控車床機(jī)床尾座頂緊動(dòng)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(yùn)動(dòng)過(guò)程可分解為：向前頂緊，保持不動(dòng)，向后松開，其循環(huán)圖2-7。 向前頂緊原位停止保持不動(dòng)向后松開 圖2-7座液壓缸運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 尾座套筒通過(guò)液壓缸來(lái)實(shí)現(xiàn)頂出與縮回?？刂苹芈酚蓽p壓閥10，三位四通換向閥7和單向調(diào)速閥13組成。減壓閥10將系統(tǒng)壓力降為尾座架套筒頂緊所需要的壓力。但單相調(diào)速

9、閥13用于在尾座套筒伸出時(shí)實(shí)現(xiàn)回油節(jié)流閥調(diào)速控制伸出速度5ya得電，尾座套筒縮回如圖2-8。 圖2-8尾座套筒伸縮系統(tǒng)圖 根據(jù)上述可以觀察ck6152數(shù)控機(jī)床液壓系統(tǒng)原理圖附圖2-9。2.4 多方案的比較和論證根據(jù)對(duì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)有關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)、調(diào)查和了解，并且借鑒前人經(jīng)驗(yàn)，擬設(shè)計(jì)如下二個(gè)方案以供選擇: （1）系統(tǒng)全部采用常規(guī)閥控制，液壓缸動(dòng)作順序由手動(dòng)換向閥來(lái)控制。其優(yōu)點(diǎn)是性能可靠，安全性高?？梢圆捎脟?guó)內(nèi)均可生產(chǎn)的常規(guī)閥，價(jià)格較便宜，較易購(gòu)買。缺點(diǎn)是自動(dòng)化程度低、不能適應(yīng)數(shù)控程度高自動(dòng)化程度的機(jī)床，而且移動(dòng)速度較慢。 （2）系統(tǒng)全部采用電磁鐵驅(qū)動(dòng)的電磁控制閥來(lái)控制，其優(yōu)點(diǎn)是移動(dòng)速度快，系統(tǒng)安全

10、可靠，可連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間工作，是近年高自動(dòng)化液壓傳動(dòng)系統(tǒng)控制的發(fā)展趨勢(shì)。但目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的電磁換向閥的安全性能達(dá)到使用要求的還不多，因此需要進(jìn)口或采用臺(tái)灣產(chǎn)品，并且臺(tái)灣產(chǎn)品價(jià)格不是很高，而且基本可以達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，完全可以滿足使用要求。從自動(dòng)化的使用要求和安全方面考慮，第二種方案更適合本次設(shè)計(jì)。因此本次設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)采用了電磁鐵驅(qū)動(dòng)的電磁控制閥。在液壓泵站的設(shè)計(jì)中，采用了獨(dú)立的液壓泵和供油集成塊，用一個(gè)單向閥保證系統(tǒng)安全性。另外，在各個(gè)液壓站集成塊上，有三個(gè)壓力繼電器，可使系統(tǒng)更加安全可靠的工作。2.5 最終方案的制定和說(shuō)明 （1）確定液壓泵類型及調(diào)速方式參考同類機(jī)床，選用單向定量液壓泵供油、調(diào)速閥

11、進(jìn)油節(jié)流調(diào)速的開式回路，溢流閥作定壓閥?；赜吐飞显O(shè)置背壓閥，初定背壓值為0.8mpa。 （2）選用執(zhí)行原件 因系統(tǒng)要求變擋，且液壓缸有正向和反向運(yùn)動(dòng)，用單活塞桿的二位液壓缸變擋。 （3 換向回路的選擇 本系統(tǒng)對(duì)換向的平穩(wěn)性沒(méi)有嚴(yán)格的要求，所以選用電磁換向閥的換向回路因此兩個(gè)油缸都選用三位四通換向閥。 （4）組成液壓系統(tǒng)繪原理圖，將上述所選定的液壓回路進(jìn)行組合，并根據(jù)要求作必要的修改補(bǔ)充，即組成如附錄圖2-9所示的液壓系統(tǒng)原理圖。液壓系統(tǒng)圖的運(yùn)行得有電磁鐵的控制才能夠運(yùn)行，如圖表2-1為整個(gè)液壓系統(tǒng)電磁鐵的動(dòng)作順序。表2-1 液壓系統(tǒng)電磁動(dòng)作電磁鐵動(dòng)作1ya2ya3ya4ya5ya6ya7ya8

12、ya卡盤正傳高壓夾緊+松開+低壓夾緊+松開+卡盤反轉(zhuǎn)高壓夾緊+松開+低壓夾緊+松開+回轉(zhuǎn)刀架刀架正轉(zhuǎn)+刀架反轉(zhuǎn)+刀盤松開刀盤夾緊尾座套筒伸出+套筒退回 注：“+”表示電磁鐵得電。將壓力繼電器sp1的壓力調(diào)至3.0-3.5mpa，當(dāng)油液中的壓力低于繼電器sp1設(shè)定壓力時(shí)，sp1發(fā)出信號(hào)，使主軸停止運(yùn)轉(zhuǎn)。2.6液壓系統(tǒng)的特點(diǎn) （1）采用變量葉片泵向系統(tǒng)供油，能量損失小。 （2）用減壓閥調(diào)節(jié)卡盤高壓夾緊或低壓夾緊壓力的大小以及尾座套筒伸出工作時(shí)的預(yù)緊力大小，以適應(yīng)不同工件的需要，操作方便簡(jiǎn)單。 （3）用液壓馬達(dá)實(shí)現(xiàn)刀架的轉(zhuǎn)位，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，并能控制刀架正、反轉(zhuǎn)。 （4）本系統(tǒng)對(duì)換向的平穩(wěn)性沒(méi)有嚴(yán)格

13、的要求，所以選用電磁換向閥的換向回路。因此兩個(gè)油缸都選用三位四通換向閥。 （5）組成液壓系統(tǒng)繪原理圖將上述所選定的液壓回路進(jìn)行組合。3 數(shù)控機(jī)床液壓系統(tǒng)的負(fù)載分析與計(jì)算在設(shè)計(jì)ck6152數(shù)控機(jī)床液壓系統(tǒng)時(shí)，通過(guò)查閱書籍及一些參考文獻(xiàn)，同時(shí)根據(jù)數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)，進(jìn)行綜合考慮以后，最終按照設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)“快進(jìn)工進(jìn)快退停止”的工作循環(huán)。刀架材料為高速鋼，工件材料為鑄鐵，硬度為240hbs，通過(guò)查閱資料所得機(jī)床工件部件總質(zhì)量m=1000kg；快進(jìn)v為 5.5.快進(jìn)0.157s其靜磨擦為f=0.2.動(dòng)摩擦f=0.1液壓缸中的執(zhí)行元件用液壓缸。3.1 液壓卡盤的負(fù)載分析根據(jù)對(duì)液壓卡盤的運(yùn)動(dòng)分析，液壓卡盤液壓缸

14、的負(fù)載可分為慣性負(fù)載、彈性負(fù)載、粘性負(fù)載、各種摩擦負(fù)載（如靜摩擦、動(dòng)摩擦等）以及其它不隨時(shí)間、位置等參數(shù)變化的恒值負(fù)載等。但主要的負(fù)載有：（1）外負(fù)載 高速鋼鉆頭鑄鐵孔時(shí)軸向切削力f(單位為n)為 （3-1） 式中 d鉆頭直徑，單位mm； s每轉(zhuǎn)進(jìn)給量，單位mm/r； hbs鑄件硬度，hbs=240。（2）摩擦阻力負(fù)載f摩擦阻力是指運(yùn)動(dòng)部件與支撐面間的摩擦力，前進(jìn)與后退時(shí)的動(dòng)摩擦負(fù)載。這些負(fù)載都是單向負(fù)載，是與運(yùn)動(dòng)方向相反的正值負(fù)載，近似為恒定的負(fù)載，并且負(fù)載力的方向與液壓缸活塞軸線重合。它與支撐面的形狀，放置情況，潤(rùn)滑條件以及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)： f=mg=9810n 靜摩擦力： =ff=0.29

15、810n=1962n動(dòng)摩擦力： = ff=0.19810n=981n式中，f為運(yùn)動(dòng)部件及外負(fù)載對(duì)支撐面的壓力； f為摩擦系數(shù)，分為靜摩擦系數(shù)（f0.2-0.3）和動(dòng)摩擦力系數(shù)（f）。（3）向前卡緊工進(jìn)時(shí)的工作負(fù)載f工作負(fù)載與設(shè)備的工作情況有關(guān)，在機(jī)床上，與運(yùn)動(dòng)件的方向同軸的切削力的分量是工作負(fù)載，而對(duì)于提升機(jī)，千斤頂?shù)葋?lái)說(shuō)鎖移動(dòng)的物體的重量就是工作負(fù)載，工作負(fù)載可以是定量，也可以是變量，可以是正值，也可以是負(fù)值，有時(shí)還可能是變的。（4）慣性負(fù)載f慣性負(fù)載是運(yùn)動(dòng)部件的速度變化時(shí)，由其慣性而產(chǎn)生的負(fù)載，可用牛頓第二定律計(jì)算 f=ma= （3-2） =1000n583 式中 m為運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量；a為

16、運(yùn)動(dòng)部件的加速度；g為運(yùn)動(dòng)部件的重力；g為重力加速度；為速度的變化量；為速度變化所需的時(shí)間。液壓卡盤的主要作用是在加工工件時(shí)限制工件兩個(gè)自由度，以卡緊工件，保證加工的順利完成。（5）卡盤液壓缸參數(shù)計(jì)算 液壓卡盤一般選用德川ms105-ms200，查參考文獻(xiàn)2，只受軸向推力的作用時(shí)，則可以近似地用直桿承受的簡(jiǎn)單強(qiáng)度計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算： （3-3）式中 f活塞桿的作用力，n； d活塞桿直徑，m； p材料的許用應(yīng)力，無(wú)縫鋼管p=100-110mpa液壓缸受軸向推力的作用，f，d帶入公式（3-3），計(jì)算得：卡盤液壓缸f=800kg，d=40mm， 所以 。3.2 液壓尾座的負(fù)載分析液壓尾座的負(fù)載類同于液

17、壓卡盤，在此不必再分析。液壓尾座的主要作用是在加工時(shí)頂緊工件，以保證加工精度。 （1）尾座液壓缸參數(shù)計(jì)算液壓缸負(fù)載f，其受力分析如圖3-1，查文獻(xiàn)2表20-2-15中公式f= （3-3） 式中 r液壓缸外作用力； 液壓缸總效率。查參考文獻(xiàn)2表20-6-3及參考文獻(xiàn)1中的經(jīng)驗(yàn)公式，在額定壓力下的液壓缸，總效率為=0.9-0.95 ，取=0.93，變檔階段液壓缸所受外作用力f=800kg，代入公式得：f= =860kg 圖3-1 液壓缸受力分析圖 f-負(fù)載力 -摩擦力 v-速度 d-液壓缸直徑 d-活塞桿直徑 -液壓油計(jì)算油缸面積: a= =0.002107=2107 計(jì)算液壓缸直徑: d= =8

18、0mm,可圓整為d=80mm 活塞桿直徑d=0.5d=40mm 計(jì)算所需流量q油缸無(wú)桿腔充滿油液時(shí)油缸容積 v= = =50.2428 =1.407 因?yàn)轫斁o時(shí)間為300/50=6秒,也就是油缸的無(wú)桿腔充滿油液需要6秒,因此計(jì)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(diào)整范圍為0.85mpa的液壓泵即可滿足要求。3.3 液壓中心架的負(fù)載分析液壓中心架的負(fù)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(zhǎng)軸類工件時(shí)，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。 （1

19、）中心架液壓缸參數(shù)計(jì)算液壓缸負(fù)載f，其液壓缸受力分析同圖4，查文獻(xiàn)2表20-2-15中公式 f= （3-4） 式中 r液壓缸外作用力； 液壓缸總效率。查參考文獻(xiàn)2表20-6-3及參考文獻(xiàn)1中的經(jīng)驗(yàn)公式，在額定壓力下的液壓缸，總效率為=0.9-0.95 ，取=0.93，中心架液壓缸所受外作用力r=200kg，代入公式（3-4）得： f= =215kg 計(jì)算油缸面積： a= =0.00052675=526.75 計(jì)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(jì)算所需流量q，油缸無(wú)桿腔充滿油液時(shí)油缸容積:v= （3-5） = =100.5=0.1005

20、因?yàn)閾Q檔時(shí)間為1秒,也就是油缸無(wú)桿腔充滿油液需要1秒,因此計(jì)算流量qq=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(diào)整范圍為0.85mpa的液壓泵，即可滿足要求。3.4 確定液壓缸的參數(shù)計(jì)算與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 ck6152液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中采用的液壓缸及其參數(shù)，根據(jù)所選文獻(xiàn)參考液壓傳動(dòng)與控制書可以得到如下所示：（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=4mpa;（

21、4）液壓缸的壁厚一般是指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度。從材料力學(xué)可知，承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應(yīng)力分布規(guī)律因壁厚的不同而各異。一般計(jì)算時(shí)可分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。起重運(yùn)輸機(jī)械和工程機(jī)械的液壓缸，一般用無(wú)縫鋼管材料，大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，查參考文獻(xiàn)16表4-17，其壁厚按薄壁圓筒公式有為： （3-6） 式中 液壓缸壁厚，m； d 液壓缸內(nèi)徑，m； 試驗(yàn)壓力，一般取最大工作壓力的12515倍，低壓系統(tǒng)取1.5倍； 缸筒材料的許用應(yīng)力。其值為：鍛鋼：110-120 mpa。 無(wú)縫鋼管100-110 mpa。采用無(wú)縫鋼管，取110 mpa，試驗(yàn)壓力=1.5×4=6 mpa。代入公式（3-6）得： 尾

22、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。 （5）缸筒壁厚的驗(yàn)算液壓缸的額定壓力值應(yīng)低于一定的極限值,保證工作安全。 （3-7） 為避免缸筒在工作時(shí)發(fā)生塑性變形，液壓缸的額定壓力值應(yīng)與塑性變形壓力有一定的比例范圍。 式中 d缸筒內(nèi)徑m； 缸筒外徑 m ,=d+2； 液壓缸的額定壓力 mpa； 缸筒發(fā)生完全塑性變形時(shí)的壓力 mpa； 缸筒材料的屈服點(diǎn) mpa。查參考文獻(xiàn)4表15-1，缸筒材料的屈服強(qiáng)度=285mpa，將代入公式得：=30.48mpa將代入公式得： =51.90mpa取=0.42

23、×51.90=21.80 mpa 液壓缸的額定壓力=4mpa，所以缸筒厚度合格。 （6）缸底厚度計(jì)算設(shè)計(jì)缸筒底部為平面，其厚度可以按照四周的圓盤強(qiáng)度公式近似計(jì)算。查參考文獻(xiàn)2表20-6-8，由公式： （3-6）式中 缸筒底部厚度m； 缸筒底部?jī)?nèi)徑m； 液壓缸的額定壓力 mpa； 缸筒底部材料的許用應(yīng)力 mpa。 ，取n=2，s=285 mpa， 算得p=142.5 mpa； 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。3.5 活塞桿的強(qiáng)度計(jì)

24、算 活塞桿在穩(wěn)定工況下，只受軸向推力的作用。查參考文獻(xiàn)2，只受軸向推力的作用時(shí)，則可以近似地用直桿承受的簡(jiǎn)單強(qiáng)度計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算： （3-7） 式中 f活塞桿的作用力，n； d活塞桿直徑，m； p材料的許用應(yīng)力，無(wú)縫鋼管p=100-110mpa。 液壓缸受軸向推力的作用，f，d帶入公式(3-7)，計(jì)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 = =6.24mpap。 中心架液壓缸f=200kg，d=20mm， 所以 = =24.97 mpap。 所以活塞桿強(qiáng)度滿足要求。4 液壓系統(tǒng)元件選擇和分析所謂液壓原件的選擇與計(jì)算，是要計(jì)算該元件在 工作中承

25、受的壓力和通過(guò)的流量，以便確定元件的規(guī)格和型號(hào)。4.1 液壓泵的選擇先根據(jù)設(shè)計(jì)要求和系統(tǒng)工況確定液壓泵的類型，然后根據(jù)液壓泵的最高價(jià)油壓和最大供油量來(lái)選擇液壓泵的規(guī)格。 （1）確定液壓泵最高工作壓力p液壓泵的最高工作壓力就是在系統(tǒng)正常工作時(shí)泵所能提供的最高壓力，對(duì)于定量泵系統(tǒng)來(lái)說(shuō)這個(gè)壓力是由溢流閥調(diào)定的，對(duì)于變量泵系統(tǒng)來(lái)說(shuō)這個(gè)壓力是與泵的特性曲線上的流量相對(duì)應(yīng)的，液壓泵的最高工作壓力是選擇液壓型號(hào)的重要依據(jù)。泵到最高工作壓力的確定要分兩種情況，其一是，執(zhí)行機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)行程終了，停止時(shí)才需最高工作壓力的情況；其二是最高工作壓力是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)行程中出現(xiàn)的。對(duì)于第一種情況，泵的最高工作壓力p也就是執(zhí)

26、行機(jī)構(gòu)的所需的最大壓力p。而對(duì)于第二種情況，除了考慮執(zhí)行機(jī)構(gòu)的壓力外還要考慮油液在管道系統(tǒng)中流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的總壓力損失，即p p+ （4-1） 式中 液壓泵的出口至執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)口之間的總的壓力損失，它包括遠(yuǎn)程壓力損失和局部壓力損失兩部分，要準(zhǔn)確地估算必須等管路系統(tǒng)及安裝形式完全確定以后才能做到，再次只能進(jìn)行估算，估算時(shí)可參考下述經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)；一般節(jié)流調(diào)速閥和管路簡(jiǎn)單的系統(tǒng)取=0.2-0.5mp。 （2）確定液壓泵的最大供油q液壓泵的最大供油流量q按執(zhí)行元件工況圖上的最大工作流量及回路系統(tǒng)中的泄漏量來(lái)確定， qk （4-2）式中 k為考慮系統(tǒng)中有泄漏等因素；一般k=1.1-1.3，小流量取大值，大流量取小

27、值； 為同時(shí)動(dòng)作的各缸所需要流量只和的最大值。若系統(tǒng)中采用了蓄能器供油時(shí)，泵的流量按一個(gè)工作循環(huán)中的平均流量來(lái)選擇，q （4-3）式中 t為工作循環(huán)的周期時(shí)間； q為工作循環(huán)中第i個(gè)階段所需的流量； 為第i階段的時(shí)間； n為循環(huán)中的階段數(shù)。4.2 元件選擇 （1） 液壓閥的選擇 閥的規(guī)格，根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和實(shí)際通過(guò)該閥的最大流量，選擇有定型產(chǎn)品的閥件。溢流閥按液壓泵的最大流量選取；選擇節(jié)流閥和調(diào)速閥時(shí)，要考慮最小穩(wěn)定流量應(yīng)滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)最低穩(wěn)定速度的要求。  控制閥的流量一般要選得比實(shí)際通過(guò)的流量大一些，必要時(shí)也允許有20%以內(nèi)的短時(shí)間過(guò)流量。 （2）閥的型式，按安裝和操作方式選擇根

28、據(jù)所擬定的液壓原理圖及設(shè)計(jì)要求，按流過(guò)各元件的最大流量來(lái)選擇液元件的規(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(biāo)準(zhǔn)?？紤]到本系統(tǒng)作為數(shù)控機(jī)床設(shè)備對(duì)性能具有特殊要求，所以大多數(shù)閥類元件均采用臺(tái)灣生產(chǎn)的較先進(jìn)的液壓元件。所選擇的閥類元件及其他元件清單如表4-1。 （3）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。本系統(tǒng)最大流量為32l/min,壓油管的允許流速取v=5m/s,則內(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。 表4-1液壓

29、系統(tǒng)元件清單序號(hào)名稱型號(hào)數(shù)量備注1油箱專用件12濾油器w-0813電機(jī)泵組smvp-30-2-2125mpa-4.0mpa4通道體專用件15單向節(jié)流閥mct-02-p-2036壓力繼電器dnm-02a-040k-21b1尾座或中心架用7壓力繼電器dnm-02a-040k-21b1卡盤用7減壓閥mbr-02-p-1-k-2030.5mpa-3.5mpa58換向閥we-3c2-02-g-d2-3039壓力表g60lm-70-k-102接口螺紋m14×1.5 5 液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)時(shí)，某些參數(shù)是初步估計(jì)的，在選定了液壓元件后，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況對(duì)整個(gè)液壓系統(tǒng)的某些技術(shù)進(jìn)行必要的驗(yàn)

30、算，以便對(duì)所選的液壓元件和液壓系統(tǒng)的參數(shù)壓力進(jìn)一步的調(diào)整。液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算的項(xiàng)目很多，常見(jiàn)的有回路作損失驗(yàn)算和發(fā)熱溫升驗(yàn)算。已知該液壓系統(tǒng)中進(jìn)、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(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度，密度。5.1 壓力損失的驗(yàn)算液壓缸運(yùn)動(dòng)時(shí)壓力損失，最大速度為3m/min，最大流量為40l/min 則油液在管內(nèi)的流速為(cm/min) =1799363.63(cm/min)=299.89(cm/s)管道內(nèi)的流動(dòng)雷諾數(shù)為 =799.71， <2300， 可見(jiàn)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(jìn)油管道的沿程壓力損失為 =0

31、.09 =0.019pa 液壓缸工進(jìn)時(shí)工作阻力最大，壓降滿足壓力損失范圍要求，所以無(wú)需修改原設(shè)計(jì)。局部壓力損失 局部壓力損失包括管道和管接頭的壓力和通過(guò)液壓閥的局部壓力損失，前者視管道具體安裝結(jié)構(gòu)而定，一般取沿程壓力損失的10；而后者則與通過(guò)閥的流量大小有關(guān)，若閥的額定流量和額定壓力q和p,則當(dāng)通過(guò)閥的流量為q時(shí)的閥的壓力損失p式為 (5-1)因此ge系列10mm通徑的閥的額定流量63l/min，疊加閥10mm通經(jīng)系列的額定流量為40l/min，而在本咧中通過(guò)每一個(gè)閥的最大流量?jī)H為9.75l/min,所以通過(guò)整個(gè)閥的壓力損失很小，而且可以忽略不計(jì)。5.2 系統(tǒng)溫升與發(fā)熱的驗(yàn)算 根據(jù)以上的計(jì)算可

32、知，在快進(jìn)時(shí)輸出功率 慢進(jìn)時(shí): ；而快進(jìn)時(shí)的其有效功率 p=1.93109.7510/60w=313.63w；慢進(jìn)時(shí)有效功率為48.25w；所以慢進(jìn)的功率損失276.75w 大于快進(jìn)時(shí)的功率損失249.7w；現(xiàn)在以較大的值來(lái)校核熱平衡，求出發(fā)熱功率。設(shè)油箱的三個(gè)邊長(zhǎng)在1：1：11：2：3范圍內(nèi)。則散熱面積為 a=0.065=0.065=1.104m假設(shè)通風(fēng)良好，取h=1510kw/（m.c），所以油液的升溫為 室溫為20c，熱平衡溫度為36.71c<65c，沒(méi)有超出范圍。6 電氣控制回路圖 根據(jù)液壓系統(tǒng)圖設(shè)計(jì)出ck6152數(shù)控機(jī)床的電氣控制圖，如圖（6-1） 圖6-1電氣控制圖 kmi

33、km2 km3 km4 km5 km6 km7 km8 -為電氣控制回路圖的繼電器，1ya 2ya 3ya 4ya 5ya 6ya 7ya 8ya -為電氣控制回路圖的電磁鐵，sb1-急停按鈕 sb2-1ya的開關(guān)sb3-2ya的開關(guān)sb4-3ya的開關(guān)sb5-4ya的開關(guān) sb6-5ya 的開關(guān) sb7-6ya 的開關(guān) sb8-7ya的開關(guān) sb9-8ya 的開。 按下sb2時(shí)電磁鐵1ya得電,km1線圈得電并且自鎖,按下sb3時(shí)電磁鐵2ya得電,km2線圈得電并且自鎖,按下sb4時(shí)電磁鐵3ya得電,km3線圈得電并且自鎖,按下sb5時(shí)電磁鐵4ya得電,km4線圈得電并且自鎖,按下sb6時(shí)電

34、磁鐵5ya得電,km5線圈得電并且自鎖,按下sb7時(shí)電磁鐵6ya得電,km6線圈得電并且自鎖,按下sb8時(shí)電磁鐵7ya得電,km7線圈得電并且自鎖,按下sb9時(shí)電磁鐵8ya得電,km8線圈得電并且自鎖。7 系統(tǒng)仿真7.1 fluidsim軟件介紹fluidsim軟件由德國(guó)festo公司didactic教學(xué)部門和paderborn大學(xué)聯(lián)合開發(fā)，是專門用于液壓與氣壓傳動(dòng)的教學(xué)軟件，fluidsim軟件分兩個(gè)軟件，其中fluidsim-h用于液壓傳動(dòng)仿真，而fluidsim-h用于氣壓傳動(dòng)仿真。fluidsim軟件的主要特征是： （1）可對(duì)與元件物理模相應(yīng)液壓型的回路圖進(jìn)行實(shí)際仿真，并由元件的狀態(tài)圖

35、顯示，從而能夠在設(shè)計(jì)完回路圖后，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性，并演示回路動(dòng)作過(guò)程。 （2）可設(shè)計(jì)和液壓氣動(dòng)回路相配套的電氣控制回路圖。彌補(bǔ)了以前液壓與氣動(dòng)教學(xué)中，學(xué)生只見(jiàn)液壓（氣壓）回路不見(jiàn)電氣控制回路從而不明白各種開關(guān)和閥動(dòng)作過(guò)程的弊病。 fluidsim界面圖如圖7-1所示：圖7-1 fluidsim界面圖 7.1 液壓系統(tǒng)模擬仿真圖如下為系統(tǒng)仿真圖的所有機(jī)構(gòu)系統(tǒng)仿真是為了驗(yàn)證數(shù)控機(jī)床改進(jìn)后的效果，驗(yàn)證其是否能夠?qū)崿F(xiàn)所設(shè)計(jì)的要求。通過(guò)該軟件，用戶可以在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行氣動(dòng)、電氣氣動(dòng)、液壓、電氣液壓知識(shí)的學(xué)習(xí)以及回路的設(shè)計(jì)、測(cè)試和模擬。該軟件強(qiáng)大的仿真功能可以實(shí)時(shí)顯示與軟件連接的實(shí)際控制回路的動(dòng)作。圖7-1

36、液壓系統(tǒng)圖圖7-2電氣控制圖 1 卡盤的加緊。圖7-3液壓卡盤加緊時(shí)的液壓仿真圖此圖為液壓卡盤加緊時(shí)的液壓仿真圖，按鈕開關(guān)sb2按下時(shí)1ya電磁鐵得電:油液從油箱流出經(jīng)過(guò)油路0經(jīng)過(guò)減壓閥從油路1進(jìn)入到電磁鐵3ya左進(jìn)經(jīng)過(guò)油路3到電磁鐵1ya進(jìn)入液壓缸右側(cè)卡盤加緊油液從4回油箱。 2 卡盤的松開。圖7-4液壓卡盤松開時(shí)的液壓仿真圖此圖為液壓卡盤松開時(shí)的液壓仿真圖，按鈕開關(guān)sb3按下時(shí)2ya電磁鐵得電:油液從油箱流出經(jīng)過(guò)油路0經(jīng)過(guò)左減壓閥從油路1進(jìn)入到電磁鐵3ya左進(jìn)經(jīng)過(guò)油路3到電磁鐵1ya進(jìn)入液壓缸左側(cè)卡盤松開油液從4回油箱。3 電磁鐵3ya動(dòng)作。圖7-5液壓卡盤松開時(shí)的液壓仿真圖 此圖為液壓卡

37、盤松開時(shí)的液壓仿真圖，按鈕開關(guān)sb4按下時(shí)3ya電磁鐵得電:液從油箱流出經(jīng)過(guò)油路0經(jīng)過(guò)又減壓閥從油路進(jìn)入到電磁鐵3ya左進(jìn)經(jīng)過(guò)油路3到電磁鐵1ya進(jìn)入液壓缸左側(cè)卡盤松開油液從4回油箱。 4 液壓刀架松開。圖7-6液壓刀架松開時(shí)的液壓仿真圖 此圖為液壓刀架松開時(shí)的液壓仿真圖，按鈕開關(guān)sb5按下時(shí)4ya電磁鐵得電:液從油箱流出經(jīng)過(guò)油路0從油路8進(jìn)入到電磁鐵4ya進(jìn)經(jīng)過(guò)油路9液壓缸刀架松開油液從10回油箱。 5 液壓刀架加緊。圖7-7液壓刀架加緊時(shí)的液壓仿真圖此圖為液壓刀架加緊時(shí)的液壓仿真圖，按鈕開關(guān)sb6按下時(shí)5ya電磁鐵得電:液從油箱流出經(jīng)過(guò)油路0從油路8進(jìn)入到電磁鐵4ya左進(jìn)經(jīng)過(guò)油路10液壓缸刀架加緊油液從9回油箱。 6 液壓尾座伸出。圖7-8液壓尾座伸出時(shí)的液壓仿真圖此圖為液壓尾座伸出時(shí)的液壓仿真圖，按鈕開關(guān)sb7按下時(shí)6ya電磁鐵得電:液從油箱流出經(jīng)過(guò)油路0經(jīng)過(guò)減壓閥從油路11進(jìn)入到電磁鐵6ya進(jìn)液壓缸刀尾座伸出經(jīng)過(guò)節(jié)流閥油液從13回油箱。 7 液壓馬達(dá)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。圖7-9液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)時(shí)的液壓仿真圖此圖為液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)時(shí)的液壓仿真圖，按鈕開關(guān)sb8按下時(shí)7ya電磁鐵得電:液從油箱流出經(jīng)過(guò)油路0從油路5進(jìn)入到電磁鐵7ya進(jìn)經(jīng)過(guò)油路7經(jīng)過(guò)調(diào)速閥液壓馬達(dá)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。 8 液壓馬達(dá)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。圖7-10液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)時(shí)的液壓仿真圖此圖為液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)