數(shù)控車床尾座套筒液壓裝置設(shè)計

19/22本科畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：數(shù)控車床尾座套筒液壓裝置設(shè)計系別機電信息系專業(yè)機械設(shè)計制造及其自動化班級姓名學(xué)號導(dǎo)師2013年4月27日數(shù)控車床尾座套筒液壓裝置設(shè)計摘要為了完成本課題的設(shè)計，在設(shè)計之前的準備工作必須做好，首先是搜集和分析資料，主要包括國內(nèi)外數(shù)控機床的發(fā)展現(xiàn)狀；液壓技術(shù)和液壓傳動系統(tǒng)的基本資料；同等機床液壓尾座的圖紙和資料等。其次是初步確定液壓尾座的總體布局，包括配置形式、液壓系統(tǒng)的布置及選擇液壓能源及相應(yīng)的配套元件等。最后主要是關(guān)于尾座的設(shè)計計算。數(shù)控機床變檔卡緊及尾座頂緊的控制方式基本上是手工控制，在通常的加工過程中，需先用手工控制的方式完成變檔和卡緊工作，然后再進行裝夾，在裝夾完畢后還需要使用手工控制的方式完成尾座的頂緊工作。由此可知，在數(shù)控機床的加工作效率效率并不高，而且工人勞動強度大，耗時又耗力，還會增加企業(yè)成本。因此，本課題研究所要達到的預(yù)期效果是在數(shù)控車床加工過程中，當需要使用尾座時，使用本課題所設(shè)計的尾座可以提高加工過程的機械化和自動化水平，提高生產(chǎn)效率，降低工人的勞動強度，降低企業(yè)成本。關(guān)鍵詞：數(shù)控機床；尾座；液壓系統(tǒng)；液壓缸ThedesignofCNCmachineTailstockHydraulicsystemAbstract

Toaccomplishthisdesign,Icollectedandanalysedtheinformationbeforethedesign,includingdomesticandinternationaldevelopmentofCNCmachinetools;hydraulicsystemofhydraulictechnologyandthebasicinformation;equalhydraulicmachineTailstockthedrawingsandinformation.ThenistentativelydeterminedtheoveralllayoutofhydraulicTailstock,includingtheallocationofform,layoutandthehydraulicsystemofhydraulicenergy,andselecttheappropriatematchingcomponents,suchas.ThiswasfollowedbythemainTailstockthedesignandcalculation.CNCmachinetoolschangedfilecardsbearandTailstocktoptightisbasicallymanualcontrol,intheconventionalprocess,thechangerequiredmanualcardfileandclampingatightandthenagainafterthefixturealsoneedtouseamanualTailstockThetoptight.Therefore,intheprocessofCNCmachinetoolsinefficiencyisnothigh,workersinlaborintensityandgreat.Therefore,theissueoftheInstitutetoachievethedesiredresultsintheCNClatheprocessing,whentheneedtouseTailstock,theuseofthisissuebytheTailstockdesigncanimprovetheprocessofmechanizationandautomationlevel,increaseproductionefficiencyandreduceWorkersinthelaborintensity.Keywords：Numerically-controlledmachine；Tailstock；Hydraulicsystem；HydrauliccylinderinsidediameterTOC\o"1-3"\h\u目錄76491緒論 1101191.1研究背景和意義 175851.2液壓傳動介紹 1188501.3國內(nèi)外數(shù)控機床的發(fā)展現(xiàn)狀 211241.3.1國外數(shù)控機床發(fā)展現(xiàn)狀 268491.3.2國內(nèi)數(shù)控機床發(fā)展現(xiàn)狀 3150861.4本文研究對象 4192112液壓尾座液壓傳動總體設(shè)計 5147112.1尾座簡介 5327312.2回路設(shè)計 5281352.2.1液壓尾座頂針液壓回路 6157542.2.2液壓尾座頂針夾緊液壓回路 73尾座部分的設(shè)計10493 983173.1液壓系統(tǒng)壓力 9290953.2頂針油缸的計算 9265243.2.1頂針軸向力 9225443.2.2液壓油缸計算 1091293.3液壓泵的設(shè)計 12166943.3.1液壓泵工作壓力的確定 13123713.3.2液壓泵流量的確定 134803.3.3電動機功率的確定 15282103.4液壓元件的選擇 16148543.4.1油管及管接頭 16312193.4.2過濾器的選擇 1679113.4.3油箱的選擇 1779113.4.4油箱容積的確定 17267713.5液壓系統(tǒng)的性能驗算 18325033.5.1液壓系統(tǒng)壓力損失計算 18249473.5.2液壓系統(tǒng)發(fā)熱溫升的驗算 19217694液壓尾座結(jié)構(gòu)設(shè)計 2125814.1液壓尾座箱體設(shè)計 21208074.2尾座頂尖的設(shè)計 21170554.3尾座主軸的設(shè)計 21276444.4尾座導(dǎo)軌的設(shè)計 22166814.4尾座孔系設(shè)計 23126744.4.1套筒與尾座體的配合 2496704.4.2套筒與頂尖、尾座活塞軸的配合 24312964.4.3孔和鍵的設(shè)計 2495895尾座精度的設(shè)計 26134705.1表面粗糙度的確定 26298845.2尾座與機床形位公差的確定 26193935.3底面及立導(dǎo)向面形位公差的確定 268192結(jié)論 2830990參考文獻 291909致謝 3022524畢業(yè)設(shè)計（論文）知識產(chǎn)權(quán)聲明 3121815畢業(yè)設(shè)計（論文）獨創(chuàng)性聲明 32設(shè)計圖紙和說明書了解QQ25766365383尾座液壓系統(tǒng)設(shè)計前面章節(jié)已經(jīng)設(shè)計好液壓尾座的控制回路，本章將從計算方面來設(shè)計液壓缸的，以及液壓泵的設(shè)計。液壓缸的設(shè)計主要分為頂針油缸，頂針夾緊油缸。3.1液壓系統(tǒng)壓力液壓缸工作壓力主要根據(jù)運動循環(huán)各階段中的最大總負載力來確定，此外，還需要考慮以下因素：(1)各類設(shè)備的不同特點和使用場合,如表3.1所示。(2)考慮經(jīng)濟和重量因素，壓力選得低，則元件尺寸大，重量重；壓力選得高一些，則元件尺寸小，重量輕，但對元件的制造精度，密封性能要求高，如表3.2所示。所以，液壓缸的工作壓力的選擇有兩種方式：一是根據(jù)機械類型選；二是根據(jù)切削負載選。表3.1負載與工作壓力的關(guān)系表負載F/kN<55～810～2020～3030-50>50工作壓力p/Mpa<0.8～11.5～22.5～33～44～5>5～7表3.2機械類型與工作壓力的關(guān)系表機床類型磨床車床銑床龍門刨床拉床組合機床工作壓力p/Mpa≤22～4≤88～103～5根據(jù)表3.1與3.2，選定液壓尾座的工作壓力為：2Mpa。3.2頂針油缸的計算液壓尾座工作要求：主要技術(shù)參數(shù)：數(shù)控車床的切削用量f=0.1-0.3mm/r；切削速度為v=50-80m/min；最大車削工件直徑400mm,最大加工長度350mm,切削粗糙度為Ra1.6-3.2μm。3.2.1頂針軸向力尾座頂針如圖3.1所示。頂針在受到外力主要來自于兩部分：第一部分，來自與工件的自重在軸向產(chǎn)生的軸向分力；第二部分，來自與工件在切削時，刀具對工件產(chǎn)生一個切削力，這個切削力將會在軸向產(chǎn)生一個分力。因此頂針收到外力應(yīng)該是這兩個分力之和。圖3.1頂針示意圖工件重力產(chǎn)生的分力根據(jù)工件最大長度和最大旋轉(zhuǎn)外徑假設(shè)工件最大重量，頂尖和三爪卡盤支撐工件可簡化為簡支梁，如圖3.2所示。圖3.2尾座頂尖受力分析圖因此尾座負重（3-1）其中G為工件重力，取最大加工工件的重量,其直徑為400mm，長度為350mm，代入公式得a為頂針與工件之間的夾角，取60o。帶入公式得：切削力的計算根據(jù)本文設(shè)計要求：要技術(shù)參數(shù)：數(shù)控車床的切削用量；切削速度為。由于切削量越大，切削速度越大，其切削力越大，因此取切量為0.3mm/r,切削速度為80m/min的切削力，材料為不銹鋼。根據(jù)表3.3[14]所示常見的工件材料的單位切削力Kc值。表3.3常見的工件材料的單位切削力Kc值工件材料HB硬度材質(zhì)粗略分類Kc（）非合金鋼類110C<0.25%2200150C<0.8%2600310C<14%3000低合金鋼125-225未硬化2500220-420硬化3300高合金鋼150-300退火3000250-350硬化的工具鋼4500超硬鋼>450硬化、調(diào)質(zhì)4500根據(jù)公式(3-2)其中Kc為單位切削力，由表3.3取Kc值為2453；為背吃刀量，由表3.3取。將上面參數(shù)帶入公式3-2，得切削力切削力將會在軸向上產(chǎn)生一個軸向分力，這個就是尾座需要克服的反作用力，根據(jù)根據(jù)《金屬切削原理與刀具》切削時產(chǎn)生的軸向分力(0.1~0.6)（3-3）為了安全，取為了滿足加工后的工件的精度要求，在工件重量較大和切削力較大的情況下機床不發(fā)生共振，取軸向力。因此尾座需要克服的最大反作用力為：3.2.2液壓油缸計算由前面計算可得尾座最大軸向力為，因此尾座液壓油缸需要克服這一軸向力，因此，液壓油缸的外作用力為,根表據(jù)3.1與3.2，取尾座液壓系統(tǒng)加緊時的壓力為2，背壓取0.5。則液壓油缸的內(nèi)徑為：（3-4）其中D:油缸內(nèi)徑；：輸出力；：液壓系統(tǒng)輸出壓力；：液壓系統(tǒng)背壓；將以上數(shù)據(jù)帶入公式可得，液壓油缸的直徑為：元整選取液壓油缸的，。得出活塞桿直接。如在計算液壓缸尺寸時需要考慮背壓，可初定參考數(shù)值，回路確定之后再修改，參考背壓值見表3.4[13]所示。表3.4液壓缸背壓參考系統(tǒng)類型背壓回油路上有節(jié)流閥的調(diào)速系統(tǒng)2-5回油路上有調(diào)速閥的調(diào)速系統(tǒng)5-8回油路上裝有背壓閥5-15帶補油泵的閉式回路8-153.3液壓泵的設(shè)計液壓泵是液壓系統(tǒng)中的動力裝置，也是能量轉(zhuǎn)換元件，起著向系統(tǒng)提供動力源的作用。原動機驅(qū)動偏心輪1旋轉(zhuǎn)時，柱塞2將做往復(fù)運動。使密封容積a的大小發(fā)生周期性的交替變化。當a由小變大就行程部分真空，油箱中的油液在大氣壓作用下，經(jīng)吸油管頂開單向閥6進入郵箱a而實現(xiàn)吸油；當a有大變小時，a中吸滿的油液將頂開單向閥5流入系統(tǒng)而實現(xiàn)壓油。原動機驅(qū)動偏心輪不斷旋轉(zhuǎn)，液壓泵就不斷地吸油和壓油，這樣液壓泵就將原動機輸入的機械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能輸出。原理圖如圖3.3所示。液壓泵為整個液壓系統(tǒng)提供動力，能使液壓缸穩(wěn)定安全的工作，是整個液壓系統(tǒng)中的最根本裝置。1.偏心輪2.柱塞3.缸體4.彈簧5.6.單向閥a.油箱圖3.3單柱塞液壓泵的工作原理圖3.3.1液壓泵工作壓力的確定液壓泵的工作壓力p是液壓泵實際工作時的輸出壓力稱為工作壓力。工作壓力的大笑取決與外負載的大小和排油管路上的壓力損失，而與液壓泵的流量無關(guān)。液壓泵工作壓力計算公式：（3-5）是液壓執(zhí)行元件的最高工作壓力，對于本系統(tǒng)，工作壓力為2MPa；取1.5安全系數(shù)，。是泵到執(zhí)行元件間總的管路壓力損失。由系統(tǒng)圖可見，從泵到增壓缸之間取∑。具體壓力損失見表3.5[7]所示。表3.5液壓系統(tǒng)元件壓力損失表元件名稱額定壓力損失單向閥電磁閥調(diào)速閥液壓泵工作壓力為當系統(tǒng)壓力p<21,選用齒輪泵或葉片泵；p>21,選用柱塞泵。3.3.2液壓泵流量的確定因為液壓泵的流量由得出，由工況圖看出，系統(tǒng)最大流量發(fā)生在頂緊油缸工作頂緊過程中，根據(jù)車床的通常參數(shù)，通常情況下取活塞桿的最大速度為v＝2m/s。（3-6）其中D為液壓缸的直徑，v為液壓的速度取泄漏系數(shù)K為1.2，求得液壓泵流量液壓泵一般分為齒輪泵，葉片泵，柱塞泵。齒輪泵由于油壓變化比較大，不適合作為精密儀器供給留量，柱塞泵通常用于高壓系統(tǒng)，根據(jù)本文實際要求：一般油壓系統(tǒng)，且系統(tǒng)工作精度高，因此本系統(tǒng)選擇葉片泵，為了提高液壓系統(tǒng)的壽命，選用雙作用式。根據(jù)液壓泵的選型手冊，確定液壓泵的型號為YYB-BCl71/48B型雙聯(lián)葉片泵，當壓力為時，泵流量為。雙作用式葉片泵的組成同單作用式葉片泵一樣。它分別有兩個吸油口和兩個壓油口。定子1和轉(zhuǎn)子2的中心重合，定子內(nèi)表面近似于長徑為R、短徑為r的橢圓形，并有兩對均布的配油窗口。兩個相對的窗口連通后分別接近、出油口，構(gòu)成兩個吸油口和兩個壓油口。轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周，每個密封工作空間完成考兩次吸油和壓油。其工作原理如圖3.4所示。1.定子2.轉(zhuǎn)子3.葉片圖3.4雙作用式葉片泵的工作原理圖一般來說。各種類型的液壓泵由于其結(jié)構(gòu)原理，運轉(zhuǎn)方式和性能特點各有不同，因此應(yīng)根據(jù)不同的使用場合選擇合適的液壓泵。一般在負載小、功率小的機械設(shè)備中，選擇齒輪泵、雙作用葉片泵；精度較高的機械設(shè)備（如磨床）選擇螺桿泵、雙作用葉片泵；對于負載較大，并有快速和慢速工作的機械設(shè)備（如組合機床）選擇限壓式變量葉片泵；對于負載大、功率大的設(shè)備（如龍門刨床、拉床等）選擇柱塞泵；一般不太重要的液壓系統(tǒng)（機床輔助裝置中的送料、夾緊等）選擇齒輪泵。各類液壓泵的性能參數(shù)與比較見表3.6[7]所示。對于液壓泵的選取具有一定的參考作用及指導(dǎo)作用。表3.6各類液壓泵的性能比較齒輪泵單作用式葉片泵雙作用式葉片泵軸向柱塞泵徑向柱塞泵壓力范圍/(MPa)2-212.5-6.36.3-2121-4010-20排量范圍/(mL/r)0.3-6501-3200.5-4800.2-360020-720轉(zhuǎn)速范圍/(r/min)300-7000500-2000500-4000600-6000700-1800容積效率（%）70-9585-9280-9488-9380-90總效率（%）63-8771-8565-8281-8881-83流量脈動（%）1-27功率質(zhì)量比/(kW/kg)中小中中大小噪聲稍高中中大中耐污能力中等中中大中價格最低中中低高高3.3 .3電動機功率的確定液壓尾座系統(tǒng)的壓力和流量都是變化的，所需功率變化較大。小泵供油壓力為P1＝3.8，其流量q=108,取泵的總效率＝0.8，泵的總驅(qū)動功率為：(3-7)其中p為液壓系統(tǒng)的壓力，其最大壓力為3.8Mpa，q為泵的流量為，q=108L/min，n為系統(tǒng)效率，帶入公式得：考慮頂緊過程時間短，不過3s，而電動機一般允許短時間超載25%，這樣電動機功率還可降低一些,。驗算其他工況時，液壓泵的驅(qū)動功率均小于或近于此值。查產(chǎn)品樣本，選用的電動機。3.4液壓元件的選擇3.4.1油管及管接頭液壓系統(tǒng)中的油管，主要分金屬鋼管和耐壓軟管，一般使用硬管，它比軟管安全可靠，而且經(jīng)濟。軟管則通常用于兩個有相對運動的部件之間的連接。所以本系統(tǒng)選用鋼管。鋼管，分為無縫鋼管和焊接鋼管兩大類。壓力大于2.5MPa的場合可用無縫鋼管，壓力小于2.5MPa的場合用焊接鋼管，鋼管的特點是耐高壓，變形小，耐油性、抗腐蝕性比較好，價格較低，彎曲與裝配比較困難。綜上所述，本液壓系統(tǒng)最大壓力3.8MPa，所以選用無縫鋼管。管接頭是油管與油管、油管與液壓元件之間的連接件，它與滿足連接牢固、密封可靠，裝配方便、工藝性好、外形尺大小、通油能力強等性能要求，特別是管接頭的密封性能是影響系統(tǒng)外泄的重要原因。常用管接頭的性能特點比較如表3.7[15]所示。表3.7常用管接頭的性能特點比較類型特點應(yīng)用許用壓力/MPa擴口式管接頭結(jié)構(gòu)簡單，造價低適用于銅管、薄壁鋼管、尼龍管和塑料管的鏈接焊接式管接頭結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、耐高壓和振動、密封性能好適用于厚壁鋼管的鏈接卡套式管接頭不用密封件、工作可靠，拆卸方便，抗振性好，應(yīng)用廣泛應(yīng)用場合廣泛扣壓式管接頭連接軟管用，需要在專用設(shè)備上扣押而成適用于軟管鏈接快換管接頭不需要任何工具就能實現(xiàn)迅速連接和斷開用于經(jīng)常拆裝的液壓管路綜上所述，液壓系統(tǒng)壓力為3.8MPa，選用的是無縫鋼管，因此管接頭選用擴口式管接頭。3.4.2過濾器的選擇在液壓系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)內(nèi)污染物的形成或外界污染物的侵入，液壓油中難免會存在各種污染物，油液的污染能加速液壓元件的磨損，卡死閥芯，堵塞工作間隙和小孔，使元件失效，導(dǎo)致液壓系統(tǒng)不能正常工作，據(jù)統(tǒng)計，約75%的故障和液壓油的污染有關(guān)，因此必須對油液中的雜質(zhì)和污染物進行清理，目前，控制液壓油的清潔程度的最有效的方法就是采用過濾器。過濾器按過濾精度可分為四級：粗過濾器普通過濾器精過濾器特精過濾器過濾精度只要取決于系統(tǒng)的壓力。表3.8[15]所示為過濾精度推薦值。系統(tǒng)類型潤滑系統(tǒng)傳動系統(tǒng)伺服系統(tǒng)壓力p/過濾精度/25-50表3.8過濾精度推薦值系統(tǒng)壓力小于14，由表中得出選用普通過濾器網(wǎng)式過濾器。網(wǎng)式過濾器的優(yōu)點是通油能力大，壓力損失小，容易清洗，但過濾精度不高，主要用于泵吸油口，本系統(tǒng)恰好用于泵吸油口，所以選用網(wǎng)式過濾器經(jīng)濟劃算。3.4.3油箱的選擇油箱主要用來儲存油液，此外還起到散熱、溢出油液中的空氣以及沉淀雜質(zhì)的作用。油箱有開式和閉式兩種。（1）開式油箱中的油液具有與大氣相同的自由液面，常用于各種固定設(shè)備，應(yīng)用廣泛。開式油箱又分為整體式和分離式。整體式油箱利用主機的底座內(nèi)腔作為油箱，這種油箱結(jié)構(gòu)緊湊，各處液壓元件的漏油易于回收，但增加了設(shè)計和制造的復(fù)雜性，維修不便，散熱條件不好，且會使主機產(chǎn)生熱變形。分離式油箱單獨設(shè)置，與主機分開，減小了油箱發(fā)熱的液壓源振動對主機工作精度的影響，因此得到了普遍的應(yīng)用，特別是在精密機械上。閉式油箱完全封閉，油箱中的油液與大氣是隔絕的，由空壓機向氣罐充氣，再由充氣罐經(jīng)過濾清、干燥、減壓后進入油箱使液面壓力高于大氣壓，從而改善了泵的吸油性能、減少了氣蝕和噪聲。常應(yīng)用于水下設(shè)備、行走設(shè)備及車輛。綜上所述。本課題選用開式整體式油箱。3.4.4油箱容積的確定從油箱的散熱、沉淀雜質(zhì)等職能來看，油箱的容積越大越好，單容積過大會造成體積大，質(zhì)量大，浪費材料又不節(jié)約空間。因此要合理地確定油箱容積。一般來說，油箱的有效容積可以按液壓泵的額定流量估計出來。一般容量可取最大流量的倍。對于機床的估算公式為（3-8）式中V為油箱的有效容積，單位為；為與系統(tǒng)有關(guān)的經(jīng)驗數(shù)字。低壓系統(tǒng)=，中壓系統(tǒng)=，高壓系統(tǒng)=；為液壓泵的額定流量，單位為。上面已經(jīng)計算出,流量代入公式得油箱的有效容積一般來說，油箱的有效容積指油面高度為油箱整體高度80%時的容積。所以油箱的總?cè)莘e油箱的選定應(yīng)符合GB2876-81《液壓泵站油箱公稱容量系列》的規(guī)定，選取容量為4.0的油箱3.5液壓系統(tǒng)的性能驗算在前面的設(shè)計過程中，由于系統(tǒng)還沒有完全計算完畢，很多參數(shù)都是粗略估算的。液壓系統(tǒng)設(shè)計完成后，需要在對其的技術(shù)性能進行驗算，以便判斷設(shè)計質(zhì)量。3.5.1液壓系統(tǒng)壓力損失驗算驗算系統(tǒng)壓力損失的目的之一是為了正確確定泵的工作壓力即系統(tǒng)的調(diào)整壓力（系統(tǒng)溢流閥的調(diào)整壓力），當系統(tǒng)執(zhí)行元件的工作壓力已確定時，系統(tǒng)的調(diào)整壓力可根據(jù)管路中的壓力損失進行計算。本系統(tǒng)選用的閥類元件有調(diào)速閥、單向閥、電磁閥。系統(tǒng)總壓力損失：（3-9）式中—管路的沿程壓力損失；—為局部壓力損失。油路壓力損失經(jīng)驗值見下表3.9[7]所示。表3.9油路壓力損失經(jīng)驗值系統(tǒng)結(jié)構(gòu)情況總壓力損失一般節(jié)流調(diào)速及管路間單的系統(tǒng)

進油路有調(diào)速閥及管路復(fù)雜的系統(tǒng)本系統(tǒng)進油路上