【液壓車床液壓控制方案設(shè)計(jì)5800字（論文）】

液壓車床液壓控制方案設(shè)計(jì)摘要現(xiàn)如今加工業(yè)發(fā)展迅速，加工手段也是層出不窮，其中速高精密數(shù)控車床尤為突出，主要是液壓系統(tǒng)在加工業(yè)的運(yùn)用越來越廣泛，液壓驅(qū)動(dòng)逐漸成為自動(dòng)化設(shè)備的主要驅(qū)動(dòng)方式，本次設(shè)計(jì)內(nèi)容最主要的是針對機(jī)床的液壓夾緊、液壓頂緊和液壓回轉(zhuǎn)系統(tǒng)來設(shè)計(jì)，最后對液壓系統(tǒng)總方案做出合理有效的設(shè)計(jì)，并且介紹高速高精密數(shù)控車床在我國的應(yīng)用以及發(fā)展趨勢。一開始根據(jù)給出的數(shù)控車床的整體參數(shù)來做出合理的分析，然后通過對液壓缸的工況計(jì)算和查找借鑒選定的參考文獻(xiàn)來確定各零部件的工作參數(shù)。最終按照相對應(yīng)的零部件功能來選定合適的方案，在對液壓元件的工況進(jìn)行分析、分析計(jì)算后參照文獻(xiàn)和手冊選好液壓元件在各工況中的主要液壓系統(tǒng)、隨后使用CAD軟件對液壓系統(tǒng)圖進(jìn)行繪制、對各液壓回路方案進(jìn)行合理選擇、最后查閱相關(guān)資料手冊選擇合適的液壓元部件以及液壓輔助元件，最后匯總。做完一套的設(shè)計(jì)后，為了滿足使用需求還應(yīng)在進(jìn)一步對計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)算，以滿足需求。關(guān)鍵詞：液壓驅(qū)動(dòng)方式；GSCK200A高速高精密數(shù)控車床；數(shù)控車床的液壓系統(tǒng)；目錄TOC\o"1-2"\h\z\u19929摘要 1301172各系統(tǒng)功能介紹 3272652.1數(shù)控車床液壓缸的工作原理 4236162.2選中的液壓控制閥的作用 4174042.3液壓輔助元件 530872.5本章小結(jié) 5213573液壓控制方案設(shè)計(jì) 516013.2夾緊缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 10235343.3尾架頂緊缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 12137273.4制定液壓回路 14268314液壓元件的選擇 16238454.1液壓泵的選擇 16108534.2電機(jī)的選擇 1620585液壓油發(fā)熱溫升計(jì)算 1746986設(shè)計(jì)結(jié)論 18285126.1設(shè)計(jì)工作匯總 18295296.2設(shè)計(jì)重點(diǎn) 182各系統(tǒng)功能介紹高速高精密數(shù)控車床整體結(jié)構(gòu)如下圖1.1所示圖1.1GSCK200A高速高精密車床結(jié)構(gòu)示意圖數(shù)控車床的性能參數(shù)有：數(shù)控車床的身最大傾斜可加工角度為45度、能夠加工的軸長最長為500毫米、車床的加工最大精度最高可達(dá)到IT5等級、能夠加工最大的床身直徑2毫米，可以加工的最大粗糙度達(dá)到Ra1.6-Ra0.8,主軸最大加工轉(zhuǎn)速5000轉(zhuǎn)每分鐘。2.1數(shù)控車床液壓缸的工作原理液壓缸主要由液壓缸筒、活塞缸、端蓋、活塞、活塞桿、活塞桿密封件的部件組成的活塞缸，活塞缸左腔不斷的輸入液壓油時(shí)，推動(dòng)左腔向左運(yùn)動(dòng)，當(dāng)往右邊的液壓缸注入源源不斷的液壓油時(shí)，缸筒右移。這種液壓缸就是活塞桿固定的活塞缸。2.2選中的液壓控制閥的作用如今加工行業(yè)中的液壓閥已達(dá)到幾百上千種的規(guī)格，選擇合適的液壓閥的方式也多種多樣，其中可以按照使用的方法途徑大致將液壓閥分為壓力控制閥、方向控制閥、流量控制閥等等，還可以按照工作原理和組合程度來區(qū)分這些液壓閥。接下來對本次選用的一部分液壓閥進(jìn)行簡單介紹。2.2.1單向閥單向閥的主要作用是為了防止液壓油的回流，使其智能按照一個(gè)方向流動(dòng)，這樣就大大提高了液壓油的輸出效率。單向閥可以大致分為普通閥和液控閥兩種。2.2.2換向閥換向閥是用閥芯和閥體的相對運(yùn)動(dòng)來調(diào)控液壓油的流動(dòng)方向，來實(shí)現(xiàn)液壓油的準(zhǔn)確供油。這次主要運(yùn)用的是多位電磁換向閥，它主要是運(yùn)用了通電后的電磁鐵的吸合力來控制閥芯和閥體間的相對運(yùn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)液壓油的換向。2.2.3壓力控制閥其主要作用是控制和調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)中的壓力大小，從而實(shí)現(xiàn)對壓力的精確供給，同時(shí)也可以保護(hù)液壓回路，使其能夠滿足使用需求。設(shè)計(jì)中選用的主要是溢流閥，其作用是當(dāng)液壓系統(tǒng)中的壓力供給達(dá)到設(shè)定的值時(shí)，閥體開始運(yùn)行，將多余的油壓卸載掉，保證壓力基本在設(shè)定好的數(shù)值上。2.3液壓輔助元件液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)離不開一些液壓輔助元件的配合輔助，在液壓系統(tǒng)中，過濾器、油箱、管件等都屬于液壓輔助元件。這些元件往往不需要單獨(dú)的進(jìn)行設(shè)計(jì)，大多都是現(xiàn)成的標(biāo)準(zhǔn)件，但對液壓系統(tǒng)的工作性能或多或少的會(huì)產(chǎn)生一些影響。因此，對液壓輔助元件的選擇應(yīng)當(dāng)細(xì)心謹(jǐn)慎，要足夠重視。只有油箱等一小部分需要根據(jù)液壓設(shè)備的需求進(jìn)行合理選擇。2.5本章小結(jié)本章針對高速高精密數(shù)控車床的性能參數(shù)以及必要的液壓元部件的功能作用做了簡單的介紹，為接下來的設(shè)計(jì)和液壓元件的選擇提供了合理的指導(dǎo)和意見。3液壓控制方案設(shè)計(jì)3.1液壓工作臺(tái)的進(jìn)給缸的設(shè)計(jì)液壓車床最大切削力為15KN,運(yùn)動(dòng)控制部件自重為14KN,快進(jìn)、快退速度為4米每分鐘,工進(jìn)速度為0.02~0.12米每分鐘，啟動(dòng)時(shí)的換向時(shí)間為Δt=0.2s;采用平導(dǎo)軌的車床導(dǎo)軌動(dòng)摩擦因數(shù)為f=0.1。3.1.1工作臺(tái)進(jìn)給缸的負(fù)載分析和速度計(jì)算1.負(fù)載分析已知工作負(fù)載Fw=15KN，重力負(fù)載G=14KN，按照啟動(dòng)換向時(shí)間和運(yùn)動(dòng)部件自重計(jì)算的到慣性負(fù)載Fa=143N，摩擦阻力Ff=1400工進(jìn)速度變化量的最大值：Δv=0.02m/s，啟動(dòng)換向時(shí)間：Δt=0.2s則慣性力為摩擦阻力Ff=G*f=14000*0.1=1400N選取液壓缸的機(jī)械效率為ηm=0.9，液壓缸在正常工作階段的負(fù)載值經(jīng)計(jì)算結(jié)果見下表表3.1工作循環(huán)負(fù)載計(jì)算結(jié)果工作循環(huán)計(jì)算公式負(fù)載起動(dòng)加速1389快進(jìn)1556工進(jìn)18222快退15562.工況速度分析已知快進(jìn)、快退的速度為4米每分鐘,工進(jìn)速度范圍在20~1200毫米每分鐘間,按上述計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析后可以繪制出負(fù)載循環(huán)基本原理詳見圖3.3和快進(jìn)速度循環(huán)基本原理詳見圖3.2。見下圖：高速高精密數(shù)控車床速度循環(huán)圖3.3高速高精密數(shù)控車床的工況負(fù)載循環(huán)圖3.23.1.2確定液壓缸的主要參數(shù)1.初選液壓缸的主要工作壓力根據(jù)最大負(fù)載值查表3.4選取液壓缸工作壓力為2.5MPa表3.4負(fù)載壓力表負(fù)載F/KN＜55～1010～2020～3030～50＞50工作壓力p/MPa＜0.8～11.5～22.5～33～44～5＞5計(jì)算液壓缸的結(jié)構(gòu)參數(shù)液壓系統(tǒng)背壓力選取表3.5系統(tǒng)結(jié)構(gòu)情況背壓力/MPa采用節(jié)流閥的回路節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)0.3~0.5對中高壓液壓系統(tǒng)背壓力數(shù)值應(yīng)放大50%~100%采用調(diào)速閥的回路節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)0.5~0.8回油路上有背壓閥的系統(tǒng)0.5~1.5采用輔助泵補(bǔ)油的閉式回路0.8~1.5為使得液壓缸快進(jìn)和快退時(shí)的速度一致，選用雙作用活塞桿缸作為工作臺(tái)的進(jìn)給缸，來實(shí)現(xiàn)快進(jìn)。設(shè)液壓缸的左右兩腔的有效面積為A1和A2，為保證快進(jìn)與快退速度能保持一致則有效面積A1/A2=1,工作腔的無桿狀態(tài)面積為A3，A3=1.25A1，根據(jù)液壓系統(tǒng)背壓力表3.5選出液壓缸快退時(shí)的背壓Pb為0.5MPa，回油腔的被壓力為0.7MPa.液壓缸左工作腔的有效工作面積為：液壓缸筒內(nèi)徑D：表3.6液壓缸缸筒內(nèi)徑D系列（GB/T2348-1993）（單位：mm）810121620253240506380100125160200250320400表3.7活塞桿直徑d系列（GB/T2348-1993）（單位：mm）456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360圓整后選取最接近表3.6和表3.7中的直徑值，D=100mm，d=45mm，有效工作面積A=6200平方毫米。對于這工作速度比較低的液壓缸來說，還需效驗(yàn)其有效面積A，即要滿足式中：qmin—回路中所用流量閥的最小穩(wěn)定流量，或溶質(zhì)調(diào)速回路中變量泵的最小穩(wěn)定流量：vmin—液壓缸應(yīng)達(dá)到的最低運(yùn)動(dòng)速度如果計(jì)算結(jié)果不滿足液壓缸的有效面積驗(yàn)算，則應(yīng)加大液壓缸的有效工作面積，然后復(fù)算液壓缸的直徑D、d和工作壓力P。工進(jìn)時(shí)采用調(diào)速閥調(diào)速，其最小的穩(wěn)定工作流量為0.05L/min,設(shè)計(jì)要求最低的工進(jìn)速度Vmin=20mm/min,經(jīng)上式計(jì)算可知滿足上式所需要求，說明可以滿足最小速度的要求。3.液壓缸實(shí)際計(jì)算工作壓力計(jì)算根據(jù)下表選出活塞行程：表3.8液壓缸活塞行程第一系列（單位：mm）2550801001251602002503204005006308001000125016002000025000選擇標(biāo)準(zhǔn)活塞行程為400mm。計(jì)算液壓缸在工作循環(huán)各階段的壓力、流量和功率選取兩腔回路以及閥上的壓力損失為0.5MPa,則P2=P1+0.5MPa.計(jì)算結(jié)果見表3.9。表3.9液壓缸工作循環(huán)中各階的段壓力、流量和功率工作循環(huán)計(jì)算公式負(fù)載F/KN回油背壓p2/MPa進(jìn)油壓力p1/MPa輸入流量q1/10-3m3·s-1輸入功率P/kW快進(jìn)起動(dòng)加速13891.2——恒速15560.890.4020.482工進(jìn)182220.73.440.0025~0.0160.0015~0.073快退起動(dòng)加速13890.51.2——恒速15560.50.890.4020.4823.2夾緊缸的設(shè)計(jì)計(jì)算3.2.1確定液壓缸的主要尺寸1.初選液壓缸的工作壓力由最大負(fù)載表3.4，取液壓缸的工作壓力為2MPa,工作負(fù)載為7KN.計(jì)算液壓缸的結(jié)構(gòu)參數(shù)為使得液壓缸快進(jìn)和快退時(shí)的速度一致，選用雙作用活塞桿缸作為工作臺(tái)的進(jìn)給缸，來實(shí)現(xiàn)快進(jìn)。設(shè)液壓缸的左右兩腔的有效面積為A1和A2，為保證快進(jìn)與快退速度能保持一致則有效面積A1/A2=1,工作腔的無桿狀態(tài)面積為A3，A3=1.25A1，根據(jù)液壓系統(tǒng)背壓力表3.5選出液壓缸快退時(shí)的背壓Pb為0.5MPa，回油腔的被壓力為0.7MPa.液壓缸左工作腔的有效工作面積為：液壓缸筒內(nèi)徑D：表3.6液壓缸缸筒內(nèi)徑D系列（GB/T2348-1993）（單位：mm）810121620253240506380100125160200250320400表3.7活塞桿直徑d系列（GB/T2348-1993）（單位：mm）456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360圓整后選取最接近表3.6和表3.7中的直徑值，D=80mm，d=36mm，有效工作面積A=4007平方毫米。對于這工作速度比較低的液壓缸來說，還需效驗(yàn)其有效面積A，即要滿足式中：qmin—回路中所用流量閥的最小穩(wěn)定流量，或溶質(zhì)調(diào)速回路中變量泵的最小穩(wěn)定流量：vmin—液壓缸應(yīng)達(dá)到的最低運(yùn)動(dòng)速度如果計(jì)算結(jié)果不滿足液壓缸的有效面積驗(yàn)算，則應(yīng)加大液壓缸的有效工作面積，然后復(fù)算液壓缸的直徑D、d和工作壓力P。工進(jìn)時(shí)采用調(diào)速閥調(diào)速，其最小的穩(wěn)定工作流量為0.05L/min,設(shè)計(jì)要求最低的工進(jìn)速度Vmin=20mm/min,經(jīng)上式計(jì)算可知滿足上式所需要求，說明可以滿足最小速度的要求。3.液壓缸實(shí)際計(jì)算工作壓力計(jì)算根據(jù)下表選出活塞行程：表3.8液壓缸活塞行程第一系列（單位：mm）2550801001251602002503204005006308001000125016002000025000選擇標(biāo)準(zhǔn)活塞行程為50mm。3.3尾架頂緊缸的設(shè)計(jì)計(jì)算3.3.1確定液壓缸的主要參數(shù)1.初選液壓缸的工作壓力由最大負(fù)載表3.4，取液壓缸的工作壓力為1MPa,工作負(fù)載為3KN.計(jì)算液壓缸的結(jié)構(gòu)參數(shù)為使得液壓缸快進(jìn)和快退時(shí)的速度一致，選用雙作用活塞桿缸作為工作臺(tái)的進(jìn)給缸，來實(shí)現(xiàn)快進(jìn)。設(shè)液壓缸的左右兩腔的有效面積為A1和A2，為保證快進(jìn)與快退速度能保持一致則有效面積A1/A2=1,工作腔的無桿狀態(tài)面積為A3，A3=1.25A1，根據(jù)液壓系統(tǒng)背壓力表3.5選出液壓缸快退時(shí)的背壓Pb為0.5MPa，回油腔的被壓力為0.7MPa.液壓缸左工作腔的有效工作面積為：液壓缸筒內(nèi)徑D：表3.6液壓缸缸筒內(nèi)徑D系列（GB/T2348-1993）（單位：mm）810121620253240506380100125160200250320400表3.7活塞桿直徑d系列（GB/T2348-1993）（單位：mm）456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360圓整后選取最接近表3.6和表3.7中的直徑值，D=63mm，d=28mm，有效工作面積A=2500平方毫米。對于這工作速度比較低的液壓缸來說，還需效驗(yàn)其有效面積A，即要滿足式中：qmin—回路中所用流量閥的最小穩(wěn)定流量，或溶質(zhì)調(diào)速回路中變量泵的最小穩(wěn)定流量：vmin—液壓缸應(yīng)達(dá)到的最低運(yùn)動(dòng)速度如果計(jì)算結(jié)果不滿足液壓缸的有效面積驗(yàn)算，則應(yīng)加大液壓缸的有效工作面積，然后復(fù)算液壓缸的直徑D、d和工作壓力P。工進(jìn)時(shí)采用調(diào)速閥調(diào)速，其最小的穩(wěn)定工作流量為0.05L/min,設(shè)計(jì)要求最低的工進(jìn)速度Vmin=20mm/min,經(jīng)上式計(jì)算可知滿足上式所需要求，說明可以滿足最小速度的要求。3.液壓缸實(shí)際計(jì)算工作壓力計(jì)算根據(jù)下表選出活塞行程：表3.8液壓缸活塞行程第一系列（單位：mm）2550801001251602002503204005006308001000125016002000025000選擇標(biāo)準(zhǔn)活塞行程為25mm。3.4制定液壓回路圖3.4液壓系統(tǒng)總裝圖3.4.1供油回路綜上所表述的結(jié)果可知，系統(tǒng)中的最大流量與最小流量比為80，在液壓缸工作期間大部分時(shí)間里液壓缸都處于高壓低流量的工作狀態(tài)，選用變量液壓泵，以此來提高效率，節(jié)省能源。3.4.2輔助回路在設(shè)計(jì)這部分回路是要考慮在不影響液壓系統(tǒng)正常工作的條件下，進(jìn)行合理的優(yōu)化，比如選用雙向液壓鎖來控制一些突發(fā)情況，斷電或機(jī)器故障等引起液壓油的回流造成系統(tǒng)的損害，液壓鎖的作用就是能控制液壓油在任何突發(fā)情況下都不回流。還有在選擇中加入吸油過濾器和空氣過濾器，保證液壓油的潔凈，減少雜物的侵入，從而延長系統(tǒng)的使用壽命。3.4.3壓力控制回路在系統(tǒng)工作時(shí)，高壓小流量和低壓大流量的液壓油都是通過回轉(zhuǎn)缸的減壓閥來設(shè)定，同時(shí)，順序閥來實(shí)現(xiàn)低壓大流量的卸荷，單向閥用于短時(shí)保壓。3.4.4調(diào)速回路因?yàn)橐簤合到y(tǒng)的功率比較小，根據(jù)計(jì)算的負(fù)載可知，只有正值負(fù)載，因此選用進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路。為了較好的提供低速平穩(wěn)性和速度負(fù)載特性，還可以選用調(diào)速閥調(diào)速，并在回路上設(shè)置背壓。3.4.5方向控制回路液壓回轉(zhuǎn)缸、尾座頂緊缸和液壓刀塔缸的液壓回路都可以選用二位四通的電磁換向閥進(jìn)行控制。液壓刀塔和液壓頂緊、液壓夾緊都需要平穩(wěn)的油壓供應(yīng)，還能做到液壓缸的中位停止，因此選擇二位四通的電磁換向閥來精準(zhǔn)控制。表3.19液壓系統(tǒng)工況表液壓缸工況動(dòng)作電磁鐵狀態(tài)1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA8YA刀塔的定位缸快進(jìn)吸合工進(jìn)快退吸合尾座頂緊缸頂緊吸合松開吸合工件夾緊缸夾緊吸合松開吸合刀塔定位馬達(dá)電機(jī)正轉(zhuǎn)吸合電機(jī)反轉(zhuǎn)吸合4液壓元件的選擇4.1液壓泵的選擇1.液壓泵及驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率的確定（1）液壓泵的工作壓力計(jì)算出的液壓缸在工作中最大壓力為3.44MPa，選取進(jìn)油路上的壓力損失為1MPa，則小流量泵的最大工作壓力應(yīng)為4.44MPa。選擇泵的額定壓力應(yīng)為泵在大流量工作狀態(tài)下,液壓缸快速后退時(shí)泵的工作速度壓力損失會(huì)比正常液壓工作時(shí)的額定壓力大,選取了當(dāng)液壓缸快速后退時(shí)泵在進(jìn)出泵油路上的額定壓力速度損失系數(shù)為0.5MPa,大流量泵在液壓缸快退時(shí)的工作壓力較高為1.2+0.5=1.7MPa.卸荷閥的壓力應(yīng)高于1.7MPa。（2）液壓泵流量計(jì)算選取系統(tǒng)的泄露系數(shù)K=1.2，則液壓泵的最小供油量同樣也可算出小流量泵最小流量為5.3L/min大流量泵的最小流量為30.7L/min（3）確定液壓泵規(guī)格對照PVS系列的變量葉片泵，選型號(hào)為PVS25，其轉(zhuǎn)速為1000-1800rpm，1800r/min時(shí)流量為42L/min，排量為32cm3/rev，大、小泵的流量為36L/min和5.3L/min，所選的泵可以滿足以上需求。4.2電機(jī)的選擇快退階段時(shí)液壓泵的功率能達(dá)到最大值，選取液壓缸在進(jìn)油路上壓力損失0.5MPa，則液壓泵的輸出壓力為1.2MPa。液壓泵的總效率為，液壓泵流量為36L/min，則液壓泵驅(qū)動(dòng)快退所需的功率P為：據(jù)此選用三相異步電動(dòng)機(jī)，型號(hào)為Y80M2-5型，電機(jī)的額定功率為0.75KW，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)1400rpm，能滿足系統(tǒng)的需求。