數(shù)控車床主軸卡盤液壓裝置設計

數(shù)控車床主軸卡盤液壓裝置設計,數(shù)控車床,主軸,卡盤,液壓,裝置,設計 畢業(yè)設計（論文）任務書 系（部） 機電信息系 專業(yè) 機械設計制造及其自動化班 http://www.sk-z.com/zt456983/pdshowtwo/productshow_10459409.html 1.畢業(yè)設計（論文）題目：. 數(shù)控車床主軸卡盤液壓裝置設計 2.題目背景和意義：液壓傳動技術(shù)應用領域幾乎遍及國民經(jīng)濟各工業(yè)部門。該選題以數(shù)控車床主軸卡盤液壓裝置為設計對象，緊密結(jié)合機械設計制造及自動化專業(yè)的相關基礎技術(shù)和專業(yè)技術(shù)，對于鍛煉學生綜合應用液壓傳動、機械制造工程、機械設計、機械CAD等基本專業(yè)知識解決工程實際問題的能力以及獨立工作的能力具有積極的促進作用。 3.設計(論文)的主要內(nèi)容（理工科含技術(shù)指標）： （1）完成數(shù)控車床主軸卡盤液壓系統(tǒng)工作原理圖的設計，以及工作原理的分析說明。 （2）選擇AutoCAD為設計開發(fā)工具，完成數(shù)控車床主機功能結(jié)構(gòu)總裝設計。 （3）完成數(shù)控車床主軸卡盤液壓裝置的液壓站、液壓缸等關鍵裝置的設計。 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。 4. 設計的基本要求及進度安排（含起始時間、設計地點）：1）有部分計算機繪圖；2）按時完成開題報告及中期報告；3）外文翻譯（字數(shù)）：3000漢字；4）參考文獻（篇數(shù)）：不少于18篇，其中外文不少于3篇 ；5）論文（字數(shù)）：不少于20000漢字； 6）進度安排：1—3周：查找資料，完成開題報告；4—8周：完成方案設計，繪制總裝配圖。完成外文翻譯，寫中期報告；9—14周：完成全部技術(shù)設計； 15—16周：撰寫畢業(yè)設計論文； 17周：答辯前準備。7)2012年12月12日開始;8)設計地點:西安工業(yè)大學金花校區(qū). 5. 5.畢業(yè)設計（論文）的工作量要求 ?題目難易程度適中，工作量合適；要求學生具備機械制圖、CAD設計、機械設計及機械制造工程等專業(yè)基礎知識，熟悉液壓傳動技術(shù)。 ① 實驗（時數(shù)）*或?qū)嵙暎ㄌ鞌?shù)）： ② 圖紙（幅面和張數(shù)）*： 折合3張 A0 圖紙 ③ 其他要求：（1）上機（時數(shù)）：150機時（2）參考文獻（篇數(shù)）：中文不少于18篇。 指導教師簽名： 2012年10月20 日 學生簽名： 年 月 日 系主任審批： 年 月 日 說明：1本表一式二份，一份由各系集中歸檔保存，一份學生留存。 2 帶*項可根據(jù)學科特點選填。 大XX大學 畢業(yè)設計（論文） 數(shù)控車床主軸卡盤液壓裝置設計 所在學院 專業(yè) 班級 姓名 學號 指導老師 年 月 日 摘 要 通過對數(shù)控車床的液壓系統(tǒng)的分析和了解，結(jié)合已掌握的液壓方面的知識對原有系統(tǒng)進行優(yōu)劣分析并提出改進方案；最終使液壓系統(tǒng)實現(xiàn)車床的變檔及卡緊，使其滿足旋轉(zhuǎn)精度，剛度，溫升，抗震性等主要性能，以提高整機性能，并保證該液壓系統(tǒng)執(zhí)行上述二個動作時的可行性與可靠性，充分體現(xiàn)現(xiàn)代液壓技術(shù)應用于數(shù)控機床的優(yōu)越性。 關鍵詞：主軸，卡盤，液壓裝置，液壓系統(tǒng) 27 Abstract Through the analysis and understanding of the hydraulic system for numerical control lathe, combined with the available hydraulic knowledge analysis of the original system and the improved scheme is put forward; and the hydraulic system and the locking gear lathe, make it meet the rotary accuracy, rigidity, temperature rise, the main performance of shock resistance etc., to improve the performance of the whole machine, and ensure the feasibility and reliability of the hydraulic system for executing the two action, fully reflects the superiority of the application of the modern hydraulic technology in CNC machine tool. Keywords: spindle, chuck, hydraulic equipment, hydraulic system 目 錄 摘 要 II Abstract III 目 錄 IV 第1章 概述 1 1.1液壓傳動發(fā)展概況 1 1.2液壓傳動的工作原理及組成部分 1 1.2.1液壓傳動的工作原理 1 1.2.2液壓傳動的組成部分 2 1.3液壓傳動的優(yōu)缺點 3 1.4液壓系統(tǒng)的設計步驟與設計要求 4 1.4.1設計步驟 4 1.4.2明確設計要求 4 1.4.3課題主要參數(shù) 5 1.5數(shù)控機床定義 5 1.6 數(shù)控機床的優(yōu)點 5 1.7數(shù)控機床的分類 6 1.7.1按加工工藝方法分類 6 1.7.2按控制運動軌跡分類 7 1.8數(shù)控機床發(fā)展趨勢 7 第2章 數(shù)控車床主軸卡盤液壓系統(tǒng)工作原理圖設計 10 2.1 課題來源 10 2.2方案的制定與論證 10 2.2.1方案制定的背景和特點 10 2.2.2多方案的比較和論證 10 2.2.3最終方案的制定和說明 11 2.3 液壓卡盤的運動分析 12 2.3 液壓系統(tǒng)原理圖 12 第3章 液壓三爪卡盤設計 13 3.1 總體框架 13 3.2 主要參數(shù)確定與結(jié)構(gòu)計算 14 3.2.1 液壓腔的結(jié)構(gòu)設計 14 3.2.2 轉(zhuǎn)子葉片數(shù)的設計 14 3.3.3 擺動角的設計 14 3.3.4 定子圓柱活塞杠面積的設計 15 3.3.5 活塞杠的升程 15 第4章 液壓站的設計 17 4.1液壓站簡介 17 4.2 油箱設計 17 4.2.1油箱有效容積的確定 17 4.2.2 油箱容積的驗算 18 4.2.3 油箱的結(jié)構(gòu)設計 19 4.3 液壓站的結(jié)構(gòu)設計 21 4.3.1 液壓泵的安裝方式 21 4.4 輔助元件 23 總 結(jié) 25 參考文獻 26 致謝 27 第1章 概述 1.1液壓傳動發(fā)展概況 液壓傳動相對于機械傳動來說是一門新技術(shù)，但如從17世紀中葉巴斯卡提出靜壓傳遞原理、18世紀末英國制成世界上第一臺水壓機算起，也已有二三百年歷史了。近代液壓傳動在工業(yè)上的真正推廣使用只是本世紀中葉以后的事，至于它和微電子技術(shù)密切結(jié)合，得以在盡可能小的空間內(nèi)傳遞出盡可能大的功率并加以精確控制，更是近10年內(nèi)出現(xiàn)的新事物。 本世紀的60年代后，原子能技術(shù)、空間技術(shù)、計算機技術(shù)（微電子技術(shù)）等的發(fā)展再次將液壓技術(shù)推向前進，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)，使它在國民經(jīng)濟的各方面都得到了應用。液壓傳動在某些領域內(nèi)甚至已占有壓倒性的優(yōu)勢，例如，國外今日生產(chǎn)的95%的工程機械、90%的數(shù)控加工中心、95%以上的自動線都采用了液壓傳動。因此采用液壓傳動的程度現(xiàn)在已成為衡量一個國家工業(yè)水平的重要標志之一。 當前，液壓技術(shù)在實現(xiàn)高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲、經(jīng)久耐用、高度集成化等各項要求方面都取得了重大的進展，在完善比例控制、數(shù)字控制等技術(shù)上也有許多新成就。此外，在液壓元件和液壓系統(tǒng)的計算機輔助設計、計算機仿真和優(yōu)化以及微機控制等開發(fā)性工作方面，更日益顯示出顯著的成績。 我國的液壓工業(yè)開始于本世紀50年代，其產(chǎn)品最初只用于機床和鍛壓設備，后來才用到拖拉機和工程機械上。自1964年從國外引進一些液壓元件生產(chǎn)技術(shù)、同時進行自行設計液壓產(chǎn)品以來，我國的液壓件生產(chǎn)已從低壓到高壓形成系列，并在各種機械設備上得到了廣泛的使用。80年代起更加速了對西方先進液壓產(chǎn)品和技術(shù)的有計劃引進、消化、吸收和國產(chǎn)化工作，以確保我國的液壓技術(shù)能在產(chǎn)品質(zhì)量、經(jīng)濟效益、人才培訓、研究開發(fā)等各個方面全方位地趕上世界水平。 1.2液壓傳動的工作原理及組成部分 1.2.1液壓傳動的工作原理 驅(qū)動的液壓系統(tǒng)，它由油箱、濾油器、液壓泵、溢流閥、開停閥、節(jié)流閥、換向閥、液壓缸以及連接這些元件的油管組成。它的工作原理：液壓泵由電動機帶動旋轉(zhuǎn)后，從油箱中吸油。油液經(jīng)濾油器進入液壓泵，當它從泵中輸出進入壓力管后，將換向閥手柄、開停手柄方向往內(nèi)的狀態(tài)下，通過開停閥、節(jié)流閥、換向閥進入液壓缸左腔，推動活塞和工作臺向右移動。這時，液壓缸右腔的油經(jīng)換向閥和回油管排回油箱。 如果將換向閥手柄方向轉(zhuǎn)換成往外的狀態(tài)下，則壓力管中的油將經(jīng)過開停閥、節(jié)流閥和換向閥進入液壓缸右腔，推動活塞和工作臺向左移動，并使液壓缸左腔的油經(jīng)換向閥和回油管排回油管。 工作臺的移動速度是由節(jié)流閥來調(diào)節(jié)的。當節(jié)流閥開大時，進入液壓缸的油液增多，工作臺的移動速度增大；當節(jié)流閥關小時，工作臺的移動速度減小。 為了克服移動工作臺時所受到的各種阻力，液壓缸必須產(chǎn)生一個足夠大的推力，這個推力是由液壓缸中的油液壓力產(chǎn)生的。要克服的阻力越大，缸中的油液壓力越高；反之壓力就越低。輸入液壓缸的油液是通過節(jié)流閥調(diào)節(jié)的，液壓泵輸出的多余的油液須經(jīng)溢流閥和回油管排回油箱，這只有在壓力支管中的油液壓力對溢流閥鋼球的作用力等于或略大于溢流閥中彈簧的預緊力時，油液才能頂開溢流閥中的鋼球流回油箱。所以，在系統(tǒng)中液壓泵出口處的油液壓力是由溢流閥決定的，它和缸中的油液壓力不一樣大。 如果將開停手柄方向轉(zhuǎn)換成往外的狀態(tài)下，壓力管中的油液將經(jīng)開停閥和回油管排回油箱，不輸?shù)揭簤焊字腥?，這時工作臺就停止運動。 從上面的例子中可以得到： 1） 動是以液體作為工作介質(zhì)來傳遞動力的。 2）液壓傳動用液體的壓力能來傳遞動力，它與利用液體動能的液力傳 動是不相同的。 3）壓傳動中的工作介質(zhì)是在受控制、受調(diào)節(jié)的狀態(tài)下進行工作的， 因此液壓傳動和液壓控制常常難以截然分開。 1.2.2液壓傳動的組成部分 液壓傳動裝置主要由以下四部分組成： 1）能源裝置——把機械能轉(zhuǎn)換成油液液壓能的裝置。最常見的形式就是液壓泵，它給液壓系統(tǒng)提供壓力油。 2）執(zhí)行裝置——把油液的液壓能轉(zhuǎn)換成機械能的裝置。它可以是作直線運動的液壓缸，也可以是作回轉(zhuǎn)運動的液壓馬達。 3)制調(diào)節(jié)裝置——對系統(tǒng)中油液壓力、流量或流動方向進行控制或調(diào)節(jié)的裝置。例如溢流閥、節(jié)流閥、換向閥、開停閥等。這些元件的不同組合形成了不同功能的液壓系統(tǒng)。 4)輔助裝置——上述三部分以外的其它裝置，例如油箱、濾油器、油管等。它們對保證系統(tǒng)正常工作也有重要作用。 1.3液壓傳動的優(yōu)缺點 液壓傳動有以下一些優(yōu)點： 1） 在同等的體積下，液壓裝置能比電氣裝置產(chǎn)生出更多的動力，因為 液壓系統(tǒng)中的壓力可以比電樞磁場中的磁力大出30~40倍。在同等的功率下，液壓裝置的體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊。液壓馬達的體積和重量只有同等功率電動機的12%左右。 2） 液壓裝置工作比較平穩(wěn)。由于重量輕、慣性小、反應快，液壓裝置 易于實現(xiàn)快速啟動、制動和頻繁的換向。液壓裝置的換向頻率，在實現(xiàn)往復回轉(zhuǎn)運動時可達500次/min，實現(xiàn)往復直線運動時可達1000次/min。 3） 液壓裝置能在大范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速（調(diào)速范圍可達2000），它還 可以在運行的過程中進行調(diào)速。 4） 液壓傳動易于自動化，這是因為它對液體壓力、流量或流動方向易 于進行調(diào)節(jié)或控制的緣故。當將液壓控制和電氣控制、電子控制或氣動控制結(jié)合起來使用時，整個傳動裝置能實現(xiàn)很復雜的順序動作，接受遠程控制。 5） 液壓裝置易于實現(xiàn)過載保護。液壓缸和液壓馬達都能長期在失速狀 態(tài)下工作而不會過熱，這是電氣傳動裝置和機械傳動裝置無法辦到的。液壓件能自行潤滑，使用壽命較長。 6） 由于液壓元件已實現(xiàn)了標準化、系列化和通用化，液壓系統(tǒng)的設計、 制造和使用都比較方便。液壓元件的排列布置也具有較大的機動性。 7） 用液壓傳動來實現(xiàn)直線運動遠比用機械傳動簡單。 液壓傳動的缺點是： 1） 液壓傳動不能保證嚴格的傳動化，這是由液壓油液的可壓縮性和泄 漏等原因造成的。 2） 液壓傳動在工作過程中常有較多的能量損失（摩擦損失、泄漏損失 等），長距離傳動時更是如此。 3） 液壓傳動對油溫變化比較敏感，它的工作穩(wěn)定性很易受到溫度的影 響，因此它不宜在很高或很低的溫度條件下工作。 4） 為了減少泄漏，液壓元件在制造精度上的要求較高，因此它的造價 較貴，而且對油液的污染比較敏感。 5） 液壓傳動要求有單獨的能源。 6） 液壓傳動出現(xiàn)故障時不易找出原因。 總的說來，液壓傳動的優(yōu)點是突出的，它的一些缺點有的現(xiàn)已大為改善，有的將隨著科學技術(shù)的發(fā)展而進一步得到克服。 1.4液壓系統(tǒng)的設計步驟與設計要求 液壓傳動系統(tǒng)是液壓機械的一個組成部分，液壓傳動系統(tǒng)的設計要同主機的總體設計同時進行。著手設計時，必須從實際情況出發(fā)，有機地結(jié)合各種傳動形式，充分發(fā)揮液壓傳動的優(yōu)點，力求設計出結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、成本低、效率高、操作簡單、維修方便的液壓傳動系統(tǒng)。 1.4.1設計步驟 液壓系統(tǒng)的設計步驟并無嚴格的順序，各步驟間往往要相互穿插進行。一般來說，在明確設計要求之后，大致按如下步驟進行。 1）確定液壓執(zhí)行元件的形式； 2）進行工況分析，確定系統(tǒng)的主要參數(shù)； 3）制定基本方案，擬定液壓系統(tǒng)原理圖； 4）選擇液壓元件； 5）液壓系統(tǒng)的性能驗算； 1.4.2明確設計要求 設計要求是進行每項工程設計的依據(jù)。在制定基本方案并進一步著手液壓系統(tǒng)各部分設計之前，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）主機的概況：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，動作順序及彼此聯(lián)鎖關系如何； 3）液壓驅(qū)動機構(gòu)的運動形式，運動速度； 4）各動作機構(gòu)的載荷大小及其性質(zhì)； 5）對調(diào)速范圍、運動平穩(wěn)性、轉(zhuǎn)換精度等性能方面的要求； 6）自動化程序、操作控制方式的要求； 7）對防塵、防爆、防寒、噪聲、安全可靠性的要求； 8）對效率、成本等方面的要求。 1.4.3課題主要參數(shù) 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。 1.5數(shù)控機床定義 數(shù)控機床是數(shù)字控制機床的簡稱，是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動化機床。 該系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規(guī)定的程序，并將其譯碼，從而使機床動作并加工零件的自動化機床。 數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術(shù)，是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中的一門新型的、發(fā)展十分迅速的高新技術(shù)。數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機電一體化產(chǎn)品，即所謂的數(shù)字化裝備；其技術(shù)范圍所覆蓋的領域有：機械制造技術(shù)；微電子技術(shù)信息處理、加工點輸技術(shù)；自動控制技術(shù)；伺服驅(qū)動技術(shù)；檢測監(jiān)控技術(shù)、傳感器技術(shù)；軟件技術(shù)等。數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)(如信息技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、生物技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、航空、航天等國防工業(yè)產(chǎn)業(yè))的使能技術(shù)和最基本的裝備。在提高牛產(chǎn)率、降低成本、保證加工質(zhì)量及改善工人勞動強度等方面，都有突出的優(yōu)點；待別是在適應機械產(chǎn)品迅速更新?lián)Q代、小批量、多品種生產(chǎn)方面，各類數(shù)控裝備是實現(xiàn)先進制造技木的關鍵。數(shù)控機床是采用了數(shù)控技術(shù)的機床，或者說是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床。國際信息處理聯(lián)盟(Internation Fderation of Information processing,IFIP)第五技術(shù)委員會，對數(shù)控機床作如下定義：數(shù)控機床是一種裝了程序控制系統(tǒng)的機床。該系統(tǒng)能邏輯地處理具有使用號碼或其他符號編碼指令規(guī)定的程序[1]。 1.6 數(shù)控機床的優(yōu)點 1提高生產(chǎn)率 數(shù)控機床能縮短生產(chǎn)準備時間，增加切削加工時間的比率。采用最佳切削參數(shù)和最佳定刀路線，縮短加工時間，從而提高生產(chǎn)率。 2提高零件的加工精度，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量 由于它是按照程序自動加工不需要人工干預，其加工梢度還可以利用軟件進行校正及補償。故可以獲得比機床本身精度還要高的加工精度和重復精度。 3有廣泛的適應性和較大的靈活性 通過改變程序，就可以加工新產(chǎn)品的零件，能夠完成很多普通機床難以完成或者根本不能加工的復雜型面零件的加工。 4 可以實現(xiàn)一機多用 一些數(shù)控機床，例如加工中心，可以自動換刀。一次裝卡后，幾乎能完成零件的全部加工部位的加工，節(jié)省了設備相廠房面積。 5可以進行精確的成本計算和生產(chǎn)進度安排 可以減少在制品，加速資金周轉(zhuǎn)，提高經(jīng)濟效益。 6不需要專用夾具 采用普通的通用夾具就能滿足數(shù)控加工的要求，節(jié)省了專用夾具設計制造和存放的費用。 7大大減輕了工人的勞動強度 數(shù)控機床是具有廣泛的通用性又具有很高自動化程度的機床。它的控制 系統(tǒng)不僅能控制機床各種動作的先后順序，還能控制機床運動 部件的運動速度，以及刀具相對工件的運動軌跡。數(shù)控機床是計算機輔助設計與制造(CAD／CAM)、柔性制造系統(tǒng)(FMS)、計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)等柔性加工和柔性制造系統(tǒng)的基礎。 但是，數(shù)控機床的韌投資及維修技術(shù)等費用較高，要求管理及操作人員的累質(zhì)也較高。合理地選擇及使用數(shù)控機床，可以降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益和競爭能力。 1.7數(shù)控機床的分類 1.7.1按加工工藝方法分類 1金屬切削類數(shù)控機床 與傳統(tǒng)的車、銑、鉆、磨、齒輪加工相對應的數(shù)控機床有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、數(shù)控磨床、數(shù)控齒輪加工機床等。盡管這些數(shù)控機床在加工工藝方法上存在很大差別，具體的控制方式也各不相同，但機床的動作和運動都是數(shù)字化控制的，具有較高的生產(chǎn)率和自動化程度。在普通數(shù)控機床加裝一個刀庫和換刀裝置就成為數(shù)控加工中心機床。加工中心機床進一步提高了普通數(shù)控機床的自動化程度和生產(chǎn)效率。例如銑、鏜、鉆加工中心，它是在數(shù)控銑床基礎上增加了一個容量較大的刀庫和自動換刀裝置形成的，工件一次裝夾后，可以對箱體零件的四面甚至五面大部分加工工序進行銑、鏜、鉆、擴、鉸以及攻螺紋等多工序加工，特別適合箱體類零件的加工。加工中心機床可以有效地避免由于工件多次安裝造成的定位誤差，減少了機床的臺數(shù)和占地面積，縮短了輔助時間，大大提高了生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量[2] 2特種加工類數(shù)控機床 除了切削加工數(shù)控機床以外，數(shù)控技術(shù)也大量用于數(shù)控電火花線切割機床、數(shù)控電火花成型機床、數(shù)控等離子弧切割機床、數(shù)控火焰切割機床以及數(shù)控激光加工機床等。 3板材加工類數(shù)控機床 常見的應用于金屬板材加工的數(shù)控機床有數(shù)控壓力機、數(shù)控剪板機和數(shù)控折彎機等。 近年來，其它機械設備中也大量采用了數(shù)控技術(shù)，如數(shù)控多坐標測量機、自動繪圖機及工業(yè)機器人等。 1.7.2按控制運動軌跡分類 1．點位控制數(shù)控機床 點位控制數(shù)控機床的特點是機床移動部件只能實現(xiàn)由一個位置到另一個位置的精確定位，在移動和定位過程中不進行任何加工。機床數(shù)控系統(tǒng)只控制行程終點的坐標值，不控制點與點之間的運動軌跡，因此幾個坐標軸之間的運動無任何聯(lián)系。可以幾個坐標同時向目標點運動，也可以各個坐標單獨依次運動。 這類數(shù)控機床主要有數(shù)控坐標鏜床、數(shù)控鉆床、數(shù)控沖床、數(shù)控點焊機等。點位控制數(shù)控機床的數(shù)控裝置稱為點位數(shù)控裝置。 2．直線控制數(shù)控機床 直線控制數(shù)控機床可控制刀具或工作臺以適當?shù)倪M給速度，沿著平行于坐標軸的方向進行直線移動和切削加工，進給速度根據(jù)切削條件可在一定范圍內(nèi)變化。 直線控制的簡易數(shù)控車床，只有兩個坐標軸，可加工階梯軸。直線控制的數(shù)控銑床，有三個坐標軸，可用于平面的銑削加工?，F(xiàn)代組合機床采用數(shù)控進給伺服系統(tǒng)，驅(qū)動動力頭帶有多軸箱的軸向進給進行鉆鏜加工，它也可算是一種直線控制數(shù)控機床。 數(shù)控鏜銑床、加工中心等機床，它的各個坐標方向的進給運動的速度能在一定范圍內(nèi)進行調(diào)整，兼有點位和直線控制加工的功能，這類機床應該稱為點位/直線控制的數(shù)控機床。 3．輪廓控制數(shù)控機床 輪廓控制數(shù)控機床能夠?qū)蓚€或兩個以上運動的位移及速度進行連續(xù)相關的控制，使合成的平面或空間的運動軌跡能滿足零件輪廓的要求。它不僅能控制機床移動部件的起點與終點坐標，而且能控制整個加工輪廓每一點的速度和位移，將工件加工成要求的輪廓形狀。 常用的數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床就是典型的輪廓控制數(shù)控機床。數(shù)控火焰切割機、電火花加工機床以及數(shù)控繪圖機等也采用了輪廓控制系統(tǒng)。輪廓控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)要比點位/直線控系統(tǒng)更為復雜，在加工過程中需要不斷進行插補運算，然后進行相應的速度與位移控制。 現(xiàn)在計算機數(shù)控裝置的控制功能均由軟件實現(xiàn)，增加輪廓控制功能不會帶來成本的增加。因此，除少數(shù)專用控制系統(tǒng)外，現(xiàn)代計算機數(shù)控裝置都具有輪廓控制功能。 1.8數(shù)控機床發(fā)展趨勢 隨著科學技術(shù)的發(fā)展，制造技術(shù)的進步，以及社會對產(chǎn)品質(zhì)量和品種多樣化的要求愈來愈強烈。中、小批量生產(chǎn)的比重明顯增加，要求現(xiàn)代數(shù)控機床成為一種只有柔性、精密、高效、復合、集成功能和低成本的自動化加工設備。同時，為滿足制造業(yè)向更高層次發(fā)展，為柔性制造單元(FMC)、柔性制造系統(tǒng)(FMS)，以及計算機集成制造系統(tǒng)(CIM5)提供基礎設備．也要求數(shù)控機床向更高水平發(fā)展。當前；數(shù)控機床技術(shù)呈現(xiàn)如卞發(fā)展趨勢: 1．高精度化 現(xiàn)代科學技術(shù)與生產(chǎn)的發(fā)展，對機械加工與測量提出了越來越高的精度要求。加工精密化不只是由于發(fā)展高、新技術(shù)的需要，也是為了提高普通機電產(chǎn)品的性能質(zhì)量、壽命和可靠性的需要，向時還是為了減少機械產(chǎn)品裝配時的修配工作員，提高裝配效率的需要。故機床的加工精度有提高的趨勢。如近10年來，普通級數(shù)控機床的加工精度已由原來的土10um提高到土5um和土2um，精密級從土5um提高到土1．5um，最高可達土1um以內(nèi)。主軸回轉(zhuǎn)精度為0.02 —0.05um、加工圓度為0.1um，表面粗糙度Ra為0.003um的超精密車床，已有多種產(chǎn)品在市場上出現(xiàn)。預計到2000年，普通加工和精密加工的精度與1980年比，還將分別提高4—5倍，定位精度達到微米級、納米級。 2．運動高速化 高速是高效的基礎，要提高生產(chǎn)率，首先就得提高切削速度。這正是機床技術(shù)發(fā)展追求的基本目標之一。而實現(xiàn)這個目標的最主要、最直接的方法就是提高切削速度相減少輔助時間。數(shù)控機床的“高速化”主要體現(xiàn)在主軸轉(zhuǎn)速相進給速度。隨著刀具、電機、軸承、數(shù)控系統(tǒng)等相關技術(shù)的突破及機床本身基礎技術(shù)的進步，使各種運動速度大幅度提高。提高主軸轉(zhuǎn)速是提高切削速度的最直接最有效的方法。提高生產(chǎn)率的另一措施就是把非切削時間縮減到最短。主要體現(xiàn)在提高快速移動速度和縮短換刀時間與工作臺交換時間。備坐標軸快速移動速度已由8—12m／min提高到18—24m／min，30一40m／min的機床也穩(wěn)定用于生產(chǎn)。 3．高柔性化 柔性是指機床適應加工對象變化的能力。傳統(tǒng)的自動化設備，由于是機械或剛性連接和控制的，當被加工對象交換時，調(diào)整很困難，甚至是不可能的，有時只得全部更新、更換。數(shù)控機床的出現(xiàn)，開創(chuàng)了柔性自動化加工的新紀元，對滿足加工對象變換有很強的適應能力。而且．在提高單機秉性化的同時，正努力向單元柔性化和系統(tǒng)柔性化發(fā)展。如在數(shù)控機床的軟硬件的基礎上，增加不同容量的刀庫和自動換刀機械手，增加第二主軸，增加交換工作臺裝置，或配以工業(yè)機器人和自動運輸小車，以組成新的加工中心、柔性加工單元(FMc)或柔性制造系統(tǒng)(FM5)。 實踐證明，采用柔性自動化設備或系統(tǒng)是提高加工精度和效率、縮短生產(chǎn)和供貨周期、并能對市場變化需求做出快速響應和提高競爭能力的有效手段。 4．高自動化 這里指的柔性自動化是包活物料流和信息流的自動化。80年代個期以來，以數(shù)控機床為主體的加工自動化已從“點”(單臺數(shù)控機床)發(fā)展到“線”的自動化(FMs、FTL)和“而”的自動化(柔性制造車間)。結(jié)合信息管理系統(tǒng)的自動化，逐步形成整個工廠“體”的自動化。在國外已出現(xiàn)FA(自動化工廠)和cIM(計算機集成制造)工廠的實體。盡管由于這種高自動的技術(shù)還不夠完備，投資過大，回收期較長，但數(shù)控機床的高自動化以及向FMc、薩Ms的系統(tǒng)集成方向發(fā)展的總趨勢仍是機械制造業(yè)發(fā)展的主流。數(shù)控機床(包括FMc相FMs)的自動化除進一步提高其自動編程、自動換刀、自動上下料、自動加工等自動化程序外，在自動檢測、自動監(jiān)控、自動診斷、自動對刀、自動傳輸、自動調(diào)度、自動管理等方面也進“步得到發(fā)展，同時也提高丁其標準比和在線的適應能力。 5．復合化 復合化包括工序復合化和功能復合化。數(shù)控機床的發(fā)展已模糊了粗.精加工工序的概念。加工中心(包括車削中心、磨削中心、電加工中心等)的出現(xiàn)，又把車、銑、鏜、鉆等類的工序集中到一臺機床來完成，打破了傳統(tǒng)的工序界限和分開加工的工藝規(guī)程。一臺具有自動換刀裝置、自動交換工作臺和自動轉(zhuǎn)換立臥主軸頭的膛銑加工中心，不僅一次裝卡可以完成鏜、銑、鉆、鉸、攻絲和檢驗等工序，而且還可以完成箱體五個面腿、精加工的全部工序。 6．高可靠性 數(shù)控機床的可靠性是數(shù)控機床產(chǎn)品質(zhì)量的一項關鍵性指標。數(shù)控機床能開發(fā)揮其高性能、高精度、高效率，并獲得良好的效益，關鍵取決于可靠性。衡量可靠性至要的量化指標是平均無故障工作時間(Mcantime Bctween Failurcs—MTBF)。作為數(shù)控機床的大腦——數(shù)控系統(tǒng)的MTBF已由70年代的＞3000h，80年代的＞10000h，提高到90年代初的＞30000h。據(jù)日本近期介紹，F(xiàn)ANVC的CNC系統(tǒng)已達到MTBF增125個月。數(shù)控機床整機的可累性水平也有顯著的提高。整機的MTBF已從80年代初期的100一200h提高到現(xiàn)在的500一800h. 目前，很多企業(yè)正在對可靠性設計技術(shù)、可靠性試驗技術(shù)、可靠性評價技術(shù)、可靠性增長技術(shù)以及可靠性管理與可靠性保證體系等進行深入研究和廣泛應用，以期使數(shù)控機床的整機可靠性水平提高到一個新水平。 7．宜入化 宜入化是一種新的設計思想和觀點，是將功能設計與美學設計有機結(jié)合，是技術(shù)與經(jīng)濟、文化、藝術(shù)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，其核心是使產(chǎn)品變?yōu)楦哂绪攘Α⒏m銷的對路商品，引導人們進入一種新的生活方式和工作方式。工業(yè)先進國家早已將其廣泛用于各種產(chǎn)品的設計中。因此它是經(jīng)濟騰飛、提高市場競爭能力的重要手段。 目前，國外機床生產(chǎn)廣家為了能在方案設計階段就知道其產(chǎn)品的外觀造型、色彩配置的效果，普遍采用計算機輔助工藝造型設計(CAID)技術(shù)，相繼開發(fā)了商品化的CAID軟件系統(tǒng)．致使國際市場上數(shù)控機床的品類、結(jié)構(gòu)、造型、色彩發(fā)生了日新月異的變化，使用戶在操作安全、使用方便、性能可靠的同時，還能體會到—種美的享受感、舒服感、欣賞感，令人在心情愉快中完成工作。 第2章 數(shù)控車床主軸卡盤液壓系統(tǒng)工作原理圖設計 2.1 課題來源 對于采用手動卡緊的機械卡盤加工某一工件普通數(shù)控車床，工人們需要手動卡緊及松開卡盤。數(shù)控系統(tǒng)自動加工該零件只需要花3分鐘，而裝夾、卡緊工件及卸下工件就需要耗費1-2分鐘， 這段時間有一多半是用來手動卡緊卡盤及松開卡盤的。這樣算來，手動裝夾，卡緊工件—加工工件—打開卡盤—卸下工件這一過程式要花費4-5分鐘。而當我們采用液壓傳動借以代替之后即可節(jié)省近1分鐘的時間，則上面所描述的加工過程大概耗時在3.5~4分鐘，這樣一來回工100件即可節(jié)省將近100分鐘，對于加工零件來說，這是一筆十分可觀的時間。這完全達到了提高生產(chǎn)效率，降低勞動者作業(yè)強度，提高生產(chǎn)效率的目的。另外，采用液壓驅(qū)動系統(tǒng)使得機床卡盤的夾緊力可靠性大大加強，性能十分穩(wěn)定，這樣就避免了采用手動卡緊和換檔時卡緊力不足導致工件在加工過程中松弛或加工精度不夠甚至報廢和損壞刀具等狀況的發(fā)生。而且隨著液壓傳動技術(shù)越來越完備，采用自動化完成上述工序是完全可以的。基于此種狀況，本次設計將數(shù)控車床的卡盤卡緊，主軸變檔二個動作全部設計成由液壓傳動系統(tǒng)來完成。 2.2方案的制定與論證 2.2.1方案制定的背景和特點 近年來，由于液壓技術(shù)廣泛應用了高技術(shù)成果，如自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、磨擦磨損技術(shù)、可靠性技術(shù)及新工藝和新材料，使傳統(tǒng)技術(shù)有了新的發(fā)展，也使液壓系統(tǒng)和元件的質(zhì)量、水平有一定的提高。液壓傳動技術(shù)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(shù)不可能有驚人的技術(shù)突破，應當主要靠現(xiàn)有技術(shù)的改進和擴展，不斷擴大其應用領域以滿足未來的要求。 2.2.2多方案的比較和論證 根據(jù)對液壓傳動系統(tǒng)有關知識的學習、調(diào)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，安全性高。可以采用國內(nèi)均可生產(chǎn)的常規(guī)閥，價格較便宜，較易購買。缺點是自動化程度低、不能適應數(shù)控程度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(qū)動的電磁控制閥來控制，其優(yōu)點是移動速度快，系統(tǒng)安全可靠，可連續(xù)長時間工作，是近年高自動化液壓傳動系統(tǒng)控制的發(fā)展趨勢。但目前國內(nèi)生產(chǎn)的電磁換向閥的安全性能還達到使用要求的還不多，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，而且基本可以達到國際先進水平，完全可以滿足使用要求。 從自動化的使用要求和安全方面考慮，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(qū)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)安全性。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)更加安全可靠的工作。 2.2.3最終方案的制定和說明 1.確定液壓泵類型及調(diào)速方式 參考同類機床，選用單向定量液壓泵供油、調(diào)速閥進油節(jié)流調(diào)速的開式回路，溢流閥作定壓閥?；赜吐飞显O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動，因此選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)對換向的平穩(wěn)性沒有嚴格的要求，所以選用電磁換向閥的換向回路。因此兩個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行組合，并根據(jù)要求作必要的修改補充，即組成如圖1.1所示的液壓系統(tǒng)原理圖。 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)。 2.3 液壓卡盤的運動分析 根據(jù)對普通數(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 原位停止 保持不動 向后松開 圖2-1卡盤液壓缸運動循環(huán)圖 2.3 液壓系統(tǒng)原理圖 圖2-1 液壓系統(tǒng)原理圖 第3章 液壓三爪卡盤設計 3.1 總體框架 本設計是在三爪卡盤的結(jié)構(gòu)基礎上增設一個液壓機構(gòu)來實現(xiàn)夾緊省力的，設計方案如圖1所示，主要是在原有結(jié)構(gòu)的基礎上增加了一個螺旋盤，一個擺動油缸及柱塞等。大錐齒輪背面加工出凹槽，圓柱活塞一端與槽配合，另一端裝在液壓缸定子葉片的孔中，端部裝有彈簧，柱塞在彈簧作用下，一端始終與凹槽接觸。 工作時利用轉(zhuǎn)動杠轉(zhuǎn)動小錐齒輪2帶動大錐齒輪3,當卡爪7未接觸工件時,圓錐螺旋彈簧5所受載荷較小,圓柱活塞4與大錐齒輪3無相對運動,缸體6隨之一起轉(zhuǎn)動,卡爪7徑向移動,接近工件,此為空行程。當卡爪7接觸工件后,所受阻力激增,進 1.卡盤體端蓋 2.小錐齒輪 3.大錐齒輪 4.圓柱活塞 5.圓錐螺旋彈簧 6.液壓缸體 7.卡 爪 8.定子葉片 9.換油機構(gòu) 10.轉(zhuǎn)子葉片 11.缸體端蓋 12.液壓油 13.卡盤體 圖 2-1 卡盤結(jié)構(gòu)方案簡圖 給激減，繼續(xù)轉(zhuǎn)動手柄，活塞4受力增大，當其達到一定程度時，圓錐螺旋彈簧5被壓縮，活塞4與大錐齒輪3產(chǎn)生相對運動，活塞4向定子孔中運動，液壓油12被加壓縮，液體推動轉(zhuǎn)子葉片10旋轉(zhuǎn)，卡爪7徑向微進給，此為夾緊行程。當大錐齒輪3繼續(xù)旋轉(zhuǎn)至某一角度，活塞4將復位，繼續(xù)轉(zhuǎn)動，將重復上一次的運動直到把工件完全夾緊。 3.2 主要參數(shù)確定與結(jié)構(gòu)計算 以下以在KZ320型卡盤基礎上增設一個螺旋擺動式液壓機構(gòu)為例進行分析。 3.2.1 液壓腔的結(jié)構(gòu)設計 根據(jù)其具體的安裝條件和強度剛度要求，擬對其尺寸初步?。? 外壁厚： n1=16mm 內(nèi)壁厚： n2=8mm 油腔寬： a=30mm 空隙寬： x=1mm 故液壓腔的面積： S1=a(D/2-d/2-L1-L2-x-n1-n2) =1350mm2 （3.1） 其中：卡盤體大徑D=320mm 小徑d=100mm 卡盤體外壁厚L1=25mm 卡盤體內(nèi)壁厚L2=15mm 3.2.2 轉(zhuǎn)子葉片數(shù)的設計 擺動缸中轉(zhuǎn)子葉片的作用是得到盡可能大的扭矩,其輸出扭矩的表達式為： M=Zb(2-2)Pym (N.m) （3.2） 其中 Z：葉片數(shù) b：軸間寬度 D1：油腔大徑 d1：油腔小徑 P：進油口壓力(Pa) Ym：機械效率 D1=D-2L1-2X1-2n1=236mm d1=d+2L1+2L2=146mm 在b、D1、d1、P及Ym等一定的情況下，理論上葉片數(shù)越大，得到的輸出扭矩也越大。 在本設計中，擺動液壓缸是利用液體壓強向各個方向等壓強傳遞的原理，來實現(xiàn)軸向運動向旋轉(zhuǎn)運動的轉(zhuǎn)換。由于已知結(jié)構(gòu)特定，故在本方案中其輸出扭矩并不隨葉片數(shù)的增大而增大，在外力一定的情況下，M只與油腔軸向面積成正比。葉片數(shù)Z只影響壓力油壓強，但最終扭矩不變。故為了便于制造、安裝和密封，取 Z=3. 3.3.3 擺動角的設計 由經(jīng)驗可知，在通常情況下，工件被夾緊時其變形B≤1mm,取每次夾緊行程中卡爪進給0.05mm,故可得擺動角θ=360o∕t·f=1.5o 其中 平面螺旋機構(gòu)的升程t=12，卡爪每次進給量f=0.05 3.3.4 定子圓柱活塞杠面積的設計 由結(jié)構(gòu)可知，葉片輸出扭矩M=P?S1?r?Z1?Ym （3.3） 其中 P：進油口壓強 S：葉片面積 Z：葉片數(shù) r：葉片面積的幾何中心到軸心線的距離 Ym：機械效率 油液壓強 P=F2/S2（3.4） 其中 F2=F/Z （3.5） 每個葉片受力 F1=PS1 （3.6） F1/F2=S1/S2=σ1 （3.7） 其中σ1為增力比,為一常數(shù),故S2=S1/σ1 （3.8） 3.3.5 活塞杠的升程 活塞杠的升程 H= H1+ H2 分別確定H1、 H2 再根據(jù) H=σ?m （4.1） 其中 σ：增力比 m：卷子葉片的平均移動距離 m=θ0/π?r=θ0/π? （D1+d2/2）191/2×2π/200=3mm 根據(jù)安裝的需要，活塞杠軸線與卡盤體軸線R=（191-6）/2==92mm 得輪廓線參數(shù)L=2πr /6=90.3mm 則H=m·σ1=12mm, 故S2=S1/σ1,=1350/15=270mm. r2=σ1S2/π=9.0mm 凹槽輪廓線的增力部分增力比最大為σ3=J/L 對活塞杠進行受力分析,如圖4所示 圖4 活塞杠受力圖 θ=Nsinα+Fcosα （4.2） J=Ncosα (4.3) F=Nf (4.4) 其中f為摩擦系數(shù),可取f=0.18,則：σ3=T/Q=1/tgα+ f 若α取極大值,則 tgα≤H/L-2r1=15/96.3-18=0.20 故可得：σ3min=1/0.20+0.18=1/0.36=2.6 σ1σ3=4×2.5=10.4 由于新增機構(gòu)增力比為σ1σ3,且其他機構(gòu)不變,故σ1σ3就是最終的增力比.設計目標為增力比σ0=10,故σ1σ3=10.4相差不大,符合要求，故取σ1=4,H=mσ1=12mm可設H1=4mm,H2=8mm。 參數(shù)θ1的設計 當活塞杠處于與凹槽配合狀態(tài)，與大錐齒輪還沒有相對滑動時，其受力如圖5所示， 圖5 活塞杠—凹槽受力圖 取臨界狀態(tài)分析，則根據(jù)平衡條件可得： Fcosθ+Nsinθ+R2=R 水平力平衡 (4.4) F1+F2+Fsinθ+T=Nsinθ 豎直力平衡 (4.5) Fcosθ+Nsinθ=Q (4.6) F=Rf (4.7) T=PS2+T0 (4.8) T：圓錐螺旋彈簧彈力 F1、F2為密封圈處摩擦力 R1、R2為密封圈處空壁對活塞杠作用力 f：摩擦系數(shù)取f=0.15，f1=f2=0.3 已知H1=4,力N的作用點在h=H1/2=2處,為方便計算和實際需要,初取θ=45 由以上各式可得: (3.83sinθ-0.85cosθ)T/(0.1cosθ+sinθ)=2R1 (1.83sinθ-1.15cosθ)Q/(0.15cosθ+sinθ)=2R2 由于T≥0，θ≤52°38′； 由于R2≥0，θ≤32°9′ 取θ=32°9′，則T=0.86Q，R2=0 取θ=52°38′，則T=0.故可得： 隨著θ的增大,T急劇減少,且T隨活塞杠升程增大而增大,其與彈簧彈力及液體壓強有關,若彈簧確定,則臨界T確定,即能求得螺旋盤從空行程轉(zhuǎn)入到夾緊行程的最小動力，故θ=45符合要求,此時R1=1.3Q，R2=0.3Q，T=0.26Q。 第4章 液壓站的設計 4.1液壓站簡介 液壓站的結(jié)構(gòu)型式有分散式和集中式兩種類型。 (1)集中式 這種型式將機床按壓系統(tǒng)的供油裝置 , 控制調(diào)節(jié)裝置獨立于機床之外，單獨設置一個液壓站。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是安裝維修方便，按壓裝置的振動、發(fā)熱都與機床隔開；缺點是液壓站增加了占地面積。 控制調(diào)節(jié)裝置獨立于機床之卸， 按壓裝置的振動、發(fā)熱都與機床隅 (2)分散式 這種型式將機床液壓系統(tǒng)的供油裝置、控制調(diào)節(jié)裝置分散在機床的各處。例如利用機床床身或底座作為液壓油箱存放液壓油。把控制調(diào)節(jié)裝置放任便于操作的地方。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊，泄漏油易回收，節(jié)省占地面積，但安裝維修不方使。同時供油裝置酌振動、液壓油的發(fā)熱都將對機床的工作精度產(chǎn)生不良影響，故較少采用，一般非標設備不推薦使用。 4.2 油箱設計 在開式傳動的油路系統(tǒng)中，油箱是必不可少的，它的作用是，貯存油液，凈化油液，使油液的溫度保持在一定的范圍內(nèi)，以及減少吸油區(qū)油液中氣泡的含量。因此，進行油箱設計時候，要考慮油箱的容積、油液在油箱中的冷卻、油箱內(nèi)的裝置和防噪音等問題。 4.2.1油箱有效容積的確定 （一）油箱的有效容積 油箱應貯存液壓裝置所需要的液壓油，液壓油的貯存量與液壓泵流量有直接關系，在一般情況下，油箱的有效容積可以用經(jīng)驗公式確定： （ 6.1） 式中，——油箱的有效容積（L）； Q ——油泵額定流量（L/min）； K ——系數(shù)； 查參考文獻[1]，P47，取K=7，油泵額定流量Q=41.76 L/min，代入公式6.1，計算得： =6×41.76=292.32 L 油箱有效容積確定后，還需要根據(jù)油溫升高的允許植，進行油箱容積的驗算。 4.2.2 油箱容積的驗算 液壓系統(tǒng)的壓力、容積和機械損失構(gòu)成總的能量損失，這些能量損失轉(zhuǎn)化為熱量，使系統(tǒng)油溫升高，由此產(chǎn)生一系列不良影響。為此，必須對系統(tǒng)進行發(fā)熱計算，以便對系統(tǒng)溫升加以控制。 液壓系統(tǒng)發(fā)熱的主要原因，是由于液壓泵和執(zhí)行元件的功率損失以及溢流閥的溢流損失所造成的，當液壓油溫度升高后，會引起油液粘度下降，從而導致液壓元件性能的變化，壽命降低以及液壓油老化。因此，液壓油必須在油箱中得到冷卻,以保證液壓系統(tǒng)正常工作。 1 系統(tǒng)總的發(fā)熱公率 系統(tǒng)總的發(fā)熱公率H是估算得來的，查參考文獻[1]，P 46，得系統(tǒng)總的發(fā)熱公率H估算公式： （6.2） 式中，N——液壓泵輸入功率（ KW）； ——執(zhí)行元件的有效功率（KW）； 若一個工作循環(huán)中有幾種工況，則應求出其總平均有效功率，系統(tǒng)總的發(fā)熱公率：H=N（1-η） （6.3） 式中 η——系統(tǒng)總效率。 由查參考文獻[5]，液壓泵輸入功率： N=Nd×η1 （6.4） 式中Nd——電動機功率（KW）； η1——聯(lián)軸器傳動效率。 查參考文獻[5] P7，取η=0.99，代入公式6.4得： N=0.99×7.5KW=7.425KW 所以，液壓泵輸入功率N=7.425KW。 將N=7.425KW代入公式6.3，得： H= N（1-η）=7.425×（1-0.695）KW=2.265KW。 2 散熱功率及溫升 油路系統(tǒng)的散熱,主要靠油箱表面散熱,油箱的散熱功率可以用下式進行估算： =KA (KW) （6.5） 式中, K——油箱的散熱系數(shù)（KW/℃）； A——油箱散熱面積（）； ——系統(tǒng)溫升植（℃）。 其中，油箱的散熱面積可以用下式估算 A=0.065 （） （6.6） 式中，——油箱的有效容積（L）。 液壓系統(tǒng)的熱平衡條件： 機器在長期連續(xù)工作下，應該保持系統(tǒng)的熱平衡，其熱平衡式為： H-=0， （6.7） H-KA=0， （6.8） （6.9） 查參考文獻[1]，P40，取K=0.025 KW/℃，將K=0.025代入公式6.9，得： ==29.7℃ 查參考文獻[1]表3-32所給的允許值為：一般工作機械≤35℃，故系統(tǒng)溫升驗算合格。 4.2.3 油箱的結(jié)構(gòu)設計 （一） 結(jié)構(gòu)簡介 長期以來，液壓油箱的結(jié)構(gòu)型式，基本上是由矩形板折邊壓形成四棱柱，再用封板堵住兩側(cè)而構(gòu)成。端部封板及中間隔板由沖壓成形，箱體是經(jīng)四次壓圓角，接頭外焊接而成的。這種結(jié)構(gòu)的液壓油箱制造工藝較差，主要表現(xiàn)在箱體鋼板下料時要求的精度較高；壓形的反彈量因每次供貨鋼板的機械性能不同有所不同，導致箱體的圓角與襯板的半徑吻合不良；不同機型上的液壓油箱必須使用自己專用的一套壓型模具。每套模具的體積大、造價高、利用率低。圖6.1所示的液壓油箱完全不用壓形模，而是利用折邊機折邊成形。箱底面及端部，以及箱底面和側(cè)面分別折成Ｕ形斷面；再焊好加油口和中間隔板等附件后，扣合拼焊而成。這種結(jié)構(gòu)的液壓油箱具有以下優(yōu)點：下料精度要求不高；對原材料機械性能適應力強；折邊部位可隨意調(diào)整，適合多品種小批量生產(chǎn)；不用模具，大大節(jié)省了費用，縮短了生產(chǎn)周期等等。這種結(jié)構(gòu)的液壓油箱，近年來被我們廣泛應用在工程機械、建筑機械等行走機械上。 圖6.1 （二） 結(jié)構(gòu)設計 通過對油箱的了解，壓裝機的油箱，是單件的生產(chǎn)，因此，采用拼焊的方法焊接而成。進行油箱結(jié)構(gòu)設計時,首先考慮的是油箱的剛度,其次考慮便于換油和清洗油箱以及安裝和拆卸油泵裝置,當然,從企業(yè)的方面考慮，油箱的結(jié)構(gòu)應該盡量簡單,以利于密封和降低造價。 （1）油箱體 油箱體由A3鋼板焊接而成,取鋼板厚度3～6mm，箱體大者取大值，本壓裝機的油箱板厚度為4mm。在油箱側(cè)壁上安裝油位指示器。在油箱與隔板垂直的一個壁上常常開清洗孔，以便于清洗油箱。 （2）油箱底部 油箱底部采用傾斜的方式，用焊接方法與壁板焊接而成，采用這種結(jié)構(gòu)，便于排油，底部最低處有排油口，排油口與基礎面的距離為150mm，。 焊接結(jié)構(gòu)油箱，油箱用A3鋼板，其厚度等于側(cè)壁鋼板的厚度，為4mm。 （3）油箱隔板 為了使吸油區(qū)和壓油區(qū)分開，便于回油中雜質(zhì)的沉淀，油箱中設置了隔板。隔板的安裝方式主要有兩種，第一種：回油區(qū)的油液按一定方向流動，既有利于回油中的雜質(zhì)、氣泡的 分離，又有利于散熱。第二種：回油經(jīng)過隔板上方溢流至吸油區(qū)，或經(jīng)過金屬網(wǎng)進入吸油區(qū)，更有利于雜質(zhì)和氣泡的分離。在本壓裝機的設計中，采用隔板的方式，主要為了將沉淀的雜質(zhì)分開。 隔板的位置在油箱的中間，將吸油區(qū)和回油區(qū)分開，隔板的高度，為最低油面的1/2。隔板的厚度等于油箱側(cè)壁厚度。 （4）油箱蓋 油箱蓋多用鑄鐵或鋼板兩種材料制造，現(xiàn)采用鋼板，在油箱蓋上鉆下列通孔：回油管孔、通大氣孔（孔口有空氣濾清器）以及安裝液壓集成裝置的安裝孔。 （三）減少油箱噪音 防噪音問題是現(xiàn)代機械裝備設計中必須考慮的問題之一。油路系統(tǒng)的噪音源，以泵站為首，因此，進行油箱設計時，從下列幾方面減輕噪音： （1）油箱與箱蓋間增加防振橡皮墊： （2）用地腳螺栓將油箱牢固固定在基礎上； （3）油泵排油口用橡膠軟管與閥類元件相連接； （4）回油管管接頭振動噪音較大時，改變回油管直徑或增設一條回油管，使每個回油管接頭的通路減少。 4.3 液壓站的結(jié)構(gòu)設計 4.3.1 液壓泵的安裝方式 液壓泵裝置包括不同類型的液壓泵．驅(qū)動電動機及其聯(lián)軸器等。其安裝方式分為上置式和非上置式兩種。 (1) 上置式安裝 將液壓泵和與之相聯(lián)的油管放在液壓油箱內(nèi)(如圖6.2)，這種結(jié)構(gòu)型式緊湊、美觀，同時電動機與液壓泵的同軸度能保證，吸油條件好，漏油可直接回液壓油箱，并節(jié)省內(nèi)地面積。但散熱條件不好。 圖6.2 (2）非上置式安裝 將液壓泵和與電動機放在液壓油箱旁，(如圖6.3)所示，這種結(jié)構(gòu)，振動較小，油箱的清洗比較容易，但占地面積較大，吸油管與泵連接要求嚴格，應用于較大型液壓站。 圖6.3 YZJ壓裝機的液壓系統(tǒng)安放在壓裝機的結(jié)構(gòu)架上面，要求結(jié)構(gòu)緊湊，站地面積小，經(jīng)過對比分析，采用上置式安裝,通過螺栓將電機上的法蘭與油箱和好的固定在一起,并且將泵放在油箱內(nèi),泵浸在油液中,可以改善泵的吸油條件。 二 液壓泵與電動機的連接 將液壓泵與電動機連接方式,采用聯(lián)軸器，用來把電動機軸與泵軸聯(lián)接在一起，機器運轉(zhuǎn)時兩軸不能分離；只有在機器停車并將聯(lián)接拆開后，兩軸才能分離(如圖6.4)。 圖6.4 （一） 選擇聯(lián)軸器的類型 聯(lián)軸器有剛性聯(lián)軸器、撓性聯(lián)釉器兩大類，其中撓性聯(lián)釉器又可以分為無彈性元件的撓性聯(lián)釉器和有彈性元件的撓性聯(lián)釉器兩大類別。選擇聯(lián)釉器考慮以下幾點： （1）所需傳遞的轉(zhuǎn)矩大小和性質(zhì)以及對緩沖減娠功能的要求。例如，對大功率的重載傳動，可選用齒式聯(lián)軸器；對嚴重沖擊載荷或要求消除軸系扭轉(zhuǎn)振動的傳動，可選用輪胎式聯(lián)袖器等具有高彈性的聯(lián)軸器。 （2） 聯(lián)軸器的工作轉(zhuǎn)速高低和引起的離心力大小。對于高速傳動軸，應選用平衡精度高的聯(lián)軸器，例如膜片聯(lián)軸器等，而不宜選用存在偏心的滑塊聯(lián)軸器等。 液壓泵與電機之間的聯(lián)軸器，一般用簡單彈性套柱銷聯(lián)軸器或彈性。其二者的共同特點是傳遞扭矩范圍較大，轉(zhuǎn)速較高，彈性好，能緩沖扭矩急劇變化引起的振動，能補償軸位移。但在使用中應定期檢查彈性圈。 （二）計算聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩 由于機器起動時的動載荷和運轉(zhuǎn)中可能出現(xiàn)的過載現(xiàn)象，所以應當按軸上的最大轉(zhuǎn)矩作為計算轉(zhuǎn)矩Tca，查參考文獻[4] P343，計算轉(zhuǎn)矩按下式計算； TCa=KAT （6.10） 式中 T——公稱轉(zhuǎn)矩，單位為N·m； KA——工作情況系數(shù)。 查參考文獻[4] 表14-1，轉(zhuǎn)矩變化小，原動機為電動機，得KA=1.3。KA=1.3代入公式6.10，計算得： =9550=49.74N·m。 TCa= KAT=1.3×49.74=64.66N·m。 （三）確定聯(lián)軸