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編 號 無錫太湖學院 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 系 機 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 學 號： 0923021 學生姓名： 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)下獨立進行研究所取 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： 機械 91 學 號： 0923021 作者姓名： 陸文杰 2013 年 5 月 25 日 無 錫 太 湖 學 院 信 機 系 機 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 一步的發(fā)展。 三、本設(shè)計（論文或其他）應(yīng)達到的要求： （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)學生： 機械 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)展水平的重要標志。液壓 傳動憑借與其他傳動方式相比較具有獨特的技術(shù)優(yōu)勢，應(yīng)用領(lǐng)域幾乎囊括了國民經(jīng) 濟各工業(yè)部門。近 30 年來，由于控制技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、傳感檢測技 術(shù)及材料科學的發(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、傳感檢測、機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)指標對數(shù)控車床液壓傳動系統(tǒng)進行整體方案設(shè)計，對 其功能和工作原理進行動力分析和運動分析，初步確定了系統(tǒng)各回路的基本結(jié)構(gòu)及 主要元件，按照所給機構(gòu)性能參數(shù)和液壓性能參數(shù)進行元件的選擇計算，通過對系 統(tǒng)性能的驗算和發(fā)熱校核，以滿足該車床所要達到的要求。 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 system's 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)控機床的發(fā)展現(xiàn)狀 ........................................................................................1 1.2.1 國外數(shù)控機床發(fā)展現(xiàn)狀 .......................................................................................1 1.2.2 國內(nèi)數(shù)控機床發(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 ...............................................................................................................................29 附 錄 ...................................................................................................................................30 無錫太湖學院學士學位論文 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)由一些機件控制之后來傳遞運動和動力。相對于電力拖動和機械傳動而言，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，因而廣泛應(yīng)用 于工程機械，建筑機械和機床等設(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 世紀崛起并蓬勃 發(fā)展的石油工業(yè)推動起來的，最早實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 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，并隨著各種標準的不斷制訂和完善，各類元件的標準化，規(guī)格化，系列化而在 機械制造，工程機械，材料科學，控制技術(shù)，農(nóng)業(yè)機械，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 60 年代后，原子能技術(shù)，空間 技術(shù)，計算機技術(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)，在國民經(jīng)濟的各個方面都得到了應(yīng)用。如工程機械， 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 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)還是相當落后的，標準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)控機床的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢,增強對如何發(fā)展民族數(shù)控機床 產(chǎn)業(yè)的感性認識。 1.2 國內(nèi)外數(shù)控機床的發(fā)展現(xiàn)狀 從 20 世紀中葉數(shù)控技術(shù)出現(xiàn)以來，數(shù)控機床給機械制造業(yè)帶來了革命性的變化。 數(shù)控加工具有如下特點：加工柔性好，加工精度高，生產(chǎn)率高，減輕操作者勞動強度、 改善勞動條件，有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化以及經(jīng)濟效益的提高。數(shù)控機床是一種高度機 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%檢驗的零件。數(shù)控機床的特點及其應(yīng)用范圍使其成 為國民經(jīng)濟和國防建設(shè)發(fā)展的重要裝備。 1.2.1 國外數(shù)控機床發(fā)展現(xiàn)狀 以美、德、日三國為例簡述國外數(shù)控機床的發(fā)展現(xiàn)狀。美、德、日三國是當今世上 在數(shù)控機床科研、設(shè)計、制造和使用上，技術(shù)最先進、經(jīng)驗最多的國家。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。 （1）美國的數(shù)控發(fā)展史 美國政府重視機床工業(yè)，美國國防部等部門因其軍事方面的需求而不斷提出機床的 發(fā)展方向、科研任務(wù),并且提供充足的經(jīng)費，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、計算機技術(shù)在世界上領(lǐng)先，因此其數(shù)控機床的主機設(shè)計、制造及數(shù)控系統(tǒng)基礎(chǔ) 扎實，且一貫重視科研和創(chuàng)新，故其高性能數(shù)控機床技術(shù)在世界也一直領(lǐng)先。當今美國 生產(chǎn)宇航等使用的高性能數(shù)控機床，其存在的教訓是，偏重於基礎(chǔ)科研，忽視應(yīng)用技術(shù)， 且在上世紀 80 代政府一度放松了引導(dǎo)，致使數(shù)控機床產(chǎn)量增加緩慢，于 1982 年被后進 的日本超過，并大量進口。從 90 年代起，糾正過去偏向，數(shù)控機床技術(shù)上轉(zhuǎn)向?qū)嵱?，產(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)控機床后，德國特別注重科學試驗，理論與實際相結(jié)合，基礎(chǔ)科研與應(yīng)用技術(shù) 科研并重。企業(yè)與大學科研部門緊密合作，對數(shù)控機床的共性和特性問題進行深入的研 究，在質(zhì)量上精益求精。德國的數(shù)控機床質(zhì)量及性能良好、先進實用、貨真價實，出口 遍及世界。尤其是大型、重型、精密數(shù)控機床。德國特別重視數(shù)控機床主機及配套件之 先進實用，其機、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。如西門子公司之數(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 日本政府對機床工業(yè)之發(fā)展異常重視，通過規(guī)劃、法規(guī)(如“機振法” 、 “機電法”、 “機信 等)引導(dǎo)發(fā)展。在重視人才及機床元部件配套上學習德國，在質(zhì)量管理及數(shù)控機床技術(shù)上 學習美國，甚至青出于藍而勝于藍。自 1958 年研制出第一臺數(shù)控機床后，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)控機床，大量出口， 占去世界廣大市場。在上世紀 80 年代開始進一步加強科研，向高性能數(shù)控機床發(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 機床的發(fā)展起了重大促進作用。 1.2.2 國內(nèi)數(shù)控機床發(fā)展現(xiàn)狀 我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展起步于二十世紀五十年代，中國于 1958 年研制出第一臺數(shù)控機 床，發(fā)展過程大致可分為兩大階段。在 1958～1979 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)控機床特點、發(fā)展條件缺乏認識，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，缺乏實事求是的科學精神。在第二階段從日、 無錫太湖學院學士學位論文 2 德、美、西班牙先后引進數(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))引進數(shù)控機床先進技術(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，1998～2004 年國產(chǎn)數(shù)控機床產(chǎn)量和消費量的 年平均增長率分別為 39.3%和 34.9%。盡管如此，進口機床的發(fā)展勢頭依然強勁，從 2002 年開始，中國連續(xù)三年成為世界機床消費第一大國、機床進口第一大國 2004 年中國機床 主機消費高達 94.6 億美元，國內(nèi)數(shù)控機床制造企業(yè)在中高檔與大型數(shù)控機床的研究開發(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口。由 此可以看出國產(chǎn)數(shù)控機床特別是中高檔數(shù)控機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，充分認識國產(chǎn)數(shù)控機床的 不足，努力發(fā)展先進技術(shù)，加大技術(shù)創(chuàng)新與培訓服務(wù)力度，以縮短與發(fā)達國家之問的差 距。 在 20 余年間，數(shù)控機床的設(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 一批設(shè)計、制造、使用和維護的人才；通過合作生產(chǎn)先進數(shù)控機床，使設(shè)計、制造、使 用水平大大提高，縮小了與世界先進技術(shù)的差距；通過利用國外先進元部件、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)控機床，供應(yīng)國 內(nèi)市場的需求，但對關(guān)鍵技術(shù)的試驗、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)控機床的水平差距很大。存在的主要問題包括：缺乏象日本“機 電法”、 “機信法”那樣的指引；嚴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)展起步于二十世紀五十年代，通過“六五” 期間引進數(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，1998～2004 年國產(chǎn)數(shù)控機床產(chǎn)量和消費量的年平均增 長率分別為 39.3%和 34.9%。盡管如此，進口機床的發(fā)展勢頭依然強勁，從 2002 年開始， 中國連續(xù)三年成為世界機床消費第一大國、機床進口第一大國，2004 年中國機床主機消 費高達 94.6 億美元，國內(nèi)數(shù)控機床制造企業(yè)在中高檔與大型數(shù)控機床的研究開發(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口。由此可以 看出國產(chǎn)數(shù)控機床特別是中高檔數(shù)控機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，充分認識國產(chǎn)數(shù)控機床的不足， 努力發(fā)展先進技術(shù)，加大技術(shù)創(chuàng)新與培訓服務(wù)力度，以縮短與發(fā)達國家之問的差距。 2003 年開始，中國就成了全球最大的機床消費國，也是世界上最大的數(shù)控機床進口 國。目前正在提高機械加工設(shè)備的數(shù)控化率，1999 年，我們國家機械加工設(shè)備數(shù)控華率 是 8％，目前預(yù)計是 15－20％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械加工方法，所謂機械加工，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)備都稱為機床，數(shù)控機 床就是在普通機床上發(fā)展過來的，數(shù)控的意思就是數(shù)字控制。給機床裝上數(shù)控系統(tǒng)后， 機床就成了數(shù)控機床。當然，普通機床發(fā)展到數(shù)控機床不只是加裝系統(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 10－15 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 床集團收購了德國西思機床公司，意義很大，如果大力消化技術(shù)，可以縮短不少差距。 大連機床公司也從德國引進了不少先進技術(shù)。上海一家企業(yè)購買日本著名的機床制造商 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)濟不景氣，有不少在 80 年代很出名的機床制造商倒閉，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)該能進世 界前 4 名。數(shù)控系統(tǒng)由顯示器、控制器伺服、伺服電機、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)全都是進口。華中數(shù)控這幾年發(fā)展迅速，軟件水平相當不錯， 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)控機床業(yè)進軍，但機床的 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。廣州機床廠 的簡易數(shù)控系統(tǒng)也不錯。我們國家機床業(yè)最薄弱的環(huán)節(jié)在數(shù)控系統(tǒng)。機床精度（1）機械 加工機床精度分靜精度、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）機床精度體系 目前我們國家內(nèi)承認的大致是四種體系：德國 VDI 標準、 日本 JIS 標準、國際標準 ISO 標準、國標 GB，國標和國際標準差不多。 （3）看一臺機床 水平的高低，要看它的重復(fù)定位精度，一臺機床的重復(fù)定位精度如果能達到 0.005mm(ISO 標準.、統(tǒng)計法),就是一臺高精度機床，在 0.005mm(ISO 標準.、統(tǒng)計法)以下， 就是超高精度機床，高精度的機床，要有最好的軸承、絲杠。 （4）加工出高精度零件， 不只要求機床精度高，還要有好的工藝方法、好的夾具、好的刀具。 目前世界著名機床廠商在我國的投資情況（1）2000 年，世界最大的專業(yè)機床制造商 馬扎克（MAZAK）在寧夏銀川投資建了名為“寧夏小巨人機床公司”的機床公司，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，日本著名的機床生產(chǎn)商大隈公司和北京第一機床廠合資建廠，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 無錫太湖學院學士學位論文 4 前生產(chǎn)能力不知。 （5）臺灣省的著名機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)進入機床行業(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廠商海天公司投資 生產(chǎn)機床，主要是從日本引進技術(shù)，目前剛開始，起點比較高。 （3）2002 年，西安北村 投產(chǎn)，名字像日本的，其實老板是中國人，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 的先進數(shù)控機床。也從國內(nèi)機床廠哪里采購了大批普通數(shù)控機床，國內(nèi)機床廠商為了迎 接這次大技改，也引進了不少先進技術(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)濟發(fā)展一樣的高度上，我們要建立和經(jīng)濟發(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 平的機床制造商，也將會超越日本，成為世界第一機床生產(chǎn)大國。 1.3 液壓傳動的發(fā)展趨勢 a. 液壓傳動的優(yōu)點： （1）體積小、重量輕，例如同功率液壓馬達的重量只有電動機的 10%～20%。因此 慣性力較小，當突然過載或停車時，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，并可實現(xiàn)無級調(diào)速，且調(diào)速范圍最 大可達 1：2000(一般為 1：100） 。 （3）換向容易，在不改變電機旋轉(zhuǎn)方向的情況下，可以較方便地實現(xiàn)工作機構(gòu)旋轉(zhuǎn) 和直線往復(fù)運動的轉(zhuǎn)換； （4）液壓泵和液壓馬達之間用油管連接，在空間布置上彼此不受嚴格限制； （5）由于采用油液為工作介質(zhì)，元件相對運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）容易實現(xiàn)過載保護。 （8)液壓元件實現(xiàn)了標準化、系列化、通用化、便于設(shè)計、制造和使用。 b. 液壓傳動的缺點: （1）使用液壓傳動對維護的要求高，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-15℃~60℃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格的傳動比。 通過液壓傳動優(yōu)缺點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 的重要標志。目前，液壓傳動發(fā)展的動向，概括有以下幾點： （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，降低液壓元件噪聲； （3）進一步發(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。 無錫太湖學院學士學位論文 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，電，液三位一體，按照人體工程學宜人化進行布局設(shè)計，全封閉防 護，操作簡捷，使用方便。 （2）機床采用臥式車身，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)計以增強運動的平穩(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)速主軸電機驅(qū)動， 機床在低速下也具有高功率輸出，恒功率區(qū)寬。機床可以無級調(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）機床縱向和橫向運動均采用交流伺服電機，它們兩者均直接采用消隙聯(lián)軸器把 電機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。卡盤的松緊由控制面板上的按鈕來控制。 （8）機床尾座亦采用液壓控制。通過液壓油來控制尾座套筒的進退，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。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環(huán) 節(jié)以確定電機的安全，換刀準確。 （10）機床配有自動對刀儀，通過接觸式傳感器，可以快而準確的測出刀具安裝時的 偏差值，傳輸給計算機系統(tǒng)，在加工時可以進行刀具的自動補償。 （11）機床具有良好的擴展性，機床配有排屑器，實現(xiàn)自動排屑。機床配有防護外殼。 （12）機床數(shù)控系統(tǒng)配有日本 FANUC—6T 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 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（液壓站） 無錫太湖學院學士學位論文 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 尾座套筒的伸縮運動 用于長軸類零件的加工以及鉆孔、擴孔等。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。只有在主軸停止狀態(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 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行有機的 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)運行中可能出現(xiàn)的不安全因素是多種多樣 的，如負載的異常變化、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)符合標準化、系列化和通用化要求 為縮短設(shè)計周期，降低成本， 應(yīng)盡量采用標準化元件，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)裝置按主機的布局分散安裝，主要用 于行走機械。這種形式的優(yōu)點是節(jié)省安裝空間，缺點是安裝及維修較復(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)點是裝配及維修方便，缺點是單獨設(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)選用高精度的進口軸承支承，動、靜剛度好，精度高。套 筒和尾座的移動均為機動，套筒和尾座的夾緊、放松均采用碟形彈簧夾緊，液壓放松的 無錫太湖學院學士學位論文 10 機動夾緊、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標準的要求。 （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)和標準件數(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