还剩17页未读,继续阅读
本资源只提供10页预览,全部文档请下载后查看!喜欢就下载吧,查找使用更方便
文本内容:
本科毕业设计(论文)题目数控车床尾座套筒液压装置设计系别机电信息系专业机械设计制造及其自动化班级姓名学号导师2013年4月27日数控车床尾座套筒液压装置设计摘要为了完成本课题的设计,在设计之前的准备工作必须做好,首先是搜集和分析资料,主要包括国内外数控机床的发展现状;液压技术和液压传动系统的基本资料;同等机床液压尾座的图纸和资料等其次是初步确定液压尾座的总体布局,包括配置形式、液压系统的布置及选择液压能源及相应的配套元件等最后主要是关于尾座的设计计算数控机床变档卡紧及尾座顶紧的控制方式基本上是手工控制,在通常的加工过程中,需先用手工控制的方式完成变档和卡紧工作,然后再进行装夹,在装夹完毕后还需要使用手工控制的方式完成尾座的顶紧工作由此可知,在数控机床的加工作效率效率并不高,而且工人劳动强度大,耗时又耗力,还会增加企业成本因此,本课题研究所要达到的预期效果是在数控车床加工过程中,当需要使用尾座时,使用本课题所设计的尾座可以提高加工过程的机械化和自动化水平,提高生产效率,降低工人的劳动强度,降低企业成本关键词数控机床;尾座;液压系统;液压缸ThedesignofCNCmachineTailstockHydraulicsystemAbstract ToaccomplishthisdesignIcollectedandanalysedtheinformationbeforethedesignincludingdomesticandinternationaldevelopmentofCNCmachinetools;hydraulicsystemofhydraulictechnologyandthebasicinformation;equalhydraulicmachineTailstockthedrawingsandinformation.ThenistentativelydeterminedtheoveralllayoutofhydraulicTailstockincludingtheallocationofformlayoutandthehydraulicsystemofhydraulicenergyandselecttheappropriatematchingcomponentssuchas.ThiswasfollowedbythemainTailstockthedesignandcalculation.CNCmachinetoolschangedfilecardsbearandTailstocktoptightisbasicallymanualcontrolintheconventionalprocessthechangerequiredmanualcardfileandclampingatightandthenagainafterthefixturealsoneedtouseamanualTailstockThetoptight.ThereforeintheprocessofCNCmachinetoolsinefficiencyisnothighworkersinlaborintensityandgreat.ThereforetheissueoftheInstitutetoachievethedesiredresultsintheCNClatheprocessingwhentheneedtouseTailstocktheuseofthisissuebytheTailstockdesigncanimprovetheprocessofmechanizationandautomationlevelincreaseproductionefficiencyandreduceWorkersinthelaborintensity.Keywords Numerically-controlledmachine;Tailstock;Hydraulicsystem;HydrauliccylinderinsidediameterTOC\o1-3\h\u目录1绪论
11.1研究背景和意义
11.2液压传动介绍
11.3国内外数控机床的发展现状
21.
3.1国外数控机床发展现状
21.
3.2国内数控机床发展现状
31.4本文研究对象42液压尾座液压传动总体设计
52.1尾座简介
52.2回路设计
52.
2.1液压尾座顶针液压回路
62.
2.2液压尾座顶针夹紧液压回路73尾座部分的设计
93.1液压系统压力
93.2顶针油缸的计算
93.
2.1顶针轴向力
93.
2.2液压油缸计算
103.3液压泵的设计
123.
3.1液压泵工作压力的确定
133.
3.2液压泵流量的确定
133.
3.3电动机功率的确定
153.4液压元件的选择
163.
4.1油管及管接头
163.
4.2过滤器的选择
163.
4.3油箱的选择
173.
4.4油箱容积的确定
173.5液压系统的性能验算
183.
5.1液压系统压力损失计算
183.
5.2液压系统发热温升的验算194液压尾座结构设计
214.1液压尾座箱体设计
214.2尾座顶尖的设计
214.3尾座主轴的设计
214.4尾座导轨的设计
224.4尾座孔系设计
234.
4.1套筒与尾座体的配合
244.
4.2套筒与顶尖、尾座活塞轴的配合
244.
4.3孔和键的设计245尾座精度的设计
265.1表面粗糙度的确定
265.2尾座与机床形位公差的确定
265.3底面及立导向面形位公差的确定26结论28参考文献29致谢30毕业设计(论文)知识产权声明31毕业设计(论文)独创性声明32设计图纸和说明书联系QQ25766365383尾座液压系统设计前面章节已经设计好液压尾座的控制回路,本章将从计算方面来设计液压缸的,以及液压泵的设计液压缸的设计主要分为顶针油缸,顶针夹紧油缸
3.1液压系统压力液压缸工作压力主要根据运动循环各阶段中的最大总负载力来确定,此外,还需要考虑以下因素1各类设备的不同特点和使用场合如表
3.1所示2考虑经济和重量因素,压力选得低,则元件尺寸大,重量重;压力选得高一些,则元件尺寸小,重量轻,但对元件的制造精度,密封性能要求高,如表
3.2所示所以,液压缸的工作压力的选择有两种方式一是根据机械类型选;二是根据切削负载选表
3.1负载与工作压力的关系表负载F/kN55~810~2020~3030-5050工作压力p/Mpa
0.8~
11.5~
22.5~33~44~55~7表
3.2机械类型与工作压力的关系表机床类型磨床车床铣床龙门刨床拉床组合机床工作压力p/Mpa≤22~4≤88~103~5根据表
3.1与
3.2,选定液压尾座的工作压力为2Mpa
3.2顶针油缸的计算液压尾座工作要求主要技术参数数控车床的切削用量f=
0.1-
0.3mm/r;切削速度为v=50-80m/min;最大车削工件直径400mm最大加工长度350mm切削粗糙度为Ra
1.6-
3.2μm
3.
2.1顶针轴向力尾座顶针如图
3.1所示顶针在受到外力主要来自于两部分第一部分,来自与工件的自重在轴向产生的轴向分力;第二部分,来自与工件在切削时,刀具对工件产生一个切削力,这个切削力将会在轴向产生一个分力因此顶针收到外力应该是这两个分力之和图
3.1顶针示意图
(1)工件重力产生的分力根据工件最大长度和最大旋转外径假设工件最大重量,顶尖和三爪卡盘支撑工件可简化为简支梁,如图
3.2所示图
3.2尾座顶尖受力分析图因此尾座负重(3-1)其中G为工件重力,取最大加工工件的重量其直径为400mm,长度为350mm,代入公式得a为顶针与工件之间的夹角,取60o带入公式得
(2)切削力的计算根据本文设计要求要技术参数数控车床的切削用量;切削速度为由于切削量越大,切削速度越大,其切削力越大,因此取切量为
0.3mm/r切削速度为80m/min的切削力,材料为不锈钢根据表
3.3
[14]所示常见的工件材料的单位切削力Kc值表
3.3常见的工件材料的单位切削力Kc值工件材料HB硬度材质粗略分类Kc()非合金钢类110C
0.25%2200150C
0.8%2600310C14%3000低合金钢125-225未硬化2500220-420硬化3300高合金钢150-300退火3000250-350硬化的工具钢4500超硬钢450硬化、调质4500根据公式3-2其中Kc为单位切削力,由表
3.3取Kc值为2453;为背吃刀量,由表
3.3取将上面参数带入公式3-2,得切削力切削力将会在轴向上产生一个轴向分力,这个就是尾座需要克服的反作用力,根据根据《金属切削原理与刀具》切削时产生的轴向分力
0.1~
0.6(3-3)为了安全,取为了满足加工后的工件的精度要求,在工件重量较大和切削力较大的情况下机床不发生共振,取轴向力因此尾座需要克服的最大反作用力为
3.
2.2液压油缸计算由前面计算可得尾座最大轴向力为,因此尾座液压油缸需要克服这一轴向力,因此,液压油缸的外作用力为根表据
3.1与
3.2,取尾座液压系统加紧时的压力为2,背压取
0.5则液压油缸的内径为(3-4)其中D:油缸内径;输出力;液压系统输出压力;液压系统背压;将以上数据带入公式可得,液压油缸的直径为元整选取液压油缸的,得出活塞杆直接如在计算液压缸尺寸时需要考虑背压,可初定参考数值,回路确定之后再修改,参考背压值见表
3.4
[13]所示表
3.4液压缸背压参考系统类型背压回油路上有节流阀的调速系统2-5回油路上有调速阀的调速系统5-8回油路上装有背压阀5-15带补油泵的闭式回路8-
153.3液压泵的设计液压泵是液压系统中的动力装置,也是能量转换元件,起着向系统提供动力源的作用原动机驱动偏心轮1旋转时,柱塞2将做往复运动使密封容积a的大小发生周期性的交替变化当a由小变大就行程部分真空,油箱中的油液在大气压作用下,经吸油管顶开单向阀6进入邮箱a而实现吸油;当a有大变小时,a中吸满的油液将顶开单向阀5流入系统而实现压油原动机驱动偏心轮不断旋转,液压泵就不断地吸油和压油,这样液压泵就将原动机输入的机械能转换成液体的压力能输出原理图如图
3.3所示液压泵为整个液压系统提供动力,能使液压缸稳定安全的工作,是整个液压系统中的最根本装置
1.偏心轮
2.柱塞
3.缸体
4.弹簧
5.
6.单向阀a.油箱图
3.3单柱塞液压泵的工作原理图
3.
3.1液压泵工作压力的确定液压泵的工作压力p是液压泵实际工作时的输出压力称为工作压力工作压力的大笑取决与外负载的大小和排油管路上的压力损失,而与液压泵的流量无关液压泵工作压力计算公式(3-5)是液压执行元件的最高工作压力,对于本系统,工作压力为2MPa;取
1.5安全系数,是泵到执行元件间总的管路压力损失由系统图可见,从泵到增压缸之间取∑具体压力损失见表
3.5
[7]所示表
3.5液压系统元件压力损失表元件名称额定压力损失单向阀电磁阀调速阀液压泵工作压力为当系统压力p21选用齿轮泵或叶片泵;p21选用柱塞泵
3.
3.2液压泵流量的确定因为液压泵的流量由得出,由工况图看出,系统最大流量发生在顶紧油缸工作顶紧过程中,根据车床的通常参数,通常情况下取活塞杆的最大速度为v=2m/s(3-6)其中D为液压缸的直径,v为液压的速度取泄漏系数K为
1.2,求得液压泵流量液压泵一般分为齿轮泵,叶片泵,柱塞泵齿轮泵由于油压变化比较大,不适合作为精密仪器供给留量,柱塞泵通常用于高压系统,根据本文实际要求一般油压系统,且系统工作精度高,因此本系统选择叶片泵,为了提高液压系统的寿命,选用双作用式根据液压泵的选型手册,确定液压泵的型号为YYB-BCl71/48B型双联叶片泵,当压力为时,泵流量为双作用式叶片泵的组成同单作用式叶片泵一样它分别有两个吸油口和两个压油口定子1和转子2的中心重合,定子内表面近似于长径为R、短径为r的椭圆形,并有两对均布的配油窗口两个相对的窗口连通后分别接近、出油口,构成两个吸油口和两个压油口转子每转一周,每个密封工作空间完成考两次吸油和压油其工作原理如图
3.4所示
1.定子
2.转子
3.叶片图
3.4双作用式叶片泵的工作原理图一般来说各种类型的液压泵由于其结构原理,运转方式和性能特点各有不同,因此应根据不同的使用场合选择合适的液压泵一般在负载小、功率小的机械设备中,选择齿轮泵、双作用叶片泵;精度较高的机械设备(如磨床)选择螺杆泵、双作用叶片泵;对于负载较大,并有快速和慢速工作的机械设备(如组合机床)选择限压式变量叶片泵;对于负载大、功率大的设备(如龙门刨床、拉床等)选择柱塞泵;一般不太重要的液压系统(机床辅助装置中的送料、夹紧等)选择齿轮泵各类液压泵的性能参数与比较见表
3.6
[7]所示对于液压泵的选取具有一定的参考作用及指导作用表
3.6各类液压泵的性能比较齿轮泵单作用式叶片泵双作用式叶片泵轴向柱塞泵径向柱塞泵压力范围/MPa2-
212.5-
6.
36.3-2121-4010-20排量范围/mL/r
0.3-6501-
3200.5-
4800.2-360020-720转速范围/r/min300-7000500-2000500-4000600-6000700-1800容积效率(%)70-9585-9280-9488-9380-90总效率(%)63-8771-8565-8281-8881-83流量脉动(%)1-27功率质量比/kW/kg中小中中大小噪声稍高中中大中耐污能力中等中中大中价格最低中中低高高
3.
3.3电动机功率的确定液压尾座系统的压力和流量都是变化的,所需功率变化较大小泵供油压力为P1=
3.8,其流量q=108取泵的总效率=
0.8,泵的总驱动功率为3-7其中p为液压系统的压力,其最大压力为
3.8Mpa,q为泵的流量为,q=108L/min,n为系统效率,带入公式得考虑顶紧过程时间短,不过3s,而电动机一般允许短时间超载25%,这样电动机功率还可降低一些验算其他工况时,液压泵的驱动功率均小于或近于此值查产品样本,选用的电动机
3.4液压元件的选择
3.
4.1油管及管接头液压系统中的油管,主要分金属钢管和耐压软管,一般使用硬管,它比软管安全可靠,而且经济软管则通常用于两个有相对运动的部件之间的连接所以本系统选用钢管钢管,分为无缝钢管和焊接钢管两大类压力大于
2.5MPa的场合可用无缝钢管,压力小于
2.5MPa的场合用焊接钢管,钢管的特点是耐高压,变形小,耐油性、抗腐蚀性比较好,价格较低,弯曲与装配比较困难综上所述,本液压系统最大压力
3.8MPa,所以选用无缝钢管管接头是油管与油管、油管与液压元件之间的连接件,它与满足连接牢固、密封可靠,装配方便、工艺性好、外形尺大小、通油能力强等性能要求,特别是管接头的密封性能是影响系统外泄的重要原因常用管接头的性能特点比较如表
3.7
[15]所示表
3.7常用管接头的性能特点比较类型特点应用许用压力/MPa扩口式管接头结构简单,造价低适用于铜管、薄壁钢管、尼龙管和塑料管的链接焊接式管接头结构简单、制造方便、耐高压和振动、密封性能好适用于厚壁钢管的链接卡套式管接头不用密封件、工作可靠,拆卸方便,抗振性好,应用广泛应用场合广泛扣压式管接头连接软管用,需要在专用设备上扣押而成适用于软管链接快换管接头不需要任何工具就能实现迅速连接和断开用于经常拆装的液压管路综上所述,液压系统压力为
3.8MPa,选用的是无缝钢管,因此管接头选用扩口式管接头
3.
4.2过滤器的选择在液压系统中,由于系统内污染物的形成或外界污染物的侵入,液压油中难免会存在各种污染物,油液的污染能加速液压元件的磨损,卡死阀芯,堵塞工作间隙和小孔,使元件失效,导致液压系统不能正常工作,据统计,约75%的故障和液压油的污染有关,因此必须对油液中的杂质和污染物进行清理,目前,控制液压油的清洁程度的最有效的方法就是采用过滤器过滤器按过滤精度可分为四级粗过滤器普通过滤器精过滤器特精过滤器过滤精度只要取决于系统的压力表
3.8
[15]所示为过滤精度推荐值系统类型润滑系统传动系统伺服系统压力p/过滤精度/25-50表
3.8过滤精度推荐值系统压力小于14,由表中得出选用普通过滤器网式过滤器网式过滤器的优点是通油能力大,压力损失小,容易清洗,但过滤精度不高,主要用于泵吸油口,本系统恰好用于泵吸油口,所以选用网式过滤器经济划算
3.
4.3油箱的选择油箱主要用来储存油液,此外还起到散热、溢出油液中的空气以及沉淀杂质的作用油箱有开式和闭式两种
(1)开式油箱中的油液具有与大气相同的自由液面,常用于各种固定设备,应用广泛开式油箱又分为整体式和分离式整体式油箱利用主机的底座内腔作为油箱,这种油箱结构紧凑,各处液压元件的漏油易于回收,但增加了设计和制造的复杂性,维修不便,散热条件不好,且会使主机产生热变形分离式油箱单独设置,与主机分开,减小了油箱发热的液压源振动对主机工作精度的影响,因此得到了普遍的应用,特别是在精密机械上
(2)闭式油箱完全封闭,油箱中的油液与大气是隔绝的,由空压机向气罐充气,再由充气罐经过滤清、干燥、减压后进入油箱使液面压力高于大气压,从而改善了泵的吸油性能、减少了气蚀和噪声常应用于水下设备、行走设备及车辆综上所述本课题选用开式整体式油箱
3.
4.4油箱容积的确定从油箱的散热、沉淀杂质等职能来看,油箱的容积越大越好,单容积过大会造成体积大,质量大,浪费材料又不节约空间因此要合理地确定油箱容积一般来说,油箱的有效容积可以按液压泵的额定流量估计出来一般容量可取最大流量的倍对于机床的估算公式为(3-8)式中V为油箱的有效容积,单位为;为与系统有关的经验数字低压系统=,中压系统=,高压系统=;为液压泵的额定流量,单位为上面已经计算出流量代入公式得油箱的有效容积一般来说,油箱的有效容积指油面高度为油箱整体高度80%时的容积所以油箱的总容积油箱的选定应符合GB2876-81《液压泵站油箱公称容量系列》的规定,选取容量为
4.0的油箱
3.5液压系统的性能验算在前面的设计过程中,由于系统还没有完全计算完毕,很多参数都是粗略估算的液压系统设计完成后,需要在对其的技术性能进行验算,以便判断设计质量
3.
5.1液压系统压力损失验算验算系统压力损失的目的之一是为了正确确定泵的工作压力即系统的调整压力(系统溢流阀的调整压力),当系统执行元件的工作压力已确定时,系统的调整压力可根据管路中的压力损失进行计算本系统选用的阀类元件有调速阀、单向阀、电磁阀系统总压力损失(3-9)式中—管路的沿程压力损失;—为局部压力损失油路压力损失经验值见下表
3.9
[7]所示表
3.9油路压力损失经验值系统结构情况总压力损失一般节流调速及管路间单的系统 进油路有调速阀及管路复杂的系统本系统进油路上存在调速阀,所以取其压力损失最大值
1.5MPa即=
1.
5.局部压力损失在本文中
3.
3.1液压泵工作压力的确定中已经确定=
0.8那么将、代入公式(3-9)得到液压泵应用一定的压力储备量,如果计算出的系统调整压力大于液压泵额定压力的75%,则应该重新进行计算前面已计算液压泵的工作压力所以液压系统压力损失在允许范围之内
3.
5.2液压系统发热温升的验算液压系统工作时,液压泵和执行元件存在着容积损失和机械损失,管路和各种阀类元件通过液流时要产生压力损失和泄露所有的这样损失所消耗的能量均转变成热能,使油温升高连续工作一段时间后,系统所产生的热量与散发到空气中的热量相等即达到热平衡状态,此后温度不再升高不同的主机,因工作条件与工况的不同,最高允许油温是不同的,系统发热温升的验算,就是计算系统的实际油温,如果实际油温小于最高允许油温,则系统满足要求系统中发热的主要元件是油箱系统单位时间的发热量为(3-10)式中为液压泵的输入功率;为系统的输出功率,执行元件是液压缸时为液压缸的输出功率油箱单位时间的散热量为3-11式中A—为油箱散热面积();—为系统升温,℃; —系统达到热平衡时的油温(℃); —为环境温度即工作场地温度取27℃;—为油箱散热系数()当自然冷却通风很差时=;自然冷却通风良好时,;当油箱专用冷却器时,液压系统系统达到热平衡时,,即3-12如果油箱三个边长的比例在1:1:1到1:2:3范围内,且油箱高度为油箱高度的80%,其散热面积近似为3-13式中为油箱有效面积(L)为液压泵的输入功率即为电机功率,=
0.55kW,将、代入式(3-10)得因为油箱容积,将其代入公式(3-13)得取自然冷却通风良好时,油箱散热系数因为时,将以上得出的数据代入公式(3-12)得有温升验算公式(3-14)式中为最高允许油温,对于一般机床,=℃;对粗加工机械、=℃将、代入公式(3-14)得油温在最高允许油温范围之内。