1、 本科畢業設計（論文）題目：數控車床尾座套筒液壓裝置設計 系 別 機電信息系 專 業 機械設計制造及其自動化 班 級 姓 名 學 號 導 師 2013年 4 月 27日數控車床尾座套筒液壓裝置設計摘要 為了完成本課題的設計，在設計之前的準備工作必須做好，首先是搜集和分析資料，主要包括國內外數控機床的發展現狀；液壓技術和液壓傳動系統的基本資料；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、液壓系統的布置及選擇液壓能源及相應的配套元件等。最后主要是關于尾座的設計計算。數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

2、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，還會增加企業成本。因此，本課題研究所要達到的預期效果是在數控車床加工過程中，當需要使用尾座時，使用本課題所設計的尾座可以提高加工過程的機械化和自動化水平，提高生產效率，降低工人的勞動強度，降低企業成本。關鍵詞：數控機床；尾座；液壓系統；液壓缸 The design of CNC machine Tailstock Hydraulic system Abstract To accomplish this design, I colle

3、cted and analysed the information before the design, including domestic and international development of CNC machine tools; hydraulic system of hydraulic technology and the basic information; equal hydraulic machine Tailstock the drawings and information . Then is tentatively determined the overall

4、layout of hydraulic Tailstock, including the allocation of form, layout and the hydraulic system of hydraulic energy, and select the appropriate matching components, such as. This was followed by the main Tailstock the design and calculation.CNC machine tools changed file cards bear and Tailstock to

5、p tight is basically manual control, in the conventional process, the change required manual card file and clamping a tight and then again after the fixture also need to use a manual Tailstock The top tight. Therefore, in the process of CNC machine tools in efficiency is not high, workers in labor i

6、ntensity and great. Therefore, the issue of the Institute to achieve the desired results in the CNC lathe processing, when the need to use Tailstock, the use of this issue by the Tailstock design can improve the process of mechanization and automation level, increase production efficiency and reduce

7、 Workers in the labor intensity.Key words：Numerically-controlled machine；Tailstock；Hydraulic system；Hydraulic cylinder inside diameter目錄1 緒論 11.1 研究背景和意義11.2 液壓傳動介紹11.3 國內外數控機床的發展現狀21.3.1 國外數控機床發展現狀21.3.2 國內數控機床發展現狀31.4 本文研究對象42 液壓尾座液壓傳動總體設計52.1 尾座簡介52.2 回路設計52.2.1 液壓尾座頂針液壓回路62.2.2 液壓尾座頂針夾緊液壓回路73 尾座

8、部分的設計93.1 液壓系統壓力93.2 頂針油缸的計算9 3.2.1 頂針軸向力9 3.2.2 液壓油缸計算103.3 液壓泵的設計12 3.3.1 液壓泵工作壓力的確定13 3.3.2 液壓泵流量的確定13 3.3.3 電動機功率的確定153.4 液壓元件的選擇16 3.4.1 油管及管接頭16 3.4.2 過濾器的選擇16 3.4.3 油箱的選擇17 3.4.4 油箱容積的確定173.5 液壓系統的性能驗算 18 3.5.1 液壓系統壓力損失計算18 3.5.2 液壓系統發熱溫升的驗算194 液壓尾座結構設計214.1 液壓尾座箱體設計214.2 尾座頂尖的設計214.3 尾座主軸的設計

9、214.4 尾座導軌的設計224.4 尾座孔系設計23 4.4.1 套筒與尾座體的配合244.4.2 套筒與頂尖、尾座活塞軸的配合244.4.3 孔和鍵的設計245 尾座精度的設計265.1 表面粗糙度的確定265.2 尾座與機床形位公差的確定265.3 底面及立導向面形位公差的確定26結 論28參考文獻29致 謝30畢業設計（論文）知識產權聲明31 畢業設計（論文）獨創性聲明32設計圖紙和說明書聯系QQ3 尾座液壓系統設計 前面章節已經設計好液壓尾座的控制回路，本章將從計算方面來設計液壓缸的，以及液壓泵的設計。液壓缸的設計主要分為頂針油缸，頂針夾緊油缸。3.1 液壓系統壓力液壓缸工作壓力主要

10、根據運動循環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)各類設備的不同特點和使用場合,如表3.1所示。 (2)考慮經濟和重量因素，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：一是根據機械類型選；二是根據切削負載選。表3.1 負載與工作壓力的關系表負載F/kN50工作壓力p/Mpa57表3.2 機械類型與工作壓力的關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/Mpa224881035根據表3.1與3.2，選定液壓尾座的工作壓力為：2Mpa。3.

11、2 頂針油缸的計算 液壓尾座工作要求：主要技術參數：數控車床的切削用量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Ra1.6-3.2m。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，刀具對工件產生一個切削力，這個切削力將會在軸向產生一個分力。因此頂針收到外力應該是這兩個分力之和。圖3.1 頂針示意圖（1） 工件重力產生的分力根據工件最大長度和最大旋轉外徑假設工件最大重量，頂尖和三爪卡盤支撐工件可簡化為簡支

12、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： （2） 切削力的計算 根據本文設計要求：要技術參數：數控車床的切削用量；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。根據表3.314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硬度材質粗略分類Kc（）非合金鋼類110C0.25%2200150C0.

13、8%2600310C450硬化、調質4500根據公式 (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。將上面參數帶入公式3-2，得切削力 切削力將會在軸向上產生一個軸向分力，這個就是尾座需要克服的反作用力，根據根據金屬切削原理與刀具切削時產生的軸向分力 (0.10.6) （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3.1與3

14、.2，取尾座液壓系統加緊時的壓力為2，背壓取0.5。則液壓油缸的內徑為： （3-4） 其中D:油缸內徑； ：輸出力； ：液壓系統輸出壓力； ：液壓系統背壓；將以上數據帶入公式可得，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，可初定參考數值，回路確定之后再修改，參考背壓值見表3.413所示。表3.4 液壓缸背壓參考系統類型背壓回油路上有節流閥的調速系統2-5回油路上有調速閥的調速系統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液壓泵的設計液壓泵是液壓系統中的動力裝置，也是能量轉換元件，起著向系統提供動力源的作用。原動機驅動偏心輪1

15、旋轉時，柱塞2將做往復運動。使密封容積a的大小發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，經吸油管頂開單向閥6進入郵箱a而實現吸油；當a有大變小時，a中吸滿的油液將頂開單向閥5流入系統而實現壓油。原動機驅動偏心輪不斷旋轉，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提供動力，能使液壓缸穩定安全的工作，是整個液壓系統中的最根本裝置。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

16、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。 液壓泵工作壓力計算公式： （3-5） 是液壓執行元件的最高工作壓力，對于本系統，工作壓力為2MPa；取1.5安全系數，。是泵到執行元件間總的管路壓力損失。由系統圖可見，從泵到增壓缸之間取。 具體壓力損失見表3.57所示。表3.5 液壓系統元件壓力損失表元件名稱額定壓力損失單向閥電磁閥調速閥液壓泵工作壓力為 當系統壓力p21,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，系統最大流量發生在頂緊油缸工作頂緊過程中，根據車床的通常參數，通常情況下取

17、活塞桿的最大速度為v2m/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，根據本文實際要求：一般油壓系統，且系統工作精度高，因此本系統選擇葉片泵，為了提高液壓系統的壽命，選用雙作用式。根據液壓泵的選型手冊，確定液壓泵的型號為YYB-BCl71/48B型雙聯葉片泵，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和轉子2的中心重合，定子內表面近似于長徑為R、短徑為r的橢圓形，并有兩對

18、均布的配油窗口。兩個相對的窗口連通后分別接近、出油口，構成兩個吸油口和兩個壓油口。轉子每轉一周，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構原理，運轉方式和性能特點各有不同，因此應根據不同的使用場合選擇合適的液壓泵。一般在負載小、功率小的機械設備中，選擇齒輪泵、雙作用葉片泵；精度較高的機械設備（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、功率大的設備（如龍門刨床、拉床等）選擇柱塞泵；一般不太重要

19、的液壓系統（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與比較見表3.67所示。對于液壓泵的選取具有一定的參考作用及指導作用。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（%）63-8771-8565-82

20、81-8881-83流量脈動（%）1-27功率質量比/(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P13.8，其流量q=108,取泵的總效率0.8，泵的總驅動功率為： (3-7) 其中p為液壓系統的壓力，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，液壓泵的驅動功率均小于或近于此值。查產品樣本，選用的電動機。3

21、.4液壓元件的選擇3.4.1油管及管接頭液壓系統中的油管，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

22、是影響系統外泄的重要原因。常用管接頭的性能特點比較如表3.715所示。表3.7 常用管接頭的性能特點比較類型特點應用許用壓力/MPa擴口式管接頭結構簡單，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構簡單、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，應用廣泛應用場合廣泛扣壓式管接頭連接軟管用，需要在專用設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迅速連接和斷開用于經常拆裝的液壓管路 綜上所述，液壓系統壓力為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

23、系統中，由于系統內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，導致液壓系統不能正常工作，據統計，約75%的故障和液壓油的污染有關，因此必須對油液中的雜質和污染物進行清理，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的壓力。表3.815所示為過濾精度推薦值。系統類型潤滑系統傳動系統伺服系統壓力p/過濾精度/25-50 表3.8 過濾精度推薦值系統壓力小于14，由表中得出選用普通過濾器網式過濾器。網式過

24、濾器的優點是通油能力大，壓力損失小，容易清洗，但過濾精度不高，主要用于泵吸油口，本系統恰好用于泵吸油口，所以選用網式過濾器經濟劃算。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，常用于各種固定設備，應用廣泛。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腔作為油箱，這種油箱結構緊湊，各處液壓元件的漏油易于回收，但增加了設計和制造的復雜性，維修不便，散熱條件不好，且會使主機產生熱變形。分離式油箱單獨設置，與主機分開，減小了油箱發熱的液壓源振動對主機工作精度的影響，因

25、此得到了普遍的應用，特別是在精密機械上。（2） 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。常應用于水下設備、行走設備及車輛。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，質量大，浪費材料又不節約空間。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；

26、 為與系統有關的經驗數字。低壓系統=，中壓系統=，高壓系統 =； 為液壓泵的額定流量，單位為。 上面已經計算出,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。所以油箱的總容積 油箱的選定應符合GB2876-81液壓泵站油箱公稱容量系列的規定，選取容量為4.0的油箱3.5 液壓系統的性能驗算 在前面的設計過程中，由于系統還沒有完全計算完畢，很多參數都是粗略估算的。液壓系統設計完成后，需要在對其的技術性能進行驗算，以便判斷設計質量。3.5.1液壓系統壓力損失驗算 驗算系統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的調整壓力（系統溢流閥的調整壓力），當系統執行元件的工作壓力已確定時，系統的調整壓力可根據管路中的壓力損失進行計算。本系統選用的閥類元件有調速閥、單向閥、電磁閥。系統總壓力損失： （3-9） 式中 管路的沿程壓力損失； 為局部壓力損失。油路壓力損失經驗值見下表3.97所示。表3.9 油路壓力損失經驗值系統結構情況總壓力損失一般節流調速