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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
題目：數(shù)控車床尾座套筒液壓裝置設(shè)計(jì)
系 別 機(jī)電信息系
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)
姓 名
學(xué) 號(hào)
導(dǎo) 師
2013年 4 月 27日
數(shù)控車床尾座套筒液壓裝置設(shè)計(jì)
摘要
為了完成本課題的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)之前的準(zhǔn)備工作必須做好，首先是搜集和分析資料，主要包括國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀；液壓技術(shù)和液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的基本資料；同等機(jī)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(tǒng)的布置及選擇液壓能源及相應(yīng)的配套元件等。最后主要是關(guān)于尾座的設(shè)計(jì)計(jì)算。
數(shù)控機(jī)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(guò)程中，需先用手工控制的方式完成變檔和卡緊工作，然后再進(jìn)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(shù)控機(jī)床的加工作效率效率并不高，而且工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，耗時(shí)又耗力，還會(huì)增加企業(yè)成本。因此，本課題研究所要達(dá)到的預(yù)期效果是在數(shù)控車床加工過(guò)程中，當(dāng)需要使用尾座時(shí)，使用本課題所設(shè)計(jì)的尾座可以提高加工過(guò)程的機(jī)械化和自動(dòng)化水平，提高生產(chǎn)效率，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低企業(yè)成本。
關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；尾座；液壓系統(tǒng)；液壓缸
II
Abstract
The design of CNC machine Tailstock Hydraulic system
Abstract
??
To accomplish this design, I collected 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 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 top 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 intensity 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 Workers in the labor intensity.
Key words：Numerically-controlled machine；Tailstock；Hydraulic system；Hydraulic cylinder inside diameter
I
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目錄
1 緒論 1
1.1 研究背景和意義 1
1.2 液壓傳動(dòng)介紹 1
1.3 國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀 2
1.3.1 國(guó)外數(shù)控機(jī)床發(fā)展現(xiàn)狀 2
1.3.2 國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床發(fā)展現(xiàn)狀 3
1.4 本文研究對(duì)象 4
2 液壓尾座液壓傳動(dòng)總體設(shè)計(jì) 5
2.1 尾座簡(jiǎn)介 5
2.2 回路設(shè)計(jì) 5
2.2.1 液壓尾座頂針液壓回路 6
2.2.2 液壓尾座頂針夾緊液壓回路 7
3 尾座部分的設(shè)計(jì) 9
3.1 液壓系統(tǒng)壓力 9
3.2 頂針油缸的計(jì)算 9
3.2.1 頂針軸向力 9
3.2.2 液壓油缸計(jì)算 10
3.3 液壓泵的設(shè)計(jì) 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(dòng)機(jī)功率的確定 15
3.4 液壓元件的選擇 16
3.4.1 油管及管接頭 16
3.4.2 過(guò)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 17
3.5 液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算 18
3.5.1 液壓系統(tǒng)壓力損失計(jì)算 18
3.5.2 液壓系統(tǒng)發(fā)熱溫升的驗(yàn)算 19
I
4 液壓尾座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 21
4.1 液壓尾座箱體設(shè)計(jì) 21
4.2 尾座頂尖的設(shè)計(jì) 21
4.3 尾座主軸的設(shè)計(jì) 21
4.4 尾座導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) 22
4.4 尾座孔系設(shè)計(jì) 23
4.4.1 套筒與尾座體的配合 24
4.4.2 套筒與頂尖、尾座活塞軸的配合 24
4.4.3 孔和鍵的設(shè)計(jì) 24
5 尾座精度的設(shè)計(jì) 26
5.1 表面粗糙度的確定 26
5.2 尾座與機(jī)床形位公差的確定 26
5.3 底面及立導(dǎo)向面形位公差的確定 26
結(jié) 論 28
參考文獻(xiàn) 29
致 謝 30
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明 31
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明 32
IV
1 緒論
1 緒論
1.1 研究背景和意義
隨著科技的進(jìn)步，生活水平提高，為了減小工人工作強(qiáng)度，自動(dòng)化技術(shù)被廣泛運(yùn)用到各行各業(yè)。自動(dòng)化（Automation）是指機(jī)器設(shè)備、系統(tǒng)或過(guò)程（生產(chǎn)、管理過(guò)程）在沒有人或較少人的直接參與下，按照人的要求，經(jīng)過(guò)自動(dòng)檢測(cè)、信息處理、分析判斷、操縱控制，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)的過(guò)程。自動(dòng)化技術(shù)廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、科學(xué)研究、交通運(yùn)輸、商業(yè)、醫(yī)療、服務(wù)和家庭等方面。采用自動(dòng)化技術(shù)不僅可以把人從繁重的體力勞動(dòng)、部分腦力勞動(dòng)以及惡劣、危險(xiǎn)的工作環(huán)境中解放出來(lái)，而且能擴(kuò)展人的器官功能，極大地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，增強(qiáng)人類認(rèn)識(shí)世界和改造世界的能力。因此，自動(dòng)化是工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防和科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化的重要條件和顯著標(biāo)志。液壓自動(dòng)化技術(shù)被運(yùn)用到數(shù)控車床，減小了工人的工作強(qiáng)度和提高了加工質(zhì)量。
數(shù)控機(jī)床給機(jī)械制造業(yè)帶來(lái)了革命性的變化。數(shù)控加工具有如下特點(diǎn)：加工柔性好，加工精度高，生產(chǎn)率高，減輕操作 者勞動(dòng)強(qiáng)度、改善勞動(dòng)條件，有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化以及經(jīng)濟(jì)效益的提高。數(shù)控機(jī)床是一種高度機(jī)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(jià)格昂貴不允許報(bào)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(yàn)的零件。數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及其應(yīng)用范圍使其成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)發(fā)展的重要裝備。
目前，我國(guó)已經(jīng)熟練掌握了液壓傳動(dòng)技術(shù)，但是在某些環(huán)節(jié)上還不及發(fā)達(dá)國(guó)家，但是在五星紅旗的照耀下，一切問題都將被我們所克服。社會(huì)主義制度的優(yōu)越性決定了液壓傳動(dòng)技術(shù)絕對(duì)能發(fā)揮其長(zhǎng)處。它不僅能為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)帶來(lái)高度的生產(chǎn)力和巨大的經(jīng)濟(jì)效益，而且將為我國(guó)的宇宙開發(fā)、海洋開發(fā)、核能利用等新興領(lǐng)域的發(fā)展做出卓越的貢獻(xiàn)。數(shù)控機(jī)床是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動(dòng)化機(jī)床。該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號(hào)指令規(guī)定的程序，并將其譯碼，從而使機(jī)床動(dòng)作加工零件。數(shù)控機(jī)床含蓋了自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、伺服驅(qū)動(dòng)、精密測(cè)量和精密機(jī)械等各個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)成果，是一門新興的工業(yè)控制技術(shù)。
隨著國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床的迅速發(fā)展, 數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用普及，數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)故障高發(fā)時(shí)段。然而,目前的數(shù)控維修工作混亂無(wú)序,根本不能適應(yīng)數(shù)控行業(yè)快速發(fā)展的步伐。為了使數(shù)控維修工作適應(yīng)現(xiàn)代化制造業(yè)的發(fā)展,提高數(shù)控設(shè)備維修質(zhì)量,那么規(guī)范數(shù)控維護(hù)也將會(huì)增加難度,所以要大號(hào)基礎(chǔ),熱心研究。
I
西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
1.2 液壓傳動(dòng)介紹
液壓傳動(dòng)是根據(jù)17世紀(jì)帕斯卡提出的液體靜壓力傳動(dòng)原理而發(fā)展起來(lái)的一門新興技
I
術(shù)，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣為應(yīng)用的一門技術(shù)，液壓傳動(dòng)是以流體作為工作介質(zhì)對(duì)能量進(jìn)行傳動(dòng)和控制的一種傳動(dòng)形式。利用有壓的液體經(jīng)過(guò)油壓管路以及方向控制閥，壓力控制閥等控制原件來(lái)實(shí)現(xiàn)指定的動(dòng)作。相對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)方式來(lái)說(shuō)，液壓傳動(dòng)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(diǎn)，因而廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械，建筑機(jī)械和機(jī)床等設(shè)備上。
液壓傳動(dòng)的發(fā)展歷史：近代液壓傳動(dòng)技術(shù)是由19世紀(jì)崛起并蓬勃發(fā)展的石油工業(yè)推動(dòng)起來(lái)的，最早實(shí)踐成功的液壓傳動(dòng)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。第二次世界大戰(zhàn)(1941-1945)期間，在美國(guó)機(jī)床中有30%應(yīng)用了液壓傳動(dòng)。在一些兵器上用上了功率大，反應(yīng)快，動(dòng)作準(zhǔn)的液壓傳動(dòng)和控制裝置，大大提高了兵器的性能，也大大促進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)的不斷制訂和完善，各類元件的標(biāo)準(zhǔn)化，規(guī)格化，系列化而在機(jī)械制造，工程機(jī)械，材料科學(xué)，控制技術(shù)，農(nóng)業(yè)機(jī)械，汽車制造等行業(yè)中推廣開來(lái)。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(jì)60年代后，原子能技術(shù)，空間技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)等的發(fā)展再次將液壓技術(shù)推向前進(jìn)，使它發(fā)展成為包括傳動(dòng)，控制，檢測(cè)在內(nèi)的一門完整的自動(dòng)化技術(shù)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)方面都得到了應(yīng)用。如工程機(jī)械，數(shù)控加工中心，冶金自動(dòng)線等。液壓傳動(dòng)在某些領(lǐng)域內(nèi)甚至已占有壓倒性優(yōu)勢(shì)。
液壓傳動(dòng)有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，因此它的應(yīng)用非常廣泛，如一般工業(yè)用的塑料加工機(jī)械、壓力機(jī)械、機(jī)床等；行走機(jī)械中的工程機(jī)械、建筑機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車等；鋼鐵工業(yè)用的冶金機(jī)械、提升裝置、軋輥調(diào)整 裝置等；土木水利工程用的防洪閘門及堤壩裝置、河床升降裝置、橋梁操縱機(jī)構(gòu)等；發(fā)電廠渦輪機(jī)調(diào)速裝置、核發(fā)電廠等等；船舶用的甲板起重機(jī)械（絞車）、船頭門、艙壁閥、船尾推進(jìn)器等；特殊技術(shù)用的巨型天線控制裝置、測(cè)量浮標(biāo)、升降旋轉(zhuǎn)舞臺(tái)等；軍事工業(yè)用的火炮操縱裝置、船舶減搖裝置、飛行器仿真、飛機(jī)起落架的收放裝置和方向舵控制裝置。
國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀：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(jìn)元件和系統(tǒng)的性能，以滿足日益變化的市場(chǎng)需求。與世界上主要的工業(yè)國(guó)家相比，我國(guó)的液壓工業(yè)還是相當(dāng)落后的，標(biāo)準(zhǔn)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(shì)，智能化的工作則剛剛在準(zhǔn)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(guó)民經(jīng)濟(jì)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(gè)部門中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。
1.3 國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀
1.3.1 國(guó)外數(shù)控機(jī)床發(fā)展現(xiàn)狀
數(shù)控車床、車削中心，是一種高精度、高效率的自動(dòng)化機(jī)床。配備多工位刀塔或動(dòng)力刀塔，機(jī)床就具有廣泛的加工藝性能，可加工直線圓柱、斜線圓柱、圓弧和各種螺紋、槽、
I
蝸桿等復(fù)雜工件。具有直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)各種補(bǔ)償功能，并在復(fù)雜零件的批量生產(chǎn)中發(fā)
揮 了良好的經(jīng)濟(jì)效果。
數(shù)控（英文名字：Numerical Control 簡(jiǎn)稱:NC）技術(shù)是指用數(shù)字、文字和符號(hào)組成的數(shù)字指令來(lái)實(shí)現(xiàn)一臺(tái)或多臺(tái)機(jī)械設(shè)備動(dòng)作控制的技術(shù)。數(shù)控一般是采用通用或?qū)Ｓ糜?jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字程序控制，因此數(shù)控也稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控(Computerized Numerical Control )，簡(jiǎn)稱CNC，國(guó)外一般都稱為CNC，很少再用NC這個(gè)概念了。
國(guó)外數(shù)控技術(shù)主要以以美、德、日三國(guó)為代表。美、德、日三國(guó)是當(dāng)今世上在數(shù)控機(jī)床科研、設(shè)計(jì)、制造和使用上，技術(shù)最先進(jìn)、經(jīng)驗(yàn)最多的國(guó)家。美國(guó)1952年研制出世界第一臺(tái)數(shù)控機(jī)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。數(shù)控技術(shù)被廣泛運(yùn)用到大量大批生產(chǎn)自動(dòng)化所需的自動(dòng)線，，故其高性能數(shù)控機(jī)床技術(shù)在世界也一直領(lǐng)先。當(dāng)今美國(guó)生產(chǎn)宇航等使用的高性能數(shù)控機(jī)床，國(guó)外國(guó)家特別重視數(shù)控機(jī)床主機(jī)及配套件之先進(jìn)實(shí)用，其機(jī)、電、液、氣、光、刀具、測(cè)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?dāng)?shù)控系統(tǒng)，均為世界聞名，競(jìng)相采用。日本通過(guò)規(guī)劃、法規(guī)(如“機(jī)振法”、“機(jī)電法”、“機(jī)信法”等)引導(dǎo)數(shù)控機(jī)床工業(yè)發(fā)展。
1.3.2 國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床發(fā)展現(xiàn)狀
我國(guó)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展起步于二十世紀(jì)五十年代，中國(guó)于1958年研制出第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床，發(fā)展過(guò)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(duì)數(shù)控機(jī)床特點(diǎn)、發(fā)展條件缺乏認(rèn)識(shí)，在人員素質(zhì)差、基礎(chǔ)薄弱、配套件不過(guò)關(guān)的情況下。在第二階段從日、德、美、西班牙先后引進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)，并逐步向前發(fā)展。特別是最近幾年，我國(guó)數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，1998～2004年國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量和消費(fèi)量的年平均增長(zhǎng)率分別為39.3%和34.9%。盡管如此，進(jìn)口機(jī)床的發(fā)展勢(shì)頭依然強(qiáng)勁，從2002年開始，中國(guó)連續(xù)三年成為世界機(jī)床消費(fèi)第一大國(guó)、機(jī)床進(jìn)口第一大國(guó)，2004年中國(guó)機(jī)床主機(jī)消費(fèi)高達(dá)94.6億美元，國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床制造企業(yè)在中高檔與大型數(shù)控機(jī)床的研究開發(fā)方面與國(guó)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(jìn)口。由此可以看出國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床特別是中高檔數(shù)控機(jī)床仍然缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，究其原因主要在于國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的研究開發(fā)深度不夠、制造水平依然落后、服務(wù)意識(shí)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(shì)，充分認(rèn)識(shí)國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的不足，努力發(fā)展先進(jìn)技術(shù)，加大技術(shù)創(chuàng)新與培訓(xùn)服務(wù)力度，以縮短與發(fā)達(dá)國(guó)家之問的差距。 在20余年間，數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)有較大提高，主要表現(xiàn)在三大方面：培訓(xùn)一批設(shè)計(jì)、制造、使用和維護(hù)的人才；通過(guò)合作生產(chǎn)先進(jìn)數(shù)控機(jī)床，使設(shè)計(jì)、制造、使用水平大大提高，縮小了與世界先進(jìn)技術(shù)的差距；通過(guò)利用國(guó)外先進(jìn)元部件、數(shù)控系統(tǒng)配套，開始能自行設(shè)計(jì)及制造高速、高性能、五面或五軸聯(lián)動(dòng)加工的數(shù)控機(jī)床，供應(yīng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求，但對(duì)關(guān)鍵技術(shù)的試驗(yàn)、消化、掌握及創(chuàng)新卻較差。至今許多重要功能部件、自
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動(dòng)化刀具、數(shù)控系統(tǒng)依靠國(guó)外技術(shù)支撐，不能獨(dú)立發(fā)展，基本上處于從仿制走向自行開發(fā)
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階段，與日本數(shù)控機(jī)床的水平差距很大。存在的主要問題包括：缺乏象日本“機(jī)電法”、“機(jī)信法”那樣的指引；嚴(yán)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。我們國(guó)家機(jī)床業(yè)最薄弱的環(huán)節(jié)在數(shù)控系統(tǒng)。機(jī)床精度 （1）機(jī)械加工機(jī)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(jī)床精度體系 目前我們國(guó)家內(nèi)承認(rèn)的大致是四種體系：德國(guó)VDI標(biāo)準(zhǔn)、日本JIS標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)標(biāo)GB，國(guó)標(biāo)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)差不多。（3）看一臺(tái)機(jī)床水平的高低，要看它的重復(fù)定位精度，一臺(tái)機(jī)床的重復(fù)定位精度如果能達(dá)到0.005mm(ISO標(biāo)準(zhǔn).、統(tǒng)計(jì)法),就是一臺(tái)高精度機(jī)床，在0.005mm(ISO標(biāo)準(zhǔn).、統(tǒng)計(jì)法)以下，就是超高精度機(jī)床，高精度的機(jī)床，要有最好的軸承、絲杠。（4）加工出高精度零件，不只要求機(jī)床精度高，還要有好的工藝方法、好的夾具、好的刀具。
1.4 本文研究對(duì)象
在機(jī)械制造行業(yè)中，數(shù)控車床被廣泛用來(lái)加工盤類或軸類零件。在加工這類零件的時(shí)候，有許多零件需要用內(nèi)孔作為定位夾緊面來(lái)進(jìn)行外圓、端面、螺紋等的切削加工。目前，用數(shù)控車床對(duì)這類零件進(jìn)行加工時(shí)的定位裝夾通常采用人工手動(dòng)夾緊，因此數(shù)控車床的尾座結(jié)構(gòu)普遍是手動(dòng)控制結(jié)構(gòu)，用手動(dòng)方式旋轉(zhuǎn)手輪帶動(dòng)尾座套筒使尾座上的頂尖伸出以頂緊工件，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的定位，再扳動(dòng)手柄實(shí)現(xiàn)鎖緊。采用這種手動(dòng)控制方式，工作效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，夾緊力大小難以精確控制，定位準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性都比較差。故設(shè)計(jì)一種車床尾座的液壓控制機(jī)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手動(dòng)式控制是完全有必要的，可進(jìn)一步完善和提高數(shù)控車床的自動(dòng)化程度。數(shù)控車床的尾座是在加工軸類零件時(shí)，使用其頂尖頂緊工件，保證加工的穩(wěn)定性。尾座的運(yùn)動(dòng)包括尾座體的移動(dòng)和尾座套筒的移動(dòng)。
尾座體的移動(dòng)有兩個(gè)作用:一個(gè)作用是在加工軸類零件時(shí)，將尾座調(diào)整到使用位置;另一個(gè)作用是在加工短軸和盤類零件時(shí)，將尾座調(diào)至非干涉位置。尾座套筒的移動(dòng)是為了使頂尖頂緊或松開工件的，通常是由液壓缸控制的。
本文主要研究數(shù)控機(jī)床尾座的設(shè)計(jì)，并將液壓傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)運(yùn)用到尾座上，實(shí)現(xiàn)尾座的自動(dòng)頂緊與松開。設(shè)計(jì)出液壓尾座的結(jié)構(gòu)以及液壓傳動(dòng)圖、液壓缸。其要求具體參數(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(zhǎng)度350mm,切削粗糙度為Ra1.6-3.2μm。
2 液壓尾座液壓傳動(dòng)總體設(shè)計(jì)
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2 液壓尾座液壓傳動(dòng)總體設(shè)計(jì)
尾座是車床的重要部件，其作用是固定軸類零件，當(dāng)加工軸類零件時(shí)，除用卡盤外，還需要尾座將其加緊，同時(shí)具有輔助支撐和夾緊的功能。本文設(shè)計(jì)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(cè)力裝置、尾座和套筒移動(dòng)機(jī)構(gòu)、尾座和套筒夾緊與放松結(jié)構(gòu)及液壓裝置等組成，其夾緊與松開，靠液壓控制，液壓控制具有，沖擊小，對(duì)零件的損害小，抗震性好，能吸收一定震動(dòng)，能實(shí)現(xiàn)高精度的加工。液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)尾座來(lái)說(shuō)，非常重要，因此液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)十分關(guān)鍵。
2.1 尾座簡(jiǎn)介
（1）機(jī)床采用標(biāo)準(zhǔn)液壓尾座，尾座套筒可編程控制，尾座體移動(dòng)通過(guò)銷軸由托板帶動(dòng)。根據(jù)用戶需求也可提供可程控尾座、內(nèi)置旋轉(zhuǎn)活絡(luò)頂尖等（特殊配置）。尾座單元安裝在床身導(dǎo)軌上，可沿導(dǎo)軌縱向調(diào)整其位置。它的功用是用頂尖支承長(zhǎng)工件，也可以安裝鉆頭、鉸刀等孔加工刀具進(jìn)行孔加工。
（2）尾座應(yīng)具有足夠的凈剛度和較高的剛度-重量比，后者在很大程度上反應(yīng)了設(shè)計(jì)的合理性；應(yīng)具有良好的動(dòng)態(tài)性，這包括較大的動(dòng)剛度和阻尼，與其它件配合，使整機(jī)的各個(gè)固有頻率不致與激振頻率重合而發(fā)生共振；應(yīng)具有良好熱變形性，使整機(jī)的熱變形較小或熱變形對(duì)加工精度的影響最??；應(yīng)具有良好的工藝性，以便于制造和裝配。
圖2.1 液壓尾座組成
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2.2 回路設(shè)計(jì)
液壓尾座主要由兩部分組成，頂針部分，加緊部分。頂針部分是將軸頂緊；加緊部分：當(dāng)頂針已經(jīng)到工作狀態(tài)時(shí)，這時(shí)需要加緊機(jī)構(gòu)將其加緊，保證零件裝夾的精度，進(jìn)而保證加工精度，其組成如圖2.1所示。尾座頂針實(shí)現(xiàn)的是加緊與松開兩個(gè)動(dòng)作，因此其動(dòng)作主要分為：夾緊，保壓，松開。其運(yùn)動(dòng)時(shí)序圖如圖2.2所示。
圖2.2 液壓缸運(yùn)動(dòng)時(shí)序圖
2.2.1 液壓尾座頂針液壓回路
為了實(shí)現(xiàn)尾座的這些過(guò)程，設(shè)計(jì)如圖2.3所示，液壓系統(tǒng)原理圖，該液壓回路主要有：液壓缸，電磁閥，調(diào)速閥，單向閥，溢流閥等組成，下面將分別對(duì)其進(jìn)行說(shuō)明。
夾緊：加緊的過(guò)程是尾座緩緩移動(dòng)，將零件頂住，為了避免大的碰撞，對(duì)工件以及機(jī)
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床本身造成傷害，因此加緊的速度應(yīng)十分緩慢。
保壓：保壓是零件正處于加工中，這時(shí)尾座壓力系統(tǒng)的穩(wěn)定性因足夠的好，這樣才能保證零件的位置沒有便宜，這樣零件的精度才會(huì)比較高。
松開：松開是零件加工完后，將零件卸下，這時(shí)尾座應(yīng)該先快速的松開，這樣才能提高生產(chǎn)效率，因此尾座松開時(shí)的速度應(yīng)該比較快。
為了實(shí)現(xiàn)快速的加緊與慢慢的松開兩中功能，因此在回路中采用了調(diào)速閥，以及增速回路，先接受緩慢加緊的回路：當(dāng)電磁發(fā)工作位在左邊時(shí)，這時(shí)，單向閥截至，不能通過(guò)，回路只能從調(diào)速閥過(guò)，因此油缸的速度將是比較慢的。當(dāng)電磁閥位于右邊工位時(shí)，這時(shí)系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)增速回路，實(shí)現(xiàn)尾座的快速縮回。同時(shí)在油路還設(shè)有溢流閥，主要設(shè)置油路的最高工作范圍，防止超負(fù)荷運(yùn)行，保證工人，機(jī)器的安全。
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1.液壓缸 2.調(diào)速閥 3.單向閥 4.電磁閥 5.溢流閥 6.液壓泵 7.油箱
圖2.3 原理圖
2.2.2 液壓尾座頂針加緊液壓回路
當(dāng)頂針頂住工件時(shí)，這時(shí)加緊油缸需要運(yùn)動(dòng)，并將頂針加緊。其動(dòng)作比較簡(jiǎn)單，只需實(shí)現(xiàn)，工步頂緊，和快速松開兩個(gè)功能，因此為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)設(shè)計(jì)液壓回路如圖2.4所示。
液壓油缸加緊：當(dāng)頂針頂針軸后，加緊油缸控制電磁閥將處于左邊工作為，通過(guò)調(diào)速閥，油缸將緩慢的伸出，將頂針夾緊。
液壓油缸縮回：當(dāng)零件加工完，需要拆下零件時(shí)，這時(shí)夾緊油缸電磁閥處于右邊工作位，油缸將快速縮回，松開頂針。
這樣，液壓缸就能進(jìn)行完整的工作，為尾座提供頂緊工件的動(dòng)力，順利的保壓給工件提供相應(yīng)的穩(wěn)定壓力，安全穩(wěn)定的進(jìn)行相關(guān)生產(chǎn)，當(dāng)工件完成加工后，頂尖又能快速的退回，提高工作效率，讓生產(chǎn)安全順利的進(jìn)行下去。
1.調(diào)速閥 2.溢流閥 3.單向閥 4.電磁閥
圖2.4 頂針夾緊油缸回路
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3 尾座液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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3 尾座液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
前面章節(jié)已經(jīng)設(shè)計(jì)好液壓尾座的控制回路，本章將從計(jì)算方面來(lái)設(shè)計(jì)液壓缸的，以及液壓泵的設(shè)計(jì)。液壓缸的設(shè)計(jì)主要分為頂針油缸，頂針夾緊油缸。
3.1 液壓系統(tǒng)壓力
液壓缸工作壓力主要根據(jù)運(yùn)動(dòng)循環(huán)各階段中的最大總負(fù)載力來(lái)確定，此外，還需要考慮以下因素： (1)各類設(shè)備的不同特點(diǎn)和使用場(chǎng)合,如表3.1所示。 (2)考慮經(jīng)濟(jì)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(duì)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(jù)機(jī)械類型選；二是根據(jù)切削負(fù)載選。
表3.1 負(fù)載與工作壓力的關(guān)系表
負(fù)載F/kN
<5
5～8
10～20
20～30
30-50
>50
工作壓力p/Mpa
<0.8～1
1.5～2
2.5～3
3～4
4～5
>5～7
表3.2 機(jī)械類型與工作壓力的關(guān)系表
機(jī)床類型
磨床
車床銑床
龍門刨床
拉床
組合機(jī)床
工作壓力p/Mpa
≤2
2～4
≤8
8～10
3～5
根據(jù)表3.1與3.2，選定液壓尾座的工作壓力為：2Mpa。
3.2 頂針油缸的計(jì)算
液壓尾座工作要求：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(zhǎng)度350mm,切削粗糙度為Ra1.6-3.2μm。
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
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(lái)自于兩部分：第一部分，來(lái)自與工件的自重在軸向產(chǎn)生的軸向分力；第二部分，來(lái)自與工件在切削時(shí)，刀具對(duì)工件產(chǎn)生一個(gè)切削力，這個(gè)切削力將會(huì)在軸向產(chǎn)生一個(gè)分力。因此頂針收到外力應(yīng)該是這兩個(gè)分力之和。
圖3.1 頂針示意圖
（1） 工件重力產(chǎn)生的分力
根據(jù)工件最大長(zhǎng)度和最大旋轉(zhuǎn)外徑假設(shè)工件最大重量，頂尖和三爪卡盤支撐工件可簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁，如圖3.2所示。
圖3.2 尾座頂尖受力分析圖
因此尾座負(fù)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(zhǎng)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(jì)算
根據(jù)本文設(shè)計(jì)要求：要技術(shù)參數(shù)：數(shù)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(jù)表3.3[14]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(zhì)粗略分類
Kc（）
非合金鋼類
110
C<0.25%
2200
150
C<0.8%
2600
310
C<14%
3000
低合金鋼
125-225
未硬化
2500
220-420
硬化
3300
高合金鋼
150-300
退火
3000
250-350
硬化的工具鋼
4500
超硬鋼
>450
硬化、調(diào)質(zhì)
4500
根據(jù)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(shù)帶入公式3-2，得切削力
切削力將會(huì)在軸向上產(chǎn)生一個(gè)軸向分力，這個(gè)就是尾座需要克服的反作用力，根據(jù)根據(jù)《金屬切削原理與刀具》切削時(shí)產(chǎn)生的軸向分力
(0.1~0.6) （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(jī)床不發(fā)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(jì)算
由前面計(jì)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?yè)?jù)3.1與3.2，取尾座液壓系統(tǒng)加緊時(shí)的壓力為2，背壓取0.5。
則液壓油缸的內(nèi)徑為：
（3-4）
其中D:油缸內(nèi)徑；
：輸出力；
：液壓系統(tǒng)輸出壓力；
：液壓系統(tǒng)背壓；
將以上數(shù)據(jù)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(jì)算液壓缸尺寸時(shí)需要考慮背壓，可初定參考數(shù)值，回路確定之后再修改，參考背壓值見表3.4[13]所示。
表3.4 液壓缸背壓參考
系統(tǒng)類型
背壓
回油路上有節(jié)流閥的調(diào)速系統(tǒng)
2-5
回油路上有調(diào)速閥的調(diào)速系統(tǒng)
5-8
回油路上裝有背壓閥
5-15
帶補(bǔ)油泵的閉式回路
8-15
3.3液壓泵的設(shè)計(jì)
液壓泵是液壓系統(tǒng)中的動(dòng)力裝置，也是能量轉(zhuǎn)換元件，起著向系統(tǒng)提供動(dòng)力源的作用。原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)偏心輪1旋轉(zhuǎn)時(shí)，柱塞2將做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。使密封容積a的大小發(fā)生周期性的交替變化。當(dāng)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(jīng)吸油管頂開單向閥6進(jìn)入郵箱a而實(shí)現(xiàn)吸油；當(dāng)a有大變小時(shí)，a中吸滿的油液將頂開單向閥5流入系統(tǒng)而實(shí)現(xiàn)壓油。原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)偏心輪不斷旋轉(zhuǎn)，液壓泵就不斷地吸油和壓油，這樣液壓泵就將原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)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(gè)液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力，能使液壓缸穩(wěn)定安全的工作，是整個(gè)液壓系統(tǒng)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是液壓泵實(shí)際工作時(shí)的輸出壓力稱為工作壓力。工作壓力的大笑取決與外負(fù)載的大小和排油管路上的壓力損失，而與液壓泵的流量無(wú)關(guān)。
液壓泵工作壓力計(jì)算公式：
（3-5）
是液壓執(zhí)行元件的最高工作壓力，對(duì)于本系統(tǒng)，工作壓力為2MPa；取1.5安全系數(shù)，。
是泵到執(zhí)行元件間總的管路壓力損失。由系統(tǒng)圖可見，從泵到增壓缸之間取∑。 具體壓力損失見表3.5[7]所示。
表3.5 液壓系統(tǒng)元件壓力損失表
元件名稱
額定壓力損失
單向閥
電磁閥
調(diào)速閥
液壓泵工作壓力為
當(dāng)系統(tǒng)壓力p<21,選用齒輪泵或葉片泵；p>21,選用柱塞泵。
3.3.2液壓泵流量的確定
因?yàn)橐簤罕玫牧髁坑傻贸觯?由工況圖看出，系統(tǒng)最大流量發(fā)生在頂緊油缸工作頂緊過(guò)程中，根據(jù)車床的通常參數(shù)，通常情況下取活塞桿的最大速度為v＝2m/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(shù)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(tǒng)，根據(jù)本文實(shí)際要求：一般油壓系統(tǒng)，且系統(tǒng)工作精度高，因此本系統(tǒng)選擇葉片泵，為了提高液壓系統(tǒng)的壽命，選用雙作用式。根據(jù)液壓泵的選型手冊(cè)，確定液壓泵的型號(hào)為YYB-BCl71/48B型雙聯(lián)葉片泵，當(dāng)壓力為時(shí)，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(gè)吸油口和兩個(gè)壓油口。定子1和轉(zhuǎn)子2的中心重合，定子內(nèi)表面近似于長(zhǎng)徑為R、短徑為r的橢圓形，并有兩對(duì)均布的配油窗口。兩個(gè)相對(duì)的窗口連通后分別接近、出油口，構(gòu)成兩個(gè)吸油口和兩個(gè)壓油口。轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周，每個(gè)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(zhuǎn)子 3.葉片
圖3.4 雙作用式葉片泵的工作原理圖
一般來(lái)說(shuō)。各種類型的液壓泵由于其結(jié)構(gòu)原理，運(yùn)轉(zhuǎn)方式和性能特點(diǎn)各有不同，因此應(yīng)根據(jù)不同的使用場(chǎng)合選擇合適的液壓泵。一般在負(fù)載小、功率小的機(jī)械設(shè)備中，選擇齒輪泵、雙作用葉片泵；精度較高的機(jī)械設(shè)備（如磨床）選擇螺桿泵、雙作用葉片泵；對(duì)于負(fù)載較大，并有快速和慢速工作的機(jī)械設(shè)備（如組合機(jī)床）選擇限壓式變量葉片泵；對(duì)于負(fù)載大、功率大的設(shè)備（如龍門刨床、拉床等）選擇柱塞泵；一般不太重要的液壓系統(tǒng)（機(jī)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(shù)與比較見表3.6[7]所示。對(duì)于液壓泵的選取具有一定的參考作用
及指導(dǎo)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)
2-21
2.5-6.3
6.3-21
21-40
10-20
排量范圍/(mL/r)
0.3-650
1-320
0.5-480
0.2-3600
20-720
轉(zhuǎn)速范圍/(r/min)
300-7000
500-2000
500-4000
600-6000
700-1800
容積效率（%）
70-95
85-92
80-94
88-93
80-90
總效率（%）
63-87
71-85
65-82
81-88
81-83
流量脈動(dòng)（%）
1-27
功率質(zhì)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(jià)格
最低
中
中低
高
高
3.3 .3電動(dòng)機(jī)功率的確定
液壓尾座系統(tǒng)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P1＝3.8，其流量q=108,取泵的總效率＝0.8，泵的總驅(qū)動(dòng)功率為：
(3-7)
其中p為液壓系統(tǒng)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(tǒng)效率，帶入公式得：
考慮頂緊過(guò)程時(shí)間短，不過(guò)3s，而電動(dòng)機(jī)一般允許短時(shí)間超載25%，這樣電動(dòng)機(jī)功率還可降低一些,。驗(yàn)算其他工況時(shí)，液壓泵的驅(qū)動(dòng)功率均小于或近于此值。查產(chǎn)品樣本，選用的電動(dòng)機(jī)。
3.4液壓元件的選擇
3.4.1油管及管接頭
液壓系統(tǒng)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(jīng)濟(jì)。軟管則通常用于兩個(gè)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的部件之間的連接。所以本系統(tǒng)選用鋼管。
鋼管，分為無(wú)縫鋼管和焊接鋼管兩大類。壓力大于2.5MPa的場(chǎng)合可用無(wú)縫鋼管，壓力小于2.5MPa的場(chǎng)合用焊接鋼管，鋼管的特點(diǎn)是耐高壓，變形小，耐油性、抗腐蝕性比較好，價(jià)格較低，彎曲與裝配比較困難。
綜上所述，本液壓系統(tǒng)最大壓力3.8MPa，所以選用無(wú)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(qiáng)等性能要求，特別是管接頭的密封性能是影響系統(tǒng)外泄的重要原因。常用管接頭的性能特點(diǎn)比較如表3.7[15]所示。
表3.7 常用管接頭的性能特點(diǎn)比較
類型
特點(diǎn)
應(yīng)用
許用壓力/MPa
擴(kuò)口式管接頭
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、耐高壓和振動(dòng)、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(yīng)用廣泛
應(yīng)用場(chǎng)合廣泛
扣壓式管接頭
連接軟管用，需要在專用設(shè)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(shí)現(xiàn)迅速連接和斷開
用于經(jīng)常拆裝的液壓管路
綜上所述，液壓系統(tǒng)壓力為3.8MPa，選用的是無(wú)縫鋼管，因此管接頭選用擴(kuò)口式管接頭。
3.4.2 過(guò)濾器的選擇
在液壓系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)內(nèi)污染物的形成或外界污染物的侵入，液壓油中難免會(huì)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(dǎo)致液壓系統(tǒng)不能正常工作，據(jù)統(tǒng)計(jì)，約75%的故障和液壓油的污染有關(guān)，因此必須對(duì)油液中的雜質(zhì)和污染物進(jìn)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(guò)濾器。
過(guò)濾器按過(guò)濾精度可分為四級(jí)：
粗過(guò)濾器
普通過(guò)濾器
精過(guò)濾器
特精過(guò)濾器
過(guò)濾精度只要取決于系統(tǒng)的壓力。表3.8[15]所示為過(guò)濾精度推薦值。
系統(tǒng)類型
潤(rùn)滑系統(tǒng)
傳動(dòng)系統(tǒng)
伺服系統(tǒng)
壓力p/
過(guò)濾精度/
25-50
表3.8 過(guò)濾精度推薦值
系統(tǒng)壓力小于14，由表中得出選用普通過(guò)濾器網(wǎng)式過(guò)濾器。
網(wǎng)式過(guò)濾器的優(yōu)點(diǎn)是通油能力大，壓力損失小，容易清洗，但過(guò)濾精度不高，主要用于泵吸油口，本系統(tǒng)恰好用于泵吸油口，所以選用網(wǎng)式過(guò)濾器經(jīng)濟(jì)劃算。
3.4.3 油箱的選擇
油箱主要用來(lái)儲(chǔ)存油液，此外還起到散熱、溢出油液中的空氣以及沉淀雜質(zhì)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(shè)備，應(yīng)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(jī)的底座內(nèi)腔作為油箱，這種油箱結(jié)構(gòu)緊湊，各處液壓元件的漏油易于回收，但增加了設(shè)計(jì)和制造的復(fù)雜性，維修不便，散熱條件不好，且會(huì)使主機(jī)產(chǎn)生熱變形。分離式油箱單獨(dú)設(shè)置，與主機(jī)分開，減小了油箱發(fā)熱的液壓源振動(dòng)對(duì)主機(jī)工作精度的影響，因此得到了普遍的應(yīng)用，特別是在精密機(jī)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(jī)向氣罐充氣，再由充氣罐經(jīng)過(guò)濾清、干燥、減壓后進(jìn)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(yīng)用于水下設(shè)備、行走設(shè)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(zhì)等職能來(lái)看，油箱的容積越大越好，單容積過(guò)大會(huì)造成體積大，質(zhì)量大，浪費(fèi)材料又不節(jié)約空間。因此要合理地確定油箱容積。
一般來(lái)說(shuō)，油箱的有效容積可以按液壓泵的額定流量估計(jì)出來(lái)。一般容量可取最大流量的倍。
對(duì)于機(jī)床的估算公式為
（3-8）
式中 V為油箱的有效容積，單位為；
為與系統(tǒng)有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)字。低壓系統(tǒng)=，中壓系統(tǒng)=，高壓系統(tǒng) =；
為液壓泵的額定流量，單位為。
上面已經(jīng)計(jì)算出,流量代入公式得油箱的有效容積
一般來(lái)說(shuō)，油箱的有效容積指油面高度為油箱整體高度80%時(shí)的容積。所以油箱的總?cè)莘e
油箱的選定應(yīng)符合GB2876-81《液壓泵站油箱公稱容量系列》的規(guī)定，選取容量為4.0
的油箱
3.5 液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算
在前面的設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于系統(tǒng)還沒有完全計(jì)算完畢，很多參數(shù)都是粗略估算的。液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，需要在對(duì)其的技術(shù)性能進(jìn)行驗(yàn)算，以便判斷設(shè)計(jì)質(zhì)量。
3.5.1液壓系統(tǒng)壓力損失驗(yàn)算
驗(yàn)算系統(tǒng)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(tǒng)的調(diào)整壓力（系統(tǒng)溢流閥的調(diào)整壓力），當(dāng)系統(tǒng)執(zhí)行元件的工作壓力已確定時(shí)，系統(tǒng)的調(diào)整壓力可根據(jù)管路中的壓力損失進(jìn)行計(jì)算。本系統(tǒng)選用的閥類元件有調(diào)速閥、單向閥、電磁閥。
系統(tǒng)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(jīng)驗(yàn)值見下表3.9[7]所示。
表3.9 油路壓力損失經(jīng)驗(yàn)值
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)情況
總壓力損失
一般節(jié)流調(diào)速及管路間單的系統(tǒng)?
進(jìn)油路有調(diào)速閥及管路復(fù)雜的系統(tǒng)
本系統(tǒng)進(jìn)油路上存在調(diào)速閥，所以取其壓力損失最大值1.5MPa,即=1.5.
局部壓力損失在本文中3.3.1液壓泵工作壓力的確定中已經(jīng)確定,=0.8。那么將、代入公式（3-9）得到
液壓泵應(yīng)用一定的壓力儲(chǔ)備量，如果計(jì)算出的系統(tǒng)調(diào)整壓力大于液壓泵額定壓力的75%，則應(yīng)該重新進(jìn)行計(jì)算。
前面已計(jì)算液壓泵的工作壓力。
所以液壓系統(tǒng)壓力損失在允許范圍之內(nèi)。
3.5.2液壓系統(tǒng)發(fā)熱溫升的驗(yàn)算
液壓系統(tǒng)工作時(shí)，液壓泵和執(zhí)行元件存在著容積損失和機(jī)械損失，管路和各種閥類元件通過(guò)液流時(shí)要產(chǎn)生壓力損失和泄露。所有的這樣損失所消耗的能量均轉(zhuǎn)變成熱能，使油溫升高。連續(xù)工作一段時(shí)間后，系統(tǒng)所產(chǎn)生的熱量與散發(fā)到空氣中的熱量相等即達(dá)到熱平衡狀態(tài)，此后溫度不再升高。不同的主機(jī)，因工作條件與工況的不同，最高允許油溫是不同的，系統(tǒng)發(fā)熱溫升的驗(yàn)算，就是計(jì)算系統(tǒng)的實(shí)際油溫，如果實(shí)際油溫小于最高允許油溫，則系統(tǒng)滿足要求。系統(tǒng)中發(fā)熱的主要元件是油箱。
系統(tǒng)單位時(shí)間的發(fā)熱量為
（3-10）
式中 為液壓泵的輸入功率；
為系統(tǒng)的輸出功率，執(zhí)行元件是液壓缸時(shí)為液壓缸的輸出功率。
油箱單位時(shí)間的散熱量為
(3-11)
式中 A—為油箱散熱面積（）；
—為系統(tǒng)升溫，(℃)；
—系統(tǒng)達(dá)到熱平衡時(shí)的油溫（℃）；
—為環(huán)境溫度即工作場(chǎng)地溫度取27℃；
—為油箱散熱系數(shù)（）。當(dāng)自然冷卻通風(fēng)很差時(shí),=()；自然冷卻通風(fēng)良好時(shí)，；當(dāng)油箱專用冷卻器時(shí)，。
液壓系統(tǒng)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡時(shí)，，即
(3-12)
如果油箱三個(gè)邊長(zhǎng)的比例在1:1:1到1:2:3范圍內(nèi)，且油箱高度為油箱高度的80%，其散熱面積近似為
(3-13)
式中 為油箱有效面積（L）。
為液壓泵的輸入功率即為電機(jī)功率，=0.55kW，
將、代入式（3-10）得
。
因?yàn)橛拖淙莘e，將其代入公式（3-13）得
。
取自然冷卻通風(fēng)良好時(shí)，油箱散熱系數(shù)。 因?yàn)闀r(shí)，將以上得出的數(shù)據(jù)代入公式（3-12）得
。
有溫升驗(yàn)算公式
（3-14）
式中 為最高允許油溫，對(duì)于一般機(jī)床，=℃；對(duì)粗加工機(jī)械、=℃。
將、代入公式（3-14）得
油溫在最高允許油溫范圍之內(nèi)。
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4 液壓尾座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4 液壓尾座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
尾座是臥式車床的重要附件，其主要作用：軸類零件定心，同時(shí)具有輔助支撐和夾緊的功能。本文設(shè)計(jì)的尾座采用的是整體式結(jié)構(gòu)。整體式尾座的組成為：尾座體、套筒、芯軸結(jié)構(gòu)、尾座和套筒移動(dòng)機(jī)構(gòu)、尾座和套筒夾緊與放松結(jié)構(gòu)及液壓裝置等組成。整體式尾座，將分體式尾座上、下體合為一個(gè)尾座整體，經(jīng)有限元分析、計(jì)算，通過(guò)對(duì)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(qiáng)度低應(yīng)力鑄鐵鑄造，經(jīng)良好的時(shí)效處理，熱變形小，剛度高、抗震性能好，精度高，精度保持性好動(dòng)、靜剛度好，精度高。在承受最大工件重量和最大額定切削力的情況下芯軸結(jié)構(gòu)選用高精度的進(jìn)口軸承支承。結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單、優(yōu)化、合理，整體式尾座將分體式尾座上、下體合為一個(gè)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(biāo)準(zhǔn)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、裝配工藝性更好，節(jié)約了加工、裝配總費(fèi)用，降低了尾座的總重量和總成本。下面將從尾座座體，尾座主軸，尾座頂針，尾座導(dǎo)軌設(shè)計(jì)。
4.1液壓尾座箱體設(shè)計(jì)
尾座體的材料采用HT200，鑄造加工而成。在尾座體的設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮到加工工藝，需要設(shè)計(jì)出工藝凸臺(tái)和工藝孔。在鑄造設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)注意：尾座體的壁厚要盡量均勻，拐角處要設(shè)計(jì)成圓角以減少集中應(yīng)力。將尾座箱體固定在導(dǎo)軌上，這樣才能使尾座工作。從尾座上為導(dǎo)軌加潤(rùn)滑油，油杯選擇為直徑為10，此油杯為壓配式壓注油杯，此油杯使用比較方面，當(dāng)潤(rùn)滑主軸時(shí)只需將油口對(duì)準(zhǔn)油杯口即可往里注油，不用拆裝尾座即可起到潤(rùn)滑的作用。此尾座殼體的前面有防塵罩，此防塵罩的作用是防止主軸伸出時(shí)有雜質(zhì)粘在上面，也防止雜質(zhì)滲入影響主軸伸出的速度及穩(wěn)定性。此鍵的作用是固定主軸，使其不能左右旋轉(zhuǎn)只能伸縮，在其旁邊有一定位螺釘，此作用是將鍵牢牢固定于殼體，防止鍵定位不準(zhǔn)。
4.2尾座頂尖的設(shè)計(jì)
頂針是定位工件，它安裝在尾座前端軸內(nèi)的套筒，并起到定心的作用，因此要求具有較高的精度。尾座總體尺寸并不是很大所以選擇莫氏4號(hào)的頂尖。莫氏錐度是一個(gè)錐度的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，用于靜配合以精確定位。由于錐度很小，可以傳遞一定的扭距，又因?yàn)橛绣F度，又便于拆卸。在使用中要使尾座的軸心線與機(jī)床主軸的軸心線保證較高的同軸度在進(jìn)行工件的加工過(guò)程中多采用前后頂尖來(lái)支承工件，來(lái)確定工件的旋轉(zhuǎn)中心并承受刀具作用在工件上的切削力。頂尖是機(jī)械加工中的機(jī)床的重要部件，它可對(duì)端面復(fù)雜的零件和不允許打中心孔的零件進(jìn)行支承。頂尖的一端可頂中心孔或管料的內(nèi)孔，另一端則放入到尾座套筒內(nèi)。頂尖的鎖緊主要是靠頂緊力和液壓缸提供的壓力，加工時(shí)一般緊縮在尾座套筒內(nèi)。頂
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
尖一般由專門的工廠生產(chǎn)，我們只要根據(jù)自己的需要買產(chǎn)品。利用的就是摩擦力的原理，在一定的錐度范圍內(nèi)，工件可以自由的拆裝，同時(shí)在工作時(shí)又不會(huì)影響到使用效果，比如鉆孔的錐柄鉆。在錐柄上好后，鉆頭可以將工件鉆出需要的孔，而錐柄處不會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)現(xiàn)象。又比如鉆孔的錐柄鉆，如果使用中需要拆卸鉆頭磨削，拆卸后重新裝上不會(huì)影響鉆頭的中心位置。如圖4.1所示。
圖4.1 莫氏4號(hào)頂尖
4.3尾座主軸的設(shè)計(jì)
液壓尾座主軸的作用就是安裝尾座活塞軸和頂尖，利用液壓缸提供的壓力和莫氏錐度本身的結(jié)構(gòu)特性頂緊頂尖，使頂尖在頂著工件加工時(shí)不會(huì)隨工件一起轉(zhuǎn)動(dòng)。頂尖在頂著工件加工時(shí)也不會(huì)隨工件一起轉(zhuǎn)動(dòng)了。從而提高了套筒的使用壽命。由于頂尖是利用莫氏錐度本身的結(jié)構(gòu)特性卡緊的，但是在工作中需要拆卸頂尖，因此需要在尾座體的后面