CK6150數(shù)控車床液壓尾架設計

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本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 I 頁 共 I 頁目 錄1 緒論 .11.1 數(shù) 控機床的產(chǎn)生 .11.2 數(shù)控機床的組成及分類 .21.3 數(shù)控機床的發(fā)展趨勢 .41.4 國內(nèi)研究狀況 .52 CK6150 數(shù)控車床液壓尾架 .72.1 尾架的功用 .72.2 尾架的結(jié)構(gòu) .72.3 采用液壓尾架的原因 .83.1 設計任務 103.2 負載分析 103.3 液壓缸參數(shù)的確定 103.4 液 壓缸參數(shù)的校核 124 數(shù)控車 床液壓尾架的液壓泵站設計 144.1 擬定液壓系統(tǒng)圖 144.2 液壓元、輔件的選擇 175 液壓系統(tǒng) 的性能驗算 205.1 驗算回路中的壓力損失 205.2 驗算 油液溫升 216 PLC 控制系統(tǒng)的設計 226.1 分析控制對象，確定控制要求 226.2 分析 控制要求，確定 I/O 點數(shù) 226.3 繪 制 PLC 的實際(I/O 端子)接線圖 .226.4 設計 PLC 控制的梯形圖 236.5 編寫 PLC 控制程序 247 液壓系 統(tǒng)的維護和常見故障 25結(jié)束 語 .27致謝 .28參考文獻 .29本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 0 頁 共 29 頁1 緒論1.1 數(shù)控機床的產(chǎn)生隨著社會生產(chǎn)與科學技術(shù)的迅速發(fā)展，機械產(chǎn)品日趨精密、復雜，改型也日益頻繁。這不僅對機床設備的生產(chǎn)提出了提高精度與效率的要求，也提出了增加通用性與靈活性的要求，特別是宇航、造船、武器生產(chǎn)部門，它們的零件具有精度高、形狀復雜、批量較小、經(jīng)常變動的特點，使用普通車床去加工這類零件，不僅勞動強度大、生產(chǎn)效率低，還難以保證精度，有些零件甚至無法加工。同時，隨著市場競爭的日益加劇，企業(yè)生產(chǎn)也迫切需要進一步提高其生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量及降低生產(chǎn)成本。于是一種新型的生產(chǎn)設備——數(shù)控機床就應運而生了 。數(shù)控機床是在機械制造技術(shù)和控制技術(shù)的基礎上發(fā)展起來的，其過程大致如下：1948 年，美國帕森斯公司接受美國空軍委托，研制直升飛機螺旋槳葉片輪廓檢驗用樣板的加工設備。由于樣板形狀復雜多樣，精度要求高，一般加工設備難以適應，于是提出采用數(shù)字脈沖控制機床的設想。 1949 年，該公司與美國麻省理工學院(MIT)開始共同研究，并于 1952 年試制成功第一臺三坐標數(shù)控銑床，當時的數(shù)控裝置采用電子管元件。 1959 年，數(shù)控裝置采用了晶體管元件和印刷電路板，出現(xiàn)帶自動換刀裝置的數(shù)控機床，稱為加工中心( MC Machining Center)，使數(shù)控裝置進入了第二代。 1965 年，出現(xiàn)了第三代的集成電路數(shù)控裝置，不僅體積小，功率消耗少，且可靠性提高，價格進一步下降，促進了數(shù)控機床品種和產(chǎn)量的發(fā)展。 60 年代末，先后出現(xiàn)了由一臺計算機直接控制多臺機床的直接數(shù)控系統(tǒng)(簡稱 DNC)，又稱群控系統(tǒng)；采用小型計算機控制的計算機數(shù)控系統(tǒng)(簡稱 CNC)，使數(shù)控裝置進入了以小型計算機化為特征的第四代。 1974 年，研制成功使用微處理器和半導體存貯器的微型計算機數(shù)控裝置(簡稱 MNC)，這是第五代數(shù)控系統(tǒng)。 20 世紀 80 年代初，隨著計算機軟、硬件技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了能進行人機對話式自動編制程序的數(shù)控裝置；數(shù)控裝置愈趨小型化，可以直接安裝在機床上；數(shù)控機床的自動化程度進一步提高，具有自動監(jiān)控刀具破損和自動檢測工件等功能。 20 世紀 90 年代后期，出現(xiàn)了 PC+CNC 智能數(shù)控系統(tǒng)，即以 PC 機為控制系統(tǒng)的本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 1 頁 共 29 頁硬件部分，在 PC 機上安裝 NC 軟件系統(tǒng)，此種方式系統(tǒng)維護方便，易于實現(xiàn)網(wǎng)絡化制造。1.2 數(shù)控機床的組成及分類 1.2.1 數(shù)控機床的組成：如圖 1.1 所示，一般來說，數(shù)控車床由機械部分、數(shù)字控制系統(tǒng)、液壓和氣壓傳動系統(tǒng)、冷卻潤滑及排屑裝置組成。機械部分因各種機床的不同，主要包括機床的支撐件、工作臺、滑坐、導軌、主軸部件、刀庫和裝刀機構(gòu)等。數(shù)字控制系統(tǒng)包括數(shù)字計算機、伺服系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、PC 控制部分等。計算機用來完成加工過程中各種數(shù)據(jù)的計算，利用這些數(shù)據(jù)由伺服系統(tǒng)完成各坐軸的運動位置；PC 控制部分用來控制電器開關(guān)器件，例如主電動機及其他控制電機的啟動與停止、各類液壓與氣壓的動作、換刀機構(gòu)的動作、冷卻液的供給、照明控制等。數(shù)控機床是有程序控制的，各種控制軟件及零件的編程工作是數(shù)控機床加工的重要組成部分。圖 1.1 數(shù)控機床組成圖1.2.2 數(shù)控機床的分類：數(shù)控機床的品種很多，根據(jù)其加工、控制原理、功能和組成，可以從以下幾個不同的角度進行分類。 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 2 頁 共 29 頁(1) 按加工工藝方法分類(a) 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。 (b) 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。 (c) 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。 (2) 按控制運動軌跡分類 (a) 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?？梢詭讉€坐標同時向目標點運動，也可以各個坐標單獨運動。 (b) 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。 (c) 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(guān)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。 (3) 按伺服系統(tǒng)的特點分類(a) 開環(huán)控制數(shù)控機床特點是控制系統(tǒng)不帶反饋裝置，通常使用步進電動機為伺服執(zhí)行機構(gòu)。結(jié)構(gòu)簡本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 3 頁 共 29 頁單、成本低，但精度不高，適于簡易數(shù)控機床。(b) 半閉環(huán)控制數(shù)控機床特點是在開環(huán)控制數(shù)控機床的傳動絲杠上裝有角位移檢測裝置，通過檢測絲杠的轉(zhuǎn)角，間接地檢測機床移動部件的位移，然后反饋到數(shù)控裝置中去。應用較普遍。(c) 閉環(huán)控制數(shù)控機床特點是在機床移動部件上直接安裝直線位移檢測裝置，將測量到的實際位移值反饋到數(shù)控裝置中，與輸入的指令位移值進行比較，用差值對機床進行控制，使移動部件按照實際需要的位移量運動，最終實現(xiàn)移動部件的精確運動和定位。(4) 按控制系統(tǒng)的功能水平分類可分為高、中、低檔（經(jīng)濟型）三種。這種分類方法沒有明確的分類一句，比較籠統(tǒng)，隨時間而變化。 1.3 數(shù)控機床的發(fā)展趨勢 為了滿足市場和科學技術(shù)發(fā)展的需要，為了達到現(xiàn)代制造技術(shù)對數(shù)控技術(shù)提出的更高的要求，數(shù)控未來仍然繼續(xù)向開放式、基于 PC 的第六代方向、高速化和高精度化、智能化等方向發(fā)展。 1.3.1 開放式 為適應數(shù)控進線、聯(lián)網(wǎng)、普及型個性化、多品種、小批量、柔性化及數(shù)控迅速發(fā)展的要求，最重要的發(fā)展趨勢是體系結(jié)構(gòu)的開放性，設計生產(chǎn)開放式的數(shù)控系統(tǒng)，例如美國、歐共體及日本發(fā)展開放式數(shù)控的計劃等。 1.3.2 基于 PC 的第六代方向 基于 PC 所具有的開放性、低成本、軟硬件資源豐富等特點，更多的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家會走上這條道路。至少采用 PC 機作為它的前端機，來處理人機界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通信等問題，由原有的系統(tǒng)承擔數(shù)控的任務。PC 機所具有的友好的人機界面，將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)。遠程通訊，遠程診斷和維修將更加普遍。 1.3.3 高速化、高效化 機床向高速化方向發(fā)展，可充分發(fā)揮現(xiàn)代刀具材料的性能，不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且還可提高零件的表面加工質(zhì)量和精度。超高速加工技術(shù)對制造業(yè)實現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、低成本生產(chǎn)有廣泛的適用性。90 年代以來，隨著超本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 4 頁 共 29 頁高速切削機理、超硬耐磨長壽命刀具材料和磨料磨具，大功率高速電主軸、高加/減速度直線電機驅(qū)動進給部件以及高性能控制系統(tǒng)（含監(jiān)控系統(tǒng)）和防護裝置等一系列技術(shù)領域中關(guān)鍵技術(shù)的解決，歐、美、日各國爭相開發(fā)應用新一代高速數(shù)控機床，加快機床高速化發(fā)展步伐。高速主軸單元（電主軸，轉(zhuǎn)速 15000 r/min－100000r/min） 、高速且高加/減速度的進給運動部件（快移速度 60 m/min～120m/min，切削進給速度高達 60m/min） 、高性能數(shù)控和伺服系統(tǒng)以及數(shù)控工具系統(tǒng)都出現(xiàn)了新的突破，達到了新的技術(shù)水平。 1.3.4 高精度化 新材料及新零件的出現(xiàn)，更高精度要求的提出等都需要超精密加工工藝，發(fā)展新型超精密加工機床，完善現(xiàn)代超精密加工技術(shù)，以適應現(xiàn)代科技的發(fā)展。 隨著高新技術(shù)的發(fā)展和對機電產(chǎn)品性能與質(zhì)量要求的提高，機床用戶對機床加工精度的要求也越來越高。為了滿足用戶的需要，近 10 多年來，普通級數(shù)控機床的加工精度已由±10μm 提高到±5μm，精密級加工中心的加工精度則從±3μm～±5μm，提高到±1μm～±1.5μm。 1.3.5 高可靠性 數(shù)控系統(tǒng)的可靠性要高于被控設備的可靠性在一個數(shù)量級以上，但也不是可靠性越高越好，仍然是適度可靠，因為是商品，受性能價格比的約束。 1.3.6 智能化 隨著人工智能在計算機領域的不斷滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度將不斷提高，智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面。 (1) 應用自適應控制技術(shù) 數(shù)控系統(tǒng)能檢測過程中一些重要信息，并自動調(diào)整系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)，達到改進系統(tǒng)運行狀態(tài)的目的。 (2) 引入專家系統(tǒng)指導加工 將熟練工人和專家的經(jīng)驗，加工的一般規(guī)律和特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中，以工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫為支撐，建立具有人工智能的專家系統(tǒng)。 (3) 引入故障診斷專家系統(tǒng) (4) 智能化數(shù)字伺服驅(qū)動裝置 可以通過自動識別負載，而自動調(diào)整參數(shù)，使驅(qū)動系統(tǒng)獲得最佳的運行。 可以通過自動識別負載，而自動調(diào)整參數(shù)，使驅(qū)動系統(tǒng)獲得最佳的運行。 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 5 頁 共 29 頁1.4 國內(nèi)研究狀況我國從 1985 年開始進行數(shù)控機床得研究工作。到 1989 年底，我國數(shù)控機床的品種已超過 300 種，其中數(shù)控車床占 40%，加工中心占 27%。目前，我國數(shù)控機床生產(chǎn)廠家共有 100 多家，其中能批量生產(chǎn)的企業(yè)有 42 家，平均年產(chǎn)量 40～50 臺，幾家重點企業(yè)年產(chǎn)量可達 400～700 臺。我國數(shù)控系統(tǒng)分為3 種類型，即經(jīng)濟型、普及型和高級型。自“七五”以來，國家一直把數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展作為重中之重，現(xiàn)已開發(fā)出具有中國版權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)，掌握了一些被封鎖的關(guān)鍵技術(shù)。本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 6 頁 共 29 頁2 CK6150 數(shù)控車床液壓尾架2.1 尾架的功用車床尾架可以用來在加工長工件的時候，配合卡盤裝夾工件，防止工件因太長而夾不住。車床尾架可沿床身小導軌作縱向移動，旋緊尾座中部的六角螺母，可將尾架緊固在床身任意位置上。尾架套筒可伸縮，由其尾端手輪操縱，并可通過尾架上方的手柄將套筒夾緊在任意位置上。尾架體與尾架底板之間可在橫向作相對移動，以調(diào)整尾架頂針相對于主軸中心的位置。移動通過旋動尾架前后面兩只內(nèi)六角螺釘實現(xiàn)。在尾架套筒中安裝相應的鉆夾頭，鉆夾頭中夾緊中心鉆、鉆頭、鉸刀就可以加工中心孔、鉆孔、鉸孔，在尾架套筒中安裝活頂尖和三爪卡盤一起夾緊細長軸。2.2 尾架的結(jié)構(gòu)車床尾架的結(jié)構(gòu)如圖 2.1 所示，它主要由套筒、尾座體、底座、活塞、液壓缸等幾部分組成。改變液壓缸體的空間大小，可調(diào)整套筒伸縮位移，使得尾座可沿床身導軌推移至所需位置，以適應不同長度工件的加工要求。本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 7 頁 共 29 頁圖 2.1 尾架結(jié)構(gòu)圖2.3 采用液壓尾架的原因本設計采用液壓原理實現(xiàn)尾架的自動夾緊，其原因如下：2.3.1 液壓傳動具有下列優(yōu)點（1）傳動平穩(wěn) 在液壓傳動裝置中，由于油液的壓縮量非常小，在通常壓力下可以認為不可壓縮，依靠油液的連續(xù)流動進行傳動。油液有吸振能力，在油路中還可以設置液壓緩沖裝置，故不像機械機構(gòu)因加工和裝配誤差會引起振動扣撞擊，使傳動十分平穩(wěn)，便于實現(xiàn)頻繁的換向。（2）質(zhì)量輕體積小 液壓傳動與機械、電力等傳動方式相比，在輸出同樣功率的條件下，體積和質(zhì)量可以減少很多，因此慣性小、動作靈敏。（3）承載能力大 液壓傳動易于獲得很大的力和轉(zhuǎn)矩，因此廣泛用于壓制機、隧道掘進機、萬噸輪船操舵機和萬噸水壓機等。（4）容易實現(xiàn)無級調(diào)速 在液壓傳動中，調(diào)節(jié)液體的流量就可實現(xiàn)無級凋速，并且凋速范圍很大，可達 2000：1，很容易獲得極低的速度。（5）易于實現(xiàn)過載保護 液壓系統(tǒng)中采取了很多安全保護措施，能夠自動防止本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 8 頁 共 29 頁過載，避免發(fā)生事故。（6）液壓元件能夠自動潤滑 由于采用液壓油作為工作介質(zhì)，使液壓傳動裝置能自動潤滑，因此元件的使用壽命較長。（7）容易實現(xiàn)復雜的動作 采用液壓傳動能獲得各種復雜的機械動作，如仿形車床的液壓仿形刀架、數(shù)控銑床的液壓工作臺，可加工出不規(guī)則形狀的零件。（8）簡化機構(gòu) 采用液壓傳動可大大地簡化機械結(jié)構(gòu)，從而減少了機械零部件數(shù)目。（9）便于實現(xiàn)自動化 液壓系統(tǒng)中，液體的壓力、流量和方向是非常容易控制的，再加上電氣裝置的配合，很容易實現(xiàn)復雜的自動工作循環(huán)。目前，液壓傳動在組合機床和自動線上應用得很普遍。（10）便于實現(xiàn)“三化” 液壓元件易于實現(xiàn)系列比、標準化和通用化。也易于設計和組織專業(yè)性大批量生產(chǎn)，從而可提高生產(chǎn)率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本。本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 9 頁 共 29 頁3 數(shù)控車床液壓尾架的機械設計部分3.1 設計任務設計 CK6150 數(shù)控車床液壓尾架。該數(shù)控車床尾架利用液壓原理以實現(xiàn)自動夾緊。本設計采用 PLC 作為控制系統(tǒng)來控制車床尾架的運動，從而實現(xiàn)車MRFXN162?床尾架的工進、后退、停止功能。其設計參數(shù)如下： 尾架主軸行程大于 50mm 夾緊力大于 20 公斤 尾架主軸中心高為 250mm 3.2 負載分析本液壓系統(tǒng)比較簡單，不必做工況分析，只需要確定最大負載和最大速度點，根據(jù)經(jīng)驗設計。本設計取加緊力為 40 公斤,則負載=40×9.8N=392N (3-1)LF取尾架（即活塞）運動速度 =0.008m/s?3.3 液壓缸參數(shù)的確定3.3.1 初選液壓缸工作壓力查表 10.3-1【1】 并結(jié)合本液壓系統(tǒng)設計實際，初選液壓缸工作壓力 P1(無桿腔)為 0.5MPa3.3.2 計算液壓缸的主要尺寸正向行程（無桿腔進油）時(3-2)?LmFAP???)21其中 為有桿腔壓力，此處取 ≈0， m 為機械效率（ ?m=0.88～0.95） ，通2P常取 ?m=0.95。所以 即 LmFA?!1 LmFPD???124其中 D 為液壓缸內(nèi)徑本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 10 頁 共 29 頁(3-3)m6095.1.043261 ???mLPFD??根據(jù)表 23.1-9 ，D 取標準值 63mm]2[故活塞桿直徑 d 可由 求得???其中 為速度比， ， 推薦值為 1.33～2，查表 4.8-?)(2212d??1【1】 取 1.33(3-4)m3.163????d根據(jù)表 23.1-10 ，d 取標準值 32mm]2[ 23231 0)(4????DA則液壓缸的有效面積(3-5)232221 m175.)(????d3.3.3 液壓缸其他尺寸的確定活塞的寬度 B 按缸的工作壓力和活塞的密封方式確定，一般為（0.6～1）D 故]4[取，圓整為 B=38mmm8.376.0.???B導向套滑動面的長度 ，當 D80mm 時，?。?.6～1）Dl ]4[故取 ,圓整為 B=38mmDl液壓缸的長度 S 按其最大行程確定，一般不大于（20～30）D ]4[CHBL??L:液壓缸行程，本設計取 110mmH:最小導向長度，它的大小影響到液壓缸的穩(wěn)定性和初始擾度。要求m37)20(???C:其他長度，比如密封件長度故取 5S液壓缸缸體的壁厚 ?缸體厚度 的取值由強度條件決定，取 =20mm?本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 11 頁 共 29 頁液壓缸零件圖如下圖 3.1 所示圖 3.1 液壓缸零件圖3.4 液壓缸參數(shù)的校核3.4.1 活塞桿直徑 d 強度校驗活塞桿直徑強度 按下式校驗強度]1[(3-6)][4??LF?式中 FL為液壓缸負載，單位為 N[ ]為材料許用應力， ， 為材料抗拉強度，單位為 Pa，n 為安全系?nb?][b數(shù)，一般取 n=1.4本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 12 頁 共 29 頁活塞桿采用 45 號鋼，查表 2-7 ，其材料強度為 =600MPa]3[ b?m2104.6.392][46????dFL??所以活塞桿直徑強度滿足要求。3.4.2 缸體壁厚 強度校核?由公式 3.062?D故按公式 進行壁厚強度驗算]14.][max???p??[式中 為試驗壓力，比缸最高工作壓力大 20%～30%，單位為 Pa。maxp為缸體材料的許用應力（MPa） ， ， 為材料抗拉強度，n 為][?b??][][b安全系數(shù)，一般取 n=5。本缸體采用灰鑄鐵，牌號 HT200，查表 2-3 得灰鑄鐵最小抗拉強度]3[。所以MPa20?b ??? ??????????? m1.0]15.034.10[263]14.][ 66maxpD故缸體壁厚 =20mm 滿足強度要求。本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 13 頁 共 29 頁4 數(shù)控車床液壓尾架的液壓泵站設計4.1 擬定液壓系統(tǒng)圖液壓系統(tǒng)工作原理 （液壓系統(tǒng)原理圖如下圖4.1所示）： ]5[活塞桿前進：進油：變量液壓泵2通過濾油器1從油箱7里面取油；通過單向閥3經(jīng)三位四通電磁液位換向閥4HF1通電，經(jīng)調(diào)速閥5進入液壓缸6左腔，推動活塞桿前進，頂緊工件?；赜停阂簤焊?右腔經(jīng)三位四通電磁液位換向閥4HF1通電進入背壓閥7進入油箱8?；钊麠U后退：進油：變量液壓泵2通過濾油器1從油箱8里面取油；通過單向閥3經(jīng)三位四通電磁液位換向閥4HF2通電，經(jīng)調(diào)速閥5進入液壓缸6右腔，活塞桿后退，松開工件。回油：液壓缸6左腔經(jīng)調(diào)速閥5、三位四通電磁液位換向閥4HF2通電進入背壓閥7進入油箱8。本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 14 頁 共 29 頁圖 4.1 液壓系統(tǒng)原理圖4.1.1 選擇基本回路（確定系統(tǒng)方案）(1) 根據(jù)系統(tǒng)功能的要求，并結(jié)合液壓系統(tǒng)工作原理和基本液壓回路的特性，確定如下兩套液壓系統(tǒng)方案。方案一：液壓系統(tǒng)回路如下圖 4.2 所示。方案一的液壓系統(tǒng)回路中只包含有減壓回路。圖 4.2 方案一本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 15 頁 共 29 頁方案二：液壓系統(tǒng)回路如圖 4.3 所示。方案二的液壓系統(tǒng)回路中包含有減壓回路、節(jié)流調(diào)速回路和單向鎖緊回路。圖 4.3 方案二(2) 本液壓系統(tǒng)方案的確定要求：(a) 進油節(jié)流調(diào)速回路的確定考慮到本次設計的液壓系統(tǒng)功率小，工作負載為阻力負載，液壓缸正、負行程需要一穩(wěn)定的速度，故因該選用進油節(jié)流調(diào)速回路。由于系統(tǒng)選用節(jié)流調(diào)速方式，系統(tǒng)為開式循環(huán)系統(tǒng)。(b) 減壓回路的確定本液壓尾架系統(tǒng)工作循環(huán)簡單，只有進、退兩個行程，尾架工作所需壓力也低。但標準中各液壓泵的標準工作壓力均遠大于尾架工作所需的壓力，所以本液壓系統(tǒng)內(nèi)需加減壓回路，以降低進油壓力。(c) 鎖緊回路的確定（單向鎖緊）為使執(zhí)行元件（液壓缸活塞）能在最大行程內(nèi)的任意位置上停止不動或防止停止后竄動，液壓系統(tǒng)內(nèi)需采用鎖緊回路。本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 16 頁 共 29 頁綜上所述，本液壓系統(tǒng)的基本回路應包含進油節(jié)流調(diào)速回路，減壓回路，鎖緊回路（單向鎖緊） 。所以比較后可知方案二符合系統(tǒng)設計要求。因此，采用方案二作為本課題的設計方案。4.1.2 組成系統(tǒng)圖在所選定的基本回路的基礎上，再考慮到在調(diào)整和運行中，為了便于測試出系統(tǒng)中有關(guān)部位的壓力，應該設置壓力表及其開關(guān)，便可組成一個完整的液壓系統(tǒng)。如下圖 4.4 所示。圖 4.4 系統(tǒng)圖4.2 液壓元、輔件的選擇4.2.1 液壓泵的選擇(1) 液壓泵工作壓力的確定 ]2[(4-1)????pp本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 17 頁 共 29 頁Pp是液壓執(zhí)行元件的最高工作壓力，對于本系統(tǒng)最高壓力是尾架正行程時泵的輸出壓力。液壓缸的工作壓力是經(jīng)減壓閥減壓后的壓力，為 0.15MPa 。P 取 4MPa。 是泵到執(zhí)行元件間總的管路損失。由系統(tǒng)圖可見，從泵到液??p壓缸之間串接有一個溢流閥，一個減壓閥，一個節(jié)流閥，一個換向閥和一個液控單向閥，取 =0.8MPa故液壓泵的工作壓力為 MPa8.40??p(2) 液壓泵流量的確定 (4-2))(max??QKqvp系統(tǒng)最大流量發(fā)生在尾架正行程時， ?L/min3.4ax取泄漏系數(shù) K 為 1.2，求得液壓泵流量L/in16.5?vpq選用 YBP 型變量葉片泵，其流量為 L/in64.2.2 電動機功率的確定取液壓泵的總效率 ，泵的總驅(qū)動功率為8.0?p?(4-3)Kw52.016.3.45max ???ppQP根據(jù)計算功率查《機械設計課程設計手冊》 （第 3 版）選用 Y801-4 型電動機，其額定功率為 0.55Kw4.2.3 其他元件、輔助元件的選擇根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力和通過各元件、輔助元件的實際流量，所選擇的元件、輔助元件的規(guī)格如下表 4.1 所示。管道尺寸由選定的標準元件接口尺寸確定確定油箱的有效容積按經(jīng)驗公式計算=（5～7） =42LVpq為了更好的散熱取 V=160L本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 18 頁 共 29 頁表 4.1 液壓元件規(guī)格序號 元件名稱 通過閥的最大流量Q(L/min)型號額定流量/(L/min)額定壓力/MPa1 葉片泵 — YBP 6 6.32 溢流閥 6 C-175 12 73 減壓閥 6 YJF3 63 6.34 節(jié)流閥 1.5 SR 30 255 三位四通電磁換向閥 1.5 WE5 14 216 液控單向閥 1.5 AY 40 31.57 濾油器 6 XU_50×200 50 6.38 壓力表開關(guān) ― K-6B ― ―本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 19 頁 共 29 頁5 液壓系統(tǒng)的性能驗算5.1 驗算回路中的壓力損失本系統(tǒng)比較簡單，管路損失較大的是在尾架（液壓缸）動作回路，故主要驗算由泵到尾架這段管路的損失管道直徑按選定元件的接口尺寸確定為 d=10mm，進油、回油管道長度都定為l=2m 油液的運動粘度取 ，油液的密度取 。/sm1024???? 3kg/m10974.???(1) 判斷流動狀態(tài) 由雷諾數(shù)(5-1)??dQuRe可知，在油液粘度 、管道內(nèi)徑 d 一定的條件下， Re 的大小與 Q 成正比。管路?中流量最大值 Q=6L/min故 2000(臨界雷諾數(shù))1270104.36Re43??????所以各工況下的進油、回油路中的油液流動狀態(tài)全為層流。(2) 計算系統(tǒng)壓力損失為計算方便，首先將計算沿程壓力損失公式化簡。為此，將適用于層流流動狀態(tài)的沿程阻力系數(shù)(5-2)Qd475Re????和油液在管道內(nèi)的流量 2u同時代入沿程壓力損失計算公式，并將已知數(shù)據(jù)代入后，計算得(5-3)Pa4321089174.0159.0233 ?????? ????dlP在管道結(jié)構(gòu)尚未確定的情況下，管道的局部壓力損失 常按下式作經(jīng)驗計算?p?即 Pa3.41.0???p從泵到液壓缸的管路總壓力損失(5-4)Pa3.476?????pw本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 20 頁 共 29 頁各閥的總壓力損失 ???MPa8.0p故整個回路總壓力損失為 ???.3.476pw由此得出泵的出口壓力為P=4+0.8=4.8MPa綜合考慮各工況的需要，確定系統(tǒng)的最高工作壓力為 5MPa，這也就是溢流閥的調(diào)定壓力。5.2 驗算油液溫升工進在整個工作循環(huán)過程中所占的時間比例大，所以系統(tǒng)發(fā)熱和油液溫升可按工進時的工況來計算。工進時液壓缸的有效功率為(5-5)Kw03.183923????FvPe液壓泵的輸入功率為(5-6)4.085.1064.533??pq?液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率為(5-7)Kw974????epP油箱的散熱面積為(5-8)23332 m)106(56???VA由表 8-18 查得油箱的散熱系數(shù) ,則油液溫升為]5[ cW/92??K(5-9)7.10033???Pt由表 8-19 知，此溫升值沒有超出允許范圍，故該液壓系統(tǒng)不必設置冷卻器。]5[本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 21 頁 共 29 頁6 PLC 控制系統(tǒng)的設計6.1 分析控制對象，確定控制要求本控制系統(tǒng)需要滿足的控制要求如下液壓泵驅(qū)動電動機單向運轉(zhuǎn)液壓缸活塞桿（即尾架）正行程點動控制液壓缸活塞桿（即尾架）反行程點動控制液壓泵驅(qū)動電動機不啟動，活塞桿不能運動 6.2 分析控制要求，確定 I/O 點數(shù)PLC 控制的輸入信號為 4 個，輸出信號為 3 個?？紤]到將來的發(fā)展需要，留一定的余量，選用 PLC 。MRFXN162?]6[將輸入、輸出信號進行地址分配，見下表 6.1表 6.1 PLC 的 I/O 端子分配輸入信號 輸入端子號 輸出信號 輸出端子號驅(qū)動電機啟動 SB1X0電機接觸器 KM1Y0驅(qū)動電機停止 SB2X1電磁閥 YA Y1尾架正行程 SB3X2電磁閥 YA2Y2尾架正行程 SB4X36.3 繪制 PLC 的實際(I/O 端子)接線圖根據(jù)上表 PLC 的 I/O 分配結(jié)果，繪制 PLC(I/O 端子)的實際接線圖，如下圖 6.1所示。接觸器和電磁閥線圈用交流 220V 電源供電。本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 22 頁 共 29 頁圖 6.1 接線圖6.4 設計 PLC 控制的梯形圖根據(jù)上述兩步繪制 PLC 控制梯形圖，如下圖 6.2 所示。圖 6.2 梯形圖本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 23 頁 共 29 頁6.5 編寫 PLC 控制程序0 LD X01 OR Y2 ANI X13 OUT Y04 LD X25 ANI X16 OUT Y7 LD X38 ANI X19 OUT Y2本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 24 頁 共 29 頁7 液壓系統(tǒng)的維護和常見故障 7.1 液壓油的故障 據(jù)統(tǒng)計，液壓裝置的故障，70%與液壓油有關(guān)，而且這 70%中約 90%是由于雜質(zhì)所造成的。液壓油的檢查內(nèi)容主要有以下幾點：液壓油的清潔度、顏色、粘度和稠度；此外還有氣味。液壓油從高壓側(cè)流向低壓側(cè)而沒有作機械功時，液壓系統(tǒng)內(nèi)就會產(chǎn)生熱。液壓油溫度過高，會使很貴的密封件變質(zhì)和油液氧化至失效，會引起腐蝕和形成沉積物，以至堵塞阻尼孔和加速閥的磨損，過高的溫度將使閥、泵卡死，高溫還會帶來安全問題。借助對油箱內(nèi)油溫的檢查，有時可以在嚴重的危害未發(fā)生前使系統(tǒng)故障得以消除。在大多數(shù)系統(tǒng)里，溢流閥是主要的發(fā)熱源，減壓閥通過的流量太大也是引起發(fā)熱的另一個主要原因。由于效率低與能量損失有關(guān)，因此，檢查工作溫度就可知道是否存在效率低的問題，對液壓系統(tǒng)而言，油液中污染物的控制是一個主要工作，污染物的來源主要有以下幾個方面： 隨新油進入的。 在裝配過程中系統(tǒng)內(nèi)部的。 隨周圍空氣進入的。 液壓元件內(nèi)部磨損產(chǎn)生的。 通過泄漏或損壞的密封進入的。 在檢修時帶入的。 污染物的清除與控制需要使用過濾器，液壓系統(tǒng)可能裝有很好的過濾器，安裝位置也很合適，但如果不精心保養(yǎng)和及時維護，過濾器不能起到應有的作用，浪費了所花的費用。所以應做好下例工作： 制定一個過濾器的維護日程表并嚴格執(zhí)行。 檢查從系統(tǒng)中更換下來的濾芯，找出系統(tǒng)失效及潛在問題的預兆。 不要把泄漏出來的任何油液倒回系統(tǒng)中。 7.2 泵、閥的故障泵如果正確的安裝使用，液壓泵可連續(xù)使用多年而不需要維修。一但發(fā)現(xiàn)問題，應該及早找出原因并盡快排除。借助于液壓圖對系統(tǒng)進行故障診斷，工作就要簡單的多。液壓閥的制造精度高，只要合理裝配并保持良好的工作狀態(tài)，一般很少泄漏，本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 25 頁 共 29 頁并可精確地控制系統(tǒng)內(nèi)的油液壓力、方向和流量。油中的污染物是閥失效的主要原因，少量的纖維、臟物、氧化物或淤渣都會引起故障或閥的損壞。引起泵、閥的故障的主要有以下幾方面原因。(1) 外界條件 ：緊固螺栓的松動，由于緊固過度造成的變形與破損；負荷的劇烈變化； 振動、沖擊；組裝、拆卸、修補做業(yè)和順序的錯誤，工具的好壞，零件的破損、變形以及產(chǎn)生傷痕和丟失；配管扭曲造成的變形與破損，或配管錯誤等。 (2) 液壓油條件： 混入雜質(zhì)、水、空氣及劣化； 粘度、溫度是否合適； 潤滑性；吸入條件是否良好（防止氣穴、過大的正壓或負壓）；異常的高壓、壓力波動。 (3) 元件本身的好壞 ：結(jié)構(gòu)、強度；零部件（軸承、油封、螺栓、軸）的品質(zhì)；滑動部分的磨損、劃傷、粘滯；零部件的磨損、劃傷、變形、劣化；漏油（內(nèi)泄漏、外泄漏）。 為使閥的維修工作安全可靠，應遵循下列原則： 在拆卸液壓閥之前要切斷電源，以免系統(tǒng)意外啟動或使工具飛出。 在拆卸液壓閥之前，要將閥的手柄向各個方向移動，以便將系統(tǒng)內(nèi)的壓力釋放。在拆卸液壓閥之前，要將液壓傳動的所有工作機構(gòu)鎖緊或?qū)⑵渲糜谳^低位置。 總之當系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，能找出引起系統(tǒng)故障真正的原因，更多的工作是從平時的日常點檢開始，注重設備檢查和維修工作的細節(jié)，在故障早期就將引起故障的各種因素消除，通過對工作循環(huán)不斷的改進與提高，從而使預知維修工作能在不斷變化的工作環(huán)境中更進一步，確保設備發(fā)揮更大的效益，實現(xiàn)設備事故為零的目標。本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 26 頁 共 29 頁結(jié)束語本課題為 CK6150 數(shù)控車床液壓尾架設計。車床尾架可以用來在加工長工件的時候，配合卡盤裝夾工件，防止工件因太長而夾不??；也可以在尾架套筒中安裝相應的鉆夾頭，鉆夾頭中裝夾中心鉆、鉆頭、鉸刀就可以進行中心孔、鉆孔、鉸孔的加工。本尾架采用液壓原理實現(xiàn)自動夾緊，運用 PLC 作為控制手段。通過尾架結(jié)構(gòu)設計、尾架的液壓驅(qū)動系統(tǒng)設計、液壓系統(tǒng)的性能驗算、PLC 控制系統(tǒng)設計，實現(xiàn)了尾架的預定工作要求。本次畢業(yè)設計的完成，加深了我對液壓原理的認識和掌握，使我對液壓系統(tǒng)設計有了一定的了解，初步掌握了一些液壓元器件的功用。同時也加深了我對 PLC 知識的理解程度，會一些簡單的 PLC 控制分析?？偟膩碚f本課題的設計是符合要求的。當然由于本人水平有限，課題的設計中肯定還有許多不足之處，仍需進一步的改進。本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 27 頁 共 29 頁致 謝畢業(yè)設計終于結(jié)束了。本次畢業(yè)設計是在吳萍高工和武培軍老師的悉心指導和嚴格要求下完成的。從課題選擇、方案論證到具體設計和調(diào)試，無不凝聚著老師們的心血和汗水，在此特別感謝我的指導老師吳萍高工的精心指導。做完畢業(yè)設計后我很高興，很有成就感。畢業(yè)設計的整個過程是充實的。幾個月的忙碌我收獲很大：一是這次設計我學到了很多書本上沒有的專業(yè)知識和設計技巧，為自己能夠在老師的指導下刻苦獨立完成設計而感到高興；二是這次設計讓我充分懂得了不論是做設計還是做其他事情都要認真，做事的態(tài)度決定一切。三是指導老師的諄諄教導讓我感到受益匪淺，雖然老師的直接作用也許不是很大，但要是如果沒有老師的細心指導，我想我在設計上一定會走許多的彎路。不積跬步無以至千里，我能夠順利完成本次畢業(yè)設計，要衷心感謝指導老師的精心指導，同時也非常感謝對我的設計工作提供過幫助的所有人！最后，要特別感謝我的家人在精神和物質(zhì)上的關(guān)心、支持和幫助，使得我能夠安心致力于學習和工作。本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 28 頁 共 29 頁參 考 文 獻[1] 許賢良，王傳禮.液壓傳動[M].北京：國防工業(yè)出版社，2006.[2] 王文斌.機械設計手冊（液壓傳動與控制）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007.[3] 吳宗澤，羅圣國.機械設計課程設計手冊[M].北京：高等教育出版社，2006.[4] 狄瑞民，王學建.數(shù)控機床液壓傳動與氣壓傳動[M].北京：國防工業(yè)出版社,2006.[5] 王積偉, 章宏甲,黃誼. 液壓與氣壓傳動 [M].第二版,北京: 機械工業(yè)出版社，2005.[6] 范永勝，王岷.電氣控制與 PLC 應用 [M].第二版, 北京：中國電力出版社，2007.[7] 黃新燕，曹春平.機床數(shù)控技術(shù)及編程[M]. 北京：北京理工大學出版社，2006.[8] 宏勝，黃尚先.機床數(shù)控技術(shù)及應用[M]. 北京：高等教育出版社，2001.[9] 付琪.組合機床用動力滑臺液壓系統(tǒng)性能分析[J].銅業(yè)工程, 2004, (4): 51～52．[10] 陳云富，楊和梅.PLC 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