CK6152数控机床液压系统设计--毕业设计
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引 言
液压技术是实现现代化传动与控制的关键技术之一。液压传动的各种元件
由于重量轻、体积小,可以根据需要方便、灵活地来布置;结合最新技术
自动化程度高且操纵控制方便,容易实现直线运动;可实现大范围的无级
调速(调速范围达2000:1);自动实现过载保护;采用矿物油作为工作介
质,相对运动面可自行润滑,使用寿命长。因此,液压技术广泛用于国民经
济各部门,世界各国对液压工业的发展都给予很大重视。
据统计,世界各主要国家液压工业销售额占机械工业产值的2%~3.5%,而我
国只占1%左右,这充分说明我国液压技术使用率较低,努力扩大其应用领域,
将有广阔的发展前景。液压气动技术具有独特的优点,如:液压技术具有功率重
量比大,体积小,频响高,压力、流量可控性好,可柔性传送动力,易实现直线
运动等优点;气动传动具有节能、无污染、低成本、安全可靠、结构简单等优点,
并易与微电子、电气技术相结合,形成自动控制系统。因此,液压气动技术广泛
用于国民经济各部门。但是近年来,液压气动技术面临与机械传动和电气传动的
竞争,如:数控机床、中小型塑机已采用电控伺服系统取代或部分取代液压传动。
其主要原因是液压技术存在渗漏、维护性差等缺点。为此,必须努力发挥液压气
动技术的优点,克服缺点,注意和电子技术相结合,不断扩大应用领域,同时降
低能耗,提高效率,适应环保需求,提高可靠性,这些都是液压气动技术继续努
力的永恒目标,也是液压气动产品参与市场竞争是否取胜的关键。
现如今我国的液压行业现已形成一个门类比较齐全、有相当竞争实力、初具
生产规模的工业体系。改革开放以来,液压行业迅速发展,先后引进了40余项
国外先进技术,经消化吸收和技术改造,现均已批量生产,并成为行业的主导产
品。近年来,行业加大了技术改造力度,1991~1998年,国家、地方和企业自筹
资金总投入共约16多亿元。经过技术改造和技术攻关,一批主要企业技术水平
进一步提高,工艺装备得到很大改善,为形成高起点、专业化、批量生产打下良
好基础。近几年,在国家多种所有制共同发展的方针指引下,不同所有制的中小
企业迅猛崛起,呈现着勃勃生机。随着国家的进一步扩大开放,三资企业迅速发
展,为行业提高水平,并扩大出口起着重要作用。目前我国已和美国、日本、德
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国等国家的著名厂商建立了柱塞泵/马达、行星减速机、转向器、液压控制阀、
液压系统、静液压传动装置、液压件铸造、气动控制阀、气缸、等类产品生产的
合资企业或独资企业50多家,引进外资5亿多美元。
进入21世纪后液压产品技术发展呈现与计算机技术相结合的趋势。现有的
液压伺服和液压比例技术在与计算机结合上不是十分方便,数字液压技术克服了
这个缺点,它把整个液压和控制技术都简化了,促进了整个液压技术的进步。如
今国内外液压发展情况简要概括如下表1:
表1 国内外液压发展情况
国内 国外
小型化,集成化,多样化 机电一体化集成元件和系统
高压,高速,高精度,高可靠性 智能化自动控制元件和系统
高效,节能,环保 高精度数字控制元件和系统
机电一体化 水介质液压元件和系统
本人对于该液压系统的设计经验来自在安阳鑫盛机床厂为期两个月的实习,期间
对于CK6152数控车床的布局结构及工作原理做了仔细的研究,对于较为复杂的技术
问题和相关液压系统的设计方法,栗瑞红工程师给予了热情的指导。在此和翻阅大量
液压类书籍和文献,调查取证的基础上本人也对该车床中变档和卡紧部份进行了创
新,将工业上应用比较广泛的CK6152数控车床的卡盘卡紧、换档两个动作,由常见
的机械装置改装成由液压动力驱动的液压传动装置。其工作原理为:
由油缸卡紧,经吊头连接,通过液压油在油缸上下腔的施压与排放,推动活
塞杆在油缸中伸缩,使其对系统实施推力或拉力,完成卡盘卡紧;及推动齿轮箱中
的滑移齿轮实现换档。
这样设计的优点是,一方面,数控机床的液压油为柔性工作介质,比机械传动
时产生的振动要少的多,有利于数控机床的平稳运行。另一方面,由于液压系统采
用的行程检测装置测量准确,可更加真实地反映数控机床在卡紧、变档二个动作完
成的具体情况,并通过PLC可编程控制,实现卡紧,换档二个动作的自动化控制。
其意义是,将液压系统应用于数控车床CK6152,使其与数控NC技术完美结合,
从而实现了先进技术的推广,并且完成了机床动作由手动完成向半自动乃至全自动
的推进,大大提高了CK6152数控机床的自动化程度,大大提高了劳动生产效率,
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为解放劳动力发展生产力迈出了重要的一步。
毕业设计是对大学生活中从事机械及液压知识学习的一个总结,也是提高我
们大学生综合运用所学知识和技能解决问题能力的一个重要环节,更是对大学阶段
所学关于机械及液压知识和实际动手能力的一个考察。通过这次考察,不但可以提
高我们的综合训练设计能力、科研能力,其中包括实际动手能力、查阅文献能力,
撰写论文能力,还是一次十分难得的提高创新能力的机会,并且使我在以下几个方
面得到训练:
1、了解液压传动系统设计的基本方法和设计要求,培养学生运用所学理论知
识解决具体工程技术问题的能力。
2、掌握液压传动系统的设计步骤,熟悉设计的有关技术文件,规范设计手册
及相关元件的国家标准。
3、根据设计任务要求,进行工况分析和确定液压系统的液压元件拟定出液压
系统,并对液压系统主要性能作必要的设计计算。
针对大学中所学的机械及液压方面的知识,我选择这个课题来完成我的毕业
设计,并进行了大量的实地调研考察,尝试和论证。本次设计中主要以课本和搜
集来的各种资料作为依据,基于所学的知识,从简单入手,循序渐进,逐步掌握
设计的一般方法和步骤,
基于本次设计,通过在工厂实习加深对CK6152数控车床的液压系统的分析
和了解,结合已掌握的液压方面的知识对原有系统进行优劣分析并提出改进方
案;最终使液压系统实现CK6152车床的变档及卡紧,使其满足旋转精度,刚度,
温升,抗震性等主要性能,以提高整机性能,并保证该液压系统执行上述二个动
作时的可行性与可靠性,充分体现现代液压技术应用于数控机床的优越性。
此次设计为本人初次设计作品,由于所学知识不可避免的存在局限性,并且
实际的设计经验不足,因此设计内容可能存在着某些缺陷和错误,对此恳请老师
批评并指正。这样也能让我把知识掌握的更加牢固,并把所学的知识融成一个体
系,以适应将来实际工作的需要。
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第一章 CK6152数控机床液压系统设计的立题依据及方案论证
1.1液压系统设计的立题依据及课题来源
当今工业高速发展的情况下,进一步提高工业生产效率,降低工人的劳动负
荷越来越成为一个关键问题被设计师和国家所关注。而当机械、电气和液压相互
联系起来则使其自动化程度大大提高,三者逐渐变成了一个综合体,不可分割。
传统的传动形式可以分为机械传动、电气传动和液压传动,液压传动系统的设计
在现代机械的设计工作中占极其重要的地位,对于自动化程度要求越来越高的现
代机床设计来说更是如此。CK6152数控车床用途广泛,操作灵活,适宜加工各
种形状复杂的轴、套、盘类零件,如车削内、外圆柱面、圆锥面、圆弧面、端面、
切槽、倒角、车螺纹等,尤其适合多品种、小批量的轮番,工艺适应性强,加工
效率高,废品率低、成品一致性好,编程容易,操作简单,可降低对工人技术熟
练程度的要求,故其应用非常广泛。该液压系统在提高其自动化程度同样具有相
当重要的作用。举下列一个实例:
对于采用手动卡紧的机械卡盘加工某一工件普通数控车床,工人们需要手动
卡紧及松开卡盘。数控系统自动加工该零件只需要花3分钟,而装夹、卡紧工件
及卸下工件就需要耗费1-2分钟, 这段时间有一多半是用来手动卡紧卡盘及松
开卡盘的。这样算来,手动装夹,卡紧工件—加工工件—打开卡盘—卸下工件这
一过程式要花费4-5分钟。而当我们采用液压传动借以代替之后即可节省近1分
钟的时间,则上面所描述的加工过程大概耗时在3.5~4分钟,这样一来回工100
件即可节省将近100分钟,对于加工零件来说,这是一笔十分可观的时间。这完
全达到了提高生产效率,降低劳动者作业强度,提高生产效率的目的。另外,采
用液压驱动系统使得机床卡盘的夹紧力可靠性大大加强,性能十分稳定,这样就
避免了采用手动卡紧和换档时卡紧力不足导致工件在加工过程中松弛或加工精
度不够甚至报废和损坏刀具等状况的发生。而且随着液压传动技术越来越完备,
采用自动化完成上述工序是完全可以的。基于此种状况,本次设计将CK6152数
控车床的卡盘卡紧,主轴变档二个动作全部设计成由液压传动系统来完成。
1.2 液压系统方案的制定与论证
1.2.1液压系统方案制定的背景和特点