数控机床液压站设计.docx

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1、数控机床液压站设计Design of hydraulic station of nc machine tool摘 要数控机床因为加工精度高、自动化水平高、工作强度低、生产效率高等一系列特点而使得普遍的运用。和普通机床不同的是，在数控机床上加工不要更换不同的模具、夹具等，它只需要输入不同的程序就能完成不同零件的加工。因而，数控机床适用于所加工的零件频繁改换的场所，亦即合适单件，小批量产品的生产及新产品的开发，从而缩短了生产预备周期，节省了大批工艺装备的费用。数控机床液压站是为数控机床液压系统提供动力的装置。它将机械能转换为液压能传递到液压油缸中从而控制了液动机，推动各种液压机械做功。关键词：数控

2、机床 液压站 液压系统IAbstractCNC machine tools are widely used due to high machining accuracy, high automation, low labor stress and high production efficiency. Machining parts on CNC machine tools mainly depends on the processing program, which is different from ordinary machine tools. It does not need to b

3、e made, and many molds and fixtures are replaced. Therefore, numerical control machine is suitable for the parts manufactured by frequent change of situation, which is suitable for single piece and small batch production and the development of new products, so as to shorten the production preparatio

4、n cycle, save the cost of a large number of process equipment. The hydraulic station of nc machine tool is the device that provides power for the hydraulic system of nc machine tool. It converts mechanical energy into hydraulic fluid which can be transferred to the hydraulic cylinder to control the

5、fluid motivation, and to push all kinds of hydraulic machinery to do work.Keyword：CNC machine tool hydraulic station hydraulic system. II目 录摘 要IAbstractII1 引言12 液压站的简介32.1液压站的组成32.2液压站的工作原理33 液压站的设计43.1基本参数43.2设计原理图43.3液压元件的选择53.3.1液压泵的选择：53.3.2电动机的选择53.4液压控制阀的确定63.4.1液压阀的选取原则：63.4.3节流阀的选择：73.4.4换向阀

6、的选择：83.5油箱的设计93.5.1油箱的的设计要求93.5.2油箱的种类：103.5.3油箱容量确定：113.5.4油箱外形的设计：114 液压辅助元件的设计134.1管件134.2管接口144.3其他液压辅件的选型：145 液压元件和管道的安装155.1液压元件的安装155.2管道安装155.3液压站的使用与检查165.3.1液压站的使用注意事项：165.4 液压站装配总图：17结 论18参考文献19致 谢201 引言数控机床液压站是一个独立的液压装置，它为整机床的液压系统供油，并控制着油液的压力、流量与方向。而相对于传统的机械传动液压传动是一门新兴的技术。近代液压传动技术的成长和兴起得

7、益于十九世纪发展快速蓬勃的石油业，而最早运用液压传动技术并实践成功的是舰船上的炮塔转位器，再后来才出现了液压六角车床和磨床等，而一部分常用的车床到二十世纪三十年代末期才使用液压传动技术。由于二战的爆发，大量的军事上的需求，液压传动技术得到了高速的发展，产生了一系列反应快、精度高的液压元器件和控制系统。到了二十世纪五十年代，战争结束，世界各地的经济得到了快速的发展，自动化的生产不断地推广和使用，这样使得液压技术很快的融入到民用工业当中使，在机械制造起重运输机械及各类施工机械、船舶、航空等领域得到了广泛的应用。到了二十世纪六十年代过后，随着航空航天技术、原子能、微电子技术的发展，液压技术在更加广阔

8、更加深远领域得到了运用与发展、在机械工程、数控加工中心、自动生产线等国民经济各个领域得到高效应用。随着制造业技术的不断发展，国内对精度高、效率快的自动化机床，尤其是数控机床的需求量在国内越来越大。据有关预计，到2010年末我国数控机床年需求量超过 5 万台；机床总拥有量将由2007 年的300 多万台，增加到接近400 万台，增长率达33%。而作位数控机床液压系统的动力设备的液压站也得到告诉的发展。虽然液压技术已经取得了很大的进步，但是一直存在的问题是容积损失和机械损耗没有很好的解决办法。为了减少液压系统中压力能的过度损耗，还有待去解觉以下这些问题：1.怎样减少液压元件与液压系统中的内部损耗。

9、2.运用新技术，新材料，减少液压系统中的摩擦损耗。研究目的及意义：1因为以前完成的课程设计都是在老师的指导的班帮助下完成，而本次设计是我们完成四年大学专业课程后进行综合性的实践环节。培养我们独立运用所学的理论知识决解问题的能力。2在我设计数控机床液压站的设计过程中，能让我学习到数控机床液压站在数控机床中起到的作用及其结构。并且让我了解液压站各个组成元件的作用。例如方向阀，节流阀，溢流阀等元件的功能。2 液压站的简介2.1液压站的组成 液压站的组成包括由各类液压阀组成的控制装置、液压油箱和电动机与液压泵组成的动力装置。按液压油缸要求的流量的、方向和压力供油，适用于液压油缸和液压站拆离开的各类机械

10、上，用油管将液压站与液压油缸相连，液压系统就能实现所需求的动作。主要组成部分 ：（1） 供能装置：将动能转变成流体压力能并输出具有一定压力的油液，为整个液压站供能，（2） 控制调节装置：由溢流阀、换向阀、节流阀等各种阀及其他控制元件组成，它调节着整个系统中从动力源到执行元件的油液，从而控制液压油缸输出不同的力量、速度及方向，以确保液压油缸驱动机床的液压机构完成指定的动作。（3） 辅助装置：一般由油箱、过滤器、管件指示仪表等组成。它是用来储存、提供和回收工作介质（油液）；除去油液中的杂质、保证达到液压站工作所要求的油液的清洁度；实现元件之间的连接及传输载能介质；显示系统压力、温度等。（4） 工作

11、介质：油或者是油水混合物等，它是用来传导液压能和工作及出现故障的信号，对液压回路进行降温、润滑等。2.2液压站的工作原理 液压站中的电动机工作，使得与其相连接的油泵转动，油泵将油箱中吸出加压使得电动机的动能转化为流体的压力能，液压油通过各个控制阀及其元件使得液压油的流量、方向、和压力得到改变，从而掌握液压油缸做功的快慢，从而带动着数控机床上液压装置的工作。3 液压站的设计3.1基本参数电源：220V 流量：12L 额定压力：10MPa3.2设计原理图图1 液压系统原理123456三位四通换向阀溢流阀液压泵过滤器压力表节流阀表 11三位四通换向阀是为了控制液压缸左右移动，2溢流阀起到系统保压的作

12、用，3液压泵通过电动机带动它做功，将油箱中的油吸出，4过滤器是为了除去油液中的杂质，5压力表测量液压系统中压力值，6节流阀调控液压系统中的流量。3.3液压元件的选择3.3.1液压泵的选择：1） 液压泵的类型（1） 齿轮泵：齿轮泵是一种常用的液压泵。它的好处是构造简易，制作便利，售价低廉，体积小，质量小，自吸性能好，不敏感液压站里面流体的污染，工作牢靠；其主要坏处是：不能调节输出排量，工作是产生的噪音大，（2） 叶片泵：叶片泵单作用式和双作用式两大类，它可以控制其排量且十分均匀，工作时产生的噪声小，但其构造复杂，队油液污染敏感。（3） 柱塞泵：柱塞泵有径向柱塞泵和轴向柱塞泵两种不一样类型的柱塞泵

13、柱塞泵是通过柱塞在柱塞孔内往复运动时密封工作容积的变化来实现吸油和排油的。因为柱塞泵的十分精密的表面滑动配合，使得柱塞泵拥有漏油少、容积效率高，能够在高压下工作等优点。给定的参数中液压站的额定压力为10MPa，排量为12L由上参数可知选液压泵为中压液压泵，综合考虑下来在此选择叶片泵，根据设计手册选择YB-D16。YB-D16Y叶片泵参数如下：型号YB-D16排量（L/min）16额定压力（MPa）10额定转速（r/min）2000重量（kg）9表 2液压泵的最大压力： P0P1+P其中P1为工作压力，P为压力损失。P的取值一般为0.5至1.5MPa，这里取P的值为1MPa。液压站的额定压力P

14、0=10MPa，所以工作压力：P1P-PP110-1=9MPa3.3.2电动机的选择1)电动机功率的确定：泵的输出流量qvpk(qmax)，K是液压系统的泄露系数，一般取值在1.1至1.3左右，这里取值K=1.2 因为泵的额定输出流量为16L/min，所以系统的最大输出流量:Q=161.2=13.34L/min泵的额定输出流量:16L/min=2.66710-4m3/s额定输出功率:P=P0.qvp=101062.66710-4=2.667103KW额定压力时，液压泵的总效率为0.75到0.85，PPr ，取0.8，则Pr=2.667/0.8=3.33103KW 根据以上参数，为了保证电动机有

15、储备功率，能够选取P额=4KW的电动机。查找相应的资料可以选取Y11M-2型号的电动机。其电动机安装形式：电动机采用卧式放置。3.4液压控制阀的确定 任何一个液压系统，不论其结构如何简单，都不能缺少液压阀；同一个数控机床液压站，但是通过液压阀之间的不同组合与使用，都能够形成多个完全不同油路结构的液压系统方案，故液压阀是液压技术中品类与规格最多、应用最广泛、最活跃的元件；一个液压系统设计的合理性能优劣及参数匹配是否合理。3.4.1液压阀的选取原则：各个液压阀的型号是固定的，我们可以根据液压站中最大的压力值与实际流量为参考并根据阀稳定、控制等特性和它外形与油口尺寸等参数来选取我们所需要的液压阀。选

16、取中应该注意的事项：1）了解液压阀的连接方式不同，当油路是串联的时候，各个液压阀之间的流量是相同的。当液压阀之间是并联的时候，并联油路的流量是各条油路的总和。2）选取液压阀的时候，液压阀的额定压力应该大于设计的液压站中运行的最大压力很大一部分，如果额定小于了这个压力，那么优肯产生液压卡紧甚至对液压阀造成损害。3）再选取液压阀的时候应该先确定液压阀的安装方式，3.4.2溢流阀的选取 溢流阀的作用：溢流阀作用十分广泛，其主要是将液压泵中多余的流量溢流回油箱，控制液压系统中的压力，防止系统压力过大，并通过阀的作用保持所需供油压力维持恒定。参数：系统的额定压力为10MPa，液压泵的流量为12L/min

17、根据以上参数，查询设计手册，溢流阀选用型号为DG-02-H-22。其阀的参数如下：型号连接方式压力调节范围（MPa）最大流量（L/min）最大工作压力（MPa）质量DG-02-H22底板安装式72116211.5表 3图2 溢流阀装配3.4.3节流阀的选择：节流阀的作用：节流阀是最基础的流量控制阀的一种，它是借助于控制机构使阀芯相对于阀体孔运动，使阀口的流量面积得到改变来控制流量输出的阀类。系统的额定压力为10MPa，液压泵的流量为12L/min根据以上参数选择节流阀的型号其参数如下表：型号SRCG-03-50工作压力（MPa）25介质温度（）3070最大流量（L/min）30介质矿物质液压油

18、重量（kg）2.5表 4图3 节流阀外形3.4.4换向阀的选择：换向阀：换向阀是液压系统中用量最大、品类和名称最复杂的一类阀。通过变换阀体上各个油路口的通断关系，完成各油路联通、切断或扭转液流流向的阀 选择4WMM6M10三位四通手动换向阀,其参数如下：表 5型号4WMM6M10工作压力（MPa）A、B、P ：31.5 ； T： 16介质温度（）3070最大流量（L/min）60介质矿物质液压油重量（kg）1.4图4 三位四通换向阀外形 3.5油箱的设计3.5.1油箱的的设计要求液压元件及系统的运作稳定性受到设计出来的液压油箱好坏的直接影响，其中对液压站的使用寿命起到很大影响。控制好液油油箱进

19、入液压泵入口的流动性能、流会油箱的回流及油液在油箱的流动，可以显著减少空气混入和气浊的产生。所以我们应该对油箱的设计相当重视。对油箱的设计有一下要求：(1)储存整个液压系统中所需要的油液，让液压站能够稳定正常的运转。(2)液压站在工作的过程中会产生大量的热量，液压油在流动过程中会带回部分热量。因此需要油箱有足够的表面积能散发出油液从液压系统中带回来其工作产生的热量。(3)应该使油箱中的油液平缓的运功，这样有利于使油液中的空气分离出来并使污染物沉淀下去。 （4）液压泵在工作过程中应该能够正常吸油，不能让气泡进入和气穴的产生（5）应有效的防治外界污染物的入侵（6）在设计过程中应该考虑液压油箱和元件

20、安装和维修是否便利，还有让在排油与注油是便利。（7）在油箱上应该有显示油箱内油面状况的指示表，方便与液压站工作是观察。（8）应该让油箱的外形整齐美观，因为考虑在液压油箱上安装液压泵、电动机和各类液压阀等设备，所以要注意油箱的刚度和强度。（9）液压油箱上安装元件，因为在一些中小型液压站中会把液压泵其他元件安装在油箱上面。所以油箱必须制造的足够牢固以支撑这些元件。一个牢固的油箱还在降低噪声方面发挥作用。3.5.2油箱的种类：(1)整体式油箱 :是指在液压系统或机器的构件体内形成的油箱。以最小的空间提供最大的性能，并且通常提供特别整洁的外观。不过要把液压油箱的发热和产生噪声的问题考虑进去。(2)两用

21、油箱 :是指机器和油液有另一个目的的用油。最大优点是节省空间，但是有几个局限性。油液必须满足液压系统对传动介质的要求。油液温度控制困难，对于总量减少了的油液来说存在着两个热源。(3)独立油箱 :经常使用在工业生产上面，使用范围十分宽广的油箱。常见的这种油箱一般都是矩形，也有一部分是圆柱形和油罐形。3.5.3油箱容量确定：取6，按式V=qp=616L96L表6 标准油箱外形尺寸公称油液 近似油容量（L） b1 b2 l1 l2 液深度 固定孔d1 最小壁厚40 290 210 415 215 410 345 14 363 365 285 508 308 410 350 14 3100 460 3

22、60 633 393 410 350 14 3160 590 490 810 570 410 340 14 3250 690 590 1010 770 430 365 14 3400 735 635 1514 1274 430 365 14 3630 945 845 1514 1274 520 450 22 5800 900 800 2014 1774 520 450 22 51000 1065 965 2014 1774 550 475 22 5查表6，选择油箱公称油液容量为100L的液压油箱3.5.4油箱外形的设计：箱顶结构取决于它上面安装的元件。由于油箱的顶部是要安装液压泵和其它的液压元

23、件，因此要加大液压油箱的侧壁厚度，设计5mm，箱顶应该是箱壁的4倍，所以箱顶设计20mm。油箱的外形图纸如下：图5 油箱外形在箱底部最低点设置放油塞，以便油箱清洗和油液的更换。因此，油箱底部应该向清洁孔和倒油孔的方向倾斜一些，一般倾斜角度为1/25到1/20之间，这样可以让油箱底部的沉积物例如油泥和水汇聚到油箱中的最低的位置。通常为了方便油箱的搬运，应该设计一个油箱底架，油箱底部离地面至少要有150mm以上。支脚上设置角螺钉的固定孔，与油箱进行固定。4 液压辅助元件的设计4.1管件（1）管件内、外径的确定：常用的油管有硬管（钢管和铜管）和软管（橡胶管和尼龙管）两类。选择的主要依据是工作压力、工

24、作环境和液压装置的总体布局等。由于硬管流动阻力小，安全可靠性高且成本低，所以选择硬管。油管的规格尺寸多由于它连接的液压元件的油口尺寸决定，只有对一些重要油管才计算其内经和壁厚。油管内经和壁厚按下公式：式中液体流量（L/min）； 流速（m/s），可查表26；表26油液流经油管吸油管高压管回油管短管及局部收缩处允许流速（m/s）0.51.52.551.52.557表 6查表26，确定管件的流速为：吸油管：V吸=1.5m/s 压油管：V压 =5m/s 回油管：V回 =2m/s 实际最大流量为16L/min=2.66710-4M/S吸压油管的内径： =42.66710-43.141.5=15mm压油

25、管的内径：=42.66710-43.145=7mm回油管内径： =42.66710-43.142=13mm4.2管接口选用焊接式管接头：因为O型密封圈端面，结构简单，密封性好的特点，所以在接头接管与接头体之间就用其封面。虽然对管子尺寸精度要求不时特别高，但是为了装卸便利，必须保证焊接的质量。工作压力可达31.5MPa，工温为-2580，适用于油为介质的管路系统。4.3其他液压辅件的选型：查询设计手册选择出以下辅助元件液压辅件名称选取的型号吸油过滤器WU-1680-J精过滤器XU-10200压力表Y-40表 75 液压元件和管道的安装5.1液压元件的安装（1）液压泵的安装：液压泵与电动机、液压油

26、箱和其带动的数控机床工作机器间不能超过0.1的同轴度偏差和必须小于1轴线间的倾角；在联轴器安装的过程中不能敲击它。（2）液压控制阀的安装：方向阀一般应保持轴线水平安装；各油口处的密封圈在安装后应有一定压缩量以防泄漏；不要用强行扳拎用来固定的螺钉，应该保证它拎紧并且均匀，不要拧偏，最终要使得底板或油路块和阀的安装平面全部接触。（3）液压控制的集成的注意事项:采用板式集成，各个控制阀之间的安装距离不应过大，一般都控制在5到10毫米之间，要保证各个阀之间不相互干涉。因为就算同一型号的液压阀在不同的制造工厂里外形的尺寸精度也是不一样的。所以在布置元件时应该注意这些。5.2管道安装在整个液压站中，管道是

27、用来传输液压油和它所携带的能量的工作介质。他通常是在液压站其它的机构安装全部都完成固定之后，再来进行管道的安装工作。安装管道时应特别注意防振防漏问题。（1）管道敷设：管道敷设应变预装拆和维护，并不妨碍生产人员行走及机电设备的运行和维护。橡胶软管因为自身的特性，他必须与发热的物体进行隔离，还应该注意不要与其它的机构产生摩擦，使用它时不要有过急的转弯。管道的弯曲半径必须超过10倍管径。管道的长度不仅要满足所需要的移动行程和弯曲的半径，还要保留不少于4%的余量。（2）管道加工：管料的加工必须依照它的尺寸、形状和焊接的要求。切割加工的管材端部应平整，无裂纹和重皮等缺陷；有的钢制管道因为弯曲处理，因此在

28、管道弯曲加工前要进行相应的退火处理弯，防止管道弯曲时变平或者起皱，管道弯曲半径应该不得小于管子外径的3倍，弯制后的椭圆旅应小于8%；管端螺纹应与相配的螺纹的基本尺寸和公差标准一致，螺纹加工后应无裂纹和凹痕等缺陷；管子的焊接坡口形式、尺寸及接头间隙可根据壁厚进行加工和组对。经加工而成的管道，应将切削、毛刺等去除干净。（3）管道焊接：应根据焊接对象的材质选用合适的焊接材料；管壁较厚的管道焊前应进行预热。管道焊接完成之后，应该处理干净焊缝处和的熔渣及其它杂质，同时还要进行耐压的实验，实验时它的试验压力要是其工作压力的1.5倍左右，测试不符合要求的管道应要在次焊接，但是同一个地方的焊接不能多于3次。5

29、3液压站的使用与检查 想要液压站稳定正常的工作，平时的维护保养是必不可少的。大量的数据表明，造成液压站出现故障的原因一般都是，液压油的污染、选用不当和缺少对其的维护与保养，所因此我们应该重视液压站日常的维护与保养。5.3.1液压站的使用注意事项：1）在工作环境温度较低的情况下，必须等液压油的温度达到20摄氏度的时候才准许工作。当液压油的工作温度达到60摄氏度以上时，要注意液压站的工作情况。2）当液压站长时间停止工作时，在次启动应先让液压泵孔运作超过五分钟以上，才能开启执行器。5.3.2液压站的维护方式：1) 要定期检查密封原件，如果出现密封原件损坏老化等问题，要及时更换。2) 定期检查液压元

30、件的磨损状况，出现磨损严重可能影响机器正常工作的元件，要及时更换。3) 定期检查油箱与管道，防止出现污渍过多引起管道堵塞的情况发生。4) 根据过滤器堵塞周期的情况来更换过滤网，防止应过滤网堵塞而造成机械故障。5) 每隔一段时间都要对螺钉、管接口等进行紧固，防止应外载变化的因素而造成其元件松动等问题。5.4 液压站装配总图：结 论在目前，国内的生产液压站的厂家及其产品繁多，但是没有形成系列化和标准化，大部分厂家是根据主机的工作条件及用户的具体要求来进行设计和制造。我本次设计的数控机床液压站是一个独立整体的液压装置，它的最大输出流量可以达到13.34L/min。所能承受的最大压力为10MPa。因为

31、液压站是与数控机床分离的，如果满足数控机床的要求，只要将它用管道与数控机床的液压油缸进行连接，就能完成数控机床液压机构的所需要的运作。在本次数控机床液压站站的设计过程中，我按照以下步骤完成：1）查询相关资料，先了解数控机床液压站的工作原理，构思出设计的大致方向.2）我先根据所需的参数来选取我们所需的液压阀。3）确定液压阀的安装方式，和油箱的设计，确定油箱的尺寸。4）根据基本参数算出各个液压辅助元件的大致参数，选取自己所需的型号。5）完成各个液压元件的装配，和管道的安装。完成整个数控机床液压站。参考文献1 张利平.液压站设计与使用.北京：海洋出版社，2004.2 许福玲，陈尧明.液压与气压传动.

32、北京：机械工业出版社，2007.3 杨培元，朱福元.液压系统设计简明手册.北京：机械工业出版社，1993.4 雷天觉.液压工程手册.北京：机械工业出版社，1990.5 韩学军，等.液压与气压传动实验教程.北京：冶金工业出版社，2008.6 路甬祥.液压气动技术手册.北京：机械工业出版社，2002.7 谭尹耕.液压实验设备与测试技术.北京：北京理工大学出版社，1997.8 官忠范，等.液压系统设计.北京：机械工业出版社，1994.9 章宏甲.液压传动.北京：机械工业出版社，1993.10 蔡春源.新编机械设计手册.北京：机械工业出版社，1993.11 张运吉.数控机床.北京：机械工业出版社12

33、刘会霞.液压与气压技术.中国机械工业教育协会13 李壮云.液压元件与系统.北京：机械工业出版社，201114 李兵.液压与气压传动.华中科技大学出版社，2012致 谢通过这一次毕业设计，让我学习到了很多。将我以前所学的多门课程一次性的总和运用到一起，使我进一步的了解各科之间的相关联系。刚开始知道这个设计题目的时候自己是茫然的，不知道怎么开始。通过自己到图书馆查阅书籍，咨询老师和同学，了解关于数控机床液压站的相关知识原理，才渐渐有了自己的设计思路，慢进去正轨，最终完成这次的毕业设计。这一次毕业设计的制作，让我的处理事情和分析事情的能力得到了锻炼，将会对我未来的工作和学习能力有很大的提升。在此感谢我们的导师在这次毕业设计的过程中对我们细心的指导，才能使我们顺利的完成这次的任务。23