数控车床控制液压刀架的液压装置设计开题报告

1. 研究目的与意义

背景：液压传动应用于工程机械、塑料加工机械、船舶及机床等多种领域，其中应用在数控车床上的液压系统采用中低压系统，液压装置所承担的执行元件动作所需力及流量变化较小，主要负载是提供加工零件的夹紧力、尾架套筒顶紧力以及所装有切削用刀具的刀盘的换位、锁紧等。

意义：相比于机械传动和电气传动，液压传动有着独特的优点；有着润滑作用，可以延长元件和系统寿命；调整速度较为容易；与同功率机械传动相比有着体积小、重量轻、结构紧凑的优点；且很容易实现机械自动化。总的来说，液压传动相比于其他传动在机床上的应用更加的便捷，更加适应各类机床，有着更好的发展前景。而其向自动化、高精度、高效率、高速化、高功率、小型化、轻量化方向发展，是不断提高它与电传动、机械传动竞争能力的关键。此外，在液压元件和液压系统的计算机辅助设计、计算机仿真和优化以及微机控制等开发性工作方面，日益显示出显著的优势。

2. 课题关键问题和重难点

本课题是要求设计数控车床控制液压刀架的液压装置。主要零件有：液压油箱、分油板、油箱盖板、进出油管接头、进出油管、安装螺钉、各类密封装置、安装支架、支座、电机垫板等。

本课题关键问题是数控车床控制液压刀架的液压装置的主要零部件的设计。数控车床控制液压刀架的液压装置的设计要满足以下要求：故障率低、运行平稳、噪声小，便于安装；设计合理、结构简单、便于安装生产；性能可靠，尽量延长使用寿命。数控车床控制液压刀架的液压装置设计的主要技术参数：1．本液压装置系统压力7mpa以下，液压系统流量一般在0.510–3m3/s （30l/min）左右，油箱有效容积为100升。2．本液压装置的液压泵选用变量叶片泵，根据负载要求选择泵类型及与其匹配功率的电机。3．本液压装置的执行元件主要为液压刀架的刀盘换位、锁紧、卡盘油缸及尾座套筒。

本课题应尽量全面搜集和分析相关资料，特别是国外最新相关学科研究资料；满足技术参数及工作性能的要求；设计结构紧凑合理，满足强度、刚度、寿命以及经济型、安全性方面的要求；设计应贯彻标准化，符合国家规范要求。本课题的主要难点在于怎样根据负载要求选择泵类型及与其匹配功率的三相异步电动机，以及怎样在分油板上布置各类阀体使其能够满足执行元件的最佳控制要求。

3. 国内外研究现状（文献综述）

本设计的课题为数控车床控制液压刀架的液压装置，其中液压泵是该装置的核心零部件，液压泵是液压传动系统的能量转换装置，它将原动机输入的机械能转换为液体的压力能，在液压传动系统中属于动力元件，是液压传动系统的重要组成部分。液压系统包括主泵动力站、和安装在主泵站上的控制件、附件等。因为液压系统的执行装置带动工件或刀具直接参加工件表面形成运动所以它的工件性能对加工质量和生产率产生直接的影响是车床上最重要的部件之一。液压泵是靠密封容腔容积的变化来工作的。液压泵正常工作必备的条件是：具有密封容积，密封容积可以周期性变化。液压泵理论上输出的流量与密封容积的变化量和单位时间内的变化次数成正比，与其它因素无关。油箱内液体的压力必须大于或等于大气压力，这是容积式液压泵能够吸入油液的外部条件。因此，为保证液压泵正常吸油，油箱必须与大气相通，或采用封闭的充压油箱。具有相应的配油装置将吸油腔和排油腔隔开，保证液压泵有规律地连续吸、排液体。液压泵的结构原理不同，其配油装置也不相同。

油泵工作压力的计算，油泵工作压力应等于液压缸的工作压力和油液在管道中流动时产生的压力损失之和。在液压系统方案未确定之前，先对整个系统的压力损失进行估算，等到正式系统设计完成后，再进行详细的验算。液压系统所需的油泵流量是由工作油缸的尺寸和运动速度的快慢要求来决定的。根据能量守恒原理，油泵输出液压油的功率就是需要油泵电动机的功率。因此只需算出油泵输出液压油的功率就可以确定该选多大功率的电动机。此外，尚需考虑电动机本身的效率及从电动机到油泵的联轴节或皮带传动等的效率，故电动机的功率应适当地加大。

油箱有效容积大小的计算，计算液压缸的内径和活塞杆直径都必须考虑到设备的类型，例如在金属切削机床中，对于动力较大的机床(刨床，拉床和组合机床)一定要满足牵引力的要求，计算时要以力为主；对于轻载高速的机床(磨床，珩磨机和研磨机等)一定要满足速度的要求，计算时要以速度为主。由于本刀架的抬起动作是在数控车床脱离切削时完成的，因而在换刀过程中并没有承受切削力的作用，因而符合第二种情况，计算时以速度为主。

4. 研究方案

本课题研究的主要目的是设计出一种数控车床控制液压刀架的液压装置，主要是为了机床的尾架、卡盘及液压刀架提供顶紧力和锁紧力的动力。确定液压传动系统方案，确定液压执行元件的形式，进行工况分析，确定系统的主要参数完成电动机功率确定，制定基本方案，初步拟定液压系统原理图，完成液压传动原理图，液压元件选型、液压辅助元件选型，液压系统的性能、成本验算，绘制工作图，完成液压装置装配图。为了完成本课题的设计，在设计之前需做好准备工作，查阅相关资料，了解国内外数控车床控制液压刀架的液压装置的发展现状和基本类型。查看液压装置相关的图纸，了解各组成部分的作用及特点。其次是提出设计方案，研究方案的可行性，初步确定液压装置的基础设计，包括根据负载要求选择叶片泵类型及与其匹配功率的电机并进行油箱有效容积大小计算还有根据执行元件的特点选择合适的控制阀组，如方向控制阀、压力控制阀等选择合适的元件并确定合理的布局方式。主要计算是根据所需提供的动力来计算选择合适类型的泵和相匹配功率的电机。

本课题研究所要达到目标是为机床尾架、卡盘和液压刀架提供动力，在符合要求的情况下选择合适的泵、电机、阀等元件来实现这一目的，并且结构简单、操作方便、性能可靠。这次的毕业设计旨在学习新的知识并巩固复习自己的专业知识，加强自己的绘图熟练度，提高自己的专业设计技能，在设计前首先熟悉总体的功能和每一部分的功能，善于观察和发现不足之处，找出可以改善解决不足的具体方案，设计过程中可参考一些国内外的文献资料，优化其结构设计，完成对数控车床控制液压刀架的液压装置课题的设计。设计数控车床控制液压刀架的液压装置，各个零部件要仔细选取，查询相关资料，选取最适合的零件，然后结合数据验证选取的方案是否合理和经济实惠。

论证设计方案的合理性之后，着手解决计算问题，根据负载要求选择叶片泵类型及与其匹配功率的电机并进行油箱有效容积大小。选择油泵的主要依据是压力和流量，一般来说，齿轮泵价格低，维修方便，但当系统压力达到较大值时，输油压力脉动大，噪声大，不宜作数控机床的油源；叶片泵的输油压力脉动小，噪声小，因而被广泛用于数控机床的主要油源，所以本液压系统的液压泵选用叶片泵。通过这次毕业设计，加强巩固自己所学的专业知识，更加熟练运用cad制图和三维建模软件。

5. 工作计划

2023.1.2～2023.1.15	完成译文翻译，查阅文献，完成开题报告并上传毕设网。
2023.1.16～2023.2.5	指导老师审核译文和开题报告，根据指导老师意见完成修改。
2023.2.6～2023.3.19	按照开题报告的方案，开始课题计算，完成根据负载要求选择叶片泵类型及与其匹配功率的电机并进行油箱有效容积大小计算。
2023.3.20～2023.3.26	在“毕设网”上完成“中期检查报告”的填写，指导老师完成中期任务的审核。
2023.3.27～2023.4.23	完成装配图、液压原理图、零件图的全部设计，并进行AutocCAD绘图。
2023.4.24～2023.5.6	完成“毕业设计报告（论文）”的撰写、论文检测，上传毕设网，指导老师批阅和确认。
2023.5.6～2023.5.12	答辩，存档。