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1、.1 液压系统的现状与发展趋势1.1.1 液压控制技术回顾与展望毋庸置疑,能量转换、动力传动以及运动控制依然是21世纪全球经济的重要组成部分,流体传动及控制技术也依然是其中极为重要和积极的角色。制造业在国民经济中的地位和作用举足轻重,21世纪的中国正成为世界制造业的中心。中国加人WTO以后,液压工业在中国的发展将面临空前的机遇和挑战。正如改变世界的机器一书所言,“一个国家要生活得好,必须生产得好”,在21世纪全球化和信息化的浪潮中把握发展机遇,让中国的液压工业能够在世界列强中占有一席之地,是摆在我们面前的大课题。我们应该认识到，在21世纪，液压技术已很难在基础理论上有重大进展，即使是新的应用理
2、论研究也很难有惊人的突破。其发展主要是在现有元件和技术基础上，精益求精，同时利用其他领域的先进技术，与液压技术组合、集成，使液压传动向自动化、高速化、小型化、高精度、高效率方向发展。提高控制精度、便于控制，降低能耗，简化设计，快速适应用户需求是其目的。电子化、数字化、集成化、复合化、多样化、模块比的元件和系统将是今后发展的方向，元器件和系统的界限也将变得模糊(其实，现在许多国外的变量泵，本身就可以看作一个小系统)。具体来说，主要有以下几个方面：1.材料、加工工艺的多样化2.机电一体化、电子化、数字化3.功能集成化、复合化、元器件模块化、标准化、介质多样化4.其他（如：降低噪声、减少发热、减少甚
3、至无泄漏、适应高低温环境、防止油液污染等，一直是液压技术领域研究的问题，也是液压技术的“软肋”，这些问题一直困扰着、制约着、影响着液压技术的发展，但同时也是液压技术发展的切入点）。1.1.2 液压行业的发展趋势液压行业将向高性能、高质量、高可靠性、系统成套方向发展；向低能耗、低噪声、振动、无泄漏以及污染控制、应用水基介质等适应环保要求方向发展；开发高集成化高功率密度、智能化、机电一体化以及轻小型微型液压元件；积极采用新工艺、新材料和电子、传感等高新技术也是一重要方向。1.1.3 世界液压传动技术发展趋势液压传动是发展现代工程机械的关键技术。国外液压产品由于应用了高新技术成果（如自动化技术、可靠
4、性技术、计算机技术以及新材料和新工艺等），使产品质量、品种和水平都有明显提高。权威人士认为，未来液压传动与控制技术的发展趋势是：液压传动与微电子技术结合，实现机电一体化，比例阀和插装阀的使用量显著增加，开环电液比例系统和系统将向闭环比例控制系统发展。液压系统的压力、温度、速度及油液的污染度等数值可以自动测试和诊断，监控系统，包括集中控制和自动调整系统也将得到发展。1.1.4 国内液压控制技术现状及发展策略液压控制技术是以流体力学、液压传动和液力传动为基础，应用现代控制理论、模糊控制理论,将计算机控制技术、集成传感技术应用到液压技术和电子技术中，为实现机械工作自动化或生产现代化而发展起来的一门技
5、术。它广泛应用于国民经济的各行各业，在农林、化工、纺织、能源、材料、金属加工、起重运输、工程机械、交通、兵器、航天航空、机械制造中都有着广泛的应用，尤其在高、新、尖技术装备中更为突出。我国液压工业的真正发展则是在六十年代开始起步的，而液压控制技术的发展则更晚一些，液压控制技术的水平较国外发达国家相比,存在着一定的差距。目前，液压及控制技术已成为一种应用极为广泛的基础技术，尽管在我国国民经济各领域中也获得了极为广泛的应用，但液压及控制技术长期落后于国外的现状还是严重制约了我国主机水平的提高和工业自动化的实现，因而迅速提高我国液压技术和控制技术的数字化，具有极为重要的经济意义和社会现实意义。1.2
6、 AD-15产生的时代背景进入20世纪80年代以来，由于市场竞争激烈，产品更新极为迅速，中小批量零件的生产越来越多，而且随着航空工业、汽车工业以及轻工消费品生产的高速增长，复杂形状的零件越来越多，精度要求也越来越高。这些为数控机床的发展开辟了广阔的市场空间。数控车床作为高技术的机电一体化产品，功能比较完善，技术也已成熟，国际国内市场需求也越来越大。在我们国家的产业政策中也是要重点扶持并大力发展数控机床等机电一体化产品。发展数控车床是市场的需要，也是机加行业的发展方向。目前国内主要是一些老牌普车生产厂家在其原有大型普车基础上发展简易数控车床，小型数控车床在国内的发展才刚刚起步，而该类机床的市场空
7、间却十分广阔，目前仅有少数几家开始试生产，而且定位于零件的粗加工和半精加工，机床的性能档次偏低，相当于国外90年代初的水平。据市场的反馈和我们的调研分析，像一汽、二汽等汽车零配件加工行业存在的大量需求主要面对精车、半精车工序，而粗加工和半精加工还主要依靠多刀机床完成。因此，发展数控车床在国内是大势所趋，越来越多的盘类零件精加工都要依靠高精数控车来完成，所以安阳机床集团有限责任公司紧扣市场上对高精数控车床的这一需求，加大新产品开发力度，在最短的时间内将这一适应市场需求的产品AD-15推向广大用户，最大限度地满足了其高精、高效的加工要求。AD-15型数控车床:床身最大回转直径440mm最大切削直径
8、300mm最大切削长度450mm主轴转速为454500r/min(四段无级) 表1-1 AD-15系列数控车床卡盘限速表标准卡盘规格（英寸） 最高转r/min 允许超标准卡盘（英寸） 最高转r/min8 4500 10 1650可满足绝大多数用户典型零件的精加工要求。产品的开发：借鉴国内外成熟产品的优点，立足于自主开发，在产品造型设计方面与国内专业设计机构合作。在产品设计中贯彻模块化设计的思想，以满足不同用户对机床配置的个性化需求。数控系统选用日本的FANUC系统。AD-15属于半闭环控制系统的全功能数控车床，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
9、槽、倒角、车螺纹等的加工；AD-15是具有铣削功能的高速、高效车削中心。除具有车削功能外，还增加了钻、铣功能，可用于加工各种轴类，盘类零件。能够满足黑色金属及有色金属高速切削的速度需求，在机床设计中对主轴、床身、床鞍的刚度进行合理分配，大大提高了整机的刚性，确保了高速运转、重切时的稳定性。作为通用性极高的机床，特别适用于精密零件的加工。工艺适应性强，效率高，精度高，质量高。可广泛适用于汽、摩、火车轮彀、活塞、轴套等配件、航天、家电、液压气动、轴承、仪器仪表、五金阀门等制造业零件的批量加工，是理想的机械加工设备。1.3 传动类型的确定常用的传动类型有:机械传动；电传动。其中机械传动又包括摩擦传动
10、、啮合传动、液压传动、气动传动。选择传动类型时所依据的主要指标有:效率、外廓尺寸、质量、运动性能及生产条件的符合程度(生产可能性、预期的生产效率及生产成本)。液压传动以其布局灵活,可实现大范围的无级调速,传递运动均匀平稳,操控方便,省力,便于自控,标准、通用、系列化程度高（有利于降低成本,缩短生产，设计周期），单位质量输出功率大(即同等输出功率下具有体积小、质量轻、运动惯量小、动态性能好)等独特的优点；加之液压系统在传动领域的地位和作用(详见液压系统的现状与发展趋势)；考虑经济成本,采用液压传动自然就成了本系统的首选。第二章 液压系统设计计算2.1 机床技术参数AD-15机床造型美观，并具有高
11、刚性、高精度等特点。整体式底座结构，刚性好，精度保持性好。本机床床身最大回转直径440mm最大切削直径300mm最大切削长度450mm主轴转速为454500r/min(四段无级)主电机的动力由电机皮带轮通过窄V带直接传递至主轴上的皮带轮。主电机采用伺服电机，通过无级变速实现主轴在454500rpm范围内转动。卡盘为自动液压夹紧；尾座也是自动运行，尾座自动运行一般是靠液压控制。对于顶尖距较长的床身,有时也要配置液压中心架。本课题所要设计的就是控制液压卡盘油缸自动卡紧和控制液压尾座自动运行的液压部分。卡盘油缸所需最大油压力为,最小流量。尾座油缸所需压力和流量均比卡盘小,设计时要考虑调节压力和流量。
12、2.2 卡紧及尾座顶紧液压系统设计液压卡盘一般选用德川MS105MS200查阅其资料可知其所需流量为：，压力为：由此可选择VPVC-F30中低压叶片泵（依据压力和流量来选泵时，还应考虑系统压力损失，结合本系统的性能要求，可初定）。根据其压力流量特性曲线，可查出所需电动机功率为1.5KW，转速为1500r/min。根据压力、流量可选出液压阀规格和型号。我们选用通径的液压阀，流量为40L/min，压力为20Mpa。2. AD-15平衡刀架的有关计算平衡力：，平衡缸运行速度：平衡缸直径：其面积：由此计算压力：流量： 尾座顶紧缸：顶紧力： 2.4 液压系统主要参数的确定通过工况分析，可以看出液压执行元
13、件在工作过程中速度和载荷变化情况，为确定系统及各执行元件的参数提供依据。液压系统的主要参数是压力和流量，它们是设计液压系统，选择液压元件的主要依据。压力决定于外载荷。流量取决于执行元件的运动速度和结构尺寸。第三章 液压基本回路的确定3.1 确定换向、调速回路液压执行元件确定之后，其运动方向和速度的控制是拟定液压回路的核心问题。方向控制用换向阀或逻辑控制单元来实现。对于一般中小流量的液压系统，大多通过换向阀的有机组合的叠加阀实现所要求的动作。对高压大流量的液压系统，现多采用插装阀与先导控制阀的逻辑组合来实现。本系统采用叠加阀。速度控制通过改变液压执行元件输入或输出的流量或者利用密封空间的容积变化
14、来实现。相应的调整方式有节流调速、容积调速以及二者的结合容积节流调速。这里采用单双向节流阀回油调速。3.2 压力控制及保压回路的确定液压执行元件工作时，要求系统保持一定的工作压力或在一定压力范围内工作，也有的需要有级或无级调节压力，一般在节流调速系统中，通常由定量泵供油，用溢流阀调节所需压力，并保持恒定。而本系统用变量泵供油，用安全阀起安全保护作用。保压回路的选择有时还需要使系统在液压缸不动或因工件变形而产生微小位移的工况下保持稳定不变的压力，这就要考虑选择使用保压回路。保压性能的两个指标为保压时间和压力稳定性。采用单向阀和液控单向阀的保压回路是最简单的保压回路，阀座的磨损和油液的污染是影响起
15、性能的关键。它适用于保压时间短、对压力稳定性要求不高的场合。采用液控单向阀和电接触式压力表的自动补油保压回路。它是利用液控单向阀结构简单并具有一定保压性能的长处，避开了直接开泵保压消耗功率的缺点。这种回路保压时间长、压力稳定性高。采用辅助泵的保压回路。它是在回路中增设一台小流量高压泵，当液压缸加压完毕要求保压时，由压力继电器发讯，使换向阀动作处于某一特定位置，主泵泄载，同时另一换向阀动作，由辅助泵向封闭的保压系统供油，维持系统压力稳定。辅助泵只需补偿系统的泄露量，故一般选用小流量泵、功率损失小。压力稳定性取决于溢流阀的稳压性能。用蓄能器代替辅助泵亦可以达到保压过程中向系统供油、补偿系统泄露的目的，并且这种方法更加经济。结合本系统的特殊工况及公司生产能力， AD-15全功能数控车床液压系统采用小排量变量泵持续供油保压，这也是最安全的保压方法（见原理图）。3.3 确定顺序动作方案主机各执行机构的顺序动作，根据设备类型不同，有的按固定程序运行，有的则是随机的或人为的。工程机械的操纵机构多为手动，一般用手动的多路换向阀控制。加工机械的各执行机构的顺序动作多采用行程控制，当工作部件移动到一定位置时，通过电气行程开关发出电信号给电磁铁推动电磁阀或直接压下行程阀来控制接续的动作。行程开关安装比较方便，而用行程阀需连
