组合机床液压系统CAD

组合机床液压系统CAD
任务书
1．设计的主要任务及目标
分析组合机床液压系统的组成，建立液压元件的参数库和液压元件的图形符号库。

通过对cad的二次开发，实现对图形符号库的的调用，方便工作人员绘制组合机床的液压原理图。

2．设计的基本要求和内容
（1）建立液压元件参数数据库
（2）建立液压元件图形符号库
（3）实现图形符号的调用
（4）编写设计说明书
3．主要参考文献
[1]左建民主编.液压与气压传动（第4版）.北京.机械工业出版社.2007.
[2]许福玲陈尧晓主编.液压气动技术.北京：机械工业出版社.2007.
[3]王守成段俊勇主编.液压元件及选用[M].北京：化学工业出版社.2007年.
[4]周恩涛主编.液压系统设计元器件选型手册.北京：机械工业出版社.2007.
[5]许福玲主编《液压与气动》（第3版）[M].机械工业出版社.
4．进度安排
组合机床液压系统CAD
摘要：液压系统是组合机床的重要组成部分，本课题主要针对液压系统原理图的绘制而设计。

利用access的建库功能，根据液压元件手册对组合机床液压系统中的元件建立参数库，方便工作人员根据参数查询所需元件型号。

利用autocad的设计中心建立液压元件图形符号库，通过cad中的autolisp语言利用编程建立液压系统的工作环境，实现工作人员根据需要调取所需液压元件，提高绘制液压原理图的效率。

关键词：组合机床，液压元件符号库，液压元件参数库，autolisp
Combination of hydraulic system CAD
Abstract：Hydraulic systems are an important part of the combination of the machine, the main topic for the hydraulic system schematic drawing and design. The advantage of building a database access functions, the establishment of a database on a combination of parameters hydraulic system components in accordance with manual hydraulic components to facilitate staff required element model based on a parameter query. Use autocad design center established graphic symbol library of hydraulic components, through the use of cad in autolisp programming language to build hydraulic system working environment of staff needed to achieve the transfer of hydraulic components needed to improve the efficiency of the hydraulic schematic drawing.
Keywords: Combination machine，Hydraulic components symbol library，Hydraulic components parameter library，autolisp
目录
1 前言 (1)
2 组合机床液压系统 (2)
2.1 液压传动的工作原理和组成以及优缺点 (2)
2.1.1工作原理 (2)
2.1.2液压系统的基本组成 (2)
2.1.3液压传动的优缺点 (3)
2.2 液压系统原理图分析 (4)
2.3液压技术发展趋势 (5)
3 参数库 (7)
3.1液压元件参数库的建立 (7)
3.1.1以“泵和马达”为例建立数据库 (7)
3.2建立表的查询 (9)
4 图形符号库 (13)
4.1 设计中心 (13)
4.1.1启动AutoCAD2010【设计中心】 (13)
4.1.2 利用【设计中心】打开图形文件 (14)
4.1.3 利用【设计中心】查找内容 (15)
4.1.4 向图形添加内容 (15)
4.1.5 在图形之间复制图层 (17)
4.2通过设计中心创建液压元件图形符号库 (18)
4.2.1图块的属性 (19)
4.2.2 创建“泵和马达”图形符号模块 (21)
4.2.3创建液压元件图形符号库 (26)
4.3 工具选项板 (29)
4.3.1 【工具选项板】的显示控制 (29)
4.3.2 创建液压气动元件图形符号工具选项板 (31)
4.3.3 更改【工具选项板】窗口中的图标显示样式 (31)
4.3.4 修改“泵和马达模块”选项卡 (32)
4.3.5 其他液压元件模块选项卡的创建 (33)
5 AUTOLISP对CAD的应用 (35)
5.1 autolisp的功能 (35)
5.2 autolisp在cad中的发展 (35)
5.3 autolisp在cad中的使用 (36)
结论 (38)
参考文献 (39)
致谢 (41)
附录：autolisp程序 (42)
1 前言
组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定外形和加工工艺设计的专用部件和夹具，组成的半自动或自动专用机床。

它一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。

由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。

因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。

液压控制系统在组合机床中有着重要作用，对液压控制系统的设计也是进行组合机床设计的重要组成部分。

液压传动技术是机械行业一项极为重要的技术，液压传动具有传动装置重量轻、结构紧凑、传动平稳、噪声小、便于实现超载保护和自动化等优点，所以被广泛地应用在各种机械设备上。

液压传动的主要工作原理是：利用有压力的油液作为传递动力的工作介质，将机械能转换为油液的压力能，压力油通过油管输送到液压执行元件，比如液压缸，其压力能有转换为机械能，从而实现传动。

当前，液压技术正朝着迅速、高压、大功率、高效的方向发展，在液压传动系统设计中，计算机辅助设计(CAD)也是一个主要的发展方向。

计算机辅助设计(CAD)就是使用计算机系统辅助进行产品设计、开发。

这是随着计算机的发展而产生的一门技术，是一门多学科的综合性应用技术。

CAD具有许多传统设计无法比拟的优点。

它大大地提高了绘图效率，而且还能进行一些必要的设计计算，这大大方便了设计者。

目前，CAD已被应用到许多不同的行业。

2 组合机床液压系统
2.1 液压传动的工作原理和组成以及优缺点
液压传动是以液体为工作介质，利用压力能来驱动执行机构的传动方式。

驱动机床工作台的液压系统是由油箱、过滤器、液压泵、溢流阀、开停阀、节流阀、换向阀、液压缸以及连接这些元件的油管、接头等组成。

2.1.1 工作原理
（1)电动机驱动液压泵经滤油器从油箱中吸油，油液被加压后,从泵的输出口输入管路。

油液经开停阀、节流阀、换向阀进入液压缸，推动活塞而使工作台左右移动。

液压缸里的油液经换向阀和回油管排回油箱。

（2)工作台的移动速度是通过节流阀来调节的。

当节流阀开大时，进入液压缸的油量增多，工作台的移动速度增大；当节流阀关小时，进入液压缸的油量减少，工作台的移动速度减少。

由此可见，速度是由油量决定的。

2.1.2 液压系统的基本组成
（1）能源装置——液压泵。

它将动力部分（电动机或其它远动机）所输出的机械能转换成液压能，给系统提供压力油液。

（2）执行装置——液压机（液压缸、液压马达）。

通过它将液压能转换成机械能，推动负载做功。

（3）控制装置——液压阀（流量阀、压力阀、方向阀等）。

通过它们的控制和调节，使液流的压力、流速和方向得以改变，从而改变执行元件的力（或力矩）、速度和方向。

（4）辅助装置——油箱、管路、蓄能器、滤油器、管接头、压力表开关等.通过这些元件把系统联接起来，以实现各种工作循环。

（5）工作介质——液压油。

绝大多数液压油采用矿物油，系统用它来传递能量或信息。

2.1.3 液压传动的优缺点
（1）液压传动的优点
①在相同的体积下，液压执行装置能比电气装置产生出更大的动力。

在同等功率的情况下，液压执行装置的体积小、重量轻、结构紧凑。

液压马达的体积重量只有同等功率电动机的12%左右。

②液压执行装置的工作比较平稳。

由于液压执行装置重量轻、惯性小、反应快，所以易于实现快速起动、制动和频繁地换向。

液压装置的换向频率，在实现往复回转运动时可达到每分钟500次，实现往复直线运动时可达每分钟1000次。

③液压传动可在大范围内实现无级调速（调速比可达1：2000），并可在液压装置运行的过程中进行调速。

④液压传动容易实现自动化，因为它是对液体的压力、流量和流动方向进行控制或调节，操纵很方便。

当液压控制和电气控制或气动控制结合使用时，能实现较复杂的顺序动作和远程控制。

⑤液压装置易于实现过载保护且液压件能自行润滑，因此使用寿命长
⑥由于液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，所以液压系统的设计、制造和使用都比较方便。

（2）液压传动的缺点
①液压传动是以液体为工作介质，在相对运动表面间不可避免地要有泄漏，同时，液体又不是绝对不可压缩的，因此不宜在传动比要求严格的场合采用，例如螺纹和齿轮加工机床的内传动链系统。

②液压传动在工作过程中有较多的能量损失，如摩擦损失、泄漏损失等，故不宜于远距离传动。

③液压传动对油温的变化比较敏感，油温变化会影响运动的稳定性。

因此，在低温和高温条件下，采用液压传动有一定的困难。

④为了减少泄露，液压元件的制造精度要求高，因此，液压元件的制造成本高，而且对油液的污染比较敏感。

⑤液压系统故障的诊断比较困难，因此对维修人员提出了更高的要求，既要系统地掌握液压传动的理论知识，又要有一定的实践经验。

⑥随着高压、高速、高效率和大流量化，液压元件和系统的噪声日益增大，这也
是要解决的问题。

总而言之，液压传动的优点是突出的，随着科学技术的进步，液压传动的缺点将得到克服，液压传动将日益完善，液压技术与电子技术及其它传动方式的结合更是前途无量。

2.2 液压系统原理图分析
以某组合机床为例，对其原理图进行分析，如图2.1。

图2.1 液压系统原理图
由原理图分析可知，本液压系统有液压泵、溢流阀、单向阀、三位五通电磁换向阀、压力继电器、阀组、顺序阀、压力表、多接点压力开关、滤油器、液压缸等组成。

对应参数可由液压工程手册查询。

2.3液压技术发展趋势
现代液压技术与微电子技术、计算机控制技术、传感技术等为代表的新技术
紧密结合，形成并发展成为一种包括传动、控制、检测在内的自动化技术。

当前，液压技术在实现高压、高速、大功率、经久耐用、高度集成化等各项要求方面都取得了重大的进展；在完善发展比例控制、伺服控制、开发控制技术上也有许多新的成绩。

同时，液压元件和液压系统的计算机辅助设计（CAD）和测试（CAT）、微机控制、机电液一体化（Hydromechatronics）、液电一体化（Fluitronics）、可靠性、污染控制、能耗控制等方面也是液压技术发展和研究的方向。

下面我们从以下几个方面来展望液压技术的发展趋势。

（1）计算机辅助设计（CAD）和测试（CAT）
充分利用现有的液压CAD设计软件，进行二次开发，建立知识库信息系统，它将构成设计-制造-销售-使用-设计的闭环系统。

将计算机仿真及适时控制结合起来，在试制样机前，便可用软件修改其特性参数，以达到最佳设计效果。

并把CAD/CAM/CAPP/CAT，以及现代管理系统集成在一起建立集成计算机制造系统（CIMS），使液压设计与制造技术有一个突破性的进展。

开展液压系统的故障预测，实现主动维护技术。

必须使液压系统故障诊断现代化，加强专家系统的开发研究，建立完整的、具有学习功能的专家知识库，并利用计算机和知识库中的知识，推算出引起故障的原因，提出维修方案和预防措施。

要进一步开发液压系统故障诊断专家系统通用工具软件，开发液压系统自补偿系统，包括自调整、自校正，在故障发生之前进行补偿，这是液压行业努力的方向。

（2）机电一体化
机电一体化可实现液压系统柔性化、智能化，充分发挥液压传动出力大、惯性小、响应快等优点，其主要发展动向是：液压系统将由过去的电液开发系统和开环比例控制系统转向闭环比例伺服控制系统，同时对压力、温度、速度等传感器实现标准化；提高液压元件性能，在性能、可靠性、智能化等方面更能适应机电一体化需要，发展与计算机直接接口的高频，低功耗的电磁电控元件；液压系统的流量、压力、温度、油污染度等数值将实现自动控制测量和诊断；电子直接控制元件将得到广泛的采用，如电控液压泵，可实现液压泵的各种调节方式，实现软启动、合理分配功率、自动保护等；借助现场总线，实现高水平信息系统，简化液压系统的调节、争端和维护。

（3）可靠性和性能稳定性逐渐提高
可靠性和性能稳定性是涉及面最广的综合指标，它包括元、器、辅、附件的可靠性，系统的可靠性设计、制造以及可靠性维护三大方面。

随着诸如工程塑料、复合材料、高强度轻合金等新材料的应用，新工艺新结构的出现，元、器件性能的可靠性得以大大增加。

系统可靠性设计理论的成熟与普及，使合理地进行元器件的选配有了理论依据。

此外，过滤技术的完善和精度的提高（过滤器精度可达1一3 μm ，而典型现代液压元件的动态间隙为0 ,5一5 μm ) ，除了能彻底清除固体杂质外，还能分离油中的气体和水分。

在线实时油污检测器和电子报警逻辑系统的应用，使得液压系统的维护从过去的简单拆修发展到主动维护，对可预见的诸因素进行全面分析，最大限度地提前消除诱发故障的潜在因素。

（4）污染控制
之前液压界主要致力于控制固体颗粒的污染，而对水、空气等的污染控制往往不够重视。

今后应重视解决：严格控制产品生产过程中的污染，发展封闭式系统，防止外部污染物侵入系统；应改进元件和系统设计，使之具有更大的耐污染能力。

同时开发耐污染能力强的高效滤材和过滤器。

研究对污染的在线测量；开发油水分离净化装置和排湿元件，以及开发能清除油中的气体、水分、化学物质和微生物的过滤元江及检测装置。

（5）减少损耗，充分利用能量
液压技术在将机械能转换成压力能及反转换过程中，总存在能量损耗。

为减少能量的损失，必须解决下面几个问题：减少元件和系统的内部压力损失，以减少功率损失；减少或消除系统的节流损失，尽量减少非安全需要的溢流量；采用静压技术和新型密封材料，减少摩擦损失；改善液压系统性能，采用负荷传感系统、二次调节系统和采用蓄能器回路。

泄漏控制包括：防止液体泄漏到外部造成环境污染和外部环境对系统的侵害两个方面。

无泄漏将是世界液压界今后努力的重要方向之一。

（6）增强对环境的适应性、拓宽应用范围
液压传动虽然具有很多优点，但由于存在着发热、噪声、工作介质污染等不尽人意的地方，使其应用受到某种程度上的制约。

面对环保意识越来越强的未来，应采取相应措施逐步解决和改善以上问题。

总之，液压技术作为便捷和廉价的自动化技术，有着良好的发展前景。

脚踏实地，放眼未来，经过行业的共同努力，我国的液压工业一定能走进一个新天地。

3 参数库
根据本课题的设计要求，主要任务是
（1）建立液压元件参数库
（2）建立液压元件符号库
（3）实现图形符号的调用
3.1液压元件参数库的建立
利用Microsoft Access 2010对机床各个液压元件进行参数建库。

确定机床液压元件类型
泵和马达、插装阀、方向控制阀、辅助元件、流量控制阀、流体调节器、压力控制阀、液压缸、油箱等元件
3.1.1以“泵和马达”为例建立数据库
设计表结构如下表3.1
表3.1 “泵和马达”数据表结构
运行Access 2010应用程序，选择【新建】【空数据库】命令，建
立“组合机床液压系统CAD”数据库，如图3.2所示。

图3.2 空数据库样板
单机左上角【文件】下边的【视图】命令，切换为设计视图模式。

如图3.3
图3.3 设计视图板式
根据数据表结构，将对应字段和格式输入表中，然后根据液压元件手册将对应参数一一输入。

以“泵和马达”中的“外啮合齿轮泵”为例，如图3.4
图3.4 “外啮合齿轮泵”数据库
以同样的方法将“泵和齿轮”中的所有元件的参数对应建库。

不一一列举，然后将插装阀、方向控制阀、辅助元件、流量控制阀、流体调节器、压力控制阀、液压缸、油箱等元件也以相同方法建库。

3.2建立表的查询
以“泵和马达”中的“外啮合齿轮泵”为例，打开已经建好的“外啮合齿轮泵”数据库，然后点击菜单栏的【新建】【查询设计】如图 3.5所示
图3.5 查询设计
选中“外啮合齿轮泵”点击添加出现如图3.6所示
图3.6 “外啮合齿轮泵”查询窗口设计
然后依次双击弹出小窗口中“外啮合齿轮泵”下边的参数名称，将会依次添加到表下边的空白格中，每个参数下边的对钩表示选中的意思，根据查询需要，可以自行选择。

如图3.7所示
图3.7 查询窗口选择设计
单机保存，命名为“外啮合齿轮泵查询”
关闭该设计视图，返回数据库窗口，然后打开刚才建好的查询设计效果如图3.8所示
图3.8 “外啮合齿轮泵查询”
点开每个参数右边的下三角可以根据所需条件选中所需参数，减少了查询的繁琐性，例如我点开“额定压力”对应参数，至选中“14”对应的压力值，数据库中只留下额定压力值为14的元件，方便查询需要。

如图3.9所示
图3.9 数据库选择查询效果图
还可以根据需要只选定某些个别参数进行元件查询，例如假设我选泵时候只根据
流量和压力两个参数选择所需，那我可以点开泵的数据库查询窗口如图，然后点击左上角的【视图】命令切换为设计视图模式如图所示，然后把除了型号、流量、压力外的所有对钩都去掉，然后再次点击【视图】命令，回到查询窗口，现在只显示型号、流量、压力三个参数栏，便于查询。

如图3.10所示
图3.10 数据库选择查询效果图
依次方法把其它的数据库对应建立查询设计，在此不一一说明。

4 图形符号库
打开autocad2010，根据液压原理图的分析，参照液压工程手册，绘制液压元件符号，以单向变量泵为例，如图4.1所示。

图4.1 单向变量泵
以相同方法绘制其他组合机床液压元件符号，保存至自定义文件内。

4.1 设计中心
AutoCAD 2010的【设计中心】可以看成是一个中心仓库。

在这里，不仅可以浏览到自己的设计，而且可以借鉴他人的设计思想和设计图形。

使用【设计中心】可以很容易地组织设计内容，并把他们拖动到自己的图形中。

也可以将图形、块和填充拖动到【工具选项板】上。

源图形可以位于用户的计算机上、网络位置或网站上。

另外，如果打开了多个图形，则可以通过【设计中心】在图形之间复制和粘贴其他内容（如图层定义、布局和文字样式）来简化绘图过程。

4.1.1启动AutoCAD2010【设计中心】
选择下拉菜单【工具】│【选项板】│【设计中心】命令；从【标准】工具栏中单击【设计中心】按钮；在“命令：”提示符下输入adcenter并按空格或Enter键，激活ADCENTER命令；快捷键：按下Ctrl+2组合键。

通过以上方法均可打开【设计中心】窗口，【设计中心】窗口组成如图4.2所示。

在图4.2中，左边为【设计中心】资源管理器的细目，采用树状图方式显示，以显示系统资源的层次结构；在浏览左边资源的同时，在右边内容显示框中显示了所浏览资源的有关细目或内容。

图4.2 【设计中心】窗口
4.1.2 利用【设计中心】打开图形文件
在内容显示框中右击图形文件的图标，弹出快捷菜单，如图4.3所示，选择【在应用程序窗口中打开】命令，可以很方便地打开所选图形文件。

图4.3 在快捷菜单中选择【在应用程序窗口中打开】命令 加载 下一页 上一级 搜索 主页 视图 预览 说明
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4.1.3 利用【设计中心】查找内容
除了通过资源管理器加载资源内容外，还可以通过【设计中心】的【搜索】对话框来查找指定的内容，如图形、块、图层等。

【搜索】对话框提供了不同的查找条件，包括最后的修改日期并且能够查找块的定义、说明文字。

例如，如果不知道图形文件的名字，可以输入查找的关键词。

查找指定内容的步骤如下：
(1) 在【设计中心】单击【搜索】按钮，打开【搜索】对话框，如图4.4所示。

图4.4 【搜索】对话框
(2) 在【搜索】对话框的【搜索】下拉列表框中选择需要查找内容的类型。

(3) 单击【浏览】按钮指定查找的路径。

如果要在该路径下的所有文件中查找，则需选择【包含子文件夹】复选框。

(4) 单击【搜索】按钮则开始进行查找。

如果在查找结束前已经找到需要的内容，为节省时间可以单击【停止】按钮结束查找。

(5) 如果要查找新的内容，则需要单击【新搜索】按钮以清除以前的查找设置。

4.1.4 向图形添加内容
利用【设计中心】插入图块
可以将图块插入到图形中。

当将一图块插入到图形中时，块定义就被复制到图形数据库中。

图块被插入之后，如果原来的图块被修改，则插入到图形中的图块也随之改变。

如本章介绍的带“序号”、“价格”和“型号”属性的液压气动元件的图形符号块，插入图形符号块时，属性也随之插入到图形文件中，源图块修改，则插入到图形中的图块也随之改变。

当其他命令正在执行时，不能插入图块到图形中。

如果在提示行中正在执行一条
命令时插入块，此时光标变成一个带斜线的圆，提示此操作无效。

另外，一次只能插入一个图块。

AutoCAD【设计中心】提供了两种插入图块的方式：“缺省缩放比例和旋转”和“指定坐标、比例和旋转”。

(1) 通过“缺省缩放比例和旋转”方式插入图块
利用此方式插入图块时，对图块进行自动缩放。

采用此方法时，AutoCAD将比较图形和插入图块的单位，根据两者之间的比例插入图块。

当插入图块时，AutoCAD根据在【图形单位】对话框中设置的【用于缩放插入内容的单位】对其进行换算。

采用该方法插入图块的步骤如下：
①从内容显示框选择要插入的图块，将其拖动到打开的图形中。

此时，选中的对象被插入到当前被打开的图形当中，并进行自动缩放。

利用当前设置的捕捉方式，可以将对象插入到任何已有的图形中。

②在要插入对象地方松开鼠标左键，该对象就根据当前图形的比例和角度插入到图形当中。

(2) 通过“指定坐标、比例和旋转”方式插入图块
利用【插入】对话框可以设置插入图块的参数，具体步骤如下：
①从内容显示框右击要插入的对象图标，弹出快捷菜单，如图4.5所示，选择【插入为块】命令，打开【插入】对话框，如图4.6所示。

图4.5 在快捷菜单中选择【插入为块】命令
图4.6 【插入】对话框
②在【插入】对话框中输入插入点的坐标值、缩放比例和旋转角度，或者这3项的【在屏幕上指定】复选框，以便使用鼠标确定位置。

③如果要将图块分解，在【插入】对话框中选择【分解】复选框。

④单击【插入】对话框中的【确定】按钮，则被选择的对象根据指定的参数插入到图形中。

4.1.5 在图形之间复制图层
利用【设计中心】可以将图层从任何一个图形复制到其他图形。

例如，如果已经绘制了一个包括设计所需的所有图层的图形，在绘制另外的新图形时，可通过【设计中心】将已有的图层复制到新的图形中，这样可以节省时间，并保证图形的一致性。

(1) 拖动图层到当前打开的图形中。

①在内容显示框或【查找】对话框中，选择要复制的一个或多个图层，如图4.7所示。

②鼠标右键拖动所选的图层到当前打开的图形文件中，然后松开鼠标右键，所选的图层就被复制到当前图形中，且图层的名称不变。

(2) 通过剪贴板复制图层。

①在内容显示框或【查找】对话框中，选择要复制的一个或多个图层。

②右击所选图层，弹出快捷菜单，如图4.8所示，选择【复制】命令。