臥式重型數(shù)控車床機床液壓系統(tǒng)設計帶開題報告.zip
臥式重型數(shù)控車床機床液壓系統(tǒng)設計帶開題報告.zip,臥式,重型,數(shù)控車床,機床,液壓,系統(tǒng),設計,開題,報告
一、選題依據(jù)
1．論文（設計）題目
臥式重型數(shù)控車床機床液壓系統(tǒng)設計
2．研究領域
機械制造及自動化——流體傳動與控制
3. 論文（設計）工作的理論意義和應用價值:
臥式重型數(shù)控車床在當今的裝備制造業(yè)已經(jīng)占有了重要的地位，成為機械加工行業(yè)的主要設備之一，得到了越來越廣泛的使用。
臥式重型數(shù)控車床技術含量高，剛性強，精度穩(wěn)定，高效節(jié)能，功率大，適用于強力或高速切削加工直徑 較大的重型機械零件，如大型法蘭、重型軸件和管件、各種閥門、汽輪機配件等等，廣泛應用于風電、石油、化工、造紙、紡織、礦山、船舶、航空、橡膠、模具、汽車配件、加工如汽輪機轉子、圍帶、發(fā)電機、水輪機轉子、機器主軸、卷揚機等等機械制造加工業(yè)。
目前的社會都在向著機械化發(fā)展，大量的機械產品被應用到了很多的領域， 隨著工業(yè)技術的發(fā)展，臥式重型數(shù)控機床液壓系統(tǒng)的應用也非常的廣泛，尤其是在改造升級車間的自動化程度，大力發(fā)展制造業(yè)，更加顯示出了這門技術的重要。對其應用我們從以前的懵懂變成了如今的了解，這使我們可以更加準確的使用它，從而發(fā)揮出它更多的價值來推動我們社會的發(fā)展。
4．目前研究的概況和發(fā)展趨勢
我國機床事業(yè)是從無到有，逐漸發(fā)展起來的。從 1956 年開始自行設計、制造了機床并得到很大發(fā)展。如北京、上海、遼寧、山東、江蘇等發(fā)展很快，西北、西南地區(qū)也又新的發(fā)展。國家又重點安排了一批工廠，如大連機床廠、常州機床廠、大河機床廠、長沙機床廠、上海第十機床廠等 20 多個工廠生產機床通用部件，為全國各地機械加工部門用機床自己武裝自己創(chuàng)造了非常有利的條件。許多工廠在大搞技術改造、設備更新、質量翻新的熱潮中，制造了大量的機床及其自動線，成倍地提高了勞動生產率，保證了產量和質量，降低了成本。目前，我國大多數(shù)省、市、自治區(qū)都能設計并制造機床及其自動線，產量、質量和技術水平都在不斷提高。用我國自行設計與制造的機床及其自動線武裝起來的第二汽車制造廠，經(jīng)投產后證明具有規(guī)模、效率高，具有較高的自動化程度特點物理從工藝方案和布局， 還是從加工精度和質量方面看，這些機床及機床自動線都已達到國
際先進水平。
臥式重型機床的發(fā)展趨勢是首先廣泛應用數(shù)控技術，國外主要的臥式重型機床生產廠家都有自己的系列化完整的數(shù)控臥式重型機床通用部件，在臥式重型機床上不僅一般動力部件應用數(shù)控技術，而且夾具的轉位或轉角、換箱裝置的自動分度與定位也都應用數(shù)控技術，從而進一步提高了臥式重型機床的工作可靠性和加工精度。
其次發(fā)展綜合自動化技術現(xiàn)代工業(yè)的大發(fā)展對自動化制造技術提出了許多新的需求，大批量生產的高效率， 要求制造系統(tǒng)不僅能完成一般的機械加工工序，而
且能完成零件從毛坯進線到成品下線的全部工序。
然后是發(fā)展綜合高速切削技術，隨著科學技術的發(fā)展，高速切削技術取得了顯著的進步。高速、高效、復合是當今機械加工的發(fā)展趨勢。實現(xiàn)高速切削的最關鍵技術是研究開發(fā)性能優(yōu)良的高速切削機床， 自 20 世紀 80 年代中期以來， 開發(fā)高速切削機床便成為國際機床工業(yè)技術發(fā)展的主流。
機床工業(yè)是現(xiàn)代工業(yè)特別是現(xiàn)代制造業(yè)的基礎，在國民經(jīng)濟中占有重要的戰(zhàn)略地位。當今社會企業(yè)的發(fā)展壯大,都離不開創(chuàng)新，臥式重型機床行業(yè)企業(yè)一要開展科技攻關, 攻克當前行業(yè)企業(yè)技術發(fā)展上的難題。當今科學技術快速發(fā)展,傳統(tǒng)的臥式重型機床已經(jīng)落后,企業(yè)需要立足根本,重點把關,把企業(yè)科研能力當成重中之重,使企業(yè)的創(chuàng)新能力到達一個新的平臺。
二、論文（設計）研究的內容
1、重點解決的問題:
臥式重型數(shù)控車床機床液壓系統(tǒng)設計
2、擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路）:
（1）根據(jù)用戶加工需求，制定切實可行的方案、突出多功能特點；
（2）工作臺進給控制系統(tǒng)液壓系統(tǒng)；
（3）進行運動參數(shù)設計；
（4）結構設計，要求繪制機床總圖、主軸部件圖、工件臺部件圖及部分零件圖， 總圖紙量為四張以上0號圖；
（5）對車床液壓系統(tǒng)部分進行校核，完善設計；
（6）總結完成的所有工作，并對本設計的應用前景及下一步深入工作進行展望。
3、本論文（設計）預期取得的成果：
（1）根據(jù)機床動作需求，確定液壓傳動系統(tǒng)設計方案。
（2）進行參數(shù)設計，液壓系統(tǒng)圖設計。
（3）繪制臥式重型數(shù)控車床、液壓系統(tǒng)的設計圖，部件圖及零件圖。
（4）對系統(tǒng)性能進行必要的校核。
（5）考慮計算機輔助設計方案。
（6）編寫設計說明書一份。
三、論文（設計）工作安排
1.擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數(shù)）；針對本課題機床的需要設計液壓傳動系統(tǒng)。
（1），分析所給的機床動作要求，確定液壓傳動系統(tǒng)的方案設計。
（2），完成參數(shù)計算、系統(tǒng)設計、泵站設計、集成系統(tǒng)設計。
（3），繪制液壓系統(tǒng)圖，部分工作圖，
（4），編寫設計說明書等技術文件。
2.論文（設計）進度計劃
第 1 周：布置題目，進行題目調研，查找相關文獻
第 2 周：開始撰寫開題報告，進行外文文獻的翻譯
第 3 周：與指導教師溝通，完成開題報告初稿，
第 4 周：在充分調查的基礎上進行課題的方案設計，
第 5 周：在充分調查的基礎上進行課題的方案設計，
第 6 周：繼續(xù)探討合理的設計方案
第 7 周：進行課題的整體設計，繪制設計總圖
第 8 周：進行液壓系統(tǒng)設計，繪制液壓系統(tǒng)圖
第 9 周：進行液壓系統(tǒng)參數(shù)設計，繪制液壓部件及零件圖
第 10 周：選擇液壓系統(tǒng)元件
第 11 周：進行液壓系統(tǒng)性評估計算
第 12 周：開始進行設計說明書的撰寫
第 13 周：完成設計說明書的撰寫
第 14 周：制作答辯文件，準備畢業(yè)答辯
四、需要閱讀的參考文獻
[1]雷天覺.機械設計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2001 年：38-55 頁
[2]王文斌.機械工程手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2001 年：199-212 頁
[3] 張英志.數(shù)控車床液壓系統(tǒng)設計[J]. 機械制造與自動化. 2010(01)： 122-125 頁
[4] 李清泉、李鵬、石晶.數(shù)控重型臥式車床的改造[J].機械工程師.2000，（10）：18-25 頁 [5] 張金鳳、蘇洪偉、崔巖.數(shù)控重型臥式車床縱向全閉環(huán)控制技術[J].電氣傳動。1996，（04）： 27-31 頁
[6] 熊順源.數(shù)控臥式重型車床主軸的有限元分析[J].機械工程師.2008，（09）：19-21 頁
[7] 熊順源、萬宇杰、李列. 數(shù)控臥式重型車床主軸箱液壓系統(tǒng)的設計[J]. 制造技術與機床。2008，（09）：110-114 頁
[8] 江忠木. 數(shù)控重型臥式車床的安裝[J].設備管理與維修. 2015，（05）：62-63 頁
[9] 崔江紅、裴有珍等.數(shù)控重型臥式車床的模塊化設計研究[J]. 機床與液壓. 2011，（9）： 17-25 頁
[10] 楊培林、鄭萬里等. 重型數(shù)控臥式車床進給系統(tǒng)動力學分析[J].機床與液壓.2011，（11）： 68-69 頁
[11] 邵俊鵬、于亮等. 重型數(shù)控臥式鏜車床整機模態(tài)分析與實驗研究[J].現(xiàn)代制造工程。2016，（8）：76-78 頁
[12] 劉國偉.V138 數(shù)控立式車床液壓系統(tǒng)的設計與研究[J]. 東北大學.2011（06）：16-18 頁 [13] 隋連香、王晶等.臥式重型數(shù)控車床液壓系統(tǒng)設計[J].液壓與氣動.2010，（11）：61-62 頁 [14] 隋連香、王晶等.臥式重型數(shù)控車床的設計[J].制造技術與機床.2012，（12）：156-158 頁
[15] Simulation of Dynamics of System with Hydraulic Lines and Linear Hydraulic Motor with Mass Load 2013
[16] Optimal Design of Hydraulic System for an Industrial Press Machine for Performance Improvement and Noise Reduction. 2010 （4）
[17] Experimental Verification of Fault Predictions in High Pressure Hydraulic Systems. 2004
附：文獻綜述
1、關于臥式重型數(shù)控車床的文獻綜述
隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，為了滿足高精度的大型或者特大型回轉體零件的加工要求，對回轉體零件進行大批量，高效的，高精度的加工要求所需要用到臥式重型數(shù)控車床，他主要用于加工軸類零件，盤類零件，可以車削各種螺紋，圓錐，圓弧， 以及回轉體的內外曲線。對于臥式重型數(shù)控車床的設計也要考慮到機床設計的經(jīng)濟型原則，同時也要考慮到機床的工作所允許的空間，以及其液壓系統(tǒng)的結構要簡單等各種因素。
通過閱讀制造技術與機床期刊中的臥式重型數(shù)控機床的設計，我了解到臥式重型數(shù)控車床可廣泛運用于水電，核電，航天，船舶等行業(yè)。該機床需要具備良好的靜，動， 熱剛度，及可靠的運行和優(yōu)良的精度保持性。面對我國航空、航天、核電、風電、船舶等國家重點領域的重大工程項目對關鍵加工裝備的迫切需求，發(fā)展大型、重型高檔數(shù)控機床意義非凡。該車床正是為了滿足加工技術的快速發(fā)展要求而設計的加工設備。本機床主要用于加工各種大型或超大型軸類和盤類工件，可以車削各種螺紋、圓弧、圓錐及回轉體的內外曲面，能夠滿足黑色金屬及有色金屬高速切削的速度需求， 也適合于汽車、摩托車、船舶、航天和軍工等行業(yè)對回轉體類工件進行高效、大批量、高精度的加工。該車床的研制，不論對企業(yè)還是對國家都有不可估量的重要意義。
機床的整體設計如下，為了加工各種大型或超大型轉體類工件，本機床床身采用臥式放置，其上裝配有主軸箱、尾臺、X 軸/Z 軸進給機構、刀架、中心架、輔助支架、液壓系統(tǒng)等主要部件，并采用框式刀架結構
主要部件結構為 5 個部分，分別為 1.床身：該機床床身采用內部筋形布局，有較高的剛性。導軌及復導軌面均采用中頻淬火磨削工藝，淬硬層深 2 ～ 3 mm，硬度達
52 HRC 以上。在滑動導軌面處采用貼防爬行導軌板等工藝措施，使進給系統(tǒng)的剛度、摩擦阻尼系數(shù)等動態(tài)特性處于最佳狀態(tài)，避免了低速爬行現(xiàn)象的發(fā)生。床身采用多段接駁而成，連接處有螺栓及銷釘，使連接處有較高的連接剛性和定位精度。
2.主軸箱：該機床主軸箱是用直流電動機驅動，其傳動過程采用: 主電動機—皮帶傳動—齒輪變速的傳統(tǒng)傳動方式，并通過液壓油缸來實現(xiàn)變速的傳動結構。
3.尾座：尾座為電動、手動操作雙能尾座。能夠實現(xiàn)尾座移動與鎖緊和尾座頂尖伸縮與頂緊。
4.液壓系統(tǒng)：由于液壓傳動具有輸出力大、重量輕、慣性小、調速方便和易于控制等優(yōu)點，在完成和提高數(shù)控機床性能方面發(fā)揮著不可替代的作用。本機床分別對主軸
箱齒輪變速、液壓卡盤的夾緊與松開、潤滑和尾座的定位采用了液壓控制。該液壓系統(tǒng)由油箱、泵組、操縱板和閥等組成。
5. X 軸和 Z 軸進給運動：Z 軸進給運動采用雙電動機消隙結構，即 2 臺伺服電動機分別直聯(lián) 2 個減速器，減速器前端安裝有齒輪，通過齒輪與安裝在床身上齒條的嚙合來實現(xiàn) Z 軸進給，同時通過電氣參數(shù)控制 2 臺伺服電動機的同步運動，實現(xiàn)兩齒輪分別向兩側靠緊齒條齒面，從而達到消除反向間隙的作用; 床鞍上的刀架沿床鞍在 X 軸方向移動是由 X 軸伺服電動機經(jīng)皮帶輪及皮帶連接滾珠絲杠驅動的，并配備國外進口的高精度滾珠絲杠，以確保高精度，且傳動準確。
綜上所述，該重型數(shù)控車床不僅可以完成各種螺紋、圓弧、圓錐及回轉體的內外曲面的加工，并能滿足黑色金屬及有色金屬高速切削的速度需求，尤其解決了各種大型或超大型回轉體類工件在加工中存在的高效、大批量，高精度的問題。
2、關于臥式重型數(shù)控車床液壓系統(tǒng)的文獻綜述
通過閱讀文獻我了解到了臥式重型數(shù)控車床的液壓系統(tǒng)設計需要結構簡單，體積小，重量輕，輸出壓力大，運動平穩(wěn)可靠等要求。其主要元件有油箱，泵，閥， 液壓電機，操縱板等等。
對于臥式重型數(shù)控車床的液壓系統(tǒng)設計初步構想是：將該車床液壓系統(tǒng)分為兩個部分，這兩個部分相互獨立，分別為主軸箱和尾臺液壓系統(tǒng)，其工作方式為控制缸的左右或者上下運動，用于控制車床主軸箱的齒輪變速，潤滑，以及尾座套筒的伸縮及尾座體的鎖緊固定。
通過閱讀液壓與氣動期刊中臥式重型數(shù)控車床液壓系統(tǒng)設計我了解到重型數(shù)控車床液壓系統(tǒng)特點有以下三點。
(1)根據(jù)重型數(shù)控車床液壓系統(tǒng)特點, 分別設計主軸箱和尾臺2 個獨立的液壓系統(tǒng)。2 個液壓系統(tǒng)通過選用不同的主要液壓元件, 從而更好的滿足了不同機床部件的設計要求, 提高了設計的合理性、經(jīng)濟性和實用性;
(2)主軸箱變速采用雙電磁鐵控制的并帶有鋼球定位的二位四通閥, 使定位更加可靠, 也確保了因停電或電磁鐵失靈時, 主軸變擋位置變化而導致的意外事故;
(3)尾臺用單電磁鐵控制的二位四通閥, 是為尾座液壓缸在不帶電時處于夾緊狀態(tài), 使尾臺在工作時更加安全可靠
對于臥式重型數(shù)控車床的認識我通過這段時間的設計有了很大的了解，在我查閱的資料中也包括了大量的關于這方面的知識，這對于我了解這個設計無疑有了很大的幫助，也為我以后的設計打下了一個很好的基礎，使我可以事半功倍。
液壓技術作為實現(xiàn)現(xiàn)代傳動與控制的關鍵基礎技術之一，已成為工業(yè)機械、工程建設機械及國際尖端產品不可缺少的重要技術基礎。是它們向自動化、高精度、高效率、高速度、小型化、輕量化方向發(fā)展的關鍵技術。世界工業(yè)發(fā)達國家都將液壓工業(yè)列為競爭發(fā)展的行業(yè)，其發(fā)展速度遠高于機械工業(yè)的發(fā)展速度。液壓元件及其控制已發(fā)展成為綜合的液壓工程技術。
指導教師評閱意見（對選題情況、研究內容、工作安排、文獻綜述等方面進行評閱）
審
核意
教研室主任意見
見
簽字： 年 月 日
簽字： 年 月 日
學院教學指導委員會意見
簽字： 年 月 日公章：
任務書
論文(設計)題目：臥式重型數(shù)控車床液壓系統(tǒng)設計
工作日期：2017年12月18日 ~ 2018年05月20日
1.選題依據(jù):
本課題是來自于生產實際，是關于機床設計方面液壓傳動系統(tǒng)設計的實際課題，課題符合本專業(yè)人才培養(yǎng)目標要求。
2.論文要求(設計參數(shù)):
針對本課題機床的需要設計液壓傳動系統(tǒng)。
（1），分析所給的機床動作要求，確定液壓傳動系統(tǒng)的方案設計。
（2），完成參數(shù)計算、系統(tǒng)設計、泵站設計、集成系統(tǒng)設計。
（3），繪制液壓系統(tǒng)圖，部分工作圖，
（4），編寫設計說明書等技術文件
3.個人工作重點:
經(jīng)過充分調研，確定本機床液壓系統(tǒng)設計方案，對液壓系統(tǒng)的參數(shù)、結構及控制系統(tǒng)進行探討，對系統(tǒng)性能進行合理的估算。
4.時間安排及應完成的工作:
第1周：布置題目，進行題目調研，查找相關文獻 第2周：開始撰寫開題報告，進行外文文獻的翻譯 第3周：與指導教師溝通，完成開題報告初稿，
第4周：在充分調查的基礎上進行課題的方案設計， 第5周：在充分調查的基礎上進行課題的方案設計， 第6周：繼續(xù)探討合理的設計方案
第7周：進行課題的整體設計，繪制設計總圖第8周：進行液壓系統(tǒng)設計，繪制液壓系統(tǒng)圖
第9周：進行液壓系統(tǒng)參數(shù)設計，繪制液壓部件及零件圖 第10周：選擇液壓系統(tǒng)元件
第11周：進行液壓系統(tǒng)性評估計算第12周：開始進行設計說明書的撰寫第13周：完成設計說明書的撰寫
第14周：制作答辯文件，準備畢業(yè)答辯
5.應閱讀的基本文獻:
[1]雷天覺.機械設計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2001年：38-55頁 [2]王文斌.機械工程手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2001年：199-212頁 [3]許賢良、王傳禮.液壓傳動系統(tǒng)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2008年：125-128頁[4]成大先.機械設計手冊單行本-液壓控制[M].北京：化學工業(yè)出版社，2004年：33-38頁[5]成大先.機械設計手冊單行本-液壓傳動與控制[M].北京：機械設計手冊編委會
，2007:88-92頁
[6]王守成，段俊勇.液壓元件及選用[M].北京：化學工業(yè)出版社，2007:253-321頁 [7]范存德.液壓技術手冊[M].遼寧：遼寧科學技術出版社，2004年:167-261頁 [8]王積偉、章宏甲、黃宜.液壓傳動[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004年：65-180頁[9]張利平.液壓控制系統(tǒng)及設計[M].北京：化學工業(yè)出版社，2006年:156-165頁[10]劉延俊.液壓系統(tǒng)使用與維修[M].北京：化學工業(yè)出版社，2006年：89-96頁
指導教師簽字：
XX
教研室主任意見：
同意
簽字：王建維 2017年12月14日
教學指導分委會意見：
同意
簽字：XX 2017年12月15日 學院公章
進度檢查表
第
-4
周
工作進展情況
通過收集資料 查閱文獻我對論文題目有個一個初步的認識，重型臥式數(shù)控車床技術含量高，剛性強，精度穩(wěn)定，高效節(jié)能，功率大，適用于強力或高速切削加工直徑 較大的重型機械零件，如大型法蘭、重型軸件和管件
、各種閥門、等等機械制造加工業(yè)
2017年12月22日
指導教師意見
對課題進行了認真的了解，并就課題做了認真的調研，與教師溝通，進行文獻的查閱。
指導教師(簽字)：XX 2017年12月22日
第
-1
周
工作進展情況
在經(jīng)過查找閱讀資料之后，我開始對臥式重型數(shù)控機床的液壓系統(tǒng)設計有了初步的方案構思
2018年01月08日
指導教師意見
完成了開題報告的撰寫，并進行了答辯。對提出的問題進行了修改，對課題有了初步的設計思路。
指導教師(簽字)：XX 2018年01月10日
第 2
周
工作進展情況
在充分調查的基礎上進行課題的方案設計，探討合理的設計方案，開始繪制設計總圖。
2018年03月17日
指導教師意見
已經(jīng)開始考慮設計方案，在經(jīng)過調查研究的基礎上，確定的合理的設計思想及方案，為下一步工作做好準備。
指導教師(簽字)：XX 2018年03月20日
第 4
周
工作進展情況
繼續(xù)探討合理的設計方案,進行課題的整體設計，繪制設計總圖.
2018年04月02日
指導教師意見
畢業(yè)設計已進入了具體的結構設計工作，本周溝通了設計方案及具體結構的設計方面的問題，確定液壓系統(tǒng)設計思路。
指導教師(簽字)：XX 2018年04月02日
第 6
周
工作進展情況
經(jīng)過計算和檢驗，確定了液壓元件的參數(shù)，查閱了很多手冊，完成液壓元件的選擇
2018年04月13日
指導教師意見
檢查了畢業(yè)論文進展情況，該課題進度較慢，完成情況不好，要求學生加快進度，共同研究了下一步工作。
指導教師(簽字)：XX 2018年04月13日
第 8
周
工作進展情況
開始對于設計說明書的整體編寫和修改，加入了一些圖表使其更直觀生
動
2018年04月25日
指導教師意見
本周與老師溝通了題目的進展情況，探討了液壓回路的設計問題及液壓元件的選擇，講解了說明書的撰寫，明確了下一步工作的要點。
指導教師(簽字)：XX 2018年04月25日
第 11
周
工作進展情況
將說明書進一步的完善，和指導老師認真溝通，基本完成了畢業(yè)設計要
求
2018年05月15日
指導教師意見
分析了畢業(yè)設計的說明書初稿，提出了修改意見，審查了設計圖紙，就設計圖中出現(xiàn)的問題探討了修改議案，探討了如何準備答辯。
指導教師(簽字)：XX 2018年05月15日
第周
工作進展情況
年 月 日
指導教師意見
指導教師(簽字)： 年 月 日
過程管理評價表
評價內容
具體要求
總分
評分
工作態(tài)度
態(tài)度認真，刻苦努力，作風嚴謹
3
2
遵守紀律
自覺遵守學校有關規(guī)定，主動聯(lián)系指導教師,接受指導
3
2
開題報告
內容詳實，符合規(guī)范要求
5
4
任務完成
按時、圓滿完成各項工作任務
4
3
過程管理評分合計
11
過程管 理評語
該生對待畢業(yè)設計工作態(tài)度較認真，能夠主動地查找資料，認真探討課題的方案，
該同學工作作風較好，能認真工作，反復修改設計方案及計算等。該同學學習態(tài)度較好，自學了許多課程外的知識以更好地完成課題。
該生能夠要求自己遵守學校的相關規(guī)定，能與指導老師聯(lián)系
，采取各種方式虛心接受指導。
該同學能夠認真撰寫開題報告，經(jīng)過大量的調研后，確定題目及研究思路，開題報告基本符合規(guī)范要求，內容較詳實。
該生按時完成畢業(yè)設計任務所規(guī)定的內容。
指導教師簽字:XX 日期:2018-05-18
指導教師評價表
評價內容
具體要求
總分
評分
選題質量
符合培養(yǎng)目標要求,有一定的研究價值和實踐意義,有一定的開拓性、創(chuàng)新性,深度、難度適宜,工作量飽滿
5
4
能力水平
有較強的綜合運用知識能力、科研方法運用能力、中文表達與外語能力、文獻資料檢索能力、計算機應用能力
5
3
完成質量
文題相符,概念準確,分析、論證、計算、設計、實驗等正確合理,結論明確；論文結構、撰寫格式、圖表等符合基本規(guī)
10
7
指導教師評分合計
14
指導教 師評語
該生完成了畢業(yè)設計所規(guī)定的任務，選題符合本專業(yè)培養(yǎng)目標要求，有一定的研究價值及實踐意義。
該生完成了“臥式重型數(shù)控車床液壓系統(tǒng)設計”課題的方案設計，設計方案較為合理。在經(jīng)過調研的基礎上，該生完成了課題相關內容的設計計算，圖紙繪制工作及說明書撰寫工作，從作品中反映出該生綜合運用所學知識解決問題的能力一般，并且有一定的設計計算、工程繪圖、計算應用能力。
該生所完成的畢業(yè)設計基本合乎規(guī)范，說明書概念基本清晰
，有一定的設計計算，圖紙基本合乎要求。
同意該生參加畢業(yè)答辯。
指導教師簽字:XX 日期:2018-05-18
評閱人評價表
評價內容
具體要求
總分
評分
選題質量
符合培養(yǎng)目標要求,有一定的研究價值和實踐意義,有一定的
開拓性、創(chuàng)新性,深度、難度適宜,工作量飽滿
5
4
能力水平
有較強的綜合運用知識能力、科研方法運用能力、中文表
達與外語能力、文獻資料檢索能力、計算機應用能力
5
4
完成質量
文題相符,概念準確,分析、論證、計算、設計、實驗等正確
合理,結論明確；論文結構、撰寫格式、圖表等符合基本規(guī)
10
8
評閱人評分合計
16
評閱人 評語
《臥式重型數(shù)控車床液壓系統(tǒng)設計》確定了總體結構方案，繪制了車床的總體結構簡圖，再結合車床具體參數(shù)進行主軸箱液壓系統(tǒng)設計，尾臺液壓系統(tǒng)設計，確定了各液壓元件的參數(shù)，再結合實際，為液壓系統(tǒng)選擇合理的供油方式。該選題符合培養(yǎng)目標要求
，有一定的研究價值和實踐意義，有一定深度，難度適宜，工作量滿足要求。該生有一定的綜合運用知識能力及外語表達能力及計算機應用能力，能獨立檢索文獻。論文文題相符，概念準確，分析、計算、設計正確合理，結論明確；論文結構合理，條理清晰，圖表等符合基本規(guī)范要求。論文達到了本科畢業(yè)生學位論文基本要求
，同意提交答辯。
評閱人簽字：XX 評閱人工作單位：機械工程學院日期：2018-05-24
答辯紀錄
學生姓名：XX 專業(yè)班級：XX 畢業(yè)論文(設計)題目： 臥式重型數(shù)控車床液壓系統(tǒng)設計
答辯時間：2018年05月 日 時 分 ~ 時 分
答辯委員會(答
主任委員(組長)： XX
辯小組)成員
委 員(組 員)：XXX
答辯委員會(答辯小組)提出的問題和答辯情況
問題1：設計系統(tǒng)的主要特點是什么？
回 答： 實現(xiàn)三個不同檔位的控制，經(jīng)濟性好，結構簡單。問題2：液壓系統(tǒng)主要采用哪些元件？
回 答： 過濾器，液溫計，單向閥，溢流閥，電磁換向閥等問題3：主軸轉速是如何實現(xiàn)的？
回 答： 高速通過齒輪變速缸配合來實現(xiàn)的。問題4：油箱設計主要根據(jù)什么參數(shù)？
回 答： 油箱設計主要根據(jù)油箱的容量來設計，本設計采用25L，同時考慮到散熱等情況確定具體尺寸。
問題5：液壓油是根據(jù)什么來選擇的？ 回 答： 主要考慮油液壓粘度，
記錄人： 2018年05月24日
答辯委員會評價表
評價內容
具體要求
總分
評分
自述總結
思路清晰,語言表達準確,概念清楚,論點正確,分析歸納合理
10
7
答辯過程
能夠正確回答所提出的問題,基本概念清楚,有理論根據(jù)
10
7
選題質量
符合培養(yǎng)目標要求,有一定的研究價值和實踐意義,有一定的
開拓性、創(chuàng)新性,深度、難度適宜,工作量飽滿
5
5
完成質量
文題相符,概念準確,分析、論證、計算、設計、實驗等正確
合理,結論明確；論文結構、撰寫格式、圖表等符合基本規(guī)
10
7
能力水平
有較強的綜合運用知識能力、科研方法運用能力、中文表
達與外語應用能力、文獻資料檢索能力、計算機應用能力
10
7
答辯委員會評分合計
33
答辯委員會評語
XX同學在畢業(yè)設計工作期間，工作努力，態(tài)度比較認真，能遵守各項紀律，表現(xiàn)一般。
能按時、全面、獨立地完成與畢業(yè)設計有關的各環(huán)節(jié)工作，具有一定的綜合分析問題和解決問題的能力。
論文立論正確，理論分析無原則性的錯誤，解決問題方案比較實用，結論正確。
論文使用的概念正確，語句通順，條理比較清楚。
論文中使用的圖表，設計中的圖紙在書寫和制作時，能夠執(zhí)行國家相關標準，基本規(guī)范。
能夠獨立查閱文獻，外語應用能力一般，原始數(shù)據(jù)搜集得當，實驗或計算結論準確可靠。
答辯過程中，能夠簡明地闡述論文的主要內容，回答問題基本正確，但缺乏深入地分析。
答辯成績： 33 答辯委員會主任： XX 2018年05月31日
成績評定
項目分類
成績評定
過程管理評分
11
指導教師評分
14
評閱人評分
16
答辯委員會評分
33
總分
74
成績等級
C
成績等級按“A、B、C、D、F”記載
成績審核人簽章： XX
學院審核人簽章： XX
臥式重型數(shù)控車床液壓系統(tǒng)設計
摘 要
本文主要研究和設計內容是臥式重型數(shù)控車床液壓系統(tǒng)設計。臥式重型數(shù)控車床是機械加工行業(yè)的主要設備之一，其工作過程大多采用液壓控制，液壓系統(tǒng)是臥式重型數(shù)控車床不可或缺的重要部分。
本文通過查閱大量的有關于液壓系統(tǒng)的相關文獻，在了解車床運行時的液壓系統(tǒng)特性之后，進行深入思考和探索，先明確了總體結構方案，確定并繪制了車床的總體結構簡圖，再結合車床具體參數(shù)進行主軸箱液壓系統(tǒng)設計，尾臺液壓系統(tǒng)設計，確定了各液壓元件的參數(shù)，再結合實際，為液壓系統(tǒng)選擇合理的供油方式。結合所需元件圖繪制系統(tǒng)原理圖。然后結合所算出的壓力和流量情況，選用合理的液壓元件，最后進行系統(tǒng)性能的驗算，以確保系統(tǒng)達到要求。
關鍵詞：液壓系統(tǒng)；數(shù)控車床；主軸箱液壓系統(tǒng)
I
ABSTRACT
The main research and design of this paper is the design of hydraulic system of horizontal heavy-duty CNC lathe. Horizontal heavy-duty CNC lathe is one of the main equipment in machining industry.
In this paper, through consulting a large number of about the hydraulic system of the relevant literature, in understanding the lathe runtime characteristics of hydraulic system, an in-depth thinking and exploration, has been clear about the general structure plan, determine the general structure diagram and draw the lathe, and then combined with the specific parameters of lathe spindle box of the hydraulic system design, the tail of the hydraulic system design, determine the parameters of the hydraulic components, combining reality, to choose reasonable way of oil in the hydraulic system. Draw the system schematic diagram with the required component drawing. Then, combining with the calculated pressure and flow conditions, the reasonable hydraulic components are selected, and finally the system performance is checked to ensure the system meets the requirements.
Key Words：The Hydraulic System; Numerical Control Lathe; Spindle Box Hydraulic System.
63
目錄
摘 要 I
ABSTRACT II
1 緒論 3
1.1 我國機床的歷史以及其現(xiàn)狀 3
1.2 臥式重型車床液壓系統(tǒng)概述 3
1.3 本文主要的研究內容和目標 4
2. 臥式重型數(shù)控車床結構設計 5
2.1 臥式重型數(shù)控車床簡圖和主要技術參數(shù) 5
2.2 機床主要部件結構介紹 5
2.3 加工過程 7
2.4 臥式重型數(shù)控車床總結 7
3. 臥式重型數(shù)控車床液壓系統(tǒng)分析 8
3.1臥式重型數(shù)控車床對液壓系統(tǒng)的要求 8
3.2 液壓系統(tǒng)回路分析 9
4. 臥式重型車床主軸箱液壓系統(tǒng)設計 10
4.1 主軸箱液壓系統(tǒng)方案選擇 10
4.2 主軸箱液壓系統(tǒng)設計計算 10
4.3 液壓元件明細表 14
4.4主軸箱液壓系統(tǒng)原理圖 15
4.5 主軸箱液壓系統(tǒng)原理分析 16
5. 臥式重型車床尾臺液壓系統(tǒng)設計 17
5.1 液壓系統(tǒng)設計計算 17
5.2 液壓元件明細表 19
5.3 尾臺液壓原理圖 20
5.4 尾臺液壓系統(tǒng)原理分析 21
6. 液壓系統(tǒng)性能驗算 22
6.1 壓力損失驗算 22
7.2 發(fā)熱溫升驗算 23
7. 結論 24
參 考 文 獻 25
附錄1：外文翻譯 26
附錄2：外文原文 39
致謝 40
臥式重型數(shù)控車床液壓系統(tǒng)設計
1 緒論
1.1 我國機床的歷史以及其現(xiàn)狀
我國機床事業(yè)是從無到有，逐漸發(fā)展起來的。從1956 年開始自行設計、制造了機床并得到很大發(fā)展。如北京、上海、遼寧、山東、江蘇等發(fā)展很快，西北、西南地區(qū)也又新的發(fā)展。國家又重點安排了一批工廠，如大連機床廠、常州機床廠、大河機床廠、長沙機床廠、上海第十機床廠等20 多個工廠生產機床通用部件，為全國各地機械加工部門用機床自己武裝自己創(chuàng)造了非常有利的條件。許多工廠在大搞技術改造、設備更新、質量翻新的熱潮中，制造了大量的機床及其自動線，成倍地提高了勞動生產率，保證了產量和質量，降低了成本。目前，我國大多數(shù)省、市、自治區(qū)都能設計并制造機床及其自動線，產量、質量和技術水平都在不斷提高。用我國自行設計與制造的機床及其自動線武裝起來的第二汽車制造廠，經(jīng)投產后證明具有規(guī)模、效率高，具有較高的自動化程度特點物理從工藝方案和布局， 還是從加工精度和質量方面看，這些機床及機床自動線都已達到國際先進水平。
臥式重型機床的發(fā)展趨勢是首先廣泛應用數(shù)控技術，國外主要的臥式重型機床生產廠家都有自己的系列化完整的數(shù)控臥式重型機床通用部件， 在臥式重型機床上不僅一般動力部件應用數(shù)控技術，而且夾具的轉位或轉角、換箱裝置的自動分度與定位也都應用數(shù)控技術，從而進一步提高了臥式重型機床的工作可靠性和加工精度。
其次發(fā)展綜合自動化技術現(xiàn)代工業(yè)的大發(fā)展對自動化制造技術提出了許多新的需求，大批量生產的高效率， 要求制造系統(tǒng)不僅能完成一般的機械加工工序，而
且能完成零件從毛坯進線到成品下線的全部工序。
然后是發(fā)展綜合高速切削技術，隨著科學技術的發(fā)展，高速切削技術取得了顯著的進步。高速、高效、復合是當今機械加工的發(fā)展趨勢。實現(xiàn)高速切削的最關鍵技術是研究開發(fā)性能優(yōu)良的高速切削機床， 自20 世紀80 年代中期以來，開發(fā)高速切削機床便成為國際機床工業(yè)技術發(fā)展的主流。
機床工業(yè)是現(xiàn)代工業(yè)特別是現(xiàn)代制造業(yè)的基礎，在國民經(jīng)濟中占有重要的戰(zhàn)略地位。當今社會企業(yè)的發(fā)展壯大,都離不開創(chuàng)新，臥式重型機床行業(yè)企業(yè)一要開展科技攻關, 攻克當前行業(yè)企業(yè)技術發(fā)展上的難題。當今科學技術快速發(fā)展,傳統(tǒng)的臥式重型機床已經(jīng)落后,企業(yè)需要立足根本,重點把關,把企業(yè)科研能力當成重中之重,使企業(yè)的創(chuàng)新能力到達一個新的平臺。
1.2 臥式重型車床液壓系統(tǒng)概述
通過閱讀文獻我了解到了臥式重型數(shù)控車床的液壓系統(tǒng)設計需要結構簡單，體積小，重量輕，輸出壓力大，運動平穩(wěn)可靠等要求。其主要元件有油箱，泵，閥，液壓電機，操縱板等等。
對于臥式重型數(shù)控車床的液壓系統(tǒng)設計初步構想是：將該車床液壓系統(tǒng)分為兩個部分，這兩個部分相互獨立，分別為主軸箱和尾臺液壓系統(tǒng)，其工作方式為控制缸的運動，用于控制車床主軸箱的齒輪變速，以及起到潤滑作用，和尾座套筒的伸縮及尾座體鎖緊固定于床身上。
液壓技術作為實現(xiàn)現(xiàn)代傳動與控制的關鍵基礎技術之一，已成為工業(yè)機械、工程建設機械及國際尖端產品不可缺少的重要技術基礎。它是向著自動化、高效率、高精度、高速度、輕量化、小型化方向發(fā)展的關鍵技術。世界工業(yè)發(fā)達國家都將液壓工業(yè)列為競爭發(fā)展的行業(yè)，其發(fā)展速度遠高于機械工業(yè)的發(fā)展速度。液壓元件及其控制已發(fā)展成為綜合的液壓工程技術。
1.3 本文主要的研究內容和目標
臥式重型數(shù)控車床在當今的裝備制造業(yè)已經(jīng)占有了重要的地位，成為機械加工行業(yè)的主要設備之一，得到了越來越廣泛的使用。
臥式重型數(shù)控車床技術含量高，剛性強，精度穩(wěn)定，高效節(jié)能，功率大，適用于強力或高速切削加工直徑 較大的重型機械零件，如大型法蘭、重型軸件和管件、各種閥門、汽輪機配件等等，廣泛應用于風電、石油、化工、造紙、紡織、礦山、船舶、航空、橡膠、模具、汽車配件、加工如汽輪機轉子、圍帶、發(fā)電機、水輪機轉子、機器主軸、卷揚機等等機械制造加工業(yè)。
目前的社會都在向著機械化發(fā)展，大量的機械產品被應用到了很多的領域，隨著工業(yè)技術的發(fā)展，臥式重型數(shù)控機床液壓系統(tǒng)的應用也非常的廣泛，尤其是在改造升級車間的自動化程度，大力發(fā)展制造業(yè)，更加顯示出了這門技術的重要。對其應用我們從以前的懵懂變成了如今的了解，這使我們可以更加準確的使用它，從而發(fā)揮出它更多的價值來推動我們社會的發(fā)展。
基于這樣的大背景下，我認為完成臥式重型數(shù)控車床的液壓系統(tǒng)具有很強的現(xiàn)實意義和理論價值，通過不斷的深入學習，把所學過的各類知識通過這次論文寫作，進行融會貫通，提高自己的知識水平，當然如果能為后人進行臥式重型數(shù)控車床的設計起到微不足道的貢獻，那就更好了。
2. 臥式重型數(shù)控車床結構設計
2.1 臥式重型數(shù)控車床簡圖和主要技術參數(shù)
圖2.1 臥式數(shù)控車床簡圖
為了高效快捷的加工各種超大型、大型回轉體工件，臥式重型數(shù)控車床的設計勢在必行，本車床由私服電機、主軸箱，X 軸/Z 軸進給機構、刀架、尾臺、輔助支架、液壓系統(tǒng)等部件組成。車床的簡圖見圖2.1。
主要技術參數(shù)
最大切削長度：5000mm；
最大切削直徑：3000mm；
最大加工工件直徑：3000mm；
主軸轉速范圍：1~200（r/min）;
X 軸行程：1250mm；
Z 軸行程：5000mm；
X 軸移動速度：5m/min；
Z 軸快移速度：6m/min；
負載F=25000N
2.2 機床主要部件結構介紹
2.2.1 床身
為滿足實際加工過程中大型加工件的重力支撐等力學因素，機床床身應具有較高的剛度，選用合理的內部構形來滿足系統(tǒng)的剛度要求，導軌及復導軌面均采用低頻淬火磨削工藝，淬硬層深3 ～ 4mm，硬度則在50 HRC 以上。導軌面應注意減輕低速爬行現(xiàn)象的發(fā)生帶來的危害，所以在滑動導軌面處采用一些措施，如貼防爬行導軌板等工藝，使進給系統(tǒng)的摩擦阻尼系數(shù)和剛度等動態(tài)特性處于一個合適的狀態(tài)，降低了低速爬行現(xiàn)象的發(fā)生的可能性。由于要加工大型工件，床身需要較高的定位精度，本機床床身采用多段接駁而成，連接處有螺栓及銷釘，能夠滿足數(shù)控系統(tǒng)運行時所需的連接剛性和定位精度，做到定位可靠，連接穩(wěn)固。
2.2.2 主軸箱
本機床的主軸箱采用私服電機直接驅動，其傳動過程采用：主電動機—皮帶傳動—齒輪變速，這種傳統(tǒng)的傳動方式，并通過主軸箱液壓系統(tǒng)來實現(xiàn)速度控制。該機床有2 檔轉速，第1 檔轉速為1 ～ 80 r /min，第2 檔轉速為3 ～ 250 r /min，每檔內都均可實現(xiàn)無級變速。油缸總共有三個位置，每個位置上都有一個固定齒輪 ( 其中有1 個位置為空檔，空檔也就是手動檔，空檔時可手動轉動卡盤)，從而實現(xiàn)了2級轉速。主伺服電機的起停與正反轉分別控制主軸的正反轉和剎車減速。
2.2.3 尾座
圖2.2 臥式數(shù)控車床尾座結構簡圖
本機床尾座因考慮到靈活性和實際情況的復雜性，采用了電動、手動均可的雙操作模式。其結構見圖2.2。
尾座移動與鎖緊的操作方式：尾座沿床身在Z 軸方向整體移動或者鎖緊。移動由電動機六拖動一套齒輪傳動機構來實現(xiàn)。也可用手搖動四方扳手，來實現(xiàn)尾臺的前后移動。尾座的鎖緊依賴于四個液壓鎖緊油缸，尾座上裝有四個液壓鎖緊油缸，在尾座到達預定的位置后進行泄壓，通過彈簧拉緊拉桿使尾座緊緊的固定在床身上。
尾座頂尖伸縮與頂緊的操作方式：只要讓電動機五 正反轉，而這可以通過車床的數(shù)控系統(tǒng)做到，使用傳動機構拖動尾座套筒的伸縮與頂緊。 此外也可以通過手動推動手輪一與蝸桿軸離合器嚙合，根據(jù)具體需求可以搖動手輪來使尾座的頂尖伸縮。
2.2.4 X軸與Z軸進給運動
X軸的進給運動由兩臺伺服電機控制，在數(shù)控系統(tǒng)的操縱下可以實現(xiàn)兩臺電機同步運動，私服電機經(jīng)過皮帶連接高精度的滾珠絲杠和皮帶輪，來達到驅動的目的。Z軸的進給運動由電動機直接連接減速器，減速器上齒輪和車床床身的齒輪進行嚙合，達到傳動的效果，傳動精度有了可靠的保障。
2.3 加工過程
加工過程和大部分數(shù)控車床相似，臥式重型數(shù)控車床也是有簡單的一套流程的，首先寫入程序，將刀具等運動部件調整到零點，進行回零操作，調出寫好的加工程序，啟動加工程序，機床的各個部件將按照程序運作，對工件進行加工，通過X，Z軸的聯(lián)動可以完成空間曲面的加工。由于臥式重型車床主要進行大型工件和超大型工件的加工，對于工件的放入和取出需要一定的工件配合，同時要注意避免在期間發(fā)生意外造成工人的傷害。加工完成之后，各部件返回零點，刀具停止運動，主軸停止轉動，等待下個加工任務的到來。
2.4 臥式重型數(shù)控車床總結
該臥式重型數(shù)控車床可以出色的完成各類圓弧、螺紋、圓錐以及各種回轉體的內外曲面加工，也能滿足部分大型有色金屬工件的切削速度要求，很好的解決了實際生活中各類超大型或者大型回轉體工件在加工時遇到的難以高效，大批量，高精度的進行加工的問題。
臥式重型數(shù)控車床設計不是本課題的主要研究對象，但是臥式重型數(shù)控車床液壓系統(tǒng)設計離不開對臥式重型數(shù)控車床的認知，把握好臥式重型數(shù)控車床的總體結構，有利于下一步的液壓系統(tǒng)設計。
3. 臥式重型數(shù)控車床液壓系統(tǒng)分析
3.1臥式重型數(shù)控車床對液壓系統(tǒng)的要求
液壓系統(tǒng)設計流程為以下幾個部分，首先是明確產品的設計要求，然后對加工工件的狀態(tài)進行工況分析，在工況分析完后進入計算部分，此時要確定執(zhí)行元件的主要參數(shù)，如工作壓力，流量等等內容都有在這里進行計算，再進行擬定系統(tǒng)的原理草圖，查閱液壓手冊進行元件的選擇，確定下來主要的元件之后，對整個系統(tǒng)進行驗算性能，如果驗算結果沒有問題，則開始繪制工作圖，以及其他技術文件。如果出現(xiàn)問題則返回檢驗執(zhí)行元件的主要參數(shù)部分，重新規(guī)劃并選擇參數(shù)。
液壓系統(tǒng)的設計是整機設計的一部分，它要符合主機動作循環(huán)和動態(tài)以及靜態(tài)性能方面的要求，除此之外，它還要滿足以下這些要求，首先是工作安全有保障，結構相對簡單，效率高，經(jīng)濟實惠，壽命符合要求，維護容易且方便。
液壓系統(tǒng)的設計沒有完全固定的格式，因實際情況的不同，和設計人員自己的需求而在做法上有很大的不同，此番課題研究的主要是臥式重型數(shù)控車床液壓系統(tǒng)的設計要求，液壓系統(tǒng)的分析。
在設計過程中首先要考慮以下幾個方面，這些方面是整個設計的基石，是做出設計的依據(jù)，要明確液壓系統(tǒng)的動作和性能要求就要涉及到以下方面：
主機的概況，主機的用途、主要結構，技術參數(shù)、性能要求，主機對液壓系統(tǒng)中的液壓元件所在位置和空間尺寸上的限制，整個液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境。
本課題研究的臥式重型數(shù)控車床液壓系統(tǒng)設計，所使用的為伺服電機，伺服電機控制主軸的轉停，以及主軸的減速和加速，車床的主要技術參數(shù)已經(jīng)在上文有所提及，現(xiàn)不再贅述。液壓系統(tǒng)的主要結構：首先這個液壓系統(tǒng)由兩個獨立的液壓系統(tǒng)組成，其一是相對復雜的主軸箱液壓系統(tǒng)，另外一個則是相對簡單的尾臺液壓系統(tǒng)。主機對液壓系統(tǒng)的影響不是非常的關鍵，其對液壓元件所在位置的要求不明，在設計技術完成之后應當檢驗液壓元件位置是否符合實際要求。整個液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境應為封閉的有完整循環(huán)的管道內。
液壓系統(tǒng)的作用或者說任務，以及其對應的要求。液壓系統(tǒng)應該完成的動作，液壓元件是如何工作的，包括移動，旋轉，擺動等等運動方式，液壓元件的載荷大小，以及其負載的性質和來源。液壓執(zhí)行的動作順序和連接關系，各個動作的同步要求，液壓系統(tǒng)的工作性能要求，還有就是液壓系統(tǒng)對于控制部件的要求。
該臥式重型數(shù)控車床中液壓系統(tǒng)的主要作用有兩個，分別是主軸箱液壓系統(tǒng)起到換檔和潤滑齒輪的作用，而尾臺液壓系統(tǒng)起到一個控制尾臺移動和固定其于床身上的效果。這是這個臥重型車床的液壓系統(tǒng)在整個臥式重型數(shù)控車床中起到的作用。
由于和傳統(tǒng)的臥式數(shù)控車床不同，該臥式重型數(shù)控車床的液壓系統(tǒng)主要就由尾臺液壓系統(tǒng)和主軸箱液壓系統(tǒng)組成。至于為什么要使用液壓系統(tǒng)進行控制，這是由于該臥式數(shù)控車床對于傳動的平穩(wěn)性和控制的準確性的要求很高，而液壓系統(tǒng)所要達成的要求是輸出力大、重量輕、慣性小、調速方便且易于控制，這對于整個數(shù)控車床的性能提升有著無法取代的作用。
液壓系統(tǒng)的環(huán)境條件和工作環(huán)境，環(huán)境濕度、環(huán)境溫度、周圍介質、外界振動沖擊等等，防火防爆以及抗干擾性質。
液壓系統(tǒng)處于一個比較封閉的環(huán)境中，外界振動小，防火防爆要求低，抗干擾性良好。
經(jīng)濟性與成本等方面的要求。
臥式重型車床所加工的工件體積一般比較龐大，加工精度也要求高，成本必然相對其他車床較高，但是任然要滿足一定的經(jīng)濟性要求，所以這就對設計人員的方案有了一定的要求，要求結構盡可能簡單使得成本得到控制。
3.2 液壓系統(tǒng)回路分析
本課題是臥式重型數(shù)控車床液壓系統(tǒng)設計，在考慮整個設計對象的時候我挑選了主軸箱液壓系統(tǒng)和尾臺液壓系統(tǒng)兩個部分，作為設計的主要目標，由于主軸箱和尾臺沒有連接，它們實際上是兩個相互獨立的部分，在考量液壓系統(tǒng)的作用時，主軸箱液壓系統(tǒng)起到了變速的作用，事實上也通過設計方案，利用二位四通電磁換向閥控制缸到達3個不同的檔位從而實現(xiàn)變速的目的，檔位的設計分為高速，低速，空檔（手動），既貼合了實際使用情況的不同，保證了靈活性，又很好的完成了檔內無級變速的要求，對此我還是比較滿意的。
液壓系統(tǒng)原理圖設計時，重點考慮去掉重復的多余的元件，努力使得系統(tǒng)結構簡單明了，清晰且方便閱讀，同時也很好的注意避免因為缺少元件而引發(fā)相互干擾的問題。液壓系統(tǒng)的安全性永遠是重中之重，對此一定要注意安全裝置的設置，我在兩套液壓系統(tǒng)里利用單向閥，有效的防止了油液倒流現(xiàn)象的發(fā)生，因而設備和操作人員的安全有了一定的保障。工作介質的凈化也是液壓系統(tǒng)的重要組成部分，對于精密的數(shù)控車床而言，該車床的液壓系統(tǒng)必須要單設一套自循環(huán)的油液過濾系統(tǒng)，這樣即便進行24小時的連續(xù)作業(yè)，也能盡可能的避免意外的發(fā)生。操作手冊應做的提醒對液壓系統(tǒng)的關鍵部件加設備用回路和備用零件，同時部分液壓元件也需要進行一定的備用準備。如此一來作為臥式重型數(shù)控車床液壓系統(tǒng)的設計，我的設計任務已經(jīng)基本完成了，希望我做的工作能對后來者有一點裨益效果，仍然令人遺憾的是對于臥式重型數(shù)控車床的設計，由于能力的限制和時間的不足，并不能進一步的完成有關設計，但即便是簡易的臥式重型數(shù)控車床液壓系統(tǒng)設計的工作，能夠在指導老師的幫助下順利完成也算是令人欣喜的小成就了。
4. 臥式重型車床主軸箱液壓系統(tǒng)設計
4.1 主軸箱液壓系統(tǒng)方案選擇
主軸箱液壓系統(tǒng)最主要的作用是通過設置三個不同的檔位來實現(xiàn)變速的效果，這就要從結構上想清楚整體的元件選擇，和工作原理。我設想的主軸箱液壓系統(tǒng)依賴于控制油缸的左右或者上下運動來控制機床主軸箱的齒輪變速，當然也同時兼顧了齒輪的潤滑。
通過查閱相關資料，我發(fā)現(xiàn)可以利用二位四通電磁換向閥來進行油路的改變，從而推動油缸位置的變化，而油缸的預設位置有三個，每個位置對應一個固定齒輪，分別為高速檔，低速檔，空檔，其中空檔也就是手動檔，當缸處于空檔的時候，可以手動調整卡盤。
對于整個液壓系統(tǒng)的元件選擇而言，我預設的液壓元件有吸油過濾器、定量葉片泵、壓油過濾器、空氣過濾器、管式單向閥、操縱板、控制閥等等，在以上準備工作做完后，主軸箱液壓系統(tǒng)的基本方案已經(jīng)確定了，接下來就是液壓系統(tǒng)的設計計算工作。
4.2 主軸箱液壓系統(tǒng)設計計算
4.2.1 要求液壓系統(tǒng)完成的工作
主軸變速缸在低速檔，空檔，高速檔之間轉換。
4.2.2 技術參數(shù)
最大切削長度：5000mm；
最大切削直徑：3000mm；
最大加工工件直徑：3000mm；
主軸轉速范圍：1~250（r/min）
4.2.3 工況分析
分析并繪制運動部件的速度循環(huán)圖（見圖4.1）
圖4.1 速度循環(huán)圖
由圖4.1可知主液壓缸啟動后，當速度達到3.125m/s時保持勻速運動，從空檔到達低速檔或者高速檔之后停止。
計算并繪制負載圖
圖4.2 負載圖
通過分析可知液壓缸受兩部分負載
a.運動部件由于速度發(fā)生變化引起的慣性負載Fi
Fi=Gg ?v?t=250009.8×3.1250.78N=10200N
其中G為運動部件的重量，g為重力加速度。
b.平導軌的摩擦力Ff
Ff=fG=0.1×25000N=2500N
最大負載為慣性負載為10200N。
4.2.4 液壓系統(tǒng)計算
液壓缸尺寸
1.工作壓力的確定，查手冊，數(shù)控車床的p為1.3MPa。并且取d/D=0.7
2.計算D和d
F=AP=π4D2p
其中F為最大負載，A為受壓面積，D為缸內徑。
D=4Fπp=4×10200π×1.3×106m=0.098m=98mm
圓整值：缸的內徑為100mm，活塞桿取70mm
3.計算液壓缸所需流量
q=π4D2-d2v=π4（0.12-0.072）×3.125m3/min= 12.5L/min
確定液壓泵的流量、壓力、規(guī)格
（1）壓力的確定
Pp=p+?p=1.3+0.5MPa=1.8MPa
（2）流量的確定
qp=K1×q=1.2×12.5L/min=15L/min
其中K1為泄露系數(shù)取1.2，q為油缸所需流量的最大值。
選電機
電機的工作功率
p1=F×V=1.8×4.5515.6×0.7kW=0.75kW
電機的功率為0.75kW。
溢流閥的選擇
溢流閥的流量應該按照液壓泵的最大流量來進行選取，并且要注意其允許的最小穩(wěn)定流量，一般的來說其最小的穩(wěn)定流量為額定流量的15%以上。
溢流閥的壓力調整范圍為0.8~3MPa，所以選擇HY—H10型號溢流閥，其壓力為5MPa，額定流量為20L/min，調壓范圍為0.6~5MPa。
換向閥的選擇
按照系統(tǒng)要求來選擇換向閥，因為系統(tǒng)壓力為1.3MPa，系統(tǒng)工作流量為15L/min，所以選擇流量為15L/min，壓力為3MPa的HYZ—L10/100二位四通電磁換向閥。
單向閥的選擇
采用外泄式液壓單向控制閥，其控制壓力低，是優(yōu)先考慮的目標。選擇MCA—03型號的單向閥，其工作壓力為1.6MPa， 最大流量為20L/min滿足要求。
過濾器的選擇
液壓系統(tǒng)對油液的清潔度有一定的要求，為了使得系統(tǒng)能夠正常工作，需要用到過濾器等輔助元件，過濾器應要滿足系統(tǒng)對工作介質即油液清潔度的要求；過流能力應大于實際通過流量的2倍；其承受壓力要大于系統(tǒng)工作時的最大壓力。選擇MU—16型號過濾器，其壓力為1.6MPa，通過流量為16L/min，過濾精度為80，滿足要求。
冷卻器的選擇
在本車床的液壓系統(tǒng)中，靠自然冷卻無法滿足使油溫在限定的最高工作溫度之下，需安裝冷卻器進行強制冷卻，選擇FL—02型號冷卻器，其工作壓力為1.6MPa，傳熱系數(shù)為55，壓力降為1。
4.3 液壓元件明細表
表4.1 液壓元件明細表
序號
元件名稱
型 號
序號
元件名稱
型 號
1
過濾器
MF-04
9
溢流閥
HY—H10
2
液溫計
YWZ-200T
10
冷卻器
FL—02
3
空氣過濾器
AC40-04G-A
11
流量計
LZB-2WB
4
液壓泵
YJ01—01
12
液位計
JS49—16P
5
電動機
YE2—801-4
13
單向閥
MCA—03
6
單向閥
MCA—03
14
二位四通電磁換向閥
HYZ—L10/100
7
管路過濾器
MU—16
15
二位四通電磁換向閥
HYZ—L10/100
8
壓力表
YN-60(0.8~3MPa)
16
油箱
JXS01-08-01
4.4主軸箱液壓系統(tǒng)原理圖
圖4.1 主軸箱液壓傳動原理圖
4.5 主軸箱液壓系統(tǒng)原理分析
油箱進油，油采用HL-46號液壓油，先經(jīng)過空氣過濾器，過濾掉空氣，同時液溫計測出油的溫度，油經(jīng)過過濾器，過濾掉絕大部分對器械有害的雜質，油液的清潔度為9級，液壓泵將油送往單向泵，這里單向泵起到了保護液壓泵的作用。而液壓泵采用了定量葉片泵，能夠很好的保證系統(tǒng)的壓力要求。油液經(jīng)過管路過濾器之后，得到了進一步過濾。再通過壓力表測出此時的油壓力，壓力的調節(jié)范圍是0.8~3MPa，溢流閥來進行壓力的調整。途徑流量計，通過使用流量計來測得管路的流量，之后向著圖的左上方冷卻器去了，經(jīng)過冷卻器，冷卻之后進入主軸，起到了主軸潤滑的作用。另外一個方向上單向泵也起到了防止油液倒流的保護作用，重點是二位四通電磁換向閥有兩個電磁鐵，分別是1YA、2YA，電磁鐵的通電狀態(tài)會影響主軸變速缸的檔位情況，從而起到變速的作用，同樣的二位四通電磁換向閥上也有兩塊電磁鐵，我把他們命名為3YA、4YA。這兩個二位四通電磁換向閥總計四塊電磁鐵的狀態(tài)就是決定主軸變速缸的檔位的因素，1YA、4YA同時帶電，且2YA、3YA不帶電的時候主軸變速缸位于高速檔；當2YA、3YA同時帶電而1YA、2YA都不帶電的時候，此時主軸變速缸位于低速檔。而如果想要切換到空檔的話那么只需要調節(jié)二位四通電磁換向閥使得1YA、3YA同時帶電，并且2YA、4YA都不帶電，就可以達到目的。值得注意的是主軸箱采用了這兩個電磁鐵控制的并帶有鋼球來起到定位作用的二位四通電磁換向閥，這樣定位可靠性有了保障，也確保了萬一發(fā)生停電或者電磁鐵失靈等事故的情況下，主軸變檔位置變化事故帶來危害最小。以上的內容就是整體的控制思路，由于系統(tǒng)原理圖是表示系統(tǒng)組成和工作原理的圖紙。擬定系統(tǒng)原理圖是整個液壓系統(tǒng)設計的核心，它決定了整個系統(tǒng)是如何工作的，也是其他圖紙的設計依據(jù)，設計方案的合理性我會在后文進一步的進行檢驗計算，包括壓力損失驗算和發(fā)熱溫升驗算，如果不能滿足壓力損失驗算和發(fā)熱溫升驗算，則需要重新設計液壓系統(tǒng)原理圖。在設計之初，我將各個回路加以整合、整理加以綜合從而構成了一個完整的系統(tǒng)，在滿足工作機構運動要求和生產率的前提下，盡量簡化，使得這個系統(tǒng)結構簡單，工作安全，動作平穩(wěn)，效率高，維護和調整方便。
5. 臥式重型車床尾臺液壓系統(tǒng)設計
5.1 液壓系統(tǒng)設計計算
5.1.1 要求液壓系統(tǒng)完成的工作
當二位四通電磁閥上電磁鐵Y1不通電時4個液壓鎖緊缸泄壓，將尾臺固定于床身上，當電磁鐵Y1通電時，液壓鎖緊缸處于松開狀態(tài)，此時尾臺可移動。
5.1.2 工況分析
液壓缸的負載主要是彈簧的拉力，當尾臺固定時缸壓力最大，此時為工作負載
F=4300N
圖5.1 負載圖
5.1.3 液壓缸尺寸
1.工作壓力的確定，查手冊，尾臺 p為16.5MPa。并且取d/D=0.7
2.計算D和d
F=AP=π4D2p
其中F為最大負載，A為受壓面積，D為缸內徑。
D=4Fπp=4×4300π×1.65×107m=0.0183m=18.3mm
圓整值：缸的內徑為20mm，活塞桿取14mm
5.1.4 計算缸所需的流量
q=π4D2-d2v=π4（0.022-0.0142）×13.75m3/min= 2.2L/min
確定液壓泵的流量、壓力、規(guī)格
（1）壓力的確定
Pp=p+?p=16.5+0.5MPa=17MPa
（2）流量的確定
qp=K1×q=1.2×2.2L/min=2.64L/min
其中K1為泄露系數(shù)取1.2，q為油缸所需流量的最大值。
選電機
電機的工作功率
p1=F×V=0.76kW
電機的功率為0.76kW。
溢流閥的選擇
溢流閥的流量應該按照液壓泵的最大流量來進行選取，并且要注意其允許的最小穩(wěn)定流量，一般的來說其最小的穩(wěn)定流量為額定流量的15%以上。
溢流閥的壓力調整范圍為0.8~3MPa，所以選擇HY—H12型號溢流閥，其壓力為18MPa，額定流量為10L/min，調壓范圍為3~20MPa。
換向閥的選擇
按照系統(tǒng)要求來選擇換向閥，因為系統(tǒng)壓力為16.5MPa，系統(tǒng)工作流量為2.2L/min，所以選擇流量為3L/min，壓力為18MPa的HYZ—L12/80二位四通電磁換向閥。
單向閥的選擇
采用外泄式液壓單向控制閥，其控制壓力低，是優(yōu)先考慮的目標。選擇MCA—08型號的單向閥，其工作壓力為18MPa， 最大流量為5L/min滿足要求。
過濾器的選擇
過濾器是保障工作介質清潔，使系統(tǒng)正常工作必不可少的輔助元件，過濾器應要滿足系統(tǒng)對工作介質即油液清潔度的要求；為了滿足過流能力應大于實際通過流量的2倍；其耐壓要大于安裝部位的系統(tǒng)壓力。選擇MU—20型號過濾器，其壓力為20MPa，通過流量為5L/min，過濾精度為100，能夠滿足要求。
冷卻器的選擇
在本車床的液壓系統(tǒng)中，尾臺液壓系統(tǒng)溫升很小，可以不使用冷卻器
5.2 液壓元件明細表
表5.1 液壓元件明細表
序號
元件名稱
型 號
序號
元件名稱
型 號
1
過濾器
MU—20
6
單向閥
MCA—08
2
液溫計
YWZ—200T
7
二位四通電磁換向閥
HYZ—L12/80
3
空氣過濾器
AC40—04G—A
8
溢流閥
HY—H12
4
液壓泵
YBX—18
9
電接壓力表
YXC150(0-30MPa)
5
電動機
YE2—90S—2
10
鎖緊缸
100*70—50
11
油箱
JXS40-02
5.3 尾臺液壓原理圖
圖5.1 尾臺液壓原理圖
5.4 尾臺液壓系統(tǒng)原理分析
尾臺液壓系統(tǒng)作為尾臺的一部分，它起到的主要的作用是用鎖緊缸在尾臺停止移動或者不需要移動的時候將尾臺固定于床身，四個液壓鎖緊缸在尾臺移動到指定位置之后泄壓，使得彈簧拉緊拉桿，尾座緊鎖于床身上。尾臺的移動則依賴于尾臺裝有的電動機拖動整套齒輪傳動機構來進行。簡單的介紹完尾臺運動情況之后，尾臺的液壓系統(tǒng)原理從鎖緊缸的運動情況說起，由于4個鎖緊缸是通過彈簧帶動拉桿起到鎖緊效果的，那么可以通過二位四通電磁換向閥的電磁鐵來控制缸的泄壓與加壓，當二位四通電磁換向閥上電磁鐵Y1帶電，此時尾臺鎖緊，當二位四通電磁換向閥上電磁鐵Y1不帶電時，尾臺的拉桿松開，此時尾臺處于可移動的狀態(tài)。為了達成這樣的控制效果，我在主軸箱液壓系統(tǒng)上稍作修改，便有了圖5-1的尾臺液壓原理圖。高壓葉片泵將經(jīng)過幾道過濾程序和測量過液體溫度的油輸送到單向泵中，單向泵起到防止油液倒流損傷液壓泵的作用，起到了很好的保護作用，油液經(jīng)過二位四通換向閥進入溢流閥，溢流閥起到壓力調整的作用。而壓力表則很好的測出了4個鎖緊缸的壓力大小。這就是尾臺液壓系統(tǒng)的工作原理
6. 液壓系統(tǒng)性能驗算
6.1 壓力損失驗算
液壓系統(tǒng)壓力損失包括管道內的沿層損失，以及局部損失和閥類元件的局部損失三部分不同的工作階段分開來計算，液壓系統(tǒng)總的壓力損失為
?p=?p1+?p2A2A1
式中：?p—系統(tǒng)進油路的壓力損失；
?p1=?p1λ+?p1ζ+?p1υ
?p1λ—進油路總的沿層損失；
?p1ζ—進油路總的局部損失；
?p1υ—進油路上閥的總損失；
?p1υ=?pnqqn2;
?pn—閥的額定壓力損失，由產品樣本中查到；
qn—閥的額定流量；
q—通過閥的實際流量；
?p2=?p2λ+?p2ζ+?p2υ
?p2λ—回油路總的沿層損失；
?p2ζ—回油路總的局部損失；
?p2υ—回油路上閥的總損失；
A1—液壓缸進油腔有效工作面積；
A2—液壓缸回油腔有效工作面積。
由此得出液壓系統(tǒng)的調整壓力（即泵的出口壓力）pt為
pt≥p1+?p
帶入主軸箱液壓系統(tǒng)數(shù)據(jù)計算：
pt≥p1+?p
3>1.8+0.36
該液壓系統(tǒng)壓力符合設計要求。
帶入尾臺液壓系統(tǒng)數(shù)據(jù)計算：
pt≥p1+?p
18>16.5+0.75
該液壓系統(tǒng)壓力復合設計要求。
7.2 發(fā)熱溫升驗算
系統(tǒng)絕大部分時間是處于工作狀態(tài)，那么以工作狀態(tài)來計算溫升。
主軸箱液壓泵的工作狀態(tài)壓力為1.8MPa，流量為12.5L/min，泵的輸入功率為0.75kW；液壓缸的最小有效功率為：
P0=FV=10200×0.5860W=98.6W
系統(tǒng)單位時間內的發(fā)熱量為
Hi=Pi-P0=750-98.6W=651.4W
油箱的散熱面積可以近似用
A=6.53V2
式中：V —油箱有效容積，單位為m3；
A —散熱面積，單位為m2。
取油箱的有效容積為0.16 m3，散熱系數(shù)K=15，
?t=HiKA=651.415×6.530.162°C=22.6°C
即在溫升許可范圍（20~35℃）之內。
尾臺液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升很小可以忽略不計。
7. 結論
我設計的重型數(shù)控車床液壓系統(tǒng)特點有以下三點。
(1)根據(jù)臥式重型數(shù)控車床液壓系統(tǒng)特點,：分別設計主軸箱和尾臺兩個完全獨立的液壓系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)的設計要求，選擇了各類不同型號的液壓元件。達到滿足車床液壓系統(tǒng)的設計要求。提高了設計的使用性、安全性、合理性和經(jīng)濟性。
(2)主軸箱液壓系統(tǒng)使用雙電磁鐵控制的并帶有鋼球定位的二位四通電磁換向閥。這樣能達到的定位精度更高，同時也避免了一些意外情況的發(fā)生，如發(fā)生斷電情況下，主軸檔位的變化而引生的意外事故。
(3)尾臺用單電磁鐵控制的二位四通閥。保障了尾座液壓缸在二位四通閥電磁鐵不帶電時處于夾緊狀態(tài), 使尾臺在工作時緊緊固定在床身上，提高了安全性與可靠度。避免不必要的意外發(fā)生。
經(jīng)過液壓系統(tǒng)性能驗算，選用的電動機，液壓泵等液壓系統(tǒng)主要元件，其壓力、流量等指標符合系統(tǒng)要求，設計過程完整，清晰，合理。
參 考 文 獻
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附錄1：外文翻譯
控制閥延遲和死區(qū)對簡單液壓定位系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響
本文研究了高度簡化液壓缸動力學模型的PI控制問題。首先假定液壓流體是不可壓縮的，泵提供恒定流量、壓力，這就提供速度控制的可能性。兩種可能的意外情況會發(fā)生，其一是系統(tǒng)內由于控制器計算和內部壓力變化而導致的延時，以及控制閥的死區(qū)，該影響在非線性系統(tǒng)中得到了確認。本文通過分段線性不連續(xù)映射。研究了系統(tǒng)的非線性行為，實際上，確定了全局穩(wěn)定的參數(shù)域。
1.介紹
液壓系統(tǒng)廣泛應用于重型工業(yè)應用領域，在這方面發(fā)揮著很大的作用。在一個健壯的方式中，需要高強度的高強度。雖然有很多。努力開發(fā)先進的控制策略，如1-4,PID控制仍然是。最受歡迎的選擇。然而，眾所周知，在這些中有很強的非線性。系統(tǒng)，如壓力流量關系，控制閥的死區(qū)，如圖1所示，干摩擦3或影響動力學5。閉環(huán)控制的離散采樣時間。由于內部的主要原因，引入了額外的復雜性和響應延遲。動態(tài)壓力。因此，設計和調整液壓系統(tǒng)的PID控制器是。一個極具挑戰(zhàn)性的任務主要是因為傳統(tǒng)的方法是基于線性系統(tǒng)的。理論。此外，上述的一些非線性，如死區(qū)或影響。動力學不能用線性化技術來解決。
這些系統(tǒng)的數(shù)學模型常常導致非光滑方程。甚至是不連續(xù)的右手邊。幸運的是，在非光滑理論方面的進展。動態(tài)系統(tǒng)可以看到例如，的概述提供了一個工具箱，盡管它仍然很遠。這對于更高維度的系統(tǒng)尤其如此，等多個不同的動態(tài)區(qū)域。例如，7給出了一個一般的理論。一種具有輕微的雙線性一維映射的周期和密集軌道的存在。向二維映射擴展，延遲和反彈。經(jīng)過研究。在n維圖中，邊界碰撞分岔與兩個區(qū)域?；煦缯袷幰苍谶@些系統(tǒng)中被識別。在數(shù)值模擬的基礎上，描述了PI舉例說明延遲和反彈的影響。
本文研究了一種高度簡化的液壓定位系統(tǒng)模型，盡管從工程的角度來看，它的簡潔性和線性度很有趣。
2.數(shù)學模型
我們調查的對象是一個由數(shù)字控制的液壓系統(tǒng)。差動液壓缸，比例換向閥，線性電位器。位置傳感器，齒輪泵，和PC。PC提供了比例積分?？刂破鳌Ｋ邮諄碜晕恢脗鞲衅鞯男盘?，計算錯誤信號，以及。驅動液壓閥;參見圖1。方向比例的典型特征。閥門如圖2所示。
研究中忽略了活塞的質量和牛頓力學。在活塞密封處不考慮摩擦力，進一步簡化了系統(tǒng)。桿。顯然，后者對系統(tǒng)的非線性動力學有重要影響。由于小的正或負阻尼值。當我們進行調查時。在零阻尼的情況下，我們分析了已經(jīng)呈現(xiàn)出復雜動力學的臨界情況。由于建模的延遲，死區(qū)和采樣。連續(xù)物理過程采樣時間間隔ts采樣時間，因此，在xn xnts時，將活塞桿xt的位置離散化。這個位置被輸入了。計算錯誤信號h的PC。這個計算所需的時間表示。tc。由于液壓系統(tǒng)的內部動力學，特別是壓力動力學，
活塞桿速度的變化遵循了第二種甚至更高的順序滯后。由tid表示的另一個延遲表示的系統(tǒng)，用下標表示。內部動力。因此，在前一個采樣時刻和它的之間的總延遲。效果是td tc。注意，tc和tid的實際值和比率是不相關的。自牛頓動力學被忽略了，活塞的速度是分段常數(shù)，它可以。在以下方式:離散vnt≡vn?1 ts td,t∈n?1 ts td,n ts td,因此，下標n表示位置和速度的不同時間序列。在圖3的控制方案中表示。假設情況下當我們有0≤td≤ts。整合分段常數(shù)速度，我們到達了兩個相鄰抽樣活塞桿之間的關系。位置，可以表示為。
xn_1 _ xn _ vntd _ vn_1_ts ? td_.
雖然這個表達式類似于控制方程的euler -離散化，但它是這樣的。離散形式是對實際物理系統(tǒng)進行數(shù)字化控制的精確解?？紤]比例積分控制器，誤差信號hn以下列形式計算:
hn _ Pxn _ Iyn,
P是比例增益I是整數(shù)1，然后
yn _ yn?1 _ tsxn?1
是位置函數(shù)的離散積分?；钊麠U速度vn1和vn。由hn和hn計算。1、分別根據(jù)簡化的特征。比例方向閥。圖4表示這個減少的，不飽和的。特征。關閉的時間間隔是.Δ,Δ斜率是.α的特征。引入無量綱變量
在后面的部分中，我們將構建一個4維的線性映射。backlash-free系統(tǒng)。在出現(xiàn)反彈的情況下，我們推導出一個分段線性。從第4維度的9個線性映射中編譯的映射。如果你也調查。case td > ts，然后類似的線性和分段線性映射可以構建，但是它們。尺寸增加極。為了用簡潔的數(shù)學方法來表示方法。形式,我們限制描述基本情況0≤td≤ts。
3.線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析
消除閥死區(qū)δ0,一個線性閥特點意味著有關活塞桿的速度：
vn _ ? hn?1,
xn_1 _ xn ? hn?1td ? hn_ts ? td_.
引入zn，它由實際和先前的活塞位置和積分組成
用矩陣形式：
系統(tǒng)的穩(wěn)定性取決于矩陣A的特征值，所有的絕對值。特征值必須小于1:
矩陣A的特征多項式是：
多項式有一個根，等于0;因此;它可以除以μ/μ4 0。由于多項式的穩(wěn)定性準則決定了多項式的系數(shù)，所有的根都應該在復雜矩陣的左邊，運用莫比斯變換：
作為變換的結果，特征值的絕對值的情況。矩陣A小于1等于變換后的多項式的根的情況。復雜式的左側：
變換特征多項式是：
系數(shù)是：
根據(jù)柔絲穩(wěn)定性判據(jù)，所有多項式系數(shù)均為3.11。矩陣H2 3.13的行列式應該是正的：
此外，一個條件以下式子也應滿足穩(wěn)定性要求：
在上面的公式中,連續(xù)使用擴展,當td→ts / 2。圖5給出了線性系統(tǒng)在采樣時刻的參數(shù)穩(wěn)定圖。不同的時間延遲在td 0, ts。很容易證明穩(wěn)定性邊界。是td 0時的直線。左邊的穩(wěn)定邊界,|μ1 | < 1 |μ2,3 | 1。它可以也表明,只存在這種類型的穩(wěn)定邊界時td≥ts / 4。最右邊的td < ts/4的穩(wěn)定邊界始終是一條直線，| 1| < 1，| 2| < 1，| 3| 1。當系統(tǒng)被過度確定時μ4=0。
4. 分段線性系統(tǒng)的動力學分析
根據(jù)之前的公式,xn1的即將到來的值取決于實際的vn1和之前的vn速度值?？紤]到方程2.5,xn1是分段線性兩次錯誤信號的函數(shù)hn hn?1。因為每個過去的值可以分為3個情況，我們的系統(tǒng)由9個標量方程描述。
分段系統(tǒng)可以寫成緊湊形式，其中Fi是一個線性算子，簡化的矩陣形式:
zn_1 _ Ai zn _ bi _ Fi_zn_, i _ 1, . . . , 9.
根據(jù)前文公式，在x-y中3個域的hn結果的3個區(qū)間
x-y平面的三個域，在中間區(qū)域誤差信號小于閾值。這個閥門，沒有活塞運動
上圖表示x-y平面與中間區(qū)域的死區(qū)。死區(qū),x是恒定的，這意味著活塞桿停止，因為比例方向。閥是關閉的。固定的點在y軸上，在 [?δ/I, δ/I]。這個不變的集合對應的是無反線性系統(tǒng)的平凡解。從實際我們對不變集的穩(wěn)定性很感興趣，因為它的實際值。如果我們能達到期望的x 0位置，y就不重要了。
4.1周期軌道
通過采樣時間ts 0.1 s，時間延遲td 0.04 s進行數(shù)值模擬，和無量綱死區(qū)δ12。通過求解所示的代數(shù)方程組。公式中，從初始條件z2 x2 x1 y2 y1T 1111T開始系統(tǒng)。積分增益Icr 24.982和正比增益Pcr 3.5714，一個周期。軌道存在，且不變集對Pcr < P穩(wěn)定，且P < Pcr不穩(wěn)定。這行為類似于退化的Hopf分岔，既不是子也不是超臨界的。圖7表示穩(wěn)定的、不穩(wěn)定的運行和一個周期性的軌道，它們存在于其中。關鍵的情況。
根據(jù)上圖所示的仿真結果，對不同的修改死區(qū)進行了分析。大小，周期軌道仍然是周期性的或者它變成了準周期密集軌道。
圖9表示一般情況下的周期軌道。點的編號從死區(qū)以外的第一步開始;k是上面的步數(shù)地區(qū);j是死區(qū)內步數(shù)的一半。因為它是對稱的系統(tǒng)，對半周期軌道的檢查是令人滿意的，與終點有關。
第一步是從第2點到第3點。在這種情況下，h2 >δ和h1 >δ，因此F1是用來計算點3號,就像在下一個k?1步驟。作為我們到達死區(qū),根據(jù)表1,F4是應用于邊界,然后F5 j?1次了。最后一步，直到半周期由F8完成。因此,形成的一般式：
我的意思是用Fi運算符k次
使用式4.8，可以產生如下的周期軌道。我們把td, ts，和。初始條件x1, y1和軌道的“形狀”與k和j，然后通過解第二個。第4個分量是48 P，我可以計算出，x2和y2很容易。確定。圖10顯示了三個可選的周期軌道。
4.2穩(wěn)定的周期軌道
我們可以將公式4.8簡化為一次操作，引入A和b：
4 4.9所示動力系統(tǒng)的穩(wěn)定性取決于特征值。矩陣A。由于沒有顯式地出現(xiàn)在A中，不變集的穩(wěn)定性邊界。包括在系統(tǒng)中所期望的x 0位置與死區(qū)相一致的穩(wěn)定性。線性系統(tǒng)的邊界，線性閥特性在第3節(jié)中導出。然而如果A的結構足夠大，A的結構會發(fā)生變化，這樣它仍然會影響穩(wěn)定性地區(qū)。
在圖11的左側面板中，有3對這些控制參數(shù)P，表示為線性穩(wěn)定性的極限，在這里，周期軌道如圖10所示。請注意,用前面描述的方法計算了它們的數(shù)值。
圖12顯示了三個不同值的三個周期或密集軌道的行為。P表示在圖11的右邊面板中。正如上面所示，這是穩(wěn)定的。線性系統(tǒng)由不變量集保留，其中包含x 0在系統(tǒng)中的死區(qū)。這意味著所有的軌道都將向外呈螺旋狀向外或向不穩(wěn)定的方向移動。穩(wěn)定的線性行為，不管軌道是周期性的還是密集的p的值，換句話說，對于每一個矩陣的組合，Ai對應于任意一個軌道的種類，其特征值在穩(wěn)定性方面類似。在相空間中這意味著死區(qū)內的軌跡完全是垂直的，不會改變。
當軌道進入并離開死亡區(qū)域時，x的值與步數(shù)無關。粗略地說，死區(qū)只是“削減”和“提取”已經(jīng)存在的軌道。這也解釋了為什么軌道與死區(qū)的行為類似于無背景的情況。
需要進一步的研究來研究這些動態(tài)特性是如何變化的。由阻尼引起的輕微擾動。這很可能是上述結構。周期和密集的軌道將無法生存，但其中一
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