數(shù)控臥式鏜銑床主軸箱用液壓平衡機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析【含CAD高清圖紙和說明書】

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For the design of experimental device of hydraulic basic circuit, will enable us to better grasp the basic process design is the basic principle and the hydraulic system, have a better grasp of design and the general steps and methods.This paper expounds the main spindle box hydraulic system for the main spindle box moves upward, downward movement, and stop the movement of the basic stability of equilibrium pressure. According to various parts of the hydraulic components of hydraulic schematic diagram material check and balance mechanism of spindle box assembly drawing, thus completing the whole design. The paper first summarizes the analysis of the status quo, and research progress of study on the hydraulic technology at home and abroad and the significance of research background, describes the research topics. Secondly based on the hydraulic principle diagram, thus the selection of hydraulic components, its performance meets the index calculation, the points for attention in the hydraulic system work.KeyWords：robot arm；harmonic drive；structure design.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）目 錄1 緒論11.1數(shù)控鏜銑床概述11.2 主軸箱以及液壓系統(tǒng)簡介11.3數(shù)控機(jī)床的發(fā)展11.4 液壓技術(shù)31.4.1 液壓技術(shù)的現(xiàn)狀及其發(fā)展31.4.2 液壓技術(shù)的特點(diǎn)42 主軸箱液壓平衡系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)52.1主軸箱用液壓平衡機(jī)構(gòu)的簡要分析52.2 負(fù)載分析92.2.1工作負(fù)載92.2.2摩擦負(fù)載92.2.3慣性負(fù)載92.3液壓缸主要參數(shù)確定102.3.1初選液壓缸的工作壓力102.3.2計(jì)算液壓缸的尺寸102.3.3 液壓平衡系統(tǒng)112.4平衡液壓缸的設(shè)計(jì)132.4.1 液壓缸的組成132.4.2平衡液壓缸的計(jì)算142.4.3平衡液壓缸與主軸箱的連接172.4.4防止雜質(zhì)侵入182.4.5吸油管與回油管182.4.6液面指示192.4.7液壓站的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)192.4.8液壓站的組裝202.4.9濾油器的選擇202.5.1液壓元件的安裝203 液壓站的使用與檢查223.1使用的一般注意事項(xiàng)223.2檢查224 結(jié) 論23參考文獻(xiàn)24致 謝26畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識產(chǎn)權(quán)聲明27畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明28畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1 緒論1.1數(shù)控鏜銑床概述數(shù)控鏜銑床也稱“加工中心”機(jī)床，是一種新型機(jī)床，是一種具有自動換刀裝置和任意分度數(shù)控轉(zhuǎn)臺的點(diǎn)位-直線數(shù)字控制機(jī)床。工件在一次裝夾后能自動完成幾個側(cè)面的鉆、銑、鏜、鉸、攻絲等多種工序的加工。在機(jī)械零件中，箱體類零件占相當(dāng)大的比重，例如變速箱【1】、汽缸體、汽缸蓋等。這類零件往往重量較大，形狀復(fù)雜，加工的工序多。如果能在一臺機(jī)床上，一次裝夾自動地完成大部分工序，主要是銑端面和鉆孔、攻螺紋、鏜孔等孔加工。因此，數(shù)控鏜銑床集中了鉆床、銑床和鏜床的功能，有以下特點(diǎn)： (1) 工序集中。集中了銑削和不同直徑的孔加工工序。(2) 自動換刀。按預(yù)定加工程序，自動地把各種刀具換到主軸上去，把通過的刀具換下來。因此，要有刀庫、換刀機(jī)械手等。(3) 精度高。各孔的中心距全靠各坐標(biāo)的精度來保證，不用鉆、鏜模。有的機(jī)床，還有自動轉(zhuǎn)位工作臺，用來保證各孔各面間的角度。鏜孔時(shí)，還可以先鏜這個壁上的孔，然后工作臺轉(zhuǎn)向180度，再鏜對面壁上的孔。兩孔要保證達(dá)到一定的同軸度。1.2 主軸箱以及液壓系統(tǒng)簡介主軸箱（英文名稱：spindle head）定義：裝有主軸的箱形部件。主軸箱是機(jī)床的重要的部件，是用于布置機(jī)床工作主軸及其傳動零件和相應(yīng)的附加機(jī)構(gòu)的。主軸箱采用多級齒輪傳動，通過一定的傳動系統(tǒng)，經(jīng)主軸箱內(nèi)各個位置上的傳動齒輪和傳動軸，最后把運(yùn)動傳到主軸上，使主軸獲得規(guī)定的轉(zhuǎn)速和方向。主軸箱傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以及主軸箱各部件的加工工藝直接影響機(jī)床的性能。液壓系統(tǒng)（英文名稱：hydraulic system）定義：以油液作為工作介質(zhì)，利用油液的壓力能并通過控制閥門等附件操縱液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作的整 套裝置。液壓系統(tǒng)的作用為通過改變壓強(qiáng)增大作用力。一個完整的液壓系統(tǒng)由五個部分組成，即動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件（附件）和液壓油。一個液壓系統(tǒng)的好壞取決于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性、系統(tǒng)元件性能的的優(yōu)劣，系統(tǒng)的污染防護(hù)和處理，而最后一點(diǎn)尤為重要【2】。近年來我國國內(nèi)液壓技術(shù)有很大的提高，不再單純地使用國外的液壓技術(shù)進(jìn)行加工。液壓系統(tǒng)由信號控制和液壓動力兩部分組成，信號控制部分用于驅(qū)動液壓動力部分中的控制閥動作。液壓動力部分采用回路圖方式表示，以表明不同功能元件之間的相互關(guān)系。液壓源含有液壓泵、電動機(jī)和液壓輔助元件；液壓控制部分含有各種控制閥，其用于控制工作油液的流量、壓力和方向；執(zhí)行部分含有液壓缸或液壓馬達(dá)，其可按實(shí)際要求來選擇【3】。1.3數(shù)控機(jī)床的發(fā)展20世紀(jì)中期，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，自動信息處理、數(shù)據(jù)處理以及電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，給自動化技術(shù)帶來了新的概念，用數(shù)字化信號對機(jī)床運(yùn)動及其加工過程進(jìn)行控制，推動了機(jī)床自動化的發(fā)展【4】。 采用數(shù)字技術(shù)進(jìn)行機(jī)械加工，最早是在40年代初，由美國北密支安的一個小型飛機(jī)工業(yè)承包商派爾遜斯公司（ParsonsCorporation）實(shí)現(xiàn)的。他們在制造飛機(jī)的框架及直升飛機(jī)的轉(zhuǎn)動機(jī)翼時(shí)，利用全數(shù)字電子計(jì)算機(jī)對機(jī)翼加工路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并考慮到刀具直徑對加工路線的影響，使得加工精度達(dá)到0.0381mm（0.0015in），達(dá)到了當(dāng)時(shí)的最高水平。 1952年，麻省理工學(xué)院在一臺立式銑床上，裝上了一套試驗(yàn)性的數(shù)控系統(tǒng)，成功地實(shí)現(xiàn)了同時(shí)控制三軸的運(yùn)動。這臺數(shù)控機(jī)床被大家稱為世界上第一臺數(shù)控機(jī)床。 這臺機(jī)床是一臺試驗(yàn)性機(jī)床，到了1954年11月，在派爾遜斯專利的基礎(chǔ)上，第一臺工業(yè)用的數(shù)控機(jī)床由美國本迪克斯公司（Bendix-Cooperation）正式生產(chǎn)出來。 在此以后，從1960年開始，其他一些工業(yè)國家，如德國、日本都陸續(xù)開發(fā)、生產(chǎn)及使用了數(shù)控機(jī)床。 數(shù)控機(jī)床中最初出現(xiàn)并獲得使用的是數(shù)控銑床，因?yàn)閿?shù)控機(jī)床能夠解決普通機(jī)床難于勝任的、需要進(jìn)行輪廓加工的曲線或曲面零件。 然而，由于當(dāng)時(shí)的數(shù)控系統(tǒng)采用的是電子管，體積龐大，功耗高，因此除了在軍事部門使用外，在其他行業(yè)沒有得到推廣使用。 到了1960年以后，點(diǎn)位控制的數(shù)控機(jī)床得到了迅速的發(fā)展。因?yàn)辄c(diǎn)位控制的數(shù)控系統(tǒng)比起輪廓控制的數(shù)控系統(tǒng)要簡單得多。因此，數(shù)控銑床、沖床、坐標(biāo)鏜床大量發(fā)展，據(jù)統(tǒng)計(jì)資料表明，到1966年實(shí)際使用的約6000臺數(shù)控機(jī)床中，85%是點(diǎn)位控制的機(jī)床【5】。數(shù)控機(jī)床的發(fā)展中，值得一提的是加工中心。這是一種具有自動換刀裝置的數(shù)控機(jī)床，它能實(shí)現(xiàn)工件一次裝卡而進(jìn)行多工序的加工。這種產(chǎn)品最初是在1959年3月，由美國卡耐;特雷克公司（Keaney&TreckerCorp.）開發(fā)出來的。這種機(jī)床在刀庫中裝有絲錐、鉆頭、鉸刀、銑刀等刀具，根據(jù)穿孔帶的指令自動選擇刀具，并通過機(jī)械手將刀具裝在主軸上，對工件進(jìn)行加工。它可縮短機(jī)床上零件的裝卸時(shí)間和更換刀具的時(shí)間。加工中心現(xiàn)在已經(jīng)成為數(shù)控機(jī)床中一種非常重要的品種，不僅有立式、臥式等用于箱體零件加工的鏜銑類加工中心，還有用于回轉(zhuǎn)整體零件加工的車削中心、磨削中心等。 1967年，英國首先把幾臺數(shù)控機(jī)床連接成具有柔性的加工系統(tǒng)，這就是所謂的柔性制造系統(tǒng)（FlexibleManufacturingSystemFMS）之后，美、歐、日等也相繼進(jìn)行開發(fā)及應(yīng)用。 1974年以后，隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器直接用于數(shù)控機(jī)床，使數(shù)控的軟件功能加強(qiáng)，發(fā)展成計(jì)算機(jī)數(shù)字控制機(jī)床（簡稱為CNC機(jī)床），進(jìn)一步推動了數(shù)控機(jī)床的普及應(yīng)用和大力發(fā)展6。 80年代，國際上出現(xiàn)了14臺加工中心或車削中心為主體，再配上工件自動裝卸和監(jiān)控檢驗(yàn)裝置的柔性制造單元（FlexibleManufacturingCellFMC）。這種單元投資少，見效快，既可單獨(dú)長時(shí)間少人看管運(yùn)行，也可集成到FMS或更高級的集成制造系統(tǒng)中使用。 目前，F(xiàn)MS也從切削加工向板材冷作、焊接、裝配等領(lǐng)域擴(kuò)展，從中小批量加工向大批量加工發(fā)展。 所以機(jī)床數(shù)控技術(shù)，被認(rèn)為是現(xiàn)代機(jī)械自動化的基礎(chǔ)技術(shù)。為了提高機(jī)械化自動化程度，1845年，美國的菲奇發(fā)明轉(zhuǎn)塔車床；1848年，美國又出現(xiàn)回輪車床；1873年，美國的斯潘塞制成一臺單軸自動車床，不久他又制成三軸自動車床；20世紀(jì)初出現(xiàn)了由單獨(dú)電機(jī)驅(qū)動的帶有齒輪變速箱的車床【7】。第一次世界大戰(zhàn)后，由于軍火、汽車和其他機(jī)械工業(yè)的需要，各種高效自動車床和專門化車床迅速發(fā)展。為了提高小批量工件的生產(chǎn)率，40年代末，帶液壓仿形裝置的車床得到推廣，與此同時(shí)，多刀車床也得到發(fā)展。50年代中，發(fā)展了帶穿孔卡、插銷板和撥碼盤等的程序控制車床。數(shù)控技術(shù)于60年代開始用于車床，70年代后得到迅速發(fā)展。自美國在50年代末搞出世界一臺數(shù)控車床后，機(jī)床制造業(yè)就進(jìn)入了數(shù)控時(shí)代，中國在六十年代也搞出了第一代數(shù)控機(jī)床，但后來中國進(jìn)入了什么年代，大家都知道。等80年代我們再去看世界的數(shù)控機(jī)床水平，差距就是20年了，其實(shí)奮起直追還有希望，但國營工廠不思進(jìn)取，到了90年代，我們再去看世界水平，已有30年的差距了。中國改革開放前走的是蘇聯(lián)的路子，什么叫蘇聯(lián)的路子，舉個例子來講：比如，生產(chǎn)一根軸，蘇聯(lián)的方式是建一個專用生產(chǎn)線，用多臺專用機(jī)床，好處是批量很容易上去，但一旦這根軸的參數(shù)發(fā)生了變化，這條線就報(bào)廢了，生產(chǎn)人員也就沒事做了【8】。在19601980年代，國營工廠一個產(chǎn)品生產(chǎn)幾十年不變樣。到了1980年代后，當(dāng)時(shí)搞商品經(jīng)濟(jì)，這些廠不能迅速適應(yīng)市場，經(jīng)營就困難了，到了90年代就大量破產(chǎn)，大量職工下崗?，F(xiàn)代的生產(chǎn)也有大批量生產(chǎn)，但主要是單件小批量，不管是那種，只要你的設(shè)備是數(shù)控的，適應(yīng)起來就快。專業(yè)機(jī)床的路子已經(jīng)到頭了， ;西方走的路和前蘇聯(lián)不一樣，當(dāng)年的“東芝”事件，就是日本東芝賣給蘇聯(lián)了幾臺五軸聯(lián)動的數(shù)控銑床，讓蘇聯(lián)在潛艇的推進(jìn)螺旋槳上的制造，上了一個檔次，讓美國的聲納聽不到潛艇聲音了，所以美國要懲處東芝公司。由此也可見，前蘇聯(lián)的機(jī)床制造業(yè)也落后了，他們落后，我們就更不用說了。雖然，美國搞出了世界第一臺數(shù)控機(jī)床，但數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，還是要數(shù)德國。德國本來在機(jī)械方面就是世界第一，數(shù)控機(jī)床無非就是搞機(jī)電一體化，機(jī)械方面德國已沒問題，剩下的就是電子系統(tǒng)方面，德國的電子系統(tǒng)工業(yè)本來就強(qiáng)大，所以在上世紀(jì)六、七十年代，德國就執(zhí)機(jī)床界的牛耳了。 1.4 液壓技術(shù)1.4.1 液壓技術(shù)的現(xiàn)狀及其發(fā)展液壓傳動是流體傳動的一種，它是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣為應(yīng)用的一門技術(shù)。如今，流體傳動技術(shù)水平的高低已成為一個國家工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志【9】。它的應(yīng)用非常廣泛，如一般工業(yè)用的塑料加工機(jī)械、壓力機(jī)械、機(jī)床等；行走機(jī)械中的工程機(jī)械、建筑機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車等；鋼鐵工業(yè)中的冶金機(jī)械、提升裝置等；土木工程用的防洪閘門即堤壩裝置、河床升降裝置、橋梁操縱機(jī)構(gòu)等；發(fā)電廠用的渦輪機(jī)調(diào)速機(jī)構(gòu)、核發(fā)電廠等；船舶用的甲板起重機(jī)械、船頭門、船尾推進(jìn)器等；特殊技術(shù)用的巨型天線裝置、測量浮標(biāo)、升降旋轉(zhuǎn)舞臺等；軍事工業(yè)用的火炮操縱裝置、艦船減搖裝置、飛行器仿真、飛機(jī)起落架的收放裝置和方向舵控裝置等。液壓傳動相對于機(jī)械傳動是一門新科學(xué)。但對于計(jì)算機(jī)等新技術(shù)，它又是一門較老的技術(shù)，如果從17世紀(jì)帕斯卡提出靜壓傳遞原理、18世紀(jì)英國制成第一臺水壓機(jī)算起，液壓傳動已有200多年歷史。只是由于早期沒有成熟的液壓傳動技術(shù)和液壓元件，而使它沒有得到普遍的應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各行各業(yè)對傳動技術(shù)有了不斷的需求。特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間，有軍事上迫切地需要反應(yīng)快、重量輕、功率大的各種武器裝備，而液壓傳動技術(shù)適應(yīng)了這一需求，所以使液壓傳動技術(shù)獲得了發(fā)展，在戰(zhàn)后的50年代中，液壓傳動技術(shù)迅速地轉(zhuǎn)向其它各個部門，并得到了廣泛的應(yīng)用【10】。由于采用集成、疊加、插裝技術(shù)，使裝配容易，造價(jià)低，比起機(jī)械等傳動來，它是一種最為經(jīng)濟(jì)的選擇。目前，它分別在實(shí)現(xiàn)高壓、高速、大功率、高效率、低噪音、長壽命、高度集成化、小型化與輕量化、一體化和執(zhí)行件柔性化等方面取得了很大的進(jìn)展。同時(shí)，由于與微電子技術(shù)的密切配合，實(shí)現(xiàn)了智能化和自動化，靜液壓傳動裝置替代了傳統(tǒng)的液力變矩-齒輪箱傳動，能在盡可能小的空間內(nèi)傳遞盡可能大的功率并加以準(zhǔn)確的控制，從而更使得它在各行各業(yè)中發(fā)揮出巨大的作用。1.4.2 液壓技術(shù)的特點(diǎn)隨著液壓技術(shù)的不斷發(fā)展，液壓設(shè)備的年增長率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他設(shè)備的年增長率，其原因是由于液壓傳動在許多領(lǐng)域是機(jī)械等傳動無法取代的。液壓傳動能實(shí)現(xiàn)低速大噸位運(yùn)動；采用適當(dāng)?shù)墓?jié)流技術(shù)可使運(yùn)動機(jī)構(gòu)的速度十分均勻穩(wěn)定；使用伺服、仿形、調(diào)速等機(jī)構(gòu)可使執(zhí)行元件的運(yùn)動精度達(dá)到很高，可以微米計(jì)；液壓系統(tǒng)各部分間使用管道連接的，其布局安裝有很大的靈活性，而其體積重量比卻比機(jī)械傳動小得多，因此能構(gòu)成其它方法難以完成的復(fù)雜系統(tǒng)；液壓傳動可以用很小功率控制速度、方向；液壓元件體積小，重量輕，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，便于集中大批生產(chǎn)【11】。2 主軸箱液壓平衡系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)2 主軸箱液壓平衡系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)2.1主軸箱用液壓平衡機(jī)構(gòu)的簡要分析JCS-013自動換刀數(shù)控鏜銑床主軸箱的平衡，我們采用了液壓平衡系統(tǒng)。經(jīng)過鑒定和生產(chǎn)試驗(yàn)表明，這種液壓平衡系統(tǒng)工作可靠，速度轉(zhuǎn)換平穩(wěn)，滿足了機(jī)床使用性能的要求。本機(jī)床采用框式動立柱結(jié)構(gòu)，主軸箱位于框架中間，可隨立柱一起作Z向移動;沿立柱導(dǎo)軌作Y向移動，要求定位精度為0.02毫米/300毫米。為使重量達(dá)1100公斤的主軸箱沿Y坐標(biāo)上下移動驅(qū)動力一致，以保證主軸箱工作可靠，定位準(zhǔn)確，就需要加配重。用重錘作配重不僅增大體積、重量和占有空間，而且在立柱起動、停止和速度轉(zhuǎn)換時(shí)重錘的慣性對其移動準(zhǔn)確性將有較大的影響，因此采用液壓平衡裝置。平衡油缸和主軸箱用鋼絲繩經(jīng)過一個動滑輪、兩個定滑輪連接起來，如圖2.1所示。圖2.1平衡油缸和主軸箱連接圖從圖中可知：V主 =2V平 （1） W主=1/2W平 （2）W平=F平P平 （3）Q平=F平V平 （4）式中：V主主軸箱的Y向移動速度（毫米/分）；V平平衡油缸活塞移動速度（毫米/分）；W主被平衡的重量（公斤）；W平平衡油缸產(chǎn)生的平衡力（公斤）；P平平衡壓力（公斤/厘米2）；F平平衡油缸工作面積（厘米2）；Q平平衡油缸需要的流量（厘米3/分）。從式（1）可以看出：用動滑輪可使平衡油缸活塞行程減??；從式（3）中可以看出：如提高P平，則F平可縮小，即油缸可適當(dāng)減小。因此，與重錘配種相比，液壓平衡能做到體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。本機(jī)床對液壓平衡系統(tǒng)有以下要求：a. 主軸箱在Y向上下移動時(shí)平衡油缸所產(chǎn)生的平衡力差值越小越好；b.停機(jī)后的一定時(shí)間內(nèi)主軸箱要保持平衡，即停泵后的一定時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)要保持一定壓力；c.主軸箱定位夾緊后，如果系統(tǒng)能保持平衡壓力，油泵就卸荷；如果系統(tǒng)內(nèi)壓力降到比平衡壓力低24公斤/厘米2時(shí)，油泵應(yīng)供高壓油。根據(jù)要求，機(jī)床主軸箱采用拖動和平衡分開的形式進(jìn)行控制。從式（1）可以看出：用動滑輪可使平衡油缸活塞行程減小；從式（3）中可以看出：如提高P平，則F平可縮小，即油缸可適當(dāng)減小。因此，與重錘配種相比，液壓平衡能做到體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。本機(jī)床對液壓平衡系統(tǒng)有以下要求：a. 主軸箱在Y向上下移動時(shí)平衡油缸所產(chǎn)生的平衡力差值越小越好；b.停機(jī)后的一定時(shí)間內(nèi)主軸箱要保持平衡，即停泵后的一定時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)要保持一定壓力；c.主軸箱定位夾緊后，如果系統(tǒng)能保持平衡壓力，油泵就卸荷；如果系統(tǒng)內(nèi)壓力降到比平衡壓力低24公斤/厘米2時(shí)，油泵應(yīng)供高壓油。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）根據(jù)要求，機(jī)床主軸箱采用拖動和平衡分開的形式進(jìn)行控制。平衡系統(tǒng)如圖2所示。工作原理：主軸箱向上運(yùn)動，平衡油缸的活塞向下運(yùn)動，油缸上腔增大，泵2輸出的高壓油經(jīng)粉末燒結(jié)過濾器、電磁閥、紙質(zhì)過濾器、減壓閥、單向閥、平衡閥中的單向閥進(jìn)入油缸上腔。主軸箱向下運(yùn)動，活塞向下運(yùn)動，油缸上腔減小，油被排出進(jìn)入平衡閥，關(guān)閉單向閥，推開滑閥流回油箱。平衡壓力用減壓閥調(diào)節(jié)。由平衡系統(tǒng)工作原理可看出，系統(tǒng)中起重要作用的是平衡閥，其結(jié)構(gòu)如圖2.2所示。圖2.2平衡閥裝配圖平衡油缸進(jìn)油時(shí)高壓油經(jīng)孔P進(jìn)入平衡閥，從這里一路經(jīng)孔道5進(jìn)入油腔3，作用在滑閥2的P面上；另一路推開單向閥1，進(jìn)入油腔7，作用在滑閥2的B面上。油腔3壓力比油腔7壓力高，再加上彈簧4的作用力就把滑閥推向右端，處于關(guān)閉狀態(tài)，油經(jīng)A孔，進(jìn)入平衡油缸。油缸排油時(shí)，排出油經(jīng)P孔進(jìn)入平衡閥油腔7，關(guān)閉單向閥，油無出路壓力升高，克服作用在滑閥2A面上的油壓力和彈簧力將滑閥推向左端，油腔7與回油腔6接通，油經(jīng)O孔流回油箱。滑閥2推向左端，油腔3縮小，被排出油經(jīng)孔道5、油孔P儲存在蓄能器10中。蓄能器的充氣壓力為工作壓力的70%左右。確定平衡壓力為34千克力/厘米2。主軸箱上下移動（即活塞運(yùn)動）平衡壓力不同，有一個差值P。P=P平下-P平上式中：P平下主軸箱向下移動時(shí)平衡壓力；P平上主軸箱向上移動時(shí)平衡壓力；分析系統(tǒng)可知：P由三部分組成：P=P1+P2+P3式中：P1溢流閥3到平衡閥8之間的壓力損失；P2平衡閥的壓力損失P2=P21+P22P21平衡油缸進(jìn)油時(shí)a點(diǎn)和b點(diǎn)的壓差；P22平衡油缸排油時(shí)b點(diǎn)和a點(diǎn)的壓差；P3平衡閥到平衡油缸之間管路損失；P3=P31+P32P31平衡油缸進(jìn)油時(shí)b點(diǎn)到油缸口之間的管路損失；P32平衡油缸排油時(shí)油缸口到b點(diǎn)之間的管路損失。P1、P3與主軸箱運(yùn)動速度V主有關(guān)，若V主增加，P1、P3有明顯增加，也就是說，隨著管路中油流速的增加，管路損失（包括局部損失和沿程損失）也增加。P2是由平衡閥本身的性能所決定的，它一方面與閥中兩根彈簧有關(guān)，另一方面與閥中油流速和通道彎曲程度有關(guān)。了解主軸箱起動停止過程平衡壓力變化情況。由電感位移計(jì)給出主軸箱起動信號。平衡油缸壓力變化通過壓力傳感器，經(jīng)六相應(yīng)變儀放大，用自動記錄儀同時(shí)記錄下主軸箱起動和壓力變化情況。在主軸箱起動、停止過程中壓力都是平滑上升下降，無超調(diào)現(xiàn)象。為使主軸箱上下運(yùn)動配重變化?。碢值?。?yīng)做到以下三點(diǎn)： a. 平衡閥出口b孔與平衡油缸進(jìn)口越接近越好，建議平衡系統(tǒng)聯(lián)結(jié)板放在平衡油缸進(jìn)口處。b. 在單向閥前加減壓閥，用它保持平衡閥進(jìn)油口油壓基本不變，減小P1對平衡壓力的影響。c. 設(shè)計(jì)平衡閥時(shí)要使P2盡可能小。要使系統(tǒng)能在停機(jī)后保持一定壓力，首要條件就是不漏油。在考慮系統(tǒng)時(shí)要選用不帶外泄漏孔的元件（為此減壓閥裝在單向閥之前而不能裝在平衡閥之前、單向閥之后），以免外泄漏，但在系統(tǒng)中不可避免有帶內(nèi)泄漏的元件如平衡閥和平衡油缸，對這些帶內(nèi)泄漏的元件就應(yīng)使其內(nèi)泄漏盡可能小。油泵卸荷是用壓力繼電器控制的。系統(tǒng)對壓力繼電器有以下要求：a. 發(fā)出信號的重復(fù)精度要高；b. 不應(yīng)受外界干擾而給出誤信號；c. 不靈敏區(qū)越小越好。主軸箱移動部分重量W主=1100千克，平衡油缸活塞直徑D=95毫米，活塞桿直徑d=25毫米，計(jì)算得出：V平=1/2V主=2500毫米/分P平=2W主/F平=2W主/0.25（D2-d2）33.4千克/厘米2Q平=F平V平=0.25（9.52-2.52）2501.118000厘米3/分計(jì)算平衡壓力為34千克力/厘米2。2.2 負(fù)載分析2.2.1工作負(fù)載FL=G=11009.82N=21582N2.2.2摩擦負(fù)載 靜取靜摩擦系數(shù)fs=0.2，動摩擦系數(shù)fd=0.1摩擦負(fù)載 Ffs=fsFL=0.221582N=4316.4N動摩擦負(fù)載 FFD=fdFL=0.121582N=2158.2N2.2.3慣性負(fù)載加速 加速制動 反向加速 反向制動 則液壓缸各階段中的負(fù)載如表3-1所示（）表3.1 液壓缸各階段中的負(fù)載工況計(jì)算公式總負(fù)載F/N缸推力F/N起動-17265.6 -15539.04 加速-19318.2-17386.38快上-19423.8 -17481.42制動-19529.4-17576.46反向啟動25898.423308.56反向加速23832.621449.34快下 23740.221366.18反向制動23647.821283.022.3液壓缸主要參數(shù)確定2.3.1初選液壓缸的工作壓力壓力的選擇根據(jù)載荷的大小和設(shè)備性能而定。還要考慮執(zhí)行元件的裝配空間，經(jīng)濟(jì)條件及元件供應(yīng)情況的限制。在在和一定的情況下，工作壓力低，勢必要加大執(zhí)行元件的機(jī)構(gòu)尺寸。對某些設(shè)備來說，尺寸受到限制，從材料消耗角度看也不經(jīng)濟(jì)；反之，壓力選的太高，對液壓泵、液壓缸、液壓閥的元件的材質(zhì)、密封、制造精度也要求很高，必然要提高設(shè)備的成本。具體參考表3.2和表3.3 。表3.2 按載荷選工作壓力載荷/KN 50工作壓力 500mm，故符合缸筒長度要求。c. 液壓缸蓋固定螺栓直徑初步確定螺栓數(shù)為6個。液壓缸缸蓋固定螺栓在工作過程中承受拉應(yīng)力，其直徑可按下式校核式中，F(xiàn)為平衡液壓缸的負(fù)載；z為固定螺栓個數(shù)；k為螺栓擰緊系數(shù)，=s/（1.22.5），s為材料屈服點(diǎn)。安全系數(shù)K=1.2，則ds=10.968mm故液壓缸蓋固定螺栓直徑ds=12mm。d 液壓缸壁厚和外徑的計(jì)算液壓缸的壁厚一般是指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度。從材料力學(xué)可知，承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應(yīng)力分布規(guī)律因厚度不同而各異。一般計(jì)算時(shí)可分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。液壓缸的內(nèi)徑D與其厚壁的比值的圓筒稱為薄壁圓筒。一般用無縫鋼管材料，大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，其薄壁按薄壁圓筒公式計(jì)算式中為液壓缸壁厚D為液壓缸內(nèi)徑為實(shí)驗(yàn)壓力一般取最大工作壓力的1.251.5倍為缸筒材料的許用應(yīng)力。其值為；在中低壓系統(tǒng)中，按上式計(jì)算所得液壓缸壁厚往往很小，使缸體剛度不夠容易產(chǎn)生變形，因此一般不做計(jì)算，按經(jīng)驗(yàn)選取，必要時(shí)按上式進(jìn)行校核?，F(xiàn)取液壓缸的壁厚為7mme. 缸蓋的厚度確定液壓缸多為平底缸蓋，其有效厚度t按強(qiáng)度要求可用兩式計(jì)算。無孔時(shí) 有孔時(shí) 式中 t為缸蓋有效厚度為缸蓋止口內(nèi)徑為缸蓋孔的直徑現(xiàn)取取缸蓋厚度為8mm，如圖4.2所示。圖4.2缸體前端蓋 f. 最小導(dǎo)向長度的確定對一般的液壓缸，最小導(dǎo)向長度H應(yīng)滿足以下要求活塞的寬度B一般取B=（0.61.0）D缸蓋滑動支承面的長度，根據(jù)液壓缸內(nèi)徑D而定當(dāng)；可得mm。2.4.3平衡液壓缸與主軸箱的連接由于兩者之間有兩個定滑輪和一個動滑輪，之間用鏈傳動。鏈傳動是以鏈條為中間傳動件的嚙合傳動。按照用途不同，鏈可以分為起重鏈、牽引鏈和傳動鏈三大類。鏈傳動和帶傳動相比，鏈傳動能保持平均傳動比不變；傳動效率高；張緊力小，因此作用在軸上的壓力較??；能在低速重載和高溫條件下及塵土飛揚(yáng)的不良環(huán)境中工作。和齒輪傳動相比，鏈傳動可用于中心距較大的場合且制造精度低。但鏈傳動只能傳動平行軸之間的同向運(yùn)動，不能保持恒定的瞬時(shí)傳動比，運(yùn)動平穩(wěn)性差?；谝陨显蜻x擇了鏈傳動，圖4.3所示為主軸箱與平衡液壓缸連接圖。圖4.3主軸箱與平衡液壓缸連接圖2.4.4防止雜質(zhì)侵入為了防止液壓油被污染，液壓油箱應(yīng)做成完全密封型的。在結(jié)構(gòu)上應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：(1) 不要將配管簡單地插入液壓油箱，這樣空氣、雜質(zhì)和水分等便會從其周圍的間隙侵入。同時(shí)應(yīng)盡量避免將液壓泵及馬達(dá)直接裝在液壓油箱頂蓋上。(2) 在接合面上需襯入密封填料、密封膠和液態(tài)密封膠，以保證可靠的氣密性。例如，液壓油箱的上蓋可直接焊上，也可加密封墊（1.5mm厚以上的耐油密封墊）進(jìn)行密封。(3) 為保證液壓油箱通大氣并凈化抽吸空氣，需配備空氣濾清器?？諝鉃V清器常設(shè)計(jì)成既能過濾空氣又能加油的結(jié)構(gòu)。在一般設(shè)備中，液壓油箱多采用鋼板焊接的分離式液壓油箱【14】。2.4.5. 吸油管與回油管a. 油管出口回油管的出口形式有直口、斜口、彎管直口、帶擴(kuò)散器的出口等幾種型式，斜口應(yīng)用得較多，一般為45C斜口。為了防止液面波動，可以在回油管出口裝擴(kuò)散器?；赜凸鼙仨毿D(zhuǎn)在液面以下，一般距液壓油箱底面的距離大于300mm，回油管出口絕對不允許放在液面以上。b. 回油集管單獨(dú)設(shè)置回油管當(dāng)然是理想的，但不得已時(shí)則應(yīng)使用回油集管。對溢流閥、順序閥等，應(yīng)注意合理設(shè)計(jì)回油集管，不要人為地施以背壓。c. 泄漏油管的配置管子直徑和長度要適當(dāng)，管口應(yīng)在液面之上，以避免產(chǎn)生背壓。泄漏油管以單獨(dú)配管為好，盡量避免與回油管集流配管的方法。d. 吸油管吸油管前一般應(yīng)設(shè)置濾油器，其精度為100200目的網(wǎng)式或線隙式濾油器。濾油器要有足夠的容量，避免阻力太大。濾油器與箱底間的距離就不小于20mm。吸油管應(yīng)插入液壓油面以下，防止吸油時(shí)卷吸空氣或因流入液壓油箱的液壓油攪動油面，致使油中混入氣泡【15】。e. 吸油管與回油管的方向?yàn)榱耸褂鸵毫鲃泳哂蟹较蛐?，要綜合考慮隔板、吸油管和回油管的配置，盡量把吸油管和回油管用隔板開。為了不使回油管的壓力波動波及吸油管，吸油管及回油管的斜口方向應(yīng)一致，而不是相對著。2.4.6液面指示為觀察液壓油箱內(nèi)情況，應(yīng)在箱的側(cè)面安裝液面指示計(jì)，指示最高，最低油位。液面指示計(jì)可選用帶溫度計(jì)的。本實(shí)驗(yàn)采用液位計(jì)選擇YWZ-80。如圖4.4所示。圖4.4液位計(jì)2.4.7. 液壓站的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)(1) 液壓裝置中各部件、元件的布置要均勻、便于裝配、調(diào)整、維修和使用，并且要適當(dāng)?shù)刈⒁馔庥^的整齊和美觀。(2) 液壓泵與電動機(jī)可裝在液壓油箱的蓋上，也可裝在液壓油箱之處，主要考慮液壓油箱的大小與剛度。(3) 在閥類元件的布置中，行程閥的安放位置必須靠近運(yùn)動部件。手動換向閥的位置必須靠近部位。換向閥之間在留有一定的軸向距離，以便進(jìn)行手動調(diào)整或裝拆電磁鐵。壓力表及其形狀應(yīng)布置在便于觀察和調(diào)整的地方。(4) 液壓泵與機(jī)床相聯(lián)的管道一般都先集中接到機(jī)床的中間接頭上，然后再分別通向不同部件的各個執(zhí)行機(jī)構(gòu)中去，這樣做有利于搬運(yùn)、裝拆和維修。(5) 硬管應(yīng)貼地或沿著機(jī)床外形壁面敷設(shè)。相互平等的管道應(yīng)保持一定的間隔，并用管夾固定。隨工作部件運(yùn)動的管道可采用軟管、伸縮管或彈性管。軟管安裝時(shí)應(yīng)避免發(fā)生扭轉(zhuǎn)，以名影響使用壽命【16】。綜上所述本試驗(yàn)臺液壓泵采用立式安裝，液壓泵與電動機(jī)采用法蘭式聯(lián)接正確安裝調(diào)試及合理使用維護(hù)液壓站，是保證其長期發(fā)揮和保持其良好工作性能的重要條件之一。為此，在液壓站安裝調(diào)試中，必須熟悉主機(jī)的工況特點(diǎn)及其液壓系統(tǒng)的工作原理與液壓站各組成部分的結(jié)構(gòu)、功能和作用并嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求來進(jìn)行：在液壓站使用維護(hù)中應(yīng)對其加強(qiáng)日常維護(hù)和管理。2.4.8. 液壓站的組裝在組裝液壓站之前，首先應(yīng)先熟悉有關(guān)技術(shù)文件和資料，如液壓系統(tǒng)原理圖、液壓控制裝置的集成回路圖、電氣原理圖、液壓站各部件（如液壓油箱、液壓泵組、液壓控制裝置、蓄能器裝置）的總裝圖、管道布置土、液壓元件和附件清單和有關(guān)產(chǎn)品樣本等；然后按元件付存清單，準(zhǔn)備好有關(guān)物資，并對其有關(guān)規(guī)格和質(zhì)量按有關(guān)規(guī)定進(jìn)行細(xì)致檢查，加查不合格的元件和清單，不得裝上液壓站【18】。2.4.9. 濾油器的選擇濾油器在液壓系統(tǒng)中，濾去外部混入或系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的液壓油中的固體雜質(zhì)，使得液壓油保持清潔，延長液壓系統(tǒng)的使用壽命保證系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。濾油器一般分為網(wǎng)式濾油器 線隙式濾油器 紙質(zhì)濾油器 燒結(jié)式濾油器 片式濾油器和磁性濾油器。線隙濾油器一般用于低壓系統(tǒng)中，線隙濾油器一般安裝于回有路或泵吸油口處，以便清洗或換濾芯。這種濾油器阻力小，通流能力大，但不易清洗。網(wǎng)式濾油器裝在液壓泵吸油管路上，用以保護(hù)液壓泵，這種泵結(jié)構(gòu)簡單，通油能力強(qiáng)，過濾效率較差。紙質(zhì)式濾油器用于要求過濾質(zhì)量高的液壓系統(tǒng)中，過濾效果好，精度高，但易賭塞，無法清洗，需常換紙心。燒結(jié)式濾油器用于要求過濾質(zhì)量高的液壓系統(tǒng)中，能在溫度很高，壓力較大的情況下工作，抗腐蝕性強(qiáng)。片式濾油器用于一般過濾，油流速度不超過0.5-1m/s用于強(qiáng)度大不易磨損，通油能力強(qiáng)，但材料較貴，過濾效果差，易堵塞。磁性濾油器用于吸附鐵削與其他濾油器合用，結(jié)構(gòu)簡單濾清效果好。本次試驗(yàn)選用XU-J6*100型線隙濾油器。2.5.1. 液壓元件的安裝液壓泵安裝：液壓泵與原動力、液壓馬達(dá)與其拖動的主機(jī)工作機(jī)構(gòu)間的同軸度偏差應(yīng)在0.1mm以內(nèi)，軸線間的傾角不得大于1；不得用敲擊方式安裝聯(lián)軸器，液壓泵和液壓馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)方向及進(jìn)出油口方向不得接飯。液壓缸：安裝前應(yīng)仔細(xì)檢查其活塞桿是否彎曲。液壓缸有多種安裝方式，對于底座世或法蘭式液壓缸可通過底座或法蘭前設(shè)置擋塊的方法，力求安裝螺釘不直接承受負(fù)載，以減小傾覆力矩；對于軸銷式或耳環(huán)式液壓缸，則應(yīng)使活塞桿頂端的連結(jié)頭方向與耳軸方向一致，以保證活塞桿的穩(wěn)定性。行程較長和油溫較高的液壓缸，一端應(yīng)保持浮動，不補(bǔ)償熱膨脹的影響。閥類：方向閥一般應(yīng)保持軸線水平安裝；各油口出的密封圈在安裝后應(yīng)有一定壓縮量以防泄漏；固定螺釘應(yīng)均勻擰緊（勿用錘子敲打或強(qiáng)行扳擰），不要擰偏，最后使閥的安裝平面與底板或油路塊安裝平面全部接觸【19】。附件：應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求的位置安裝，并注意便于使用、維護(hù)和調(diào)整；同時(shí)注意在符合設(shè)計(jì)要求情況下，保持整齊、美觀。例如，壓力表應(yīng)裝在振動較小、易觀測處；蓄能器應(yīng)安裝在易用氣瓶充氣的地方；過濾器應(yīng)盡量安裝在易于拆卸、檢查的位置；冷卻器注意水質(zhì)、水量、水溫及冷卻水結(jié)冰等問題，等等。3 液壓站的使用與檢查3 液壓站的使用與檢查3.1使用的一般注意事項(xiàng) 液壓站使用中的注意事項(xiàng)如下：(1) 低溫下，油溫應(yīng)達(dá)到20C以上才準(zhǔn)許順序動作；油溫高于60C時(shí)應(yīng)注意系統(tǒng)的工作情況。 15(2) 停機(jī)4h以上的設(shè)備，應(yīng)先使液壓泵空載運(yùn)轉(zhuǎn)5min，再起動執(zhí)行器工作。(3) 不許任意調(diào)整電氣控制裝置系統(tǒng)的互鎖裝置，隨意移動各限位開關(guān)、擋塊、行程撞塊的位置。(4) 各種液壓元、輔件未經(jīng)主管部門同意，不準(zhǔn)私自調(diào)節(jié)或拆換。(5) 液壓站出現(xiàn)故障時(shí)，不準(zhǔn)擅自亂動，應(yīng)通知有關(guān)部門分析原因并排除。除上述幾點(diǎn)外，還應(yīng)按有關(guān)規(guī)定做好對各類液壓件備件及液壓油的管理工作【20】。3.2 檢查液壓系統(tǒng)種類繁雜，各有其特定用途和使用要求。為了及時(shí)了解和掌握液壓站和整個系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，消除故障隱患，縮短維修周期，通常應(yīng)采用點(diǎn)檢和定檢的方法對系統(tǒng)進(jìn)行檢查【21】。4 結(jié) 論4 結(jié) 論本設(shè)計(jì)主要完成了以下內(nèi)容1介紹了數(shù)控機(jī)床及其數(shù)控鏜銑床的發(fā)展?fàn)顩r及發(fā)展趨勢；2對平衡液壓缸與主軸箱的連接進(jìn)行了設(shè)計(jì)；3對數(shù)控鏜銑床主軸箱的液壓平衡系統(tǒng)性能進(jìn)行了分析，并對其進(jìn)行設(shè)計(jì)，使其能夠滿足主軸箱在上下移動時(shí)保持穩(wěn)定的功能；4對液壓平衡系統(tǒng)的平衡液壓缸結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，進(jìn)行了受力分析和計(jì)算，并且對液壓缸主要元件進(jìn)行了強(qiáng)度校核，滿足強(qiáng)度要求。29參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1 申慶源.國內(nèi)外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展概況及該公司汽車發(fā)動機(jī)生產(chǎn)線引進(jìn)國外數(shù)控機(jī)床的介紹.北京：中國機(jī)械工程學(xué)會設(shè)備維修分會, 2000:431-435.2 董香萍，陳啟涵，段鳳.淺析數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢和發(fā)展途徑.2010，（4）：153-154.3 徐國威.國內(nèi)外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展及應(yīng)用.兵工自動化，1993，（2）：31-35.4 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