數(shù)控鏜銑床變速操縱機構(gòu)及液壓平衡系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計

1、摘 要本文著重對數(shù)控鏜銑床的主軸箱變速操縱機構(gòu)和液壓平衡系統(tǒng)兩個部分做了研究和設(shè)計。在對變速操縱機構(gòu)的設(shè)計中，對其工作原理進行分析。依據(jù)傳動軸的安裝、齒輪在軸上的布置和排列、相嚙合齒輪的寬度進行機構(gòu)整體設(shè)計。對液壓系統(tǒng)的設(shè)計中先考慮主軸箱與平衡液壓缸的連接，完成兩者之間連接結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計；對液壓系統(tǒng)進行分析設(shè)計，完成了液壓缸的結(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)計、液壓缸穩(wěn)定性的校核、液壓系統(tǒng)的性能驗算等工作。關(guān)鍵詞：變速操縱機構(gòu)；液壓平衡系統(tǒng)；平衡液壓缸The design of the speed change and controls mechanism and hydraulic balanced syste

2、m of numerical control boring-milling machineAbstractThe thesis focuses onresearching and designing the spindle box in speed change and controlsmechanism and hydraulic balanced system of numerical control boring-milling machine. In the design ofspeed change and controlsmechanism, and analyze itsprin

3、ciple to make it meet requirements, then designed entirety of the mechanism accordance withinstallation of the transmission shaft,configuration and lacing of gearon the axis,width of gears which are meshes with each other. In the design ofhydraulic system, the link ofmain spindle box and balancing h

4、ydraulic cylinder have been taken into account, the preliminary structural design was finished; according to analyze and design hydraulics system, the design of the structures and parameters of the hydraulic cylinder, stability check criterion of hydraulic cylinder, the calculation of hydraulic syst

5、ems behavior was finished.Key words: the spindle box in speed change and controlsmechanism;hydraulicbalanced system;balanced hydraulic cylinder目錄摘要Abstract1 緒論11.1 數(shù)控鏜銑床概述11.2 數(shù)控鏜銑床的結(jié)構(gòu)組成11.3 數(shù)控鏜銑床的發(fā)展動向21.4 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32 數(shù)控鏜銑床變速操縱機構(gòu)設(shè)計42.1 主軸箱變速操縱機構(gòu)工作原理42.2 主軸箱變速操縱機構(gòu)中傳動軸的安裝52.

6、3 齒輪在軸上的布置和排列52.4 相嚙合齒輪的寬度53 液壓平衡系統(tǒng)設(shè)計計算63.1 負(fù)載分析63.2 負(fù)載圖和速度圖的繪制73.3 液壓缸主要參數(shù)的確定83.3.1 初選液壓缸的工作壓力83.3.2 計算液壓缸的尺寸83.3.3 活塞桿穩(wěn)定性校核93.3.4 求液壓缸的最大流量103.3.5 繪制工況圖103.4 液壓平衡系統(tǒng)圖的擬定與回路分析113.4.1 液壓平衡系統(tǒng)圖的分析113.4.2 液壓平衡系統(tǒng)原理分析123.5 液壓元件的選擇123.5.1 確定液壓泵的型號及電動機功率123.5.2 選擇閥類元件及輔助元件133.6 液壓系統(tǒng)的性能驗算133.6.1 壓力損失及調(diào)定壓力的確定

7、133.6.2 系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升154 平衡液壓缸設(shè)計164.1 液壓缸的組成164.2 平衡液壓缸的計算184.3 平衡液壓缸與主軸箱的連接195 結(jié)論20參考文獻(xiàn)致謝數(shù)控鏜銑床變速操縱機構(gòu)及液壓平衡系統(tǒng)設(shè)計1 緒論1.1 數(shù)控鏜銑床概述圖1-1 立式數(shù)控鏜銑床實物圖圖1-2 臥式數(shù)控鏜銑床實物圖數(shù)控鏜銑床也稱“加工中心”機床，是一種新型機床，是一種具有自動換刀裝置和任意分度數(shù)控轉(zhuǎn)臺的點位-直線數(shù)字控制機床。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，有立式和臥式之分，如圖1-1和圖1-2所示。在機械零件中，箱體類零件占相當(dāng)大的比重，例如變速箱、氣缸體、氣缸蓋等

8、。這類零件往往重量較大，形狀復(fù)雜，加工的工序多。如果能在一臺機床上，一次裝夾自動地完成大部分工序，對于提高生產(chǎn)率，提高加工質(zhì)量和自動化程度將有很大的意義。箱體類零件的加工工序，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，有下列特點：（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，把用過的刀具換下來。因此，要有刀庫、換刀機械手等。（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，還可先鏜這個壁上的孔，然后工

9、作臺轉(zhuǎn)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 數(shù)控鏜銑床的結(jié)構(gòu)組成如圖1-3所示，數(shù)控機床主要由機床本體、自動換刀裝置、數(shù)控轉(zhuǎn)臺、液壓油箱、數(shù)控電柜、主軸驅(qū)動調(diào)速控制柜、機床電氣柜、主軸箱潤滑冷卻用自動油溫調(diào)節(jié)器和空氣干燥器等組成。（1）機床本體。數(shù)控鏜銑床常按主軸在空間所處的狀態(tài)，分為立式數(shù)控鏜銑床和臥式數(shù)控鏜銑床。機床本體是用來支撐機床的工作以達(dá)到加工生產(chǎn)目的，主要由床身和立柱組成。（2）主軸結(jié)構(gòu)。主軸部件既要滿足精加工時精度較高的要求，又要具備粗加工時高效切削的能力，因此在旋轉(zhuǎn)精度、剛度、抗振性和熱變形等方面，都有很高的要求。在布局結(jié)構(gòu)方面，對于具有自動換刀功能的

10、數(shù)控鏜銑床，其主軸部件除主軸、主軸軸承和傳動件等一般組成部分外，還有刀具自動加緊、主軸自動準(zhǔn)停和主軸裝刀孔吹凈等裝置。（3）數(shù)控轉(zhuǎn)臺。數(shù)控轉(zhuǎn)臺可以進行任意角度定位，它的功用有兩個：一是使工作臺進行圓周進給運動，二是使工作臺進行分度運動。（4）換刀裝置。數(shù)控鏜銑床為了能在工件一次裝夾中完成多種甚至所有加工工序，以縮減輔助時間和減少多次安裝工件所引起的誤差，必須帶有自動換刀裝置。其主要有刀庫、橫梁升降機構(gòu)、滑座伸縮機構(gòu)、手架回轉(zhuǎn)機構(gòu)、裝刀手和卸刀手組成。（5）機床導(dǎo)軌。導(dǎo)軌主要用來支承和引導(dǎo)運動部件沿一定的軌道運動。在導(dǎo)軌副中，運動的一方叫運動導(dǎo)軌，不動的一方叫支撐導(dǎo)軌。運動導(dǎo)軌相對于支撐導(dǎo)軌的運

11、動，通常是直線運動或回轉(zhuǎn)運動。1-電動機 2-換刀機械手 3-數(shù)控柜 4-刀庫 5-主軸箱 6-操作面板 7-電源柜 8-工作臺 9-滑座 10-床身圖1-3 數(shù)控鏜銑床示意圖1.3 數(shù)控鏜銑床的發(fā)展動向近年來，數(shù)控鏜銑床正在向高速度、高精度和高度自動化方向發(fā)展。（1） 高速度 數(shù)控鏜銑床向高速度發(fā)展的主要目的是提高生產(chǎn)率，主要措施是提高主軸轉(zhuǎn)速、提高進給速度和縮短輔助時間。（2） 高精度 在工廠的一般情況下，數(shù)控鏜銑床的加工精度可達(dá)到IT7級，經(jīng)過努力可以達(dá)到IT6級。鏜孔加工時，如提高主軸組件的剛度和精度，其加工孔徑公差可達(dá)到IT4級提高數(shù)控鏜銑床加工精度的主要措施是提高編程時的圓弧插補精

12、度、機床定位精度和精度補償技術(shù)。（3） 高度自動化 為了進一步提高自動化程度，數(shù)控鏜銑床的硬件和軟件采取了許多改進措施。例如采用對話系統(tǒng)，可使操作方便、操作簡單、檢驗及時以及差錯率少。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。它的應(yīng)用非常廣泛，如一般工業(yè)用的塑料加工機械、壓力機械、機床等；行走機械中的工程機械、建筑機械、農(nóng)業(yè)機械、汽車等；鋼鐵工業(yè)用的冶金機械、提升裝置、軋輥調(diào)整裝置等；土木工程用的防洪閘門及堤壩裝置、河床升降裝置、橋梁操縱機構(gòu)等；發(fā)電廠用的渦輪機調(diào)

13、速機構(gòu)、核發(fā)電廠等；船舶用的甲板起重機械（絞車）、船頭門、艙壁閥、船尾推進器等；特殊技術(shù)用的巨型天線控制裝置、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、飛機起落架的收放裝置和方向舵控制裝置等。液壓傳動相對于機械傳動是一門新學(xué)科。但對于計算機等新技術(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)英國制成世界上第一臺水壓機算起，液壓傳動已有兩百多年的歷史。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

14、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。由于采用集成、疊加、插裝技術(shù)，使裝配容易，造價低，比起機械等傳動來，它是一種最為經(jīng)濟的選擇。目前，它分別在實現(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展。同時，由于與微電子技術(shù)密切的配合，實現(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.

15、2 液壓技術(shù)的特點 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)域是機械等傳動無法取代的。液壓傳動能實現(xiàn)低速大噸位運動；采用適當(dāng)?shù)墓?jié)流技術(shù)可使運動機構(gòu)的速度十分均勻穩(wěn)定；使用伺服。仿形、調(diào)速等機構(gòu)可使執(zhí)行元件的運動精度達(dá)到很高，可以微米計；液壓系統(tǒng)各部分間是用管道連接的，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，便于集中大批量生產(chǎn)。 這也是就在數(shù)控鏜銑床主軸箱平衡機構(gòu)的設(shè)計中，比起機械傳動、PLC和單片機等控制

16、的設(shè)計，為什么要選用液壓來控制的原因。2 數(shù)控鏜銑床變速操縱機構(gòu)設(shè)計2.1 主軸箱變速操縱機構(gòu)工作原理主軸箱中有主軸、變速機構(gòu)，操縱機構(gòu)和潤滑系統(tǒng)等。如果主軸與變速機構(gòu)分離，則除主軸箱外還有變速箱。主軸箱除應(yīng)保證運動參數(shù)外，還應(yīng)具有較高的傳動效率，傳動件具有足夠的強度或剛度，噪聲要低，振動要小，操縱方便，具有良好的工藝性，便于檢修，成本較低，防塵、防漏、外型美觀等。如圖2-2所示主軸箱中采用兩個液壓缸，經(jīng)撥叉帶動齒輪移動而實現(xiàn)主軸變速。上油缸使撥叉撥動軸右邊雙聯(lián)滑移齒輪變速；油缸5和8組成的差動油缸B，可使軸左邊的雙聯(lián)滑移齒輪獲得三個位置。即當(dāng)油缸8進壓力油，油缸5回油時，活塞套和柱塞均被推向

17、左邊，柱塞用撥叉撥動軸上的雙聯(lián)滑移齒輪到左邊位置；當(dāng)油缸5和8同時進壓力油時，則活塞套右移，到撥叉碰活塞套時，撥叉兩邊壓力相等，雙聯(lián)滑移齒輪停在中間位置，處于空檔；若油缸5進油，油缸8回油時，撥叉撥動雙聯(lián)滑移齒輪移至右邊位置。圖2-1和圖2-2兩個圖合起來反映了變速操縱機構(gòu)中幾個液壓缸的位置及其雙聯(lián)滑移齒輪變速的關(guān)系。1-行程開關(guān) 2-撥叉 2-液壓缸 4-滑移齒輪組件圖2-1 主軸箱變速操縱機構(gòu)（a)5-液壓缸 6-撥叉 7-行程開關(guān) 8-液壓缸 9-箱體圖2-2 主軸箱變速操縱機構(gòu)（b)2.2 主軸箱變速操縱機構(gòu)中傳動軸的安裝傳動軸的軸承以深溝球軸承為主，也可用圓錐滾子軸承。前者噪聲小、發(fā)

18、熱小，應(yīng)用較多。后者裝配方便，承載能力較大，還可以承受軸向載荷，因而也有采用的。載荷較大的地方還可以用圓柱滾子軸承。考慮到工作時，軸的溫度將高于箱體。為使軸有熱膨脹的余地，裝深溝球軸承的傳動軸，常一端軸向固定，一端軸向自由，如圖2-3、圖2-4所示。圖2-3為“固定”端的結(jié)構(gòu)，軸承內(nèi)圈與軸的定位，一端靠軸肩，另一端則可用端蓋。圖2-4為“自由”端的結(jié)構(gòu)，自由端的外圈在孔內(nèi)軸向不定位?？卓膳c裝配后用堵塞堵住。圖2-3 傳動軸一端固定方式圖2-4 傳動軸一端軸向自由方式2.3 齒輪在軸上的布置和排列 在變速傳動組內(nèi)應(yīng)盡量使較小的齒輪成為滑移齒輪，使滑移省力?；讫X輪必須使原處于嚙合狀態(tài)的齒輪完全脫

19、開后，另一個齒輪才開始嚙合。因此，雙聯(lián)滑移齒輪傳動組占用的軸向長度為B4b,如圖2-5所示。圖2-5 雙聯(lián)滑移齒輪軸向長度2.4 相嚙合齒輪的寬度在一般情況下，一對相嚙合的齒輪，寬度應(yīng)該是相同的。但是，考慮到操縱機構(gòu)的定位不可能很精準(zhǔn)，撥叉也存在著誤差和磨損，使用時往往會發(fā)生錯位。這時只有部分齒寬參與工作，會使齒輪局部磨損，降低壽命。如果軸向尺寸并不要求很緊湊，可以使小齒輪比相嚙合的大齒輪寬12mm。帶來的缺點是軸向尺寸將有所增加。3 液壓平衡系統(tǒng)設(shè)計計算如圖3-1所示，為了保證主軸箱在上升與下降過程中的平衡性，故要設(shè)計一液壓系統(tǒng)來滿足要求。根據(jù)任務(wù)書可知主軸箱重量1100Kg，主軸箱最大移動

20、距離500mm，液壓缸活塞上升的最小速度24 mm/s，液壓缸活塞下降的最小速度21 mm，液壓缸啟動加減速時間0.5s。1-主軸箱 2-平衡液壓缸圖3-1 保持主軸箱穩(wěn)定的上下移動3.1 負(fù)載分析1. 工作負(fù)載2. 摩擦負(fù)載 取靜摩擦系數(shù)，動摩擦系數(shù) 靜摩擦負(fù)載 動摩擦負(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)載工況計算公式總負(fù)載F/N缸推力F/N啟動加速快上制動反向啟動反向加速快下反向制動3.2 負(fù)載圖和速度圖的繪制按照前面的負(fù)載分析結(jié)果及已知的速度要求、形成限制等，繪制出負(fù)載圖及速度圖如圖3-2所示圖3-2 液壓缸的負(fù)載

21、圖及速度圖3.3 液壓缸主要參數(shù)的確定3.3.1 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)備的性能而定。還要考慮執(zhí)行元件的裝配空間，經(jīng)濟條件及元件供應(yīng)情況等的限制。在載荷一定的情況下，工作壓力低，勢必要加大執(zhí)行元件的機構(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；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。具體選擇參考表3-2和表3-3。表3-2 按載荷選工作壓力載荷/KN50工作壓力/MPa10,需進行穩(wěn)定性校核，由材料力學(xué)中的有關(guān)公式，根據(jù)該液壓缸一端支承一端鉸接取末端系數(shù)，活塞桿材料用普通碳鋼則：材料

22、強度試驗值,系數(shù)，柔性系數(shù)。，因為,所以有其臨界載荷：當(dāng)安全系數(shù)時，所以滿足穩(wěn)定性條件。3.3.4 求液壓缸的最大流量3.3.5 繪制工況圖工作循環(huán)中各個工作階段的液壓缸壓力、流量和功率如表3-6所示表3-6 各個工作階段的液壓缸壓力、流量和功率壓力P/MPa流量q/(L/min)功率/W公式快上快下由表3-6可繪制出液壓缸的工況圖，如圖3-3所示。圖3-3 液壓缸的工況圖3.4 液壓平衡系統(tǒng)圖的擬定與回路分析3.4.1 液壓平衡系統(tǒng)圖的分析液壓平衡系統(tǒng)圖的擬定，主要考慮以下幾個方面的問題：（1） 供油方式從工況圖分析可知，該系統(tǒng)在快上與快下時所需流量較大且比較接近。因此，從降低系統(tǒng)發(fā)熱、節(jié)能

23、角度和提高系統(tǒng)效率來考慮，可采用定量泵來供油的方案。（2） 壓力控制方式設(shè)計此系統(tǒng)目的是為了保證主軸箱上下移動時來滿足它的穩(wěn)定性，液壓系統(tǒng)的工作壓力必須與所承受的負(fù)載相適應(yīng)，對于定量泵供油的液壓系統(tǒng)，系統(tǒng)壓力采用溢流閥（與泵并聯(lián)）進行控制為了使系統(tǒng)中的某部分油路具有較低的穩(wěn)定力，故采用減壓回路。通過定值減壓閥來與主油路相連，并在其出口串聯(lián)一個單向閥，以使高壓主油路的壓力閥快速動作，而低于減壓閥設(shè)定壓力時，起到短時保壓作用。在回路中，采用兩位四通電磁換向閥，以防止電氣系統(tǒng)發(fā)生故障時撥開工件。活塞上下運動時，要求液壓缸在其行程終止時，保持一段時間壓力，故采用蓄能器來保壓，在必要時可作為油源。為了防

24、止垂直放置的液壓缸和與之相連的主軸箱因為自重而自行落下，故采用單向順序閥來使其穩(wěn)定移動。（3） 速度調(diào)節(jié)方式由于本系統(tǒng)是為了保持主軸箱在上下移動時的穩(wěn)定性，速度變化來源于主軸箱上下移動的速度，故本液壓系統(tǒng)不設(shè)計速度調(diào)節(jié)裝置。（4） 輔助回路方式凈化裝置是液壓系統(tǒng)中不可缺少的部分，故在泵的入口與出口分別設(shè)置粗、精過濾器，并在溢流閥的出口處設(shè)置冷卻器。為了滿足系統(tǒng)壓力的調(diào)整與觀測要求，在液壓泵等處設(shè)置觀測點。（5） 組成液壓平衡系統(tǒng)將上文選出的液壓基本回路組合在一起，并修改和完善，就可以得到了完整的液壓系統(tǒng)工作原理圖，如圖3-4。1-主軸箱 2-平衡液壓缸 3-壓力繼電器 4-平衡閥 5-壓力表

25、6-蓄能器 7-單向閥 8-減壓閥 9-兩位四通電磁換向閥 10-溢流閥 11-粗過濾器 12-冷卻器 13-電動機 14-液壓泵 15-精過濾器 16-油箱圖3-4 液壓系統(tǒng)原理圖3.4.2 液壓平衡系統(tǒng)原理分析如圖3-4所示，平衡機構(gòu)的液壓系統(tǒng)由油泵14供油，減壓閥8調(diào)節(jié)平衡壓力,溢流閥10調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力。并由蓄能器6和兩個壓力繼電器使主軸箱上下運動，停止時的平衡壓力基本穩(wěn)定。當(dāng)主軸箱向上運動時，平衡油缸2的活塞向下運動，同時電磁鐵通電，油泵14供給的高壓油經(jīng)換向閥9.減壓閥8.平衡閥4向平衡油缸2上腔補充壓力油。若主軸箱向下運動時，平衡油缸活塞向上運動，平衡閥4中的單向閥和油路系統(tǒng)中的單向

26、閥7關(guān)閉，油缸2上腔的壓力油經(jīng)平衡閥4中的滑閥而流回油箱。此時，由于壓力繼電器使電磁鐵斷電，泵14向系統(tǒng)供給的壓力油經(jīng)換向閥9直接流回油箱。主軸箱停止時，活塞不動。平衡壓力超過一定壓力時，壓力繼電器控制電磁鐵斷電，泵14卸荷，系統(tǒng)控制的平衡壓力由蓄能器6保證。當(dāng)平衡壓力低于壓力繼電器設(shè)定壓力時，壓力繼電器控制電磁鐵通電，泵向系統(tǒng)供油，保持平衡壓力基本穩(wěn)定。3.5 液壓元件的選擇3.5.1 確定液壓泵的型號及電動機功率MPa,由于該系統(tǒng)比較簡單，所以取其壓力損失，算得泵的工作壓力為：所需的液壓泵最大供油流量L/min）進行估算，取泄漏系數(shù)K=1.3，則：表3-7 液壓泵的選擇項目工作壓力（MPa

27、）原動機為柴油機、汽油機；主機為行走機構(gòu)系統(tǒng)采用節(jié)流調(diào)速回路或?qū)λ俣葻o調(diào)節(jié)要求系統(tǒng)要求高效節(jié)能系統(tǒng)有多個執(zhí)行元件2121液壓泵齒輪泵、雙作用葉片泵柱塞泵齒輪泵、雙作用泵定量泵或手動變量泵變量泵多泵供油根據(jù)表3-7和系統(tǒng)所需流量，擬初選YB-25型的葉片泵，其額定壓力為16MPa,轉(zhuǎn)速1000r/min,容積效率，總效率MPa）和輸出流量符合系統(tǒng)對流量的要求。W，若取液壓泵的總效率為，這時液壓泵的驅(qū)動電機功率為：查電機產(chǎn)品目錄，擬選用電動機的型號為Z2-41，額定功率為1500W，額定轉(zhuǎn)速為1000r/min。3.5.2 選擇閥類元件及輔助元件根據(jù)閥類及輔助元件所在油路的最大工作壓力和通過該元件

28、的最大實際流量，查閱產(chǎn)品樣本選出的閥類元件和輔助元件的型號及規(guī)格，如表3-8所示。表3-8 液壓元件型號及規(guī)格序號名稱型號及規(guī)格1電動機Z2-412壓力表Y-100T3葉片泵YB-254溢流閥DB105二位四通閥24D-40B6減壓閥J-63B7單向順序閥I-100B8粗過濾器XLX-251809精過濾器XLX-258010過濾器XLX-2510011電磁壓力繼電器DP1-63B12蓄能器NXQ1-LF25/10-H（1）油管 油管內(nèi)徑一般可參照所接元件接口尺寸確定，也可接管路中允許流速計算。故出油口采用內(nèi)徑為8mm，外徑為10mm的紫銅管。（2）油箱 油箱容積根據(jù)液壓泵的流量計算，取其體積V

29、=（57），即V=150L。3.6 液壓系統(tǒng)的性能驗算3.6.1 壓力損失及調(diào)定壓力的確定根據(jù)計算快下時功率損失最大，因而必須以快下為依據(jù)來計算溢流閥的調(diào)定壓力，由于供油量的變化，其快下時液壓缸的速度為：此時油液在進油管中的流速為：（1） 沿程壓力損失 首先要判別管中的流態(tài)，設(shè)系統(tǒng)用N32液壓油。室溫為時，所以有：管中為層流，則阻力損失系統(tǒng),若取進、回油管長度均為2m，油液的密度，則其進油路上的沿程壓力損失為：（2）局部壓力損失 局部壓力損失包括管道安裝和管接頭的壓力損失和通過液壓閥的局部壓力損失，前者視管道具體安裝結(jié)構(gòu)而定，一般取沿程壓力損失的10%；而后者則與通過閥的流量大小有關(guān)，若閥的額

30、定流量和額定壓力損失為和。則當(dāng)通過閥的流量為q時的閥的壓力損失為： （3-1）L/min，所以通過整個閥的壓力損失很小，且可以忽略不計。同理，快下時回油路上的流量：則回油路油管中的流速：由此可計算出：所以回油路上的沿程壓力損失為： （3）總的壓力損失 由（3-1）式和上面的計算結(jié)果所得可求出：原設(shè)，這與計算略有差異，應(yīng)用計算出的結(jié)果來確定系統(tǒng)中壓力閥的調(diào)定值。（4） 壓力閥的調(diào)定值 葉片定量泵系統(tǒng)中溢流閥的調(diào)定值應(yīng)該滿足快下的要求，保證泵同時向系統(tǒng)供油，而溢流閥的調(diào)定值應(yīng)略大于快下時泵的供油壓力：所以溢流閥的調(diào)定壓力應(yīng)取4MPa為宜。平衡閥的調(diào)定壓力以主軸箱自重為依據(jù)，即取MPa。3.6.2

31、系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升 根據(jù)以上的計算可知，在快上時電動機的輸入功率為：在快下時電動機的輸入功率為：而快上時其有用功率：WWW，現(xiàn)以較大的值來校核其熱平衡，求出發(fā)熱溫升。設(shè)油箱的三個邊長1：1：11：2：3范圍內(nèi)，則散熱面積為：假設(shè)通風(fēng)良好，取，所以油液的溫升為：室溫為.熱平衡溫度為，沒有超出允許范圍。4 平衡液壓缸設(shè)計4.1 液壓缸的組成液壓缸的結(jié)構(gòu)基本上可以分為缸筒和缸蓋、活塞和活塞桿、密封裝置、緩沖裝置和排氣裝置五個部分，圖4-1所示為一單桿液壓缸結(jié)構(gòu)圖。1-活塞桿 2-法蘭蓋 3-缸蓋 4-活塞 5-缸體圖4-1 單桿液壓缸結(jié)構(gòu)圖（1）缸筒和缸蓋圖4-2所示為設(shè)計的缸筒和缸蓋的連接方式。在設(shè)

32、計的過程中，采用何種連接方式主要取決于液壓缸的工作壓力。缸筒的材料和具體工作條件。當(dāng)工作壓力p10MPa時使用鑄鐵缸筒，它的連接方式多用法蘭連接，這種結(jié)構(gòu)易于加工和裝拆，但外形尺寸大。當(dāng)工作壓力p20MPa時使用鑄鋼或鍛鋼。它與缸蓋的連接方式常用半環(huán)連接和螺紋連接。采用半環(huán)連接裝拆方便，但缸筒壁部因開了環(huán)形槽而削弱了強度，為此有時要加厚缸壁。采用螺紋連接時，缸筒端部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，外徑加工時要求保證內(nèi)外徑同心，裝卸時要使用專用工具。但外形尺寸和重量均較小，常用于無縫鋼管或鑄鋼制的缸筒上?；谝陨显?，故我選用法蘭連接。圖4-2 缸蓋和缸筒的連接方式（2）活塞和活塞桿活塞和活塞桿的連接方式很多，但無論

33、采用何種連接方式，都必須保證連接可靠。圖4-3所示為螺紋連接。螺紋式連接結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，但在高壓大負(fù)載下需備有螺母放松裝置。半環(huán)式連接結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，裝拆不方便，但工作較可靠。此外活塞和活塞桿也有制成整體式結(jié)構(gòu)的，但它只適用于尺寸較小的場合?；钊话阌媚湍ヨT鐵制造，活塞桿則不論是空心的還是實心，大多用鋼料制造。圖4-3 活塞和活塞桿的連接方式（3）密封裝置液壓缸的密封裝置用以防止油液的泄漏（液壓缸一般不允許外泄并要求內(nèi)泄露盡可能小）。密封裝置設(shè)計的好壞對于液壓缸的靜、動態(tài)性能有著重要的影響。一般要求密封裝置應(yīng)該具有良好的密封性，盡可能長的壽命，制造簡單，拆裝方便，成本低。液壓缸的密封主要指活塞

34、、活塞桿處的動密封和缸蓋等處的靜密封，如圖4-1中的密封圈。（4） 緩沖裝置 當(dāng)液壓缸所驅(qū)動的工作部件質(zhì)量較大，移動速度較快時，由于具有的動量較大，致使在行程終了時，活塞與液壓缸的零件發(fā)生撞擊，造成液壓沖擊和噪聲，甚至嚴(yán)重影響工作精度和引起整個系統(tǒng)及元件的損壞，為此在大型、高速或較高的液壓缸中往往要設(shè)置緩沖裝置。盡管液壓缸中的緩沖裝置結(jié)構(gòu)形式很多，但它的工作原理都是相同的，即當(dāng)活塞行程到終點而接近缸蓋時，增大液壓缸回油阻力，使回油腔中產(chǎn)生足夠大的緩沖壓力，使活塞減速，從而防止活塞撞擊缸蓋。因此，緩沖機構(gòu)的設(shè)計不僅要考慮在較短的緩沖行程中吸收較大的動能。而且緩沖腔壓力的變化要比較平緩，峰值壓力應(yīng)

35、小于液壓缸的額定壓力的1.5倍。 如圖4-4中是所設(shè)計的間隙式緩沖裝置，當(dāng)活塞靠近缸體底部時，活塞上的螺母進入缸體的凹腔，將封閉在回油腔中的油液從螺母和凹腔之間的環(huán)狀間隙中擠壓出去或者進入油口流入油箱，使回油腔中的壓力升高而形成緩沖壓力，從而使活塞慢了移動速度。這種緩沖裝置結(jié)構(gòu)簡單，但緩沖壓力不可調(diào)節(jié)。且實現(xiàn)減速多所需行程較長，適用于移動部件慣性不大，移動速度不太高的場合。圖4-4 液壓缸的緩沖設(shè)置（5）排氣裝置當(dāng)液壓系統(tǒng)長時間停止工作，系統(tǒng)中的油液由于本身重量的的作用和其他原因而流出，這時易使空氣進入系統(tǒng)。如果液壓缸中有空氣或油液中混入空氣，都會使液壓缸運動不平衡，因此一般的液壓系統(tǒng)在開始工

36、作前都應(yīng)使系統(tǒng)中的空氣排出。為此可在液壓缸的最高部位（那里往往是空氣聚集的地方）設(shè)置排氣裝置。4.2 平衡液壓缸的計算 （1)活塞直徑D和活塞桿直徑d 這兩個數(shù)值已在第三章計算得出，分別是D=110mm，d=40mm，并校核滿足其要求。（2)液壓缸缸筒長度L液初步設(shè)計缸筒長度L=632mm。壓缸的缸筒長度L由最大工作行程長度決定，缸筒的長度一般最好不超過其內(nèi)徑的20倍。20110=2200mm632mm，故符合缸筒長度要求。（3) 缸筒壁厚初步確定=15mm。由于,故校核滿足 （4-1）缸筒的材料是QT600-3,查工程材料成型與應(yīng)用得：QT600-3的材料抗拉強度，則其許用應(yīng)力，n為安全系數(shù)

37、，一般取n=5，則；為缸筒的試驗壓力，當(dāng)缸的額定壓力時取，當(dāng)時取，在第三章已計算得出，故則由式（4-1）得：由于=15mm，滿足強度要求。（4）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，其螺栓直徑可按下式校核 （4-2）在（4-2）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)，k=1.121.5；2.5),為材料的屈服點。則由式（4-2）得：安全系數(shù)K=1.2,則故液壓缸蓋固定螺栓直徑mm。4.3 平衡液壓缸與主軸箱的連接 根據(jù)圖3-1所示，設(shè)計主軸箱與液壓缸之間的連接。由于兩者之間有兩個定滑輪和一個動滑輪，之間有用鏈傳動鏈接。鏈傳動

38、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小；能在低速重載和高溫條件下及塵土飛揚的不良環(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。但鏈傳動只能傳遞平行軸之間的同向運動，不能保持恒定的瞬時傳動比，運動平穩(wěn)性差?；谝陨显蜻x擇了鏈傳動，圖4-5所示為主軸箱與平衡液壓缸連接圖。圖4-5 主軸箱與平衡液壓缸的連接5 結(jié)論本設(shè)計主要完成了以下內(nèi)容：（1） 介紹了數(shù)控機床及其數(shù)控鏜銑床的發(fā)展?fàn)顩r及發(fā)展趨勢；（2） 對數(shù)控鏜銑床主軸箱變速操縱機構(gòu)

39、進行設(shè)計分析；（3） 對平衡液壓缸與主軸箱的連接進行了初步設(shè)計；（4） 對數(shù)控鏜銑床主軸箱的液壓平衡系統(tǒng)性能進行了分析，并對其進行設(shè)計，使其能夠滿足主軸箱在上下移動時保持平衡穩(wěn)定的功能；（5） 對液壓平衡系統(tǒng)發(fā)熱溫升和散熱等問題進行了計算，滿足設(shè)計要求，并且通過計算選擇了液壓泵、電動機和閥等元件；（6） 對液壓平衡系統(tǒng)的平衡液壓缸結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計，進行了受力分析和計算，并且對液壓缸主要元件進行了強度校核，滿足強度要求。參考文獻(xiàn)1 申慶源.國內(nèi)外數(shù)控機床的發(fā)展概況及該公司汽車發(fā)動機生產(chǎn)線引進國外數(shù)控機床的介紹.北京：中國機械工程學(xué)會設(shè)備維修分會, 2000:431435.2 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.內(nèi)蒙古水利.2010年04期：1