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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期報(bào)告
題目：數(shù)控臥式鏜銑床主軸箱用液壓平衡機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析
系 別 機(jī)電信息系
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)
姓 名
學(xué) 號(hào)
導(dǎo) 師
2013年 3 月 20 日
撰寫內(nèi)容要求：
1.設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)展?fàn)顩r：
本階段主要完成了Vibration insulation of hydraulic system control components的翻譯，了解了液壓平衡原理以及主軸箱的工作原理。
本畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是了解主軸箱用液壓平衡機(jī)構(gòu)的性能要求，具體包括主軸箱的結(jié)構(gòu)以及液壓原理，從一開始拿到任務(wù)書正式開始畢業(yè)設(shè)計(jì)以來，按照任務(wù)書的要求，我的工作進(jìn)展還較為順利。至今為止，通過大量查閱相關(guān)資料，我了解了課題的背景和發(fā)展?fàn)顩r，完成了對(duì)課題的分析，了解了液壓原理和主軸箱平衡機(jī)構(gòu)的裝配圖，并提出了自己的方案，完成了開題報(bào)告和對(duì)外文文獻(xiàn)的翻譯，對(duì)主軸箱用液壓平衡機(jī)構(gòu)有了一定的認(rèn)識(shí)，對(duì)其結(jié)構(gòu)已經(jīng)設(shè)計(jì)完成，現(xiàn)在正對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)計(jì)算。
如圖所示
圖1 液壓原理圖
圖2 JCS-013主軸箱平衡機(jī)構(gòu)裝配圖
圖3 平衡閥裝配圖
平衡機(jī)構(gòu)的液壓系統(tǒng)由油泵11供油，減壓閥8調(diào)節(jié)平衡壓力P2，溢流閥10調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力P1（比P2一般約高10公斤力/厘米2）。并由蓄能器6和壓力繼電器4.3使主軸箱上下運(yùn)動(dòng)，停止時(shí)的平衡壓力基本穩(wěn)定。當(dāng)主軸箱向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，平衡油缸2的活塞向下運(yùn)動(dòng)，同時(shí)電磁鐵26DT通電，油泵11供給的高壓油經(jīng)換向閥9，減壓閥8，平衡閥5向平衡油缸2上腔補(bǔ)充壓力油。若主軸箱向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，平衡油缸活塞向上運(yùn)動(dòng)，平衡閥5中的單向閥和油路系統(tǒng)中的單向閥7關(guān)閉，油缸2上腔的壓力油經(jīng)平衡閥5中的滑閥而流回油箱。此時(shí)，由于壓力繼電器3使電磁鐵26DT斷電，泵11向系統(tǒng)供給的壓力油換向閥9直接流回油箱。主軸箱停止時(shí)，活塞不動(dòng)。平衡壓力超過34公斤力/厘米2時(shí)，壓力繼電器3控制電磁鐵26DT斷電，泵11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32公斤力/厘米2時(shí)，壓力繼電器4控制電磁鐵26DT通電，泵向系統(tǒng)供油，保持平衡壓力基本穩(wěn)定。
2.存在問題及解決措施：
由于畢業(yè)設(shè)計(jì)涉及的范圍很廣，幾乎囊括了在大學(xué)里所學(xué)的全部知識(shí)，很多在大一、大二學(xué)習(xí)的知識(shí)由于很久沒有接觸造成了這些知識(shí)的模糊甚至淡忘，所以在某些細(xì)節(jié)方面總是會(huì)有多多少少的問題，給設(shè)計(jì)帶來了不小的麻煩。下面是我設(shè)計(jì)過程中遇到的問題以及解決方案。
（1） 主軸箱各個(gè)部件的功能是什么？
在設(shè)計(jì)過程中，通過翻閱大量資料，我首先想到的是看圖冊(cè)，但是還是有點(diǎn)看不懂，和同學(xué)討論，在查閱相關(guān)資料，目前基本了解主軸箱。
（2） 主軸箱用液壓平衡機(jī)構(gòu)的工作原理
在設(shè)計(jì)中，這個(gè)問題是重難點(diǎn)，首先要了解液壓原理，其次再考慮液壓平衡，最后完成主軸箱用液壓平衡機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析。
（3） 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算分析
在設(shè)計(jì)中，不知道用哪些計(jì)算公式來計(jì)算液壓平衡，把平衡壓力定為34千克力/平方厘米。重新拿起液壓與氣壓傳動(dòng)這本書查找相關(guān)知識(shí)，網(wǎng)上查閱相關(guān)文獻(xiàn)，來完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算。
3.后期工作安排：
（1） 完成詳細(xì)的配合設(shè)計(jì)并計(jì)算；
（2） 根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)以及所選機(jī)構(gòu)畫出零件圖和裝配圖；
（3） 編寫設(shè)計(jì)說明書以及校核圖紙，交給導(dǎo)師查閱；
（4） 準(zhǔn)備完成最后答辯。
指導(dǎo)教師簽字：
年 月 日
液壓系統(tǒng)的控制元件隔振
M. STOSIAK
弗羅茨瓦夫大學(xué)的技術(shù)，wybrzeze wyspianskiego 25，50-370弗羅茨瓦夫，波蘭。
本文對(duì)液壓閥上的外部機(jī)械振動(dòng)的影響。理論分析選定的振動(dòng)絕緣體的貢獻(xiàn)在液壓閥殼體的振動(dòng)減少了。報(bào)道了初步簡(jiǎn)單隔振的實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果。
關(guān)鍵詞：機(jī)械振動(dòng)，脈動(dòng)壓力，液壓閥
1 簡(jiǎn)介
液壓系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是圍繞一個(gè)平均值壓力周期性的變化，通常被稱為壓力波動(dòng)。其后果是缺乏奈特雷負(fù)。該泵的位移分量的循環(huán)操作[ 1 ]或在液壓閥的控制元的自我激勵(lì)[ 2 ]因流動(dòng)液體的作用[ 4 ]或外部的機(jī)械振動(dòng)[ 3，5，6 ]是壓力波動(dòng)的原因之一。壓力波動(dòng)引起的單獨(dú)的系統(tǒng)組件振動(dòng)。這有不利的影響，特別是對(duì)定位的精度，例如，在一個(gè)機(jī)床刀具。這也適用于（但到一個(gè)較小的程度），是影響固定液壓閥的振動(dòng)源移動(dòng)機(jī)。一般來說，由一臺(tái)機(jī)器或設(shè)備的振動(dòng)傳遞復(fù)雜的問題可以分為三個(gè)相互關(guān)聯(lián)的類別：
.振動(dòng)源，
.振動(dòng)傳遞路徑，
.效應(yīng)。
振動(dòng)的最常見的原因是與機(jī)器的動(dòng)作或操作連接的干擾，例如，當(dāng)一個(gè)移動(dòng)臺(tái)移動(dòng)在不平的表面或當(dāng)旋轉(zhuǎn)件不平衡在材料加工。另一個(gè)主要的振動(dòng)源驅(qū)動(dòng)單元，例如內(nèi)燃機(jī)工作循環(huán)周期時(shí)變特性進(jìn)行[ 7，8 ]。液壓操作系統(tǒng)也是機(jī)械振動(dòng)源引起的壓力波動(dòng)和位移泵循環(huán)運(yùn)行期。由于產(chǎn)生的振動(dòng)頻率不同，傳輸路徑也不同。不規(guī)則的表面上移動(dòng)的機(jī)器動(dòng)作導(dǎo)致激發(fā)的0.5–250赫茲的頻率范圍為[ 11–9 ]。后者包括由驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生激勵(lì)（燃燒）引擎和位移泵運(yùn)動(dòng)學(xué)，出現(xiàn)壓力波動(dòng)在機(jī)器的液壓系統(tǒng)。由于流動(dòng)的空氣阻力的振動(dòng)是在250–16 000赫茲的頻率范圍內(nèi)，他們是由機(jī)器的部件分離氣流引起的。同時(shí)流動(dòng)的工作介質(zhì)的液壓系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲。有時(shí)發(fā)生氣蝕，產(chǎn)生高頻噪聲。振動(dòng)所產(chǎn)生的機(jī)械傳送產(chǎn)生不同的影響。機(jī)械振動(dòng)，影響機(jī)器操作員。組件的系統(tǒng)與該機(jī)裝備，特別是液壓元件及系統(tǒng)也受到機(jī)械振動(dòng)。這些組件都需要有良好的動(dòng)態(tài)特性和具有穩(wěn)定性，定位精度高，運(yùn)行可靠性，確定性，噪音小。現(xiàn)代液壓比例閥或者液壓微波暴露于外部的機(jī)械振動(dòng)，特別是因?yàn)樗麄冎械母蓴_力可以量的控制力，這可能會(huì)導(dǎo)致很多不良影響，如失穩(wěn)，定位不準(zhǔn)確，損壞密封件和增加噪聲[ 12 ]。
2 柔性液壓閥固定
正如上面提到的，為了減少液壓閥的控制元件的振動(dòng)隔離閥殼似乎從底座的外部機(jī)械振動(dòng)感（例如移動(dòng)機(jī)器或機(jī)床振動(dòng)框架）。對(duì)振動(dòng)的外殼專用夾持座水力分布器的設(shè)計(jì)是液壓閥靈活的固定效應(yīng)分析。后者在其兩側(cè)的彈簧支撐系統(tǒng)與一個(gè)已知的線性特性和已知的預(yù)變形（圖1）。
圖1 氣門座：1–液壓閥（經(jīng)銷商），2–基座，3–彈簧預(yù)變形螺栓，4–彈簧，5–移動(dòng)夾座
該支架的設(shè)計(jì)是這樣的，安裝在閥門的彈簧約束（用一個(gè)等效剛度）和移動(dòng)夾座（2，圖1）把它按照干摩擦模型。在其兩側(cè)，由彈簧支撐的價(jià)值。一種液壓系統(tǒng)中的比例分配式4wre 6 e08-12 / 24z4 / M操作，如圖2所示。
圖2 液壓系統(tǒng)的組成方案：將調(diào)查1–給水泵，2–溢流閥，3–調(diào)查的組成部分，4–調(diào)節(jié)節(jié)流閥
一二質(zhì)量系統(tǒng)的模型的比例分配在液壓系統(tǒng)如圖2所示，可以通過以下系統(tǒng)的四個(gè)方程表示：
第四個(gè)方程描述作用在認(rèn)為情況下閥殼的力量。進(jìn)一步對(duì)該方程將被修改以描述該隔振元件的特性。一些簡(jiǎn)化的假設(shè)，方程（1）：
工作液不改變其性質(zhì)，
庫(kù)侖摩擦忽略了對(duì)閥芯套內(nèi)定向控制閥，
庫(kù)侖摩擦是閥體與閥座之間的合作，
彈簧特性是線性的和剛度系數(shù)C描述，
液壓系統(tǒng)的描述是基于集中參數(shù)模型，
該模型不代表管閥體振動(dòng)的影響。
一個(gè)數(shù)值的溶液中形成的“傳遞函數(shù)”， 在閥殼體振動(dòng)加速度幅值A(chǔ)2激勵(lì)振動(dòng)加速度振幅A0比，如圖3所示。
圖3 比例分配器殼體振動(dòng)加速度幅值A(chǔ)2相對(duì)激振加速度振幅A0
f = 10–60赫茲
對(duì)模擬結(jié)果的分析表明，在約20赫茲的頻率振動(dòng)幅度相當(dāng)大的增益。這是由于共振自振閥達(dá)4.5公斤，持有人的等效剛度的彈簧質(zhì)量86 000 N /米。因此在配器殼體振動(dòng)的振幅增益OB曾在10–30赫茲的范圍內(nèi)（無效的隔振）。
不同形式的絕緣元件可以假定。一個(gè)準(zhǔn)零剛度振動(dòng)絕緣體的引入大大有助于閥門殼體的振動(dòng)最小化。與準(zhǔn)零剛度隔振器的理想的特性是由以下方程[ 13 ]：
c1w，C2W–分別主彈簧和補(bǔ)償彈簧的剛度，∝H–角的初始，側(cè)臂軸Y原來的傾向，P1H, P2H–在位置初始彈簧張力H[N]，
在這樣一個(gè)振動(dòng)激發(fā)方向絕緣子總剛度（外部機(jī)械振動(dòng)的方向）是：
因此，模型的第四個(gè)方程（1）可以寫為：
模型示例解決方案（1）補(bǔ)充方程（4）是在激勵(lì)頻率f = 10–60赫茲以下的數(shù)字顯示。
對(duì)模擬結(jié)果的分析表明，由于振動(dòng)的使用準(zhǔn)零剛度閥殼體的振動(dòng)可以做出降低絕緣子。不過，由于其尺寸絕緣體不能用在小空間。因此，材料具有良好的隔振性能，適合在小空間使用上應(yīng)尋求。看來，特殊墊上安裝液壓閥可以滿足要求。這種材料也應(yīng)耐液壓油和極端的環(huán)境溫度。
圖5 比例分配器殼體振動(dòng)加速度幅值A(chǔ)2相對(duì)為了激勵(lì)振動(dòng)加速度振幅A0 f = 10–60赫茲
圖6 比例分配器殼體振動(dòng)加速度幅度A2相對(duì)激振加速度振幅A0 f = 10–60赫茲
圖5和6的數(shù)字顯示，這樣一個(gè)非線性隔振特性可以選擇，絕緣將在整個(gè)考慮激發(fā)頻率范圍內(nèi)有效。
對(duì)閥的機(jī)械振動(dòng)的影響這個(gè)問題用理論和實(shí)驗(yàn)的方式來考慮。理論上的考慮，基于數(shù)值根據(jù)數(shù)學(xué)模型計(jì)算。一些理論思考的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了測(cè)試使用測(cè)試站（液壓仿真轉(zhuǎn)臺(tái)，閥座，彈簧套）。
3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試
試驗(yàn)臺(tái)上，使機(jī)械振動(dòng)特征的一種規(guī)定的頻率產(chǎn)生了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論分析的結(jié)果和結(jié)論。研究了閥–曼內(nèi)斯曼力士樂比例分配式4wre 6 e08-12 / 24z4／m–固定在支架安裝在試驗(yàn)臺(tái)和子遭外部機(jī)械振動(dòng)（圖1）。測(cè)試是在沒有連接到閥管時(shí)進(jìn)行的。一個(gè)線性的靜液壓驅(qū)動(dòng)模擬器，能夠產(chǎn)生高達(dá)100赫茲的振動(dòng)，是外部的機(jī)械振動(dòng)源。對(duì)線性靜液壓驅(qū)動(dòng)模擬器的主要成分是伺服閥控制液壓缸。該模擬器由三個(gè)主要部分：液壓部分，控制部分和控制軟件。模擬表的位移是由位移傳感器和加速度控制是由加速度控制。對(duì)仿真轉(zhuǎn)臺(tái)測(cè)試閥的安裝。模擬電控制信號(hào)是由外部諧波信號(hào)發(fā)生器的支持。比例分配器放置在專用架雙側(cè)支撐彈簧（有兩個(gè)彈簧并聯(lián)在每邊）。初步的測(cè)試，用一個(gè)等效的彈簧進(jìn)行了86 000 N / m和2毫米的預(yù)變形剛度。外激勵(lì)參數(shù)如表2所示。
圖1 比例分配器放置在特殊的支架和兩側(cè)支撐彈簧，在測(cè)試過程中
表2 作用于測(cè)試液壓分配器的振動(dòng)振幅
圖8 顯示了一個(gè)整體的閥門振動(dòng)圖的外部激勵(lì)，即比例分配器殼體加速度幅值A(chǔ)2激發(fā)振動(dòng)振幅A0與25–60赫茲的頻率比。
圖8 比例分配器殼體振動(dòng)加速度幅值A(chǔ)2相對(duì)激振加速度振幅A0 f = 25–60赫茲
4 結(jié)論
它已被證明是一個(gè)機(jī)床和移動(dòng)設(shè)備的普遍裝備液壓閥振動(dòng)裝置。絕緣子的振動(dòng)為特征在一定的外部振動(dòng)頻率在閥殼體振動(dòng)加速度振幅降低線性結(jié)果彈簧形式的運(yùn)用，但它可能有利于共振頻率。在圖3和圖8顯示的結(jié)果比較，模型和測(cè)試之間的差異并不很大35–60赫茲的頻率范圍。由于具有非線性特性的閥殼體振動(dòng)加速度幅值進(jìn)行幾十%降低隔振裝置的使用：通過與準(zhǔn)零剛度隔振器的90%和80%左右的隔振器的剛度或阻尼是位移或速度的第二功率成正比。在閥殼體振動(dòng)的減少將導(dǎo)致在滑閥減少振動(dòng)，尤其是共振范圍。在這樣的應(yīng)用振動(dòng)絕緣體也應(yīng)滿足其他的標(biāo)準(zhǔn)，如：耐環(huán)境溫度變化，耐液壓流體，和幾何尺寸小。因此，除了具有良好的理化特性，振動(dòng)絕緣體，應(yīng)該有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)，適合于液壓閥的典型連接板。
參考文獻(xiàn)：
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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
題目：數(shù)控臥式鏜銑床主軸箱用液壓平衡機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析
系 別 機(jī)電信息系
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)
姓 名
學(xué) 號(hào)
導(dǎo) 師
2011年12月22日
1. 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）綜述（題目背景、研究意義及國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究情況）
1.1題目背景、研究意義
??數(shù)控臥式鏜銑床是一種具有自動(dòng)換刀裝置和任意分度數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的數(shù)字控制機(jī)床，工件在一次裝夾后能自動(dòng)完成幾個(gè)側(cè)面的多種工序的加工。主軸箱用液壓平衡機(jī)構(gòu)利用液壓系統(tǒng)使主軸箱向上運(yùn)動(dòng)、向下運(yùn)動(dòng)、以及停止運(yùn)動(dòng)時(shí)的平衡壓力基本穩(wěn)定。主軸箱用液壓平衡機(jī)構(gòu)是保證主軸箱工作狀態(tài)平衡的關(guān)鍵。
1.2 研究目的及國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究情況
數(shù)控臥式鏜銑床是一種加工范圍極廣、自由度很大的機(jī)床，主要用來加工形狀復(fù)雜、要求精度較高的箱體類零件，在一次裝夾后能完成較多的工序。
我國(guó)數(shù)控臥式鏜銑床和臥式加工中心的發(fā)展開始于1973年。但由于電氣元件和數(shù)控系統(tǒng)質(zhì)量不過關(guān)， 1976年后，數(shù)控臥式鏜床和臥式加工中心的發(fā)展處于低潮。但其中機(jī)械機(jī)構(gòu)問題不是很大，因此， 1981年以來，由于引進(jìn)國(guó)外數(shù)控系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)數(shù)控臥式鏜床和臥式加工中心有了新的發(fā)展，出現(xiàn)了第二次機(jī)床行業(yè)的發(fā)展高潮。
近幾年來，國(guó)內(nèi)外數(shù)控臥式鏜銑床的技術(shù)發(fā)展非?？?其特點(diǎn)是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不斷更新，新技術(shù)應(yīng)用層出不窮，工藝性能復(fù)合化，速度、效率不斷提高，突出精細(xì)化制造。
隨著為高速運(yùn)行作技術(shù)支撐的傳動(dòng)元件電主軸、直線電機(jī)、線性導(dǎo)軌等得到廣泛應(yīng)用，機(jī)床的運(yùn)行速度被推向了新的高度，主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì)也由傳統(tǒng)的鏜桿伸縮式結(jié)構(gòu)逐步向現(xiàn)代高速電主軸結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。盡管傳統(tǒng)的鏜桿伸縮式結(jié)構(gòu)，具有鏜深孔及大功率切削的特點(diǎn)，但現(xiàn)代高速電主軸結(jié)構(gòu)以其高轉(zhuǎn)速、高運(yùn)行速度、高效和高精度的優(yōu)點(diǎn)和簡(jiǎn)化的主軸箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)而倍受關(guān)注。而主軸可更換式臥式鏜銑加工中心的創(chuàng)新設(shè)計(jì)解決了電主軸與鏜桿移動(dòng)伸縮式結(jié)構(gòu)各存利弊的不足，具有復(fù)合加工與一機(jī)兩用的功效，也是臥式鏜銑床的一大技術(shù)創(chuàng)新。
目前世界上約有20個(gè)國(guó)家制造臥式鏜床，其中以美、德、日、意、蘇、法等國(guó)的臥式鏜床在國(guó)際市場(chǎng)上占據(jù)重要地位。這些國(guó)家的臥式鏜床結(jié)構(gòu)先進(jìn)、工藝水平高、重視新技術(shù)的應(yīng)用；產(chǎn)品精度、剛度和壽命較高；造型美觀，操作方便；具有較高的水平，廣泛地應(yīng)用模塊化設(shè)計(jì)原則發(fā)展品種，做到普通臥式鏜銑床、數(shù)控臥式鏜銑床和臥式鏜銑加工中心一個(gè)機(jī)型、三種產(chǎn)品，即普通臥式鏜床裝上數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)控臥式鏜床，再加上刀庫(kù)和機(jī)械手就是加工中心。
通過此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，主要要加深對(duì)專業(yè)基本知識(shí)的理解,培養(yǎng)收集資料和調(diào)查研究的能力；要明白作為一名機(jī)械工程師，在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中所承擔(dān)的職能和責(zé)任，掌握機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法以及機(jī)床其它基礎(chǔ)件設(shè)計(jì)的要求，并進(jìn)一步提高應(yīng)用計(jì)算機(jī)繪圖的能力。
2. 本課題研究的主要內(nèi)容和擬采用的研究方案、研究方法或措施
2.1 本課題的主要內(nèi)容
1.了解主軸箱用液壓平衡機(jī)構(gòu)的性能要求；
2.了解主軸箱用液壓平衡機(jī)構(gòu)的工作原理，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算分析；
3.設(shè)計(jì)指標(biāo)：平衡壓力為34千克力/平方厘米；
4.應(yīng)用CAD系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)零件和裝配建模和仿真。
2.2 擬采用的研究方案、研究方法。
2.2.1 研究方案
（1）明確文章的研究?jī)?nèi)容，確定研究對(duì)象；
（2）大量收集并查閱相關(guān)資料，力求條理清晰。
2.2.2 研究方法
（1）堅(jiān)持很好地全部閱讀指導(dǎo)教師指定的參考資料、文獻(xiàn)，并閱讀了較多的自選資料和較多的外文資料，積極開展調(diào)研論證；
（2）充分利用時(shí)間，提前學(xué)習(xí)專業(yè)軟件，能夠熟練運(yùn)用CAD 軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)、分析、加工等操作，使產(chǎn)品提前得到的方案可行性設(shè)計(jì)。
（3）采用同其它同等機(jī)械類設(shè)備的類比，方案比較等方法，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用特征及現(xiàn)有的物質(zhì)、經(jīng)濟(jì)技術(shù)、人力等條件，以所學(xué)的理論知識(shí)為基礎(chǔ)，按照工業(yè)機(jī)械手工作的一般過程、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。借鑒以往相似設(shè)備的成功經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)然后對(duì)初步設(shè)計(jì)方案進(jìn)行驗(yàn)算，修正，直至達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的目的。其中對(duì)于機(jī)械手設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題、難點(diǎn)問題進(jìn)行重點(diǎn)分析解決，確保整個(gè)設(shè)計(jì)方案的可行性和最佳性。
圖1液壓原理圖
圖2平衡閥裝配圖
圖3JCS-013主軸箱平衡機(jī)構(gòu)裝配圖
平衡機(jī)構(gòu)的液壓系統(tǒng)由油泵11供油，減壓閥8調(diào)節(jié)平衡壓力P2，溢流閥10調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力P1（比P2一般約高10公斤力/厘米2）。并由蓄能器6和壓力繼電器4.3使主軸箱上下運(yùn)動(dòng)，停止時(shí)的平衡壓力基本穩(wěn)定。當(dāng)主軸箱向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，平衡油缸2的活塞向下運(yùn)動(dòng)，同時(shí)電磁鐵26DT通電，油泵11供給的高壓油經(jīng)換向閥9，減壓閥8，平衡閥5向平衡油缸2上腔補(bǔ)充壓力油。若主軸箱向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，平衡油缸活塞向上運(yùn)動(dòng)，平衡閥5中的單向閥和油路系統(tǒng)中的單向閥7關(guān)閉，油缸2上腔的壓力油經(jīng)平衡閥5中的滑閥而流回油箱。此時(shí)，由于壓力繼電器3使電磁鐵26DT斷電，泵11向系統(tǒng)供給的壓力油換向閥9直接流回油箱。主軸箱停止時(shí)，活塞不動(dòng)。平衡壓力超過34公斤力/厘米2時(shí)，壓力繼電器3控制電磁鐵26DT斷電，泵11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32公斤力/厘米2時(shí)，壓力繼電器4控制電磁鐵26DT通電，泵向系統(tǒng)供油，保持平衡壓力基本穩(wěn)定。
3. 本課題研究的重點(diǎn)及難點(diǎn)，前期已開展工作
本課題的重點(diǎn)和難點(diǎn)：對(duì)液壓原理的熟悉；清楚主軸箱的結(jié)構(gòu)以及各部件的功能；液壓平衡的設(shè)計(jì)。
前期已開展的工作：查閱JCS-013數(shù)控臥式鏜銑床的相關(guān)資料，對(duì)JCS-013數(shù)控臥式鏜銑床有個(gè)整體初步的認(rèn)識(shí)；學(xué)習(xí)液壓平衡的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有關(guān)知識(shí)：學(xué)習(xí)三維建模的軟件以及運(yùn)動(dòng)仿真相關(guān)的知識(shí)。
4. 完成本課題的工作方案及進(jìn)度計(jì)劃（按周次填寫）
1～3周： 調(diào)研并收集資料；
3～6周： 確定設(shè)計(jì)方案和整體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；
7～11周： 完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算；
12～15周：完成裝配圖、三維建模和仿真；
16～18周：完成論文撰寫，準(zhǔn)備答辯
5 指導(dǎo)教師意見（對(duì)課題的深度、廣度及工作量的意見）
指導(dǎo)教師： 年 月 日
6 所在系審查意見：
系主管領(lǐng)導(dǎo)： 年 月 日
參考文獻(xiàn)
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摘要
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
摘 要
任何液壓系統(tǒng)都是由一些基本回路所組成的，所謂的液壓基本回路是指能實(shí)現(xiàn)某種規(guī)定功能的液壓元件的組合。
壓力控制回路是控制整個(gè)系統(tǒng)或局部油路的工作壓力。壓力控制回路是利用壓力控制閥來控制整個(gè)系統(tǒng)或局部油路的壓力，達(dá)到調(diào)壓、卸載、減壓、增壓、平衡、保壓、泄壓等目的，以滿足執(zhí)行元件對(duì)力或力矩的要求。對(duì)于液壓基本回路的實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)，能使我們更好的掌握也壓得基本原理及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本流程，并且對(duì)設(shè)計(jì)的一般步驟與方法有了更好的掌握。
本文闡述了主軸箱用液壓系統(tǒng)使主軸箱向上運(yùn)動(dòng)、向下運(yùn)動(dòng)、以及停止運(yùn)動(dòng)時(shí)的平衡壓力基本穩(wěn)定。根據(jù)液壓原理圖以及主軸箱平衡機(jī)構(gòu)裝配圖對(duì)各部分液壓元件進(jìn)行選材校核，從而完成整個(gè)設(shè)計(jì)。論文首先綜述了國(guó)內(nèi)外液壓技術(shù)的研究進(jìn)展及研究現(xiàn)狀、分析課題的研究背景、闡述課題研究的意義和內(nèi)容。然后重點(diǎn)根據(jù)液壓原理圖，從而選擇液壓元件，計(jì)算其性能是否符合指標(biāo)，最后在說明液壓系統(tǒng)工作時(shí)的注意事項(xiàng)。
關(guān)鍵詞:主軸箱；液壓平衡系統(tǒng)；平衡液壓缸。
24
Abstract
CNC horizontal boring and milling machine spindle box design and analysis of hydraulic balance mechanism
Abstract
Any hydraulic system is composed of some of the basic circuit of the hydraulic basic circuit, the means to achieve a certain provisions of the hydraulic components functional combination.
Pressure control loop is to control the entire system or local oil pressure of work.Pressure control circuit is a control valve to control the entire system or the local oil pressure, pressure, unloading, achieve decompression, pressure, balance, pressure, pressure relief purposes,in order to meet the requirements of executive component of force or torque. 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 1
1.1數(shù)控鏜銑床概述 1
1.2 主軸箱以及液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)介 1
1.3數(shù)控機(jī)床的發(fā)展 1
1.4 液壓技術(shù) 3
1.4.1 液壓技術(shù)的現(xiàn)狀及其發(fā)展 3
1.4.2 液壓技術(shù)的特點(diǎn) 4
2 主軸箱液壓平衡系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 5
2.1主軸箱用液壓平衡機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)要分析 5
2.2 負(fù)載分析 9
2.2.1工作負(fù)載 9
2.2.2摩擦負(fù)載 9
2.2.3慣性負(fù)載 9
2.3液壓缸主要參數(shù)確定 10
2.3.1初選液壓缸的工作壓力 10
2.3.2計(jì)算液壓缸的尺寸 10
2.3.3 液壓平衡系統(tǒng) 11
2.4平衡液壓缸的設(shè)計(jì) 13
2.4.1 液壓缸的組成 13
2.4.2平衡液壓缸的計(jì)算 14
2.4.3平衡液壓缸與主軸箱的連接 17
2.4.4防止雜質(zhì)侵入 18
2.4.5吸油管與回油管 18
2.4.6液面指示 19
2.4.7液壓站的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng) 19
2.4.8液壓站的組裝 20
2.4.9濾油器的選擇 20
2.5.1液壓元件的安裝 20
3 液壓站的使用與檢查 22
3.1使用的一般注意事項(xiàng) 22
3.2檢查 22
4 結(jié) 論 23
參考文獻(xiàn) 24
致 謝 26
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)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(dòng)換刀裝置和任意分度數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)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(dòng)完成幾個(gè)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(tái)機(jī)床上，一次裝夾自動(dòng)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(dòng)換刀。按預(yù)定加工程序，自動(dòng)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(kù)、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(dòng)轉(zhuǎn)位工作臺(tái)，用來保證各孔各面間的角度。鏜孔時(shí)，還可以先鏜這個(gè)壁上的孔，然后工作臺(tái)轉(zhuǎn)向180度，再鏜對(duì)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(jiǎn)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(dòng)零件和相應(yīng)的附加機(jī)構(gòu)的。
主軸箱采用多級(jí)齒輪傳動(dòng)，通過一定的傳動(dòng)系統(tǒng)，經(jīng)主軸箱內(nèi)各個(gè)位置上的傳動(dòng)齒輪和傳動(dòng)軸，最后把運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(gè)完整的液壓系統(tǒng)由五個(gè)部分組成，即動(dòng)力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件（附件）和液壓油。一個(gè)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(guó)國(guó)內(nèi)液壓技術(shù)有很大的提高，不再單純地使用國(guó)外的液壓技術(shù)進(jìn)行加工。
液壓系統(tǒng)由信號(hào)控制和液壓動(dòng)力兩部分組成，信號(hào)控制部分用于驅(qū)動(dòng)液壓動(dòng)力部分中的控制閥動(dòng)作。
液壓動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)化技術(shù)帶來了新的概念，用數(shù)字化信號(hào)對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)及其加工過程進(jìn)行控制，推動(dòng)了機(jī)床自動(dòng)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(guó)北密支安的一個(gè)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?cè)谥圃祜w機(jī)的框架及直升飛機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)翼時(shí)，利用全數(shù)字電子計(jì)算機(jī)對(duì)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(duì)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(tái)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(dòng)。這臺(tái)數(shù)控機(jī)床被大家稱為世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。
這臺(tái)機(jī)床是一臺(tái)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(tái)工業(yè)用的數(shù)控機(jī)床由美國(guó)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(guó)家，如德國(guó)、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(jiǎn)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(tái)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(dòng)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(guó)卡耐?;特雷克公司（Keaney&TreckerCorp.）開發(fā)出來的。這種機(jī)床在刀庫(kù)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(dòng)選擇刀具，并通過機(jī)械手將刀具裝在主軸上，對(duì)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(guó)首先把幾臺(tái)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)（FlexibleManufacturingSystem——FMS）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(jiǎn)稱為CNC機(jī)床），進(jìn)一步推動(dòng)了數(shù)控機(jī)床的普及應(yīng)用和大力發(fā)展[6]。
80年代，國(guó)際上出現(xiàn)了1～4臺(tái)加工中心或車削中心為主體，再配上工件自動(dòng)裝卸和監(jiān)控檢驗(yàn)裝置的柔性制造單元（FlexibleManufacturingCell——FMC）。這種單元投資少，見效快，既可單獨(dú)長(zhǎng)時(shí)間少人看管運(yùn)行，也可集成到FMS或更高級(jí)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(dòng)化的基礎(chǔ)技術(shù)。
為了提高機(jī)械化自動(dòng)化程度，1845年，美國(guó)的菲奇發(fā)明轉(zhuǎn)塔車床；1848年，美國(guó)又出現(xiàn)回輪車床；1873年，美國(guó)的斯潘塞制成一臺(tái)單軸自動(dòng)車床，不久他又制成三軸自動(dòng)車床；20世紀(jì)初出現(xiàn)了由單獨(dú)電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(guó)在50年代末搞出世界一臺(tái)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(guó)在六十年代也搞出了第一代數(shù)控機(jī)床，但后來中國(guó)進(jìn)入了什么年代，大家都知道。等80年代我們?cè)偃タ词澜绲臄?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(guó)營(yíng)工廠不思進(jìn)取，到了90年代，我們?cè)偃タ词澜缢?，已?0年的差距了。中國(guó)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(gè)例子來講：比如，生產(chǎn)一根軸，蘇聯(lián)的方式是建一個(gè)專用生產(chǎn)線，用多臺(tái)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1960－1980年代，國(guó)營(yíng)工廠一個(gè)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(chǎng)，經(jīng)營(yíng)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(tái)五軸聯(lián)動(dòng)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(gè)檔次，讓美國(guó)的聲納聽不到潛艇聲音了，所以美國(guó)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(guó)搞出了世界第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床，但數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，還是要數(shù)德國(guó)。德國(guó)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(guó)已沒問題，剩下的就是電子系統(tǒng)方面，德國(guó)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(guó)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(dòng)是流體傳動(dòng)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(dòng)技術(shù)水平的高低已成為一個(gè)國(guó)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(cè)量浮標(biāo)、升降旋轉(zhuǎn)舞臺(tái)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(dòng)相對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)是一門新科學(xué)。但對(duì)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(guó)制成第一臺(tái)水壓機(jī)算起，液壓傳動(dòng)已有200多年歷史。只是由于早期沒有成熟的液壓傳動(dòng)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(duì)傳動(dòng)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(dòng)技術(shù)適應(yīng)了這一需求，所以使液壓傳動(dòng)技術(shù)獲得了發(fā)展，在戰(zhàn)后的50年代中，液壓傳動(dòng)技術(shù)迅速地轉(zhuǎn)向其它各個(gè)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(dòng)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(zhǎng)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(dòng)化，靜液壓傳動(dòng)裝置替代了傳統(tǒng)的液力變矩-齒輪箱傳動(dòng)，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(zhǎng)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他設(shè)備的年增長(zhǎng)率，其原因是由于液壓傳動(dòng)在許多領(lǐng)域是機(jī)械等傳動(dòng)無法取代的。液壓傳動(dòng)能實(shí)現(xiàn)低速大噸位運(yùn)動(dòng)；采用適當(dāng)?shù)墓?jié)流技術(shù)可使運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(jiǎn)要分析
JCS-013自動(dòng)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(dòng)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(dòng);沿立柱導(dǎo)軌作Y向移動(dòng)，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(dòng)驅(qū)動(dòng)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(dòng)、停止和速度轉(zhuǎn)換時(shí)重錘的慣性對(duì)其移動(dòng)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(gè)動(dòng)滑輪、兩個(gè)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(dòng)速度（毫米/分）；
V平——平衡油缸活塞移動(dòng)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(dòng)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(duì)液壓平衡系統(tǒng)有以下要求：
a. 主軸箱在Y向上下移動(dòng)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2~4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(dòng)和平衡分開的形式進(jìn)行控制。
從式（1）可以看出：用動(dòng)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(duì)液壓平衡系統(tǒng)有以下要求：
a. 主軸箱在Y向上下移動(dòng)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2~4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(dòng)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(dòng)，平衡油缸的活塞向下運(yùn)動(dòng)，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(dòng)，活塞向下運(yùn)動(dòng)，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(chǔ)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(dòng)（即活塞運(yùn)動(dòng)）平衡壓力不同，有一個(gè)差值ΔP。
ΔP=P平下-P平上
式中：P平下——主軸箱向下移動(dòng)時(shí)平衡壓力；
P平上——主軸箱向上移動(dòng)時(shí)平衡壓力；
分析系統(tǒng)可知：ΔP由三部分組成：
ΔP=ΔP1+ΔP2+ΔP3
式中：
ΔP1——溢流閥3到平衡閥8之間的壓力損失；
ΔP2——平衡閥的壓力損失
ΔP2=ΔP21+ΔP22
ΔP21——平衡油缸進(jìn)油時(shí)a點(diǎn)和b點(diǎn)的壓差；
ΔP22——平衡油缸排油時(shí)b點(diǎn)和a點(diǎn)的壓差；
ΔP3——平衡閥到平衡油缸之間管路損失；
ΔP3=ΔP31+ΔP32
ΔP31——平衡油缸進(jìn)油時(shí)b點(diǎn)到油缸口之間的管路損失；
ΔP32——平衡油缸排油時(shí)油缸口到b點(diǎn)之間的管路損失。
ΔP1、ΔP3與主軸箱運(yùn)動(dòng)速度V主有關(guān)，若V主增加，ΔP1、ΔP3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。ΔP2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(dòng)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(dòng)信號(hào)。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(dòng)記錄儀同時(shí)記錄下主軸箱起動(dòng)和壓力變化情況。
在主軸箱起動(dòng)、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(dòng)配重變化小（即ΔP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ΔP1對(duì)平衡壓力的影響。
c. 設(shè)計(jì)平衡閥時(shí)要使ΔP2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(duì)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(duì)壓力繼電器有以下要求：
a. 發(fā)出信號(hào)的重復(fù)精度要高；
b. 不應(yīng)受外界干擾而給出誤信號(hào)；
c. 不靈敏區(qū)越小越好。
主軸箱移動(dòng)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/0.25π（D2-d2）≈33.4千克/厘米2
Q平=F平·V平=0.25π（9.52-2.52）×250×1.1≈18000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=1100×9.8×2N=21582N
2.2.2摩擦負(fù)載
靜取靜摩擦系數(shù)fs=0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)fd=0.1
摩擦負(fù)載 Ffs=fs×FL=0.2×21582N=4316.4N
動(dòng)摩擦負(fù)載 FFD=fd×FL=0.1×21582N=2158.2N
2.2.3慣性負(fù)載
加速
加速制動(dòng)
反向加速
反向制動(dòng)
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(dòng)
-17265.6
-15539.04
加速
-19318.2
-17386.38
快上
-19423.8
-17481.42
制動(dòng)
-19529.4
-17576.46
反向啟動(dòng)
25898.4
23308.56
反向加速
23832.6
21449.34
快下
23740.2
21366.18
反向制動(dòng)
23647.8
21283.02
2.3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(shì)必要加大執(zhí)行元件的機(jī)構(gòu)尺寸。對(duì)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(duì)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 <5 5-10 10-20 20-30 30-50 >50
工作壓力 <0.8-1 1.5-2 2.5-3 3-4 4-5 ≧5
/Mpa
表3.3 各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力
機(jī)械類型 工作壓力
磨床 0.8-2
組合機(jī)床 3-5
龍門刨床 2-8
拉床 8-10
農(nóng)業(yè)機(jī)械、小型工程機(jī)械、建筑機(jī)械 10-18
液壓機(jī)、大型挖掘機(jī)、重型機(jī)械、起重運(yùn)輸機(jī)械 20-32
由表3.2和表3.3可知，本液壓系統(tǒng)的工作載荷在15-26KN，且機(jī)械類型是組合機(jī)床，初選工作壓力為3Mpa。
2.3.2計(jì)算液壓缸的尺寸
鑒于液壓缸快上和快下速度相差不大，且為了防止主軸箱上升或下降過快，故在回油路上設(shè)置有背壓，如表3.4 。
表3.4 液壓執(zhí)行件的背壓力
系統(tǒng)類型 背壓力/Mpa
簡(jiǎn)單系統(tǒng)和一般輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng) 0.2-0.5
回油帶背壓閥 調(diào)整壓力一般0.5-1.5
中低壓系統(tǒng) 回油路設(shè)流量調(diào)節(jié)閥的進(jìn)給系統(tǒng)滿載工作時(shí) 0.5
設(shè)補(bǔ)油泵的閉式系統(tǒng) 0.8-1.5
高壓系統(tǒng) 初算時(shí)可忽略不計(jì)
根據(jù)表3.4可知，選取背壓力p2=0.5Mpa，則：
則活塞直徑：
取D=95mm。
2.3.3 液壓平衡系統(tǒng)
a. 液壓原理圖的分析
圖3.1液壓原理圖
（1） 供油方式
該系統(tǒng)在快上與快下時(shí)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(jì)此系統(tǒng)目的是為了保證主軸箱上下移動(dòng)時(shí)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(duì)于定量泵供油的液壓系統(tǒng)，系統(tǒng)壓力采用溢流閥進(jìn)行控制【12】。
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(gè)單向閥，以使高壓主油路的壓力閥快速動(dòng)作，而低于減壓閥設(shè)定壓力時(shí)，起到短暫時(shí)的保壓作用。
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(shí)撥開工件?；钊舷逻\(yùn)動(dòng)時(shí)，要求液壓缸在其終止時(shí)，保持一段時(shí)間壓力，故采用蓄能器來保壓，在必要時(shí)可作為油源。為了防止垂直放置的液壓缸和與之相連的主軸箱因?yàn)樽灾囟孕新湎拢什捎脝蜗蝽樞蜷y來使其穩(wěn)定移動(dòng)。
（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(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性，速度變化來源于主軸箱上下移動(dòng)的速度，故本液壓系統(tǒng)不設(shè)計(jì)速度調(diào)節(jié)裝置。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(cè)要求，在液壓泵等處設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)。
b. 液壓平衡系統(tǒng)原理分析
如圖3.1所示，平衡機(jī)構(gòu)的液壓系統(tǒng)由油泵11供油，減壓閥8調(diào)節(jié)平衡壓力P2，溢流閥10調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力P1（比P2一般約高10公斤力/厘米2）。并由蓄能器6和壓力繼電器4.3使主軸箱上下運(yùn)動(dòng)，停止時(shí)的平衡壓力基本穩(wěn)定。當(dāng)主軸箱向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，平衡油缸2的活塞向下運(yùn)動(dòng)，同時(shí)電磁鐵26DT通電，油泵11供給的高壓油經(jīng)換向閥9，減壓閥8，平衡閥5向平衡油缸2上腔補(bǔ)充壓力油。若主軸箱向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，平衡油缸活塞向上運(yùn)動(dòng)，平衡閥5中的單向閥和油路系統(tǒng)中的單向閥7關(guān)閉，油缸2上腔的壓力油經(jīng)平衡閥5中的滑閥而流回油箱。此時(shí)，由于壓力繼電器3使電磁鐵26DT斷電，泵11向系統(tǒng)供給的壓力油換向閥9直接流回油箱。主軸箱停止時(shí)，活塞不動(dòng)。平衡壓力超過34公斤力/厘米2時(shí)，壓力繼電器3控制電磁鐵26DT斷電，泵11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32公斤力/厘米2時(shí)，壓力繼電器4控制電磁鐵26DT通電，泵向系統(tǒng)供油，保持平衡壓力基本穩(wěn)定。
2.4平衡液壓缸的設(shè)計(jì)
2.4.1.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(gè)部分，圖4.1所示。
1-活塞桿 2-法蘭蓋 3-缸蓋 4-活塞 5-缸體
圖4.1液壓缸結(jié)構(gòu)圖
a. 缸筒和缸蓋
在設(shè)計(jì)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。鋼桶的材料和具體的工作條件。它與缸蓋連接方式常用半環(huán)連接和螺紋連接。采用半環(huán)連接裝拆方便，但鋼桶壁部因開了環(huán)形槽而削弱了強(qiáng)度，為此有時(shí)要加厚缸壁。采用螺紋連接時(shí)缸筒端部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，外徑加工時(shí)要求保證內(nèi)外徑同心，裝卸時(shí)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的缸筒上?；谝陨显?，故選用法蘭連接。
b. 活塞和活塞桿
活塞和活塞桿的連接方式很多，但無論采用何種連接方式，都必須保證連接可靠。螺紋式連接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便裝拆，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(chǎng)合?；钊话阌媚湍ヨT鐵制造，活塞桿則不論是空心的還是實(shí)心的，大多用鋼料制造【13】。
c. 密封裝置
液壓缸的密封裝置用以防止油液的泄漏。密封裝置設(shè)計(jì)的好壞對(duì)于液壓缸的靜、動(dòng)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(zhǎng)的壽命，制造簡(jiǎn)單，拆裝方便，成本低。液壓缸的密封主要指活塞、活塞桿處的動(dòng)密封和缸蓋處的靜密封。
d. 緩沖裝置
當(dāng)液壓缸所驅(qū)動(dòng)的工作部件質(zhì)量較大，移動(dòng)速度較快時(shí)，由于具有的動(dòng)量較大，致使在形成終了時(shí)，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(gè)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。
2.4.2平衡液壓缸的計(jì)算
a. 活塞直徑D=95mm和活塞桿直徑d=25mm。
b. 液壓缸缸筒長(zhǎng)度L
初步設(shè)計(jì)L=500mm。液壓缸的缸筒長(zhǎng)度由最大工作行程長(zhǎng)度決定，缸筒的長(zhǎng)度一般最好不超過其內(nèi)徑的20倍。20D=20×95=1900mm>500mm，故符合缸筒長(zhǎng)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(gè)。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(gè)數(shù)；k為螺栓擰緊系數(shù)，=s/（1.2~2.5），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1.25~1.5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。
現(xiàn)取液壓缸的壁厚為7mm
e. 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(zhǎng)度的確定
對(duì)一般的液壓缸，最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H應(yīng)滿足以下要求
活塞的寬度B一般取B=（0.6~1.0）D
缸蓋滑動(dòng)支承面的長(zhǎng)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(gè)定滑輪和一個(gè)動(dòng)滑輪，之間用鏈傳動(dòng)。鏈傳動(dòng)是以鏈條為中間傳動(dòng)件的嚙合傳動(dòng)。按照用途不同，鏈可以分為起重鏈、牽引鏈和傳動(dòng)鏈三大類。鏈傳動(dòng)和帶傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)能保持平均傳動(dòng)比不變；傳動(dòng)效率高；張緊力小，因此作用在軸上的壓力較?。荒茉诘退僦剌d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(dòng)相比，鏈傳動(dòng)可用于中心距較大的場(chǎng)合且制造精度低。但鏈傳動(dòng)只能傳動(dòng)平行軸之間的同向運(yùn)動(dòng)，不能保持恒定的瞬時(shí)傳動(dòng)比，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性差?；谝陨显蜻x擇了鏈傳動(dòng)，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(jiǎn)單地插入液壓油箱，這樣空氣、雜質(zhì)和水分等便會(huì)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45°C斜口。為了防止液面波動(dòng)，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(duì)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(duì)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(zhǎng)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100～200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(dòng)油面，致使油中混入氣泡【15】。
e. 吸油管與回油管的方向
為了使油液流動(dòng)具有方向性，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(dòng)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(duì)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(dòng)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(dòng)部件。手動(dòng)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(dòng)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(gè)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(dòng)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(tái)液壓泵采用立式安裝，液壓泵與電動(dòng)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(zhǎng)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(duì)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(duì)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(zhǎng)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(jiǎn)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(jiǎn)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(dòng)力、液壓馬達(dá)與其拖動(dòng)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(duì)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(duì)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(zhǎng)和油溫較高的液壓缸，一端應(yīng)保持浮動(dòng)，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(dòng)較小、易觀測(cè)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20°C以上才準(zhǔn)許順序動(dòng)作；油溫高于60°C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(dòng)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(dòng)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(dòng)，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(duì)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(gè)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(duì)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(shì)；
2．對(duì)平衡液壓缸與主軸箱的連接進(jìn)行了設(shè)計(jì)；
3．對(duì)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(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)，使其能夠滿足主軸箱在上下移動(dòng)時(shí)保持穩(wěn)定的功能；
4．對(duì)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(duì)液壓缸主要元件進(jìn)行了強(qiáng)度校核，滿足強(qiáng)度要求。
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參考文獻(xiàn)
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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明
致 謝
在畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)束之際，我要真切的向?qū)煓C(jī)械設(shè)計(jì)教研室老師以及其他老師們致以崇高的敬意和由衷的感謝。感謝導(dǎo)師老師的關(guān)心、指導(dǎo)和教誨。曹巖老師追求真理、獻(xiàn)身科學(xué)、嚴(yán)以律己、寬已待人的崇高品質(zhì)對(duì)學(xué)生將是永遠(yuǎn)的鞭策。曹巖老師淵博的學(xué)識(shí)、敏銳的思維、民主而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)，使學(xué)生收益匪淺，終生難忘。
同時(shí)也衷心