半自動(dòng)鉆床設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,半自動(dòng),鉆床,設(shè)計(jì),運(yùn)動(dòng)學(xué),分析 摘要 隨著先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，半自動(dòng)化加工已成為機(jī)加工過程中的一種主流技術(shù)。這一技術(shù)的運(yùn)用提高了機(jī)加工過程中工作效率和加工精度。半自動(dòng)化多工位鉆床就是提高鉆削加工精度和效率的一種很好的機(jī)加工工具。本文對(duì)半自動(dòng)化多工位鉆床進(jìn)行了設(shè)計(jì)，采用了普通車床設(shè)計(jì)的步驟和方法，綜合考慮半自動(dòng)化機(jī)床的特點(diǎn)。從切削力入手確定主軸及電機(jī)，到整個(gè)機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和機(jī)床的控制。最后到對(duì)機(jī)床初始化程序設(shè)計(jì)。 本文所做的工作: 1.完成半自動(dòng)化多工位鉆床的資料收集與國、內(nèi)外現(xiàn)狀的調(diào)查比較，提出較為可行的方案; 2.完成機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算與電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，初步完成控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)；提交論文及機(jī)械系統(tǒng)的裝配與關(guān)鍵零部件的相應(yīng)圖紙及半自動(dòng)化系統(tǒng)的硬件圖，同時(shí)提交電子文檔; 3.編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。 完成了一臺(tái)經(jīng)濟(jì)型的半自動(dòng)化機(jī)床的設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：半自動(dòng)化技術(shù)、鉆床、鉆削、計(jì)算機(jī)控制、單片機(jī) Abstract With the manufacturing development, numerical control manufacturing has become one of the major advanced technologies. efficiency and accuracy has been improved in application of the technology. Numerical control auto-drilling machine is a kind of the new machine tools that can improve the machining accuracy and efficiency. The paner has designed for Numerical control auto-drilling machine, using design method of the ordinary lathe, and considering the characteristic of the numerical control machine tools synthetically. cutting force has been calculated, the structural and the control system has been designed. Finally, the software routine has been explored. This paner has finished major works: 1. Completed a investigation of internal and external of current situation for numerical control multistage-drilling machine, and compared it, put forward a feasible scheme; 2. Completed the mechanical structural design an calculated and designed the electric control system, and finished the software and hardware of the control system tentatively; Submit thesis and the assembly of mechanical system and hardware picture of key spare part and drawing of numerical control system, submit the electronic file at the same time; 3. Write the specification of designing and calculating, has designed an economy numerical control machine tool. Keywords： numerical control machining、drilling machine、drilling、computer control、single chip computer 2 1 緒論 1 1.1 課題選擇的意義 1 1.2 液壓系統(tǒng)在工程中的應(yīng)用 2 1.3 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn) 2 1.3.1 優(yōu)點(diǎn) 3 1.3.2 缺點(diǎn) 4 2液壓系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì) 5 2.1 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟 6 2.2 設(shè)計(jì)要求 6 2.3 鉆床對(duì)液壓系統(tǒng)的要求 6 3 液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 7 3.1 制定調(diào)速方案 7 3.2 制定壓力控制方案 7 3.3 制定順序動(dòng)作方案 8 3.4 選擇液壓動(dòng)力源 8 3.5 繪制液壓系統(tǒng)圖 9 4 液壓執(zhí)行元件的設(shè)計(jì)計(jì)算與選用 11 4.1 確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù) 11 4.1.1 鉆床機(jī)床控制液壓系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)參數(shù) 11 4.1.2 初步估算系統(tǒng)工作壓力 11 4.1.3 系統(tǒng)工作流量的選擇 11 4.2 管道尺寸的確定 11 4.3 各種閥類的選擇 12 4.3.1 換向閥的選取 12 4.3.2 單向閥的選擇 12 4.3.3 減壓閥的選擇 13 4.3.4 壓力繼電器的選擇 13 4.4 液壓泵的選擇 13 4.5 液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇 14 4.6 液壓馬達(dá)的選取 15 4.7 確定油箱的有效容積 15 4.8 液壓缸的載荷力計(jì)算 15 5 系統(tǒng)性能驗(yàn)算 17 5.1 沿程壓力損失 17 5.2 局部壓力損失 17 6 系統(tǒng)發(fā)熱量的計(jì)算 19 6.1 計(jì)算發(fā)熱功率 19 6.2 計(jì)算散熱功率 19 7 夾具設(shè)計(jì) 21 7.1 概述 21 7.2 夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 22 7.2.1 定位方案 22 7.2.2 夾緊機(jī)構(gòu) 23 7.2.3 導(dǎo)向裝置 23 7.2.4 夾具體 23 8 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 25 8.1 概述 25 8.2 夾具體運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 27 8.3 半自動(dòng)化鉆床整機(jī)工作運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 30 9 結(jié)論 36 參考文獻(xiàn) 37 致謝 38 附錄A1 39 附錄B1 47 夾具及工件 夾具體夾緊桿與油缸連接處運(yùn)動(dòng)位置曲線 加速度曲線 速度曲線 半自動(dòng)化鉆床刀具每個(gè)工作過程的推桿位置曲線 進(jìn)給機(jī)構(gòu)連接點(diǎn)加速度曲線 刀具進(jìn)給介個(gè)切削力變化曲線 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)論文 1 緒論 1.1 課題選擇的意義 液壓傳動(dòng)與其他類型的傳動(dòng)相比較具有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，液壓傳動(dòng)技術(shù)在工程中，特別是在高效率的自動(dòng)化和半自動(dòng)化機(jī)械中，應(yīng)用十分廣泛。本文主要利用鉆床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)鉆床的半自動(dòng)化控制是工業(yè)中經(jīng)常用到的一種控制方式，它采用液壓完成傳遞能量的過程。因?yàn)橐簤簜鲃?dòng)控制方式的靈活性和便捷性，液壓控制在工業(yè)上受到廣泛的重視。液壓傳動(dòng)是研究以有壓流體為能源介質(zhì)，來實(shí)現(xiàn)各種機(jī)械和自動(dòng)控制的學(xué)科。液壓傳動(dòng)利用這種元件來組成所需要的各種控制回路，再由若干回路有機(jī)組合成為完成一定控制功能的傳動(dòng)系統(tǒng)來完成能量的傳遞、轉(zhuǎn)換和控制。 圖1-1 液壓傳動(dòng)能量傳遞過程 Fig.1-1 hydraulic transmission energy transfer process 從原理上來說，液壓傳動(dòng)所基于的最基本的原理就是帕斯卡原理，就是說，液體各處的壓強(qiáng)是一致的，這樣，在平衡的系統(tǒng)中，比較小的活塞上面施加的壓力比較小，而大的活塞上施加的壓力也比較大，這樣能夠保持液體的靜止。所以通過液體的傳遞，可以得到不同端上的不同的壓力，這樣就可以達(dá)到一個(gè)變換的目的。我們所常見到的液壓千斤頂就是利用了這個(gè)原理來達(dá)到力的傳遞[2]。 圖1-2 液壓傳動(dòng)基本原理 Fig.1-2 hydraulic transmission basic principle 液壓作為一個(gè)廣泛應(yīng)用的技術(shù)，在未來更是有廣闊的前景。隨著計(jì)算機(jī)的深入發(fā)展，液壓控制系統(tǒng)可以和智能控制的技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制的技術(shù)等技術(shù)結(jié)合起來，這樣就能夠更多的場(chǎng)合中發(fā)揮作用，也可以更加精巧的、更加靈活地完成預(yù)期的控制任務(wù)。 1.2 液壓系統(tǒng)在工程中的應(yīng)用 液壓傳動(dòng)相對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)來說，是一門新技術(shù)。自1795年制成第一臺(tái)水壓機(jī)起，液壓技術(shù)就進(jìn)入了工程領(lǐng)域，1906年開始應(yīng)用于國防戰(zhàn)備武器。第二次世界大戰(zhàn)期間，由于軍事工業(yè)迫切需要反應(yīng)快和精度高的自動(dòng)控制系統(tǒng)，因而出現(xiàn)了液壓伺服系統(tǒng)。20世紀(jì)60年代以后，由于原子能、空間技術(shù)、大型船艦及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，不斷地對(duì)液壓技術(shù)提出新的要求，液壓技術(shù)相應(yīng)也得到了很大發(fā)展，滲透到國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域中。在工程機(jī)械、冶金、軍工、農(nóng)機(jī)、汽車、輕紡、船舶、石油、航空、和機(jī)床工業(yè)中，液壓技術(shù)得到普遍應(yīng)用。近年來液壓技術(shù)已廣泛應(yīng)用于智能機(jī)器人、海洋開發(fā)、宇宙航行、地震預(yù)測(cè)及各種電液伺服系統(tǒng)，使液壓技術(shù)的應(yīng)用提高到一個(gè)嶄新的高度。目前，液壓技術(shù)正向高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲和高度集成話等方向發(fā)展；同時(shí)，減小元件的重量和體積，提高元件壽命，研制新的傳動(dòng)介質(zhì)以及液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)仿真和優(yōu)化設(shè)計(jì)、微機(jī)控制等工作，也日益取得顯著成果。 解放前，我國經(jīng)濟(jì)落后，液壓工業(yè)完全是空白。解放后，我國經(jīng)濟(jì)獲得迅速發(fā)展，液壓工業(yè)也和其它工業(yè)一樣，發(fā)展很快。20世紀(jì)50年代就開始生產(chǎn)各種通用液壓元件。當(dāng)前，我國已生產(chǎn)出許多新型和自行設(shè)計(jì)的系列產(chǎn)品，如插裝式錐閥、電液比例閥、電液伺服閥、電液脈沖馬達(dá)以及其它新型液壓元件等。但由于過去基礎(chǔ)薄弱，所生產(chǎn)的液壓元件，在品種與質(zhì)量等方面和國外先進(jìn)水平相比，還存在一定差距，我國液壓技術(shù)也將獲得進(jìn)一步發(fā)展，它在各個(gè)工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，可以預(yù)見，液壓技術(shù)也將獲得進(jìn)一步發(fā)展，它在各個(gè)工業(yè)部門中的用應(yīng)，也將會(huì)越來越廣泛。 現(xiàn)代機(jī)械一般多是機(jī)械、電氣、液壓三者緊密聯(lián)系，結(jié)合的一個(gè)綜合體。液壓傳動(dòng)與機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)并列為三大傳統(tǒng)形式，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在現(xiàn)代機(jī)械的設(shè)計(jì)工作中占有重要的地位。 1.3 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn) 液壓傳動(dòng)中所需要的元件主要有動(dòng)力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件等。其中液壓動(dòng)力元件是為液壓系統(tǒng)產(chǎn)生動(dòng)力的部件，主要包括各種液壓泵。液壓泵依靠容積變化原理來工作，所以一般也稱為容積液壓泵。齒輪泵是最常見的一種液壓泵，它通過兩個(gè)嚙合的齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)使得液體進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。其他的液壓泵還有葉片泵、柱塞泵，在選擇液壓泵的時(shí)候主要需要注意的問題包括消耗的能量、效率、降低噪音。 　　除了上述的元件以外，液壓控制系統(tǒng)還需要液壓輔助元件。這些元件包括管路和管接頭、油箱、過濾器、蓄能器和密封裝置。通過以上的各個(gè)器件，我們就能夠建設(shè)出一個(gè)液壓回路。所謂液壓回路就是通過各種液壓器件構(gòu)成的相應(yīng)的控制回路。根據(jù)不同的控制目標(biāo)，我們能夠設(shè)計(jì)不同的回路，比如壓力控制回路、速度控制回路、多缸工作控制回路等。 液壓傳動(dòng)的應(yīng)用性是很強(qiáng)的，比如裝卸堆碼機(jī)液壓系統(tǒng)，它作為一種倉儲(chǔ)機(jī)械，在現(xiàn)代化的倉庫里利用它實(shí)現(xiàn)紡織品包、油桶、木桶等貨物的裝卸機(jī)械化工作。也可以應(yīng)用在萬能外圓磨床液壓系統(tǒng)等生產(chǎn)實(shí)踐中。這些系統(tǒng)的特點(diǎn)是功率比較大，生產(chǎn)的效率比較高，平穩(wěn)性比較好。 1.3.1 優(yōu)點(diǎn) 1) 傳動(dòng)平穩(wěn) 在液壓傳動(dòng)裝置中，由于油液的壓縮量非常小，在通常壓力下可以認(rèn)為不可壓縮，依靠油液的連續(xù)流動(dòng)進(jìn)行傳動(dòng)。油液有吸振能力，在油路中還可以設(shè)置液壓緩沖裝置，故不像機(jī)械機(jī)構(gòu)因加工和裝配誤差會(huì)引起振動(dòng)扣撞擊，使傳動(dòng)十分平穩(wěn)，便于實(shí)現(xiàn)頻繁的換向；因此它廣泛地應(yīng)用在要求傳動(dòng)平穩(wěn)的機(jī)械上，例如磨床幾乎全都采用了液壓傳動(dòng)。 2) 質(zhì)量輕體積小 液壓傳動(dòng)與機(jī)械、電力等傳動(dòng)方式相比，在輸出同樣功率的條件下，體積和質(zhì)量可以減少很多，因此慣性小、動(dòng)作靈敏；這對(duì)液壓仿形、液壓自動(dòng)控制和要求減輕質(zhì)量的機(jī)器來說，是特別重要的。例如我國生產(chǎn)的1m3挖掘機(jī)在采用液壓傳動(dòng)后，比采用機(jī)械傳動(dòng)時(shí)的質(zhì)量減輕了1t。 3) 承載能力大 液壓傳動(dòng)易于獲得很大的力和轉(zhuǎn)矩，因此廣泛用于壓制機(jī)、隧道掘進(jìn)機(jī)、萬噸輪船操舵機(jī)和萬噸水壓機(jī)等。 4) 容易實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速 在液壓傳動(dòng)中，調(diào)節(jié)液體的流量就可實(shí)現(xiàn)無級(jí)凋速，并且調(diào)速范圍很大，可達(dá)2000：1，很容易獲得極低的速度。 5) 易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù) 液壓系統(tǒng)中采取了很多安全保護(hù)措施，能夠自動(dòng)防止過載，避免發(fā)生事故。 6) 液壓元件能夠自動(dòng)潤滑 由于采用液壓油作為工作介質(zhì)，使液壓傳動(dòng)裝置能自動(dòng)潤滑，因此元件的使用壽命較長。 7) 容易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的動(dòng)作 采用液壓傳動(dòng)能獲得各種復(fù)雜的機(jī)械動(dòng)作，如仿形車床的液壓仿形刀架、數(shù)控銑床的液壓工作臺(tái)，可加工出不規(guī)則形狀的零件． 8) 簡化機(jī)構(gòu) 采用液壓傳動(dòng)可大大地簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)，從而減少了機(jī)械零部件數(shù)目。 9) 便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化 液壓系統(tǒng)中，液體的壓力、流量和方向是非常容易控制的，再加上電氣裝置的配合，很容易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的自動(dòng)工作循環(huán)。目前，液壓傳動(dòng)在組合機(jī)床和自動(dòng)線上應(yīng)用得很普遍。 10) 便于實(shí)現(xiàn)“三化” 液壓元件易于實(shí)現(xiàn)系列比、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化．也易于設(shè)計(jì)和組織專業(yè)性大批量生產(chǎn)，從而可提高生產(chǎn)率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本[3]。 1.3.2 缺點(diǎn) 1) 液壓元件制造精度要求高 由于元件的技術(shù)要求高和裝配比較困難，使用維護(hù)比較嚴(yán)格。 2) 實(shí)現(xiàn)定比傳動(dòng)困難 液壓傳動(dòng)是以液壓油為工作介質(zhì)，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面間不可避免的要有泄漏，同時(shí)油液也不是絕對(duì)不可壓縮的。因此不宜應(yīng)用在在傳動(dòng)比要求嚴(yán)格的場(chǎng)合，例如螺紋和齒輪加工機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)。 3) 油液受溫度的影響 由于油的粘度隨溫度的改變而改變，故不宜在高溫或低溫的環(huán)境下工作。 4) 不適宜遠(yuǎn)距離輸送動(dòng)力 由于采用油管傳輸壓力油，壓力損失較大，故不宜遠(yuǎn)距離輸送動(dòng)力。 5) 油液中混入空氣易影響工作性能 油液中混入空氣后，容易引起爬行、振動(dòng)和噪聲，使系統(tǒng)的工作性能受到影響。 6) 油液容易污染 油液污染后，會(huì)影響系統(tǒng)工作的可靠性。 7) 發(fā)生故障不易檢查和排除。 2 液壓系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì) 液壓系統(tǒng)是機(jī)械伺服裝置中的經(jīng)典結(jié)構(gòu)。即使在機(jī)電類元件獲得長足進(jìn)步的今天，液壓系統(tǒng)仍以其高功率/重量比，響應(yīng)快，低速特性好等特點(diǎn)而在不少系統(tǒng)當(dāng)中扮演舉足輕重的角色。在現(xiàn)代電子和控制技術(shù)推動(dòng)下涌現(xiàn)出了一些原理新穎，物美價(jià)廉的液壓元器件，給這一傳統(tǒng)的技術(shù)帶來了新的生機(jī)。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)是液壓機(jī)械的一個(gè)組成部分，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要同主機(jī)的總體設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行。著手設(shè)計(jì)時(shí)，必須從實(shí)際情況出發(fā)，有機(jī)地結(jié)合各種傳動(dòng)形式，充分發(fā)揮液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，力求設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、成本低、效率高、操作簡單、維修方便的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。 2.1 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟 1) 明確設(shè)計(jì)方案； 2) 確定液壓執(zhí)行元件的形式； 3) 進(jìn)行工況分析，確定系統(tǒng)的主要參數(shù)； 4) 制定基本方案，擬定液壓系統(tǒng)原理圖； 5) 選擇液壓元件； 6) 液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算； 7) 繪制工作圖，編制技術(shù)文件[4]。 2.2 設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)要求是進(jìn)行每項(xiàng)工程設(shè)計(jì)的依據(jù)，在制定基本方案并進(jìn)一步著手液壓系統(tǒng)各部分設(shè)計(jì)之前，必須把設(shè)計(jì)要求以及與該設(shè)計(jì)內(nèi)容有關(guān)的其他方面了解清楚。 目前，大部分的鉆床機(jī)床的卡盤，鉆頭等都是由液壓來控制的。而他們的基本工作原理都是：通過液壓系統(tǒng)回路，來實(shí)現(xiàn)控制卡盤的卡緊，松開及對(duì)不同的零件類型來實(shí)現(xiàn)正鉆，反鉆的控制。而它們的工作循環(huán)大都為： 快進(jìn)卡緊保壓鉆孔松開 其中快進(jìn)和卡緊并不是通過高低壓的換向來控制，而是通過負(fù)載的增加來實(shí)現(xiàn)的，而保壓過程是通過換向閥來實(shí)現(xiàn)的，而它是保證卡緊力在突然斷電等事故發(fā)生時(shí)保護(hù)設(shè)備和人員安全的必要設(shè)備。 2.3 鉆床對(duì)液壓系統(tǒng)的要求 1) 卡盤卡緊，松開時(shí)動(dòng)作要求平穩(wěn)，在進(jìn)行動(dòng)做換向時(shí)不應(yīng)有沖擊； 2) 當(dāng)卡盤卡緊后，液壓缸機(jī)構(gòu)應(yīng)具有足夠的保壓能力，以防止因系統(tǒng)內(nèi)瀉而造成工件的脫落或當(dāng)數(shù)控機(jī)床在加工零件是因?yàn)榭ňo力不夠而使工件軸向不垂直，加工零件尺寸出現(xiàn)偏差。 3) 系統(tǒng)中要有減壓裝置，其作用為當(dāng)卡盤接觸工件時(shí)，系統(tǒng)壓力忽然升高，為防止因壓力過大而造成加上工件的事故發(fā)生，該系統(tǒng)在工作過程中因?yàn)楹銐骸? 4) 鉆頭工作時(shí)應(yīng)沒有沖擊，爬行等不良現(xiàn)象。所以對(duì)系統(tǒng)的密封應(yīng)有較高的標(biāo)準(zhǔn)。 5) 為保證安全生產(chǎn)，避免忽然斷電以及電機(jī)損壞等突發(fā)事件的發(fā)生，系統(tǒng)中應(yīng)有連鎖保壓裝置。 3 液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 3.1 制定調(diào)速方案 液壓執(zhí)行元件確定之后，其運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)速度的控制是擬定液壓回路的核心問題。 方向控制用換向閥或邏輯控制單元來實(shí)現(xiàn)。對(duì)于一般中小流量的液壓系統(tǒng)，大多通過換向閥的有機(jī)組合實(shí)現(xiàn)所要求的動(dòng)作。對(duì)高壓大流量的液壓系統(tǒng)，現(xiàn)多采用插裝閥與先導(dǎo)控制閥的邏輯組合來實(shí)現(xiàn)。 ??? 速度控制通過改變液壓執(zhí)行元件輸入或輸出的流量或者利用密封空間的容積變化來實(shí)現(xiàn)。相應(yīng)的調(diào)整方式有節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速以及二者的結(jié)合——容積節(jié)流調(diào)速。 節(jié)流調(diào)速一般采用定量泵供油，用流量控制閥改變輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量來調(diào)節(jié)速度。此種調(diào)速方式結(jié)構(gòu)簡單，由于這種系統(tǒng)必須用閃流閥，故效率低，發(fā)熱量大，多用于功率不大的場(chǎng)合。 容積調(diào)速是靠改變液壓泵或液壓馬達(dá)的排量來達(dá)到調(diào)速的目的。其優(yōu)點(diǎn)是沒有溢流損失和節(jié)流損失，效率較高。但為了散熱和補(bǔ)充泄漏，需要有輔助泵。此種調(diào)速方式適用于功率大、運(yùn)動(dòng)速度高的液壓系統(tǒng)。 容積節(jié)流調(diào)速一般是用變量泵供油，用流量控制閥調(diào)節(jié)輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量，并使其供油量與需油量相適應(yīng)。此種調(diào)速回路效率也較高，速度穩(wěn)定性較好，但其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。 節(jié)流調(diào)速又分別有進(jìn)油節(jié)流、回油節(jié)流和旁路節(jié)流三種形式。進(jìn)油節(jié)流起動(dòng)沖擊較小，回油節(jié)流常用于有負(fù)載荷的場(chǎng)合，旁路節(jié)流多用于高速。 ??? 調(diào)速回路一經(jīng)確定，回路的循環(huán)形式也就隨之確定了。 ??? 節(jié)流調(diào)速一般采用開式循環(huán)形式。在開式系統(tǒng)中，液壓泵從油箱吸油，壓力油流經(jīng)系統(tǒng)釋放能量后，再排回油箱。開式回路結(jié)構(gòu)簡單，散熱性好，但油箱體積大，容易混入空氣。 ??? 容積調(diào)速大多采用閉式循環(huán)形式。閉式系統(tǒng)中，液壓泵的吸油口直接與執(zhí)行元件的排油口相通，形成一個(gè)封閉的循環(huán)回路。其結(jié)構(gòu)緊湊，但散熱條件差[5]。 3.2 制定壓力控制方案 液壓執(zhí)行元件工作時(shí)，要求系統(tǒng)保持一定的工作壓力或在一定壓力范圍內(nèi)工作，也有的需要多級(jí)或無級(jí)調(diào)節(jié)壓力，一般在節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，通常由定量泵供油，用溢流閥調(diào)節(jié)所需壓力，并保持恒定。在容積調(diào)速系統(tǒng)中，用變量泵供油，用安全閥起安全保護(hù)作用。 ??? 在有些液壓系統(tǒng)中，有時(shí)需要流量不大的高壓油，這時(shí)可考慮用增壓回路得到高壓，而不用單設(shè)高壓泵。液壓執(zhí)行元件在工作循環(huán)中，某段時(shí)間不需要供油，而又不便停泵的情況下，需考慮選擇卸荷回路。 ??? 在系統(tǒng)的某個(gè)局部，工作壓力需低于主油源壓力時(shí)，要考慮采用減壓回路來獲得所需的工作壓力。 3.3 制定順序動(dòng)作方案 主機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的順序動(dòng)作，根據(jù)設(shè)備類型不同，有的按固定程序運(yùn)行，有的則是隨機(jī)的或人為的。工程機(jī)械的操縱機(jī)構(gòu)多為手動(dòng)，一般用手動(dòng)的多路換向閥控制。加工機(jī)械的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的順序動(dòng)作多采用行程控制，當(dāng)工作部件移動(dòng)到一定位置時(shí)，通過電氣行程開關(guān)發(fā)出電信號(hào)給電磁鐵推動(dòng)電磁閥或直接壓下行程閥來控制接續(xù)的動(dòng)作。行程開關(guān)安裝比較方便，而用行程閥需連接相應(yīng)的油路，因此只適用于管路聯(lián)接比較方便的場(chǎng)合。 ???? 另外還有時(shí)間控制、壓力控制等。例如液壓泵無載啟動(dòng)，經(jīng)過一段時(shí)間，當(dāng)泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，延時(shí)繼電器發(fā)出電信號(hào)使卸荷閥關(guān)閉，建立起正常的工作壓力。壓力控制多用在帶有液壓夾具的機(jī)床、擠壓機(jī)壓力機(jī)等場(chǎng)合。當(dāng)某一執(zhí)行元件完成預(yù)定動(dòng)作時(shí)，回路中的壓力達(dá)到一定的數(shù)值，通過壓力繼電器發(fā)出電信號(hào)或打開順序閥使壓力油通過，來啟動(dòng)下一個(gè)動(dòng)作。 3.4 選擇液壓動(dòng)力源 液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)完全由液壓源來提供，液壓源的核心是液壓泵。節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)一般用定量泵供油，在無其他輔助油源的情況下，液壓泵的供油量要大于系統(tǒng)的需油量，多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱，溢流閥同時(shí)起到控制并穩(wěn)定油源壓力的作用。容積調(diào)速系統(tǒng)多數(shù)是用變量泵供油，用安全閥限定系統(tǒng)的最高壓力。 為節(jié)省能源提高效率，液壓泵的供油量要盡量與系統(tǒng)所需流量相匹配。對(duì)在工作循環(huán)各階段中系統(tǒng)所需油量相差較大的情況，一般采用多泵供油或變量泵供油。對(duì)長時(shí)間所需流量較小的情況，可增設(shè)蓄能器做輔助油源。 油液的凈化裝置是液壓源中不可缺少的。一般泵的入口要裝有粗過濾器，進(jìn)入系統(tǒng)的油液根據(jù)被保護(hù)元件的要求，通過相應(yīng)的精過濾器再次過濾。為防止系統(tǒng)中雜質(zhì)流回油箱，可在回油路上設(shè)置磁性過濾器或其他型式的過濾器。根據(jù)液壓設(shè)備所處環(huán)境及對(duì)溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施[6]。 3.5 繪制液壓系統(tǒng)圖 根據(jù)上述分析，可以基本擬訂本次所設(shè)計(jì)的數(shù)控機(jī)床液壓控制系統(tǒng)的原理圖及電磁鐵動(dòng)作表： 表3-1 電磁鐵動(dòng)作 Tab.3-1 electro-magnet movement YV1 YV2 YV3 YV4 缸進(jìn)給 + - 缸返回 - + 馬達(dá)正轉(zhuǎn) + - 馬達(dá)反轉(zhuǎn) - + 圖3-1 液壓原理圖 Fig.3-1 hydraulic schematic diagram 整機(jī)的液壓系統(tǒng)圖由擬定好的控制回路及液壓源組合而成。各回路相互組合時(shí)要去掉重復(fù)多余的元件，力求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。注意各元件間的聯(lián)鎖關(guān)系，避免誤動(dòng)作發(fā)生。要盡量減少能量損失環(huán)節(jié)。提高系統(tǒng)的工作效率[7]。 ??? 為便于液壓系統(tǒng)的維護(hù)和監(jiān)測(cè)，在系統(tǒng)中的主要路段要裝設(shè)必要的檢測(cè)元件（如壓力表、溫度計(jì)等）。 ??? 大型設(shè)備的關(guān)鍵部位，要附設(shè)備用件，以便意外事件發(fā)生時(shí)能迅速更換，保證主要連續(xù)工作。 ??? 各液壓元件盡量采用國產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)件，在圖中要按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的液壓元件職能符號(hào)的常態(tài)位置繪制。對(duì)于自行設(shè)計(jì)的非標(biāo)準(zhǔn)元件可用結(jié)構(gòu)原理圖繪制。 ??? 系統(tǒng)圖中應(yīng)注明各液壓執(zhí)行元件的名稱和動(dòng)作，注明各液壓元件的序號(hào)以及各電磁鐵的代號(hào)，并附有電磁鐵、行程閥及其他控制元件的動(dòng)作表。 4 液壓執(zhí)行元件的設(shè)計(jì)計(jì)算與選用 4.1 確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù) 液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)就是壓力和流量，他們是設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)，選擇液壓元件的主要依據(jù)。壓力決定與外載荷。流量取決于液壓執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度和結(jié)構(gòu)尺寸。 4.1.1 鉆床機(jī)床控制液壓系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)參數(shù) 系統(tǒng)工作壓力：2.5-3Mpa 系統(tǒng)流量 16.7L/Min 馬達(dá)工作壓力 1.5Mpa 馬達(dá)轉(zhuǎn)數(shù)范圍 100-2000r/min 液壓油缸工作壓力 1Mpa 4.1.2 初步估算系統(tǒng)工作壓力 此鉆床液壓控制系統(tǒng)，壓力最大時(shí)是在馬達(dá)全速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，此時(shí)，油壓是由泵提供的，其它工況時(shí)，載荷都沒有此時(shí)大，所以系統(tǒng)的工作壓力暫定為此時(shí)的工作壓力1.5Mpa. 而液壓系統(tǒng)的最大工作壓力應(yīng)按下式計(jì)算： PP = Pg +?P （4-1） 式中 PP－系統(tǒng)最大工作壓力 －液壓缸或液壓馬達(dá)最大工作壓力 －從液壓泵到液壓馬達(dá)或液壓缸之間總的管路損失，可按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取：管路簡單，流速不大的取。也可選取高于0.5Mpa的壓力。 由本設(shè)計(jì)系統(tǒng)求得：該系統(tǒng)的最大工作壓力取。 4.1.3 系統(tǒng)工作流量的選擇 由于在工況中已經(jīng)給出系統(tǒng)的最大流量所以在這里就不對(duì)系統(tǒng)的最大流量進(jìn)行計(jì)算。用工況中給出的系統(tǒng)最大流量： 。 4.2 管道尺寸的確定 （4-2） 式中 －系統(tǒng)流量 V－系統(tǒng)流速 表4-1 流速推薦值 Tab.4-1 speed of flow recommendation value 管道 推薦流速（m/s） 液壓泵吸油管路 0.5－1.5 液壓系統(tǒng)壓油管路 3－6 液壓系統(tǒng)回油管路 1.5－2.6 由上式及相關(guān)資料可求得下表： 表4-2 各油管內(nèi)外徑實(shí)取值 Tab.4-2 various drill tubing’s outer diameter solid value 管路名稱 流量 流速 內(nèi)徑 實(shí)取 外徑 吸油管 16.7L/min 1m/s 18.825mm 20mm 28mm 壓油管 16.7L/min 4m/s 9.41mm 10mm 14mm 回油管 16.7L/min 2m/s 13.31mm 14mm 18mm 4.3 各種閥類的選擇 根據(jù)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)要求，選擇一個(gè)有電磁換向閥，疊加式雙單向節(jié)流閥，疊加式壓力計(jì)電器，疊加式減壓閥組成液壓回路。實(shí)現(xiàn)卡盤的卡緊，松開和退回，鉆頭的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)等動(dòng)作。閥的規(guī)格根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和工作年限來通過樣本的選取決定[8]。 4.3.1 換向閥的選取 一般來說，流量在190L/min以上的適宜用二通插裝閥；190L/min以下時(shí)可采用滑閥式換向閥。70L/min以下時(shí)通常用電磁換向閥。 控制閥的流量一般要選得比實(shí)際通過的流量大一些，必要時(shí)也可以有20％以內(nèi)的短時(shí)間過流量。 根據(jù)以上要求，本系統(tǒng)選擇的換向閥為電磁換向閥，具體的型號(hào)和尺寸由相關(guān)廠家的樣本中查得。 其中電磁換向閥的產(chǎn)品型號(hào)為：4WE6E6X/EG24NZ5L/B10。 4.3.2 單向閥的選擇 應(yīng)選擇開啟壓力小的單向閥，開啟壓力較大的單向閥可作為背壓閥使用。所以，本系統(tǒng)選擇疊加式雙單向節(jié)流閥，具體型號(hào)和尺寸可由相關(guān)廠家樣本中查得。其中疊加式雙單向節(jié)流閥的型號(hào)為：Z2FS6-3-L4X/2Q。 4.3.3 減壓閥的選擇 減壓閥根據(jù)不同的需要，可將液壓系統(tǒng)區(qū)分成不同的壓力油路，例如控制機(jī)構(gòu)的控制油路或其他輔助油路，以使不同的執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生不同的工作力；減壓閥也可用作穩(wěn)定油路工作壓力的調(diào)節(jié)裝置，使油路不受壓力源壓力變化及其他閥門工作時(shí)引起壓力波動(dòng)的影響。 根據(jù)以上要求，本系統(tǒng)選擇的減壓閥為疊加式P口減壓閥，具體型號(hào)和尺寸可由相關(guān)廠家樣本中查得。 本系統(tǒng)中的疊加式減壓閥型號(hào)為：ZDR6DP3-30/2.5YM。 4.3.4 壓力繼電器的選擇 壓力繼電器是利用液體壓力信號(hào)來啟動(dòng)或關(guān)閉電器觸點(diǎn)的液壓電器轉(zhuǎn)換元件。它在油液壓力達(dá)到其設(shè)定壓力時(shí)，發(fā)出電信號(hào)，控制電器元件動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)泵的加載和卸荷。其設(shè)定值通常是比系統(tǒng)正常工作壓力高出約0.5Mpa，所以本系統(tǒng)的壓力繼電器預(yù)先調(diào)定壓力為3.5Mpa。 根據(jù)以上要求，本系統(tǒng)選擇的壓力繼電器為疊加式壓力繼電器，具體型號(hào)和尺寸可由相關(guān)廠家樣本中查得[9]。 疊加式壓力繼電器的型號(hào)為：HED40H10/5Z14/2。 表4-3 系統(tǒng)中所用到的元件現(xiàn)總結(jié) Table.4-3 system uses the part presently summarizes 序號(hào) 名稱 數(shù)量 規(guī)格 1 減壓閥 2 ZDR6DP3-30/2.5YM 2 壓力繼電器 1 HED4OH10/5Z14/2 3 雙單向節(jié)流閥 2 Z2FS6-3-L4X/2Q 4 電磁換向閥 2 4WE6E6X/EG24NZ5L/B10 5 WU型網(wǎng)式過濾器 1 WU-40180 6 空氣濾清器 1 QUQ1-200.4 7 液位計(jì) 1 YWZ-80T 4.4 液壓泵的選擇 1) 確定液壓泵的最大工作壓力： （4-3） 式中 －額定壓力 －從液壓泵出口到液壓缸或液壓馬達(dá)入口之間總的管路損失。的準(zhǔn)確計(jì)算要待元件選定并會(huì)出管路圖時(shí)才能進(jìn)行，初算時(shí)可按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選?。汗苈泛唵危魉俨淮蟮?，取 2) 確定液壓泵的流量： （4-4） 式中 K－泄露系數(shù) 一般取1.1-1.3； －系統(tǒng)最大流量 發(fā)生在馬達(dá)全速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí): 3) 選擇泵的規(guī)格 根據(jù)以上求得的和值，按系統(tǒng)中擬定的液壓泵的形式，從產(chǎn)品樣本或手冊(cè)中選擇相應(yīng)的液壓泵。為使液壓泵有一定的壓力儲(chǔ)備，所以選擇的泵的額定壓力一般要比最大工作壓力大。 泵取YBX-16限壓式變量泵，排量調(diào)節(jié)為，額定壓力6.3Mpa，調(diào)節(jié)范圍，轉(zhuǎn)速，驅(qū)動(dòng)功率為2.6Kw 效率。 4.5 液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇 液壓泵在額定壓力和額定流量下工作時(shí)，其驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率一般可直接從產(chǎn)品樣本或技術(shù)手冊(cè)中查得，但其數(shù)值在實(shí)際中往往偏大。因此，也可以根據(jù)具體工況用下述方法計(jì)算出來[10]。 整個(gè)系統(tǒng)中所需功率最大的工況是發(fā)生在馬達(dá)最大轉(zhuǎn)速的情況下。 （4-5） 式中 －泵的最大工作壓力 －泵的流量 －泵的總效率 P= 綜上所述，由廠家樣本中查出本系統(tǒng)所選擇的電機(jī)型號(hào)為Y90L-4B35 額定功率1.5kw 轉(zhuǎn)速1440r/min 4.6 液壓馬達(dá)的選取 由系統(tǒng)所給定的馬達(dá)排量為16.3ml/r，正常工作時(shí)轉(zhuǎn)矩為,工作壓力為1.5Mpa。選用YM-A19B，理論排量 19ml/r額定壓力6.0Mpa，調(diào)速范圍100-2000r/min\，最高轉(zhuǎn)矩 10-80Nm，機(jī)械效率大于[11]。 馬達(dá)的載荷轉(zhuǎn)矩 （4-6） 取馬達(dá)的機(jī)械效率0.95，則理論轉(zhuǎn)矩為 （4-7） 4.7 確定油箱的有效容積 按公式4-8初步確定油箱的有效容積 （4-8） 式中 －泵每分鐘排出的容積； －經(jīng)驗(yàn)系數(shù) ?。? 取V=100L 4.8 液壓缸的載荷力計(jì)算 液壓缸尺寸（由系統(tǒng)給出） D=50mm,d=28mm 行程為35mm （4-9） 式中 d－油缸內(nèi)經(jīng)； P－油缸壓力； 進(jìn)給時(shí) 返回時(shí) （4-10） 表4-3 液壓油缸的載荷力 Tab.4-3 hydraulic ram loading force 名稱 工況 活塞上的載荷力 卡緊油缸 進(jìn)給 1.96KN 返回 1.35KN 5 系統(tǒng)性能驗(yàn)算 本系統(tǒng)比較簡單，執(zhí)行元件較少并且動(dòng)作簡單。管路損失很小，故主要驗(yàn)算各元件的壓力損失對(duì)系統(tǒng)造成的影響[12]。 5.1 沿程壓力損失 主要是壓油管的壓力損失，管長0.5m，內(nèi)徑0.01m，流量16.7L/min 選用L-HL 礦物油型液壓油，正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度V=35.2，油液的密度。 油在管中實(shí)際的流速為 （5-1） （5-2） 油在管路中呈亂流流動(dòng)狀態(tài)，其沿程阻力系數(shù)為： （5-3） （5-4） 5.2 局部壓力損失 局部壓力損失包括通過管路中折管和管接頭等處的管路局部壓力損失，以及通過控制閥的局部壓力損失，其中管路局部壓力損失相對(duì)來說小得多，故主要計(jì)算通過控制閥的局部壓力損失。 參看系統(tǒng)原理圖可知從泵口到執(zhí)行元件要經(jīng)過減壓閥，節(jié)流閥，換向閥各閥的性能如下表5-1所示： 表5-1 各閥額定壓力損失 Tab.5-1 various valves rated pressure loss 名稱 額定流量 額定壓力損失 減壓閥 30L/min 0.21Mpa 節(jié)流閥 80L/min 0.315Mpa 換向閥 80L/min 0.35Mpa 所以通過各閥的局部壓力損失之和為： （5-5） 由以上計(jì)算結(jié)果可求得此系統(tǒng)總的壓力損失為： 泵的出口壓力距泵的額定壓力有一定的壓力裕度，所以泵的選取是合適的[13]。 6 系統(tǒng)發(fā)熱量的計(jì)算 6.1 計(jì)算發(fā)熱功率 液壓系統(tǒng)的功率損失全部轉(zhuǎn)化為熱量。按下式計(jì)算其發(fā)熱功率： （6-1） 式中 －系統(tǒng)發(fā)熱功率 －系統(tǒng)發(fā)出總功率 －系統(tǒng)有用功率 對(duì)于本系統(tǒng)來說，是整個(gè)工作循環(huán)中泵的平均輸入功率。 （6-2） 式中 －系統(tǒng)周期； －泵的輸入功率； －第i臺(tái)泵工作時(shí)間； Z－泵的臺(tái)數(shù)； －泵的總效率； ； 6.2 計(jì)算散熱功率 前面求得有效容積為0.1，按求各邊之積： （6-3） 圖 6-1 油箱示意圖 Fig 6-1 tank Map 選各邊均為0.5m。 式中 －有效散熱面積 （6-4） 式中 散熱功率； －散熱系數(shù)；取=； －溫差??； 油箱散熱功率滿足系統(tǒng)發(fā)熱功率的需要[14]。 7夾具設(shè)計(jì) 7.1概述 零件在工藝規(guī)格制定以后，就要按工藝規(guī)格順序進(jìn)行加工。加工中除了需要機(jī)床，刀具，量具之外，成批生產(chǎn)時(shí)還需要用機(jī)床夾具。它們是機(jī)床和工件之間的連接裝置，是將工件進(jìn)行定位、加緊；將刀具進(jìn)行導(dǎo)向或?qū)Φ?，以保證工件和刀具間的相對(duì)位置關(guān)系的附加裝置，使工件相對(duì)于機(jī)床或刀具獲得正確位置。機(jī)床夾具的好壞直接影響工件加工表面的位置精度，所以機(jī)床夾具設(shè)計(jì)是裝配設(shè)計(jì)中一項(xiàng)重要的工作，是加工過程中最活躍的因素之一。 一．一般夾具的組成 定位元件 起定位作用，保證工件相對(duì)夾具的位置，可以用六點(diǎn)定位原理來分析其所受限制的自由度。 加緊裝置 將工件加緊，以保證在加工時(shí)保持所限制的自由度。 導(dǎo)向元件和對(duì)刀裝置 用來保證刀具相對(duì)于夾具的位置。本設(shè)計(jì)為擴(kuò)鉸孔，需要夾具具有導(dǎo)向作用。 連接元件 是用來保證夾具和機(jī)床工作臺(tái)之間的相對(duì)位置。對(duì)于鉆床夾具，由于孔加工刀具加工時(shí)只是沿軸向進(jìn)給就可完成，用導(dǎo)向元件就可以保證相對(duì)位置，因此在將夾具安裝在工作臺(tái)上時(shí)，用導(dǎo)向元件直接對(duì)刀具進(jìn)行定位，不必再用連接元件定位了，所以一般鉆床夾具沒有連接元件。 二．夾緊機(jī)構(gòu)的功能 保證加工精度； 提高生產(chǎn)率； 擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍； 減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，保證生產(chǎn)安全。 加緊機(jī)構(gòu)應(yīng)滿足的要求 保證加工精度； 夾具的總體方案應(yīng)與年生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)； 安全，方便，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度； 排屑順暢； 機(jī)床夾具應(yīng)有良好的強(qiáng)度，剛度和結(jié)構(gòu)工藝性。 機(jī)構(gòu)的夾緊過程 消除間隙階段：從原動(dòng)操作部分開始動(dòng)作起，到各傳動(dòng)構(gòu)件之間，以及夾緊元件與被夾緊部件之間完全消除間隙，開始接觸為止； 加力與變形階段：夾緊元件被夾緊部位的壓力從零開始逐漸增加，同時(shí)各傳動(dòng)軸構(gòu)件也由于受力而發(fā)生彈性變形，直到夾緊元件對(duì)被夾緊部位的夾緊力達(dá)到預(yù)定值為止。 7.2夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)機(jī)床的加緊機(jī)構(gòu)前，應(yīng)明確該部件的工作條件： 作用于部件上切削力的大小，方向和作用點(diǎn)的坐標(biāo)位置； 部件的支承情況，即有關(guān)導(dǎo)軌以及部件與導(dǎo)軌接觸處的各項(xiàng)幾何尺寸； 部件的重量以及重心的坐標(biāo)位置。 以上工作條件，本設(shè)計(jì)在機(jī)床總體設(shè)計(jì)與布局情況下已求得，現(xiàn)選擇夾緊力作用點(diǎn)，夾緊力作用點(diǎn)選擇的原則為： 盡可能以最小夾緊力取得防止機(jī)床部件滑移，顛覆和回轉(zhuǎn)的最大效果； 夾緊點(diǎn)布置在被夾緊零部件上剛度較大的部位，減少夾緊力引起的變形； 盡量減少夾緊機(jī)構(gòu)在夾緊、松開機(jī)床部件時(shí)的位移，保證定位精度。 本設(shè)計(jì)夾緊點(diǎn)選在六個(gè)圓周孔的外邊緣位置。此處離要加工孔的位置較近，可以用較小的夾緊力達(dá)到預(yù)期的夾緊效果，且此處剛度較大，受夾緊力所產(chǎn)生的變形較小。夾具的結(jié)構(gòu)如下圖： 7.2.1定位方案 工件以Φ40圓柱結(jié)構(gòu)及下端面為定位基準(zhǔn)，采用平面和V型塊組合定位方案，在定位平面及V型塊與Φ40的外圓柱面上定位，其中平面限制Z方向的移動(dòng)自由度，V型塊限制了X和Y方向上的平移和旋轉(zhuǎn)4個(gè)自由度，共限制了5個(gè)自由度。 定位誤差的計(jì)算：由于定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)一致，所以基準(zhǔn)不重合誤差Δb為0。由于V型塊與定位平面存在垂直度誤差，經(jīng)計(jì)算最小偏差為0.03mm,最大為0.19mm。 7.2.2夾緊機(jī)構(gòu) 根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)的要求，需要大批量生產(chǎn)，為了提高生產(chǎn)效率，故采用液動(dòng)夾緊方案。具體原理是采用液壓缸推動(dòng)杠桿的一端，使杠桿的另一端壓在工件的表面，可根據(jù)對(duì)液壓回路的設(shè)計(jì)來調(diào)整壓緊力的大小，其壓緊的主要作用是防止工件在鉆孔過程中，切削力的作用下產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)和震動(dòng)。 圖 7-1壓桿 Fig7-1 preaching gune 其夾緊力的計(jì)算根據(jù)杠桿原理：F1×L1=F2×L2，F(xiàn)2和F3是用力與反作用力的關(guān)系所以F3=F2, 則已知液壓力，就可以求出壓緊力。L1=76mm,L2=80mm?；钊酌嬗行娣e為256。設(shè)液壓缸的入口壓力為390625Pa。則液壓力為100N，壓緊力為95N。 7.2.3導(dǎo)向裝置 采用可換鉆套（JB/T 8045.2-1999）作為導(dǎo)向裝置，孔徑為15mm。鉆套高度H=(1～2.5)×d,這里取H=36mm，排削間隙h=(0.3～0.7)d,這里取h=10mm。6.4夾具與機(jī)床連接元件 在夾具體上的兩側(cè)設(shè)計(jì)座耳，用T形螺栓固定。由于Z525型立式鉆床工作臺(tái)槽寬a=14H11，所以T形螺栓的直徑d取12，夾具體兩側(cè)座耳槽寬取14。 7.2.4夾具體 由于被加工零件的孔有同軸度要求，所以定位平面與V型塊在安裝時(shí)垂直度在一點(diǎn)范圍內(nèi)范圍內(nèi)允差0.02mm。 圖 7-2 夾具裝配體三維效果圖 Fig7-2 the picture of the skin 圖 7-3 V型塊的三維效果圖 Fig7-3 V type of the three skin 8運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 8.1概述 建立正確的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型是半自動(dòng)鉆床運(yùn)動(dòng)學(xué)分析工作的基礎(chǔ)。 虛擬裝配技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)工具,而不需產(chǎn)品或者支持過程的物理實(shí)現(xiàn),通過分析、預(yù)建模、可視化等進(jìn)行或者輔助進(jìn)行裝配,根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的形狀特征和精度特性,真實(shí)地模擬產(chǎn)品三維裝配過程。Pro/E軟件中的機(jī)構(gòu)模塊Mechanism,能夠?qū)υO(shè)計(jì)進(jìn)行模擬、仿真、校驗(yàn),如運(yùn)動(dòng)仿真顯示、運(yùn)動(dòng)干涉檢驗(yàn)、運(yùn)動(dòng)軌跡、位移、速度和加速度計(jì)算等。本文利用Pro/E進(jìn)行了半自動(dòng)鉆床機(jī)構(gòu)的虛擬裝配和運(yùn)動(dòng)仿真,分析了裝配中的干涉情況以及機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程中的位移、速度和加速度情況,為半自動(dòng)鉆床的開發(fā)設(shè)計(jì)提供參考。 一．機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)學(xué)位置正反解 機(jī)構(gòu)的位置分析是求解機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)輸入和動(dòng)平臺(tái)之間的位置關(guān)系，這是機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的最基本的任務(wù)，也是機(jī)構(gòu)速度、加速度、受力分析、誤差分析、工作空間分析、動(dòng)力學(xué)分析和機(jī)構(gòu)綜合等的基礎(chǔ)。已知機(jī)構(gòu)主動(dòng)件的位置，求解機(jī)構(gòu)的動(dòng)平臺(tái)的位置和姿態(tài)位置的分析稱正解;若己知?jiǎng)悠脚_(tái)的位置和姿態(tài)，求解機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)輸入的位置稱為機(jī)構(gòu)位置的反解。同串聯(lián)構(gòu)分析相比，并聯(lián)機(jī)構(gòu)的位置反解容易，正解相當(dāng)困難。關(guān)于正向運(yùn)動(dòng)學(xué)的解法主要分為兩大類:數(shù)值法和解析法。由于并聯(lián)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，位置正解的難度較大，其中一種比較有效的方法是采用數(shù)值方法求解一組非線性方程，從而求的與輸入對(duì)應(yīng)的動(dòng)平臺(tái)的位置和姿態(tài)。數(shù)值法的優(yōu)點(diǎn)是它可以應(yīng)用于任何結(jié)構(gòu)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，計(jì)算方法簡單，但是該方法計(jì)算速度較慢，不能保證獲得全部解，并且最終的結(jié)果與初值的選取有關(guān)。解析法是通過消元法消去機(jī)構(gòu)約束方程中的未知數(shù)，從而獲得輸入輸出方程中僅含一個(gè)未知數(shù)的多項(xiàng)式，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以求解機(jī)構(gòu)中所有可能解并能區(qū)分不同連續(xù)工作空間中的解，但是推導(dǎo)過程相對(duì)復(fù)雜。 二．Pro/E中運(yùn)動(dòng)仿真的實(shí)現(xiàn)方法 在Pro/E中,用戶可以通過對(duì)機(jī)構(gòu)添加運(yùn)動(dòng)副、驅(qū)動(dòng)器使其運(yùn)動(dòng)起來,以實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真。而機(jī)構(gòu)又是由構(gòu)件組合而成的,其中每個(gè)構(gòu)件都是以一定的方式至少與另一個(gè)構(gòu)件相連接,這種連接不僅使2個(gè)構(gòu)件直接接觸,又使2個(gè)構(gòu)件產(chǎn)生一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。要使組件運(yùn)動(dòng),在裝配時(shí)就不能對(duì)其完全約束,而只能部分約束。即根據(jù)各組件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng),通過“連接”設(shè)定限制組件的運(yùn)動(dòng)自由度。“連接”能夠限制主體的自由度,僅保留所需的自由度,以產(chǎn)生機(jī)構(gòu)所需的運(yùn)動(dòng)類型。 虛擬裝配設(shè)計(jì)是在計(jì)算機(jī)上完成所設(shè)計(jì)零部件的裝配模型,將不同的零件組裝成一個(gè)裝配體,并進(jìn)行零件之間的靜、動(dòng)態(tài)干涉檢查,發(fā)現(xiàn)零部件設(shè)計(jì)上的不合理結(jié)構(gòu)部分,以改進(jìn)設(shè)計(jì)。而通過機(jī)構(gòu)仿真,可以在進(jìn)行整體設(shè)計(jì)和零件設(shè)計(jì)后,對(duì)各種零件進(jìn)行裝配后模擬機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng),從而檢查機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)是否達(dá)到設(shè)計(jì)的要求,可以檢查機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)中各種運(yùn)動(dòng)構(gòu)件之間是否發(fā)生干涉。同時(shí),可直接分析各運(yùn)動(dòng)副與構(gòu)件在某一時(shí)刻的位置、運(yùn)動(dòng)量以及各運(yùn)動(dòng)副之問的相互運(yùn)動(dòng)關(guān)系。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,目前主流的CAD/CAM/CAE集成軟件Pro/E、UG等都具備虛擬裝配和運(yùn)動(dòng)仿真兩大功能。半自動(dòng)鉆床由多個(gè)零件組成,零件之間是否滿足裝配要求和運(yùn)動(dòng)要求則可通過CAD/CAM/CAE集成軟件來進(jìn)行檢驗(yàn),從而達(dá)到優(yōu)化零件設(shè)計(jì)的目的 8.2夾具體運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 基于上述運(yùn)動(dòng)學(xué)分析理論，首先建立系統(tǒng)的模型。 在此，主要以PRO/E三維實(shí)體軟件為依托，以傳統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)手段為基礎(chǔ)，分別建立模型有：壓緊杠桿零件圖、工件、夾具體底座（底座上帶有梯形圖塊結(jié)構(gòu)，其目的是與半自動(dòng)化鉆床的集體底座的梯形槽相配合實(shí)現(xiàn)夾具體的槽配合并且移動(dòng)實(shí)現(xiàn)刀具與工件相對(duì)位置的對(duì)準(zhǔn)）、油缸外鋼體、油缸內(nèi)剛體、油缸連接耳環(huán)、用于與油缸和壓緊杠桿的銷釘鏈接副、V形塊、定位板、連接螺栓。 圖8-2夾具及工件 Fig8-2the gon of the skaded 建立系統(tǒng)模型后，進(jìn)入設(shè)備的模擬裝配環(huán)境，在該環(huán)境下，將油缸的內(nèi)外缸體采取圓柱鏈接方式進(jìn)行連接，油缸外缸體和銷孔材組銷釘鏈接，壓緊杠桿和銷孔以及油缸內(nèi)缸體分別采取銷釘鏈接方式，將v形塊玉工件設(shè)置為平面鏈接，將工件與定位板設(shè)定為平面鏈接，同時(shí)通過螺栓連接定位板和底座，此時(shí)，夾具體裝配完畢。 夾具體裝配完畢，進(jìn)入系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析與結(jié)構(gòu)仿真分析環(huán)節(jié)：在裝配完畢的設(shè)備中分別添加動(dòng)力裝置于油缸內(nèi)外缸體、設(shè)置質(zhì)量屬性（通過零件的幾何尺寸計(jì)算機(jī)計(jì)算出其體積，通過定義不同零部件的密度或等效密度來計(jì)算整機(jī)質(zhì)量）、重力加速度屬性為10N/kg，將油缸的伸縮設(shè)置為彈簧、阻尼、質(zhì)量塊組成的系統(tǒng)，彈簧剛度、阻尼系數(shù)通過經(jīng)驗(yàn)確定同時(shí)查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)校正。 確定關(guān)鍵零部件的運(yùn)動(dòng)學(xué)性能，關(guān)鍵要素有夾具體夾緊桿與油缸連接處運(yùn)動(dòng)的位置、速度、加速度等。 顯示運(yùn)動(dòng)仿真分析的結(jié)果：顯示方式有動(dòng)畫顯示、數(shù)據(jù)表格顯示、圖像曲線顯示，其中夾具體夾緊桿與油缸連接處運(yùn)動(dòng)位置曲線如圖8-3所示 圖8-3夾具體夾緊桿與油缸連接處運(yùn)動(dòng)位置曲線 Fig8-3 the picture of the line of the disability 油缸連接處運(yùn)動(dòng)加速度變化曲線如圖8-4所示 圖8-4加速度曲線 Fig8-4the line of the asaed 油缸連接處運(yùn)動(dòng)速度變化曲線如圖8-5所示 圖8-5速度曲線 Fig8-5 victure line 8.3半自動(dòng)化鉆床整機(jī)工作運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 在半自動(dòng)化鉆床整機(jī)工作運(yùn)動(dòng)學(xué)分析中，分別建立模型有：半自動(dòng)鉆床底座、夾具體底座、夾具體夾緊油缸、夾具壓桿、定位座底盤、工件、定位V形塊、螺栓、升降柱基座、升降柱密封圈、升降柱、升降柱定位手柄、搖臂、升降電機(jī)減速器、升降驅(qū)動(dòng)電機(jī)、絲杠、滑槽、搖臂加強(qiáng)筋、刀具驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速器2、刀具進(jìn)給手輪、電控手柄、刀具卡盤、麻花鉆、橫向控制手柄、液壓系統(tǒng)箱等。 建立系統(tǒng)模型后，進(jìn)入設(shè)備的模擬裝配環(huán)境，在該環(huán)境下，將夾具體子裝配、半自動(dòng)化鉆床底座、升降柱機(jī)器相關(guān)配合零部件、電動(dòng)機(jī)、首輪、刀具等裝配于一體按照一定的規(guī)則，并且檢查干涉理論，其裝配后模型以下圖形描述。 初始裝配位置圖如8-6所示 圖8-6初始裝配位置圖 Fig8-6 star line of the maded 夾具體在滑槽內(nèi)移動(dòng)后裝配位置圖如8-7所示 圖8-7移動(dòng)后裝配位置 Fig8-7the picture of the added type 圖8-8移動(dòng)后裝配位置 Fig8-8 after linged of the type 搖臂在升降柱上移動(dòng)后位置關(guān)系如圖x8-9所示： 8-9搖臂在升降柱上移動(dòng)后位置關(guān)系 Fig8-9the picture of the linde lind emed Z軸方向正向旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)圖如圖8-10所示 圖8-10Z軸方向正向旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié) Fig8-10Z diturely of chargement Z軸方向負(fù)向旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)圖如圖8-11所示 圖8-11Z軸方向正向旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié) Fig8-11Zdictum of the picture of niuded 半自動(dòng)化鉆床刀具每個(gè)工作過程的推桿位置關(guān)系曲線如圖8-12所示 圖8-12推桿位置曲線 Fig8-12 nads lasd fdended 通過分析曲線走勢(shì)，首先上升，然后隨著時(shí)間的推移上升到最高峰之后開始下降趨勢(shì)，當(dāng)時(shí)間處于20s的時(shí)候曲線處于回歸零的狀態(tài)，分別表示凸輪傳動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng)的升程、回程、休止過程，從理論說明到實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)分析確定該系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的模型建立、裝配關(guān)系以及動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)的添加趨于合理，屬于可信系統(tǒng) 通過系統(tǒng)模型可行性的驗(yàn)證，下面分別提取進(jìn)給機(jī)構(gòu)連接點(diǎn)加速度變化曲線、刀具進(jìn)給介個(gè)切削力變化曲線。 進(jìn)給機(jī)構(gòu)連接點(diǎn)加速度曲線如圖8-13所示 圖8-13進(jìn)給機(jī)構(gòu)連接點(diǎn)加速度曲線 Fig8-13the jankded of the nubded 刀具進(jìn)給介個(gè)切削力變化曲線如圖8-14所示 8-14刀具進(jìn)給介個(gè)切削力變化曲線 Fig8-14the unseded of the picture 9 結(jié)論 本液壓站是搖臂鉆床的控制系統(tǒng) 它通過對(duì)液壓油的壓力及流量控制來完成對(duì)鉆床夾盤的加緊與松開，力的大小，鉆頭的轉(zhuǎn)動(dòng)與停止，轉(zhuǎn)速的大小等相關(guān)控制。 1) 系統(tǒng)采用了液壓缸來完成對(duì)夾盤的夾緊松開的動(dòng)作，保證了慢進(jìn)快退的性能要求，并使得系統(tǒng)占地空間小。 2) 系統(tǒng)采用了電磁換向閥來實(shí)現(xiàn)換向動(dòng)作，結(jié)構(gòu)緊湊，操縱方便，換向精度和換向平穩(wěn)性都較高。 3) 系統(tǒng)設(shè)置了壓力繼電器，是系統(tǒng)工作時(shí)有著一定的保護(hù)和自動(dòng)調(diào)節(jié)作用，有理由系統(tǒng)長時(shí)間的工作。 4) 系統(tǒng)采用了進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路，功率損失小，這對(duì)調(diào)速范圍不需很大，負(fù)載較小且基本恒定的鉆床來說是很合適的。此外，進(jìn)口節(jié)流調(diào)速的形式在液壓缸回路中不易造成較大的背壓，工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，使質(zhì)量較小的鉆床工作是的加速制動(dòng)，也有助于防止空氣的滲入。 本系統(tǒng)的壓力及流量都比較小，所以對(duì)系統(tǒng)的控制較靈敏，不容易出現(xiàn)大的泄露。并且它的散熱是通過油箱來完成不但節(jié)省空間而且節(jié)省資金。它相對(duì)與以前的液壓控制系統(tǒng)來說更具有空間小，能耗低，無污染，無噪音。與電器相配合使得操縱、控制簡，方便，省力。是搖臂鉆床理想的控制元件。 5）該設(shè)計(jì)的哦運(yùn)動(dòng)仿真和結(jié)構(gòu)分析時(shí)，以proe軟件為依托，分別從模型建立——裝配組合體——對(duì)組合體施加動(dòng)力——對(duì)完整的機(jī)構(gòu)組件仿真分析、運(yùn)動(dòng)分析，分別從檢測(cè)干涉、彈簧、質(zhì)量、阻尼系數(shù)的參數(shù)化角度加以論證，充分說明該設(shè)計(jì)的可行性和先進(jìn)性與新穎性 參考文獻(xiàn) [1] 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