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 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(xiàn) 加速度曲線(xiàn) 速度曲線(xiàn) 半自動(dòng)化鉆床刀具每個(gè)工作過(guò)程的推桿位置曲線(xiàn) 進(jìn)給機(jī)構(gòu)連接點(diǎn)加速度曲線(xiàn) 刀具進(jìn)給介個(gè)切削力變化曲線(xiàn) 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(lèi)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(lái)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(guò)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(lái)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(lái)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(lái)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(guò)程 Fig.1-1 hydraulic transmission energy transfer process 從原理上來(lái)說(shuō)，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(shuō)，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(guò)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(jiàn)到的液壓千斤頂就是利用了這個(gè)原理來(lái)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(lái)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(lái)，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(lái)說(shuō)，是一門(mén)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(kāi)始應(yīng)用于國(guó)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(guó)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(chē)、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(lái)液壓技術(shù)已廣泛應(yīng)用于智能機(jī)器人、海洋開(kāi)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(huà)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(guó)經(jīng)濟(jì)落后，液壓工業(yè)完全是空白。解放后，我國(guó)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(kāi)始生產(chǎn)各種通用液壓元件。當(dāng)前，我國(guó)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(guò)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(guó)外先進(jìn)水平相比，還存在一定差距，我國(guó)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(jiàn)，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(mén)中的用應(yīng)，也將會(huì)越來(lái)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(lái)工作，所以一般也稱(chēng)為容積液壓泵。齒輪泵是最常見(jiàn)的一種液壓泵，它通過(guò)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(wèn)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(guò)濾器、蓄能器和密封裝置。通過(guò)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(guò)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(cāng)儲(chǔ)機(jī)械，在現(xiàn)代化的倉(cāng)庫(kù)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(wàn)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(lái)說(shuō)，是特別重要的。例如我國(guó)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(wàn)噸輪船操舵機(jī)和萬(wàn)噸水壓機(jī)等。 4) 容易實(shí)現(xiàn)無(wú)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(wú)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(guò)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(guò)載，避免發(fā)生事故。 6) 液壓元件能夠自動(dòng)潤(rùn)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(rùn)滑，因此元件的使用壽命較長(zhǎng)。 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(chē)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(jiǎn)化機(jī)構(gòu) 采用液壓傳動(dòng)可大大地簡(jiǎn)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(xiàn)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(zhuān)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(lèi)元件獲得長(zhǎng)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(lái)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(jiǎn)單、工作可靠、成本低、效率高、操作簡(jiǎn)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(pán)，鉆頭等都是由液壓來(lái)控制的。而他們的基本工作原理都是：通過(guò)液壓系統(tǒng)回路，來(lái)實(shí)現(xiàn)控制卡盤(pán)的卡緊，松開(kāi)及對(duì)不同的零件類(lèi)型來(lái)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(kāi) 其中快進(jìn)和卡緊并不是通過(guò)高低壓的換向來(lái)控制，而是通過(guò)負(fù)載的增加來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而保壓過(guò)程是通過(guò)換向閥來(lái)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(pán)卡緊，松開(kāi)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(pán)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(pán)接觸工件時(shí)，系統(tǒng)壓力忽然升高，為防止因壓力過(guò)大而造成加上工件的事故發(fā)生，該系統(tǒng)在工作過(guò)程中因?yàn)楹銐骸? 4) 鉆頭工作時(shí)應(yīng)沒(méi)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(wèn)題。 方向控制用換向閥或邏輯控制單元來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于一般中小流量的液壓系統(tǒng)，大多通過(guò)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(lái)實(shí)現(xiàn)。 ??? 速度控制通過(guò)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(lái)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(lái)調(diào)節(jié)速度。此種調(diào)速方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(lái)達(dá)到調(diào)速的目的。其優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)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(kāi)式循環(huán)形式。在開(kāi)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(kāi)式回路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(wú)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(lái)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(lèi)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(guò)電氣行程開(kāi)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(lái)控制接續(xù)的動(dòng)作。行程開(kāi)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(wú)載啟動(dòng)，經(jīng)過(guò)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(guò)壓力繼電器發(fā)出電信號(hào)或打開(kāi)順序閥使壓力油通過(guò)，來(lái)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(lái)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(wú)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(zhǎng)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(guò)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(guò)相應(yīng)的精過(guò)濾器再次過(guò)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(guò)濾器或其他型式的過(guò)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(jiǎn)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(guó)產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)件，在圖中要按國(guó)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(chēng)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(méi)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?。汗苈泛?jiǎn)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(chēng) 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(lèi)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(pán)的卡緊，松開(kāi)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(lái)通過(guò)樣本的選取決定[8]。 4.3.1 換向閥的選取 一般來(lái)說(shuō)，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(guò)的流量大一些，必要時(shí)也可以有20％以?xún)?nèi)的短時(shí)間過(guò)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(kāi)啟壓力小的單向閥，開(kāi)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(mén)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(lái)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(chēng) 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(guò)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)選取：管路簡(jiǎn)單，流速不大的，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(lái)[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(chēng) 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(jiǎn)單，執(zhí)行元件較少并且動(dòng)作簡(jiǎn)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(zhǎng)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(guò)管路中折管和管接頭等處的管路局部壓力損失，以及通過(guò)控制閥的局部壓力損失，其中管路局部壓力損失相對(duì)來(lái)說(shuō)小得多，故主要計(jì)算通過(guò)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(guò)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(chēng) 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(guò)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(lái)說(shuō)，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(mǎn)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(guò)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(lái)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(lái)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(lái)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(méi)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(mǎn)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(guò)程 消除間隙階段：從原動(dòng)操作部分開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(lái)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(guò)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(guò)程的物理實(shí)現(xiàn),通過(guò)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(guò)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(guò)程中的位移、速度和加速度情況,為半自動(dòng)鉆床的開(kāi)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(chēng)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(chēng)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(lèi):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(xiàn)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(jiǎn)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(guò)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(guò)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(hù)可以通過(guò)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(lái),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(guò)“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(lèi)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(guò)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(wèn)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(mǎn)足裝配要求和運(yùn)動(dòng)要求則可通過(guò)CAD/CAM/CAE集成軟件來(lái)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(xiāo)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(xiāo)孔材組銷(xiāo)釘鏈接，壓緊杠桿和銷(xiāo)孔以及油缸內(nèi)缸體分別采取銷(xiāo)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(guò)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(guò)零件的幾何尺寸計(jì)算機(jī)計(jì)算出其體積，通過(guò)定義不同零部件的密度或等效密度來(lái)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(guò)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(huà)顯示、數(shù)據(jù)表格顯示、圖像曲線(xiàn)顯示，其中夾具體夾緊桿與油缸連接處運(yùn)動(dòng)位置曲線(xiàn)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(xiàn) 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(xiàn)如圖8-4所示 圖8-4加速度曲線(xiàn) Fig8-4the line of the asaed 油缸連接處運(yùn)動(dòng)速度變化曲線(xiàn)如圖8-5所示 圖8-5速度曲線(xiàn) 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(pán)、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(pán)、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(guò)程的推桿位置關(guān)系曲線(xiàn)如圖8-12所示 圖8-12推桿位置曲線(xiàn) Fig8-12 nads lasd fdended 通過(guò)分析曲線(xiàn)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(kāi)始下降趨勢(shì)，當(dāng)時(shí)間處于20s的時(shí)候曲線(xiàn)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(guò)程，從理論說(shuō)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(guò)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(xiàn)、刀具進(jìn)給介個(gè)切削力變化曲線(xiàn)。 進(jìn)給機(jī)構(gòu)連接點(diǎn)加速度曲線(xiàn)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(xiàn) Fig8-13the jankded of the nubded 刀具進(jìn)給介個(gè)切削力變化曲線(xiàn)如圖8-14所示 8-14刀具進(jìn)給介個(gè)切削力變化曲線(xiàn) 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(guò)對(duì)液壓油的壓力及流量控制來(lái)完成對(duì)鉆床夾盤(pán)的加緊與松開(kāi)，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(lái)完成對(duì)夾盤(pán)的夾緊松開(kāi)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(lái)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(zhǎng)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(lái)說(shuō)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(guò)油箱來(lái)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(lái)說(shuō)更具有空間小，能耗低，無(wú)污染，無(wú)噪音。與電器相配合使得操縱、控制簡(jiǎn)，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(shuō)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] 陳嘉上.2006版實(shí)用液壓氣動(dòng)技術(shù)手冊(cè)[M].北京:中國(guó)知識(shí)出版社 2006. 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