高曉琳，盧 婧

(黑龍江工業(yè)學(xué)院，黑龍江 雞西 158100)

鏜床液壓操縱及分度定位機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

高曉琳，盧 婧

(黑龍江工業(yè)學(xué)院，黑龍江 雞西 158100)

設(shè)計(jì)目的主要是通過(guò)對(duì)液壓操縱機(jī)構(gòu)的改進(jìn)和對(duì)雙層齒輪分度的設(shè)計(jì)完成對(duì)機(jī)械知識(shí)的綜合運(yùn)用。設(shè)計(jì)主要對(duì)鏜床的液壓操縱機(jī)構(gòu)進(jìn)行改良和優(yōu)化；而對(duì)雙層齒輪分度機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)完全是一種創(chuàng)新。

設(shè)計(jì)；液壓操縱機(jī)構(gòu)；雙層齒輪分度

目前我國(guó)的鏜床液壓操縱變速機(jī)構(gòu)還是以手動(dòng)為主，比如說(shuō)：工作不是很穩(wěn)定，容易漏油等，[1]而且變速機(jī)構(gòu)的液壓系統(tǒng)還有一些缺點(diǎn)。本設(shè)計(jì)就是在現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)上對(duì)鏜床的液壓操縱變速機(jī)構(gòu)進(jìn)行改良,本著減小噪音，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及增加密閉性原則。

對(duì)于高精度雙層齒輪分度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)有著很好應(yīng)用前景的題目，它不僅可以提高原有的單層齒輪分度機(jī)構(gòu)的精度，還可以引入傳統(tǒng)的分度盤(pán)機(jī)構(gòu)與之結(jié)合，使得機(jī)床可以根據(jù)加工零件的要求粗加工，或者精加工，不僅能夠提高加工水平，同時(shí)能夠提高機(jī)械加工效率。

一 液壓操縱機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

1.液壓操縱機(jī)構(gòu)常用形式介紹。

液壓機(jī)構(gòu)通常主要依靠有壓油液為能量介質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械的傳動(dòng)和自動(dòng)控制。

現(xiàn)階段液壓機(jī)構(gòu)主要有以調(diào)速的液壓系統(tǒng)(組合機(jī)床等)，以換向精度為主的液壓系統(tǒng)(磨床系統(tǒng)等)，有以壓力變換為主的液壓系統(tǒng)(液壓機(jī)系統(tǒng)等)，多個(gè)執(zhí)行元件配合工作的液壓系統(tǒng)(機(jī)械手液壓系統(tǒng)等)……而鏜床的液壓操縱機(jī)構(gòu)主要是以換向?yàn)橹饕康模篌w上屬于以換向精度為主的液壓系統(tǒng)。

2．液壓操縱機(jī)構(gòu)工作原理以及優(yōu)缺點(diǎn)。

主要是通過(guò)點(diǎn)位液壓缸活塞多種行程來(lái)滿足撥叉停留位置的不同。由于設(shè)計(jì)中對(duì)位移精度的要求相對(duì)來(lái)說(shuō)較低，所以設(shè)計(jì)系統(tǒng)的位移精度要求可以忽略，即只考慮是否可以到達(dá)指定位置。另外由于在某些鏜床上已經(jīng)有了液壓操縱機(jī)構(gòu)的應(yīng)用，所以本設(shè)計(jì)有部分結(jié)構(gòu)參考了現(xiàn)有的機(jī)構(gòu)。

圖1-1 點(diǎn)位液壓缸工作示意圖

液壓系統(tǒng)工作原理：

首先使③通電，④，⑤，⑥斷電，可以實(shí)現(xiàn)活塞右移，使活塞停留在中間位置，完成一次變速；如果使⑤通電④，③，⑥斷電，則可以讓活塞繼續(xù)右移，最后停留在最右端，完成另一次變速。

此機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)在于可以滿足對(duì)于機(jī)床的要求，使機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。但是由于要求在機(jī)床上安裝獨(dú)立的液壓供油系統(tǒng)，對(duì)于現(xiàn)在機(jī)床布局有了比較大的改動(dòng)?？傮w上可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單傳動(dòng)，簡(jiǎn)化了原來(lái)比較復(fù)雜的純機(jī)械機(jī)構(gòu)，因此還是有很大的工程應(yīng)用價(jià)值。

3.液壓操縱機(jī)構(gòu)優(yōu)化。

設(shè)計(jì)參數(shù)的確定。

設(shè)計(jì)時(shí)的已確定參數(shù)：

鏜床的最大轉(zhuǎn)矩：350KNM ；

主軸轉(zhuǎn)速范圍：12.5r/min—1400r/min；

主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù): 18級(jí)；

推動(dòng)撥叉力(經(jīng)驗(yàn)值)：30N—60N；

撥叉行程：三滑移齒輪：50mm,50mm；雙滑移齒輪：64mm；

根據(jù)上述已知參數(shù)確定以下參數(shù)：

油路壓力：〈2.5 Mpa;

油路介質(zhì)：L-HH 68(潤(rùn)滑劑類(lèi)無(wú)抗氧化劑精致礦物油，黏度等級(jí)68'10-6m2/s )。

在此基礎(chǔ)上，以及結(jié)合各種現(xiàn)有的液壓機(jī)構(gòu)，主要提出了以下二種設(shè)計(jì)方案。

(1)直接采用液壓馬達(dá)來(lái)驅(qū)動(dòng)主軸，進(jìn)行變速。

原理：利用液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)特點(diǎn)，根據(jù)流量的多少來(lái)確定自己的轉(zhuǎn)速，而且可以根據(jù)需要來(lái)進(jìn)行反饋控制和實(shí)時(shí)測(cè)量。主要就是通過(guò)液壓馬達(dá)的輸出軸通過(guò)連軸器和主軸相連接，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。

優(yōu)點(diǎn)：可以實(shí)現(xiàn)少有的無(wú)級(jí)變速；機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于維護(hù)；減小占地面積，簡(jiǎn)化機(jī)床結(jié)構(gòu)。

缺點(diǎn)：要求的加工精度比較高；產(chǎn)品的價(jià)格相對(duì)較高；最主要的是輸出轉(zhuǎn)矩比較小，很難能夠滿足大轉(zhuǎn)矩要求。

此方案液壓原理圖略。

通過(guò)可行性分析得到結(jié)論：轉(zhuǎn)矩比較小，達(dá)不到所需要的轉(zhuǎn)矩要求，而且在T618型鏜床上應(yīng)用很不經(jīng)濟(jì)。

(2)采用雙速電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)，通過(guò)多個(gè)不同液壓缸作為動(dòng)力機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)撥叉的控制。

原理：通過(guò)對(duì)多個(gè)液壓缸的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)撥叉的操作，完成變速。主要就是利用液壓缸油腔進(jìn)出油的順序不同來(lái)控制活塞桿一端撥叉的來(lái)回運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)變速。[2]

優(yōu)點(diǎn)：可以避免純機(jī)械結(jié)構(gòu)的復(fù)雜和各個(gè)機(jī)械單元的沖突；降低噪音，改善工作環(huán)境；有利于實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化。

缺點(diǎn)：液壓系統(tǒng)要求有油路和儲(chǔ)油容器，增加了占地面積；油液的泄漏也是不可避免[3]。

通過(guò)可行性分析得到結(jié)論：可以滿足轉(zhuǎn)矩要求，而且也達(dá)到了機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化的要求，只是液壓缸的個(gè)數(shù)比較多，而且電機(jī)的要求也較高。

圖1-2 操縱機(jī)構(gòu)液壓原理圖

方案2不僅滿足了設(shè)計(jì)的目的而且也對(duì)原有的機(jī)構(gòu)進(jìn)行了很大的調(diào)整，有利于機(jī)構(gòu)的應(yīng)用。最后確定方案2為設(shè)計(jì)方案。

三 分度定位機(jī)構(gòu)優(yōu)化

1.分度定位機(jī)構(gòu)常用形式。

齒輪分度主要是通過(guò)齒輪的精度比較高的特點(diǎn)，使得齒輪轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度，從而到達(dá)要求分度的裝置?，F(xiàn)在最常用的就是單層的齒輪分度機(jī)構(gòu)，大體上分為兩種：一種是分度盤(pán)抬起的分度裝置，另外一種是工作臺(tái)不抬起的裝置。兩者有著共同的特點(diǎn)，分度精度相對(duì)較低，很難到達(dá)分級(jí)分度。此設(shè)計(jì)的目的主要是使得兩部分很好地接合到一起，而且通過(guò)外部的伺服控制來(lái)達(dá)到分級(jí)的分度要求，與此同時(shí)還加入了傳統(tǒng)的定位分度機(jī)構(gòu)進(jìn)行大度數(shù)分度。主要是通過(guò)液壓系統(tǒng)的升降動(dòng)作來(lái)完成對(duì)工作臺(tái)的控制，實(shí)現(xiàn)上下兩層轉(zhuǎn)動(dòng)分度。

2.分度機(jī)構(gòu)工作原理以及優(yōu)缺點(diǎn)。(主要介紹精分度部分)

主要是通過(guò)液壓系統(tǒng)的升降動(dòng)作來(lái)完成對(duì)工作臺(tái)的控制，實(shí)現(xiàn)上下兩層轉(zhuǎn)動(dòng)分度。

機(jī)械部分(精分度)工作原理：

首先是抬起油缸進(jìn)油使得上層工作臺(tái)抬起分度機(jī)構(gòu)抬起工作臺(tái)，而后根據(jù)輸入進(jìn)行轉(zhuǎn)角；當(dāng)轉(zhuǎn)角滿足要求后，放下工作臺(tái)，下層分度機(jī)構(gòu)進(jìn)行反向轉(zhuǎn)角，從而完成分度。

圖1-3 分度機(jī)構(gòu)機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

此機(jī)構(gòu)完全體現(xiàn)了機(jī)械電子單元中的藕合特點(diǎn)，兩部分即可以很好地工作，而且相互之間不會(huì)干擾，分度精度已經(jīng)達(dá)到了分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。但是由于此機(jī)構(gòu)屬于第一次設(shè)計(jì)，在很多方面還不是很完善，因此需要進(jìn)一步的改進(jìn)和完善。

3.分度機(jī)構(gòu)優(yōu)化。

對(duì)于分度機(jī)構(gòu)主要是要求分度時(shí)一定要有足夠的精度，在分度完畢后必須可以鎖死。[4]主要就是通過(guò)各種機(jī)械單元的相互之間的協(xié)調(diào)完成最后的動(dòng)作?，F(xiàn)在常用到的是工作臺(tái)抬起式分度和工作臺(tái)不抬起式分度。兩者主要都是單層齒輪分度機(jī)構(gòu)，精度不是很高。在設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)時(shí)要根據(jù)已給的主軸轉(zhuǎn)速范圍和級(jí)數(shù)確定傳動(dòng)系統(tǒng)布置形式，得到形式，因此確定選用一個(gè)雙作用單桿液壓缸和兩個(gè)點(diǎn)位液壓缸。通過(guò)用雙作用單桿液壓缸來(lái)控制雙滑移齒輪和利用點(diǎn)位液壓缸操縱三滑移齒輪。為了避免液壓缸在工作過(guò)程時(shí)產(chǎn)生液壓沖擊損壞液壓缸，必須在每個(gè)回油路安裝上節(jié)流閥產(chǎn)生背壓，來(lái)克服沖擊現(xiàn)象的產(chǎn)生，達(dá)到系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

液壓原理圖如下所示：

圖1-4 分度機(jī)構(gòu)液壓原理圖

通過(guò)此次的設(shè)計(jì)，讓我對(duì)機(jī)械這門(mén)行業(yè)有了更深刻的了解，對(duì)于一個(gè)設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)要敢于創(chuàng)新，要有好的思路。同時(shí)我在設(shè)計(jì)過(guò)程中翻閱大量資料以及相關(guān)的機(jī)床介紹，并且深入行業(yè)中進(jìn)行大量的調(diào)研工作，進(jìn)行了可行性分析?？偨Y(jié)設(shè)計(jì)方案及設(shè)計(jì)過(guò)程中主要的缺點(diǎn)和難點(diǎn)。

在設(shè)計(jì)中有幾點(diǎn)成果和設(shè)想。

(1)鏜床的液壓操縱機(jī)構(gòu)的改進(jìn)，滿足了機(jī)床對(duì)轉(zhuǎn)速的要求，同時(shí)也降低了成本，因?yàn)樵摍C(jī)構(gòu)采用了單速電機(jī)的形式，引入了液壓缸點(diǎn)位的應(yīng)用，另外進(jìn)一步向機(jī)電一體化程度方向發(fā)展，此設(shè)計(jì)對(duì)于今后對(duì)此機(jī)構(gòu)進(jìn)一步的研究和完善奠定研究基礎(chǔ)。

(2)分度機(jī)構(gòu)是在現(xiàn)在有時(shí)候傳統(tǒng)的單層分度機(jī)構(gòu)滿足不了精度的前提下提出設(shè)計(jì)的方案。主要就是通過(guò)現(xiàn)在

已經(jīng)很成熟的單層結(jié)構(gòu)，使之很好的結(jié)合到一起形成雙層結(jié)構(gòu)，在分度的時(shí)候主要是要求上下的正反旋轉(zhuǎn)來(lái)達(dá)到分度精度要求。

由于此次設(shè)計(jì)題目是兩部分的結(jié)合，相對(duì)有各自的獨(dú)立性，因此在設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有考慮兩部分的銜接問(wèn)題。還有很不完善的地方。希望在以后可以進(jìn)一步進(jìn)行設(shè)計(jì)和改善。

[1]王 飛．MG6450A滾刀刃磨床液壓分度控制系統(tǒng)的改進(jìn)[J].設(shè)備管理與維修，2002：18.

[2]戴 曙．金屬切削機(jī)床[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003(1)：56～60．

[3]左建民．液壓與氣壓傳動(dòng)(第2版)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992，10．

[4]趙湘閩．手動(dòng)變量液壓變速箱[M]．液壓和機(jī)床，1995，2．

ClassNo.:TG502.32DocumentMark：A

(責(zé)任編輯：蔡雪嵐)

DesignoftheManipulatingOrganizationoftheBoringMill’sHydraulicPressureandthePositioningOrganization

Gao Xiaolin，Lu Jing

(Heilongjiang University of Technology, Jixi，Heilongjiang 158100,China)

The purpose of designing is mainly to improve the organization of the hydraulic pressure and the degree of cent of a layer wheel gear as well as the application of the machine knowledge. The design is one of the innovations to manipulate the organization and the excellent turn of boring mill of hydraulic pressure.

Design; Hydraulic control organization; double-decked gear cent

高曉琳，在讀碩士，哈爾濱理工大學(xué)；講師，黑龍江工業(yè)學(xué)院。研究方向：機(jī)械專(zhuān)業(yè)教學(xué)工作。

盧婧，在讀碩士，哈爾濱理工大學(xué)；黑龍江工業(yè)學(xué)院。研究方向：學(xué)生管理工作及機(jī)械專(zhuān)業(yè)教學(xué)工作。

1672-6758(2013)09-0057-3

TG502.32

A