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安 陽工學(xué)院學(xué)報(bào) Journal of Anyang Institute of Technology 2009 年 數(shù)控深孔鏜床三位換檔油缸的換檔設(shè)計(jì)分析 栗瑞紅 1，2 徐莉萍 1 （1.河南科技大學(xué) ，河南 洛陽 471003； 2.安陽鑫盛機(jī)床股份有限公司 ,河南 安陽 455000） 摘 要 : 數(shù)控深孔鏜床需要液壓控制授油器對(duì)工件的自動(dòng)壓緊及實(shí)現(xiàn)主軸箱的自動(dòng)換檔 。 對(duì)于這種主軸箱 ，僅用二位油 缸不能滿足要求 ，為此我們?cè)O(shè)計(jì)了三位油缸 。 通過對(duì)這種三位油缸巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ，使其通過液壓系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)主軸齒輪 三個(gè)位置的控制 。 關(guān)鍵詞 ： 數(shù)控車床 ；三位油缸 ；自動(dòng)換檔 中圖分類號(hào) ：TG537 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 ：A 文章編號(hào) ：1673-2928（2009）02-0032-03 隨著市場(chǎng)發(fā)展的不斷變化 ，對(duì)機(jī)械加工自動(dòng)化 程度的要求越來越高 ，高速化 、自動(dòng)化 、多功能 、低 成本數(shù)控機(jī)床也已成為目前機(jī)床類的主導(dǎo)產(chǎn)品 。 機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的自動(dòng)變速是提高機(jī)械加工自動(dòng) 化程度的重要手段 。 我們?cè)O(shè)計(jì)變頻調(diào)速機(jī)床時(shí) ，為 擴(kuò)大機(jī)床的調(diào)速范圍 ，提高機(jī)床的切削扭矩 ，解決 機(jī)械加工的自動(dòng)化 ，設(shè)計(jì)并成功使用了三位油缸 ， 同時(shí)利用液壓系統(tǒng) ，實(shí)現(xiàn)主軸箱的自動(dòng)換檔 。 1 設(shè)計(jì)任務(wù)的來源及要求 1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)的來源 在設(shè)計(jì)數(shù)控鏜床的主軸箱時(shí) ，為了提高主軸的 輸出扭矩 ，需要主軸箱的轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)較大 ，同時(shí)為了 使主軸箱的結(jié)構(gòu)簡單 ，占用空間小 ，主軸箱使用了 一對(duì)三聯(lián)滑移齒輪 。 在主軸箱內(nèi)高速軸上裝有三 位換檔離合器 ，中位時(shí)主軸不轉(zhuǎn) 。 所以需要使用一 個(gè)三位油缸通過液壓系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)主軸箱兩檔自動(dòng) 換檔 。 1.2 設(shè)計(jì)要求 1） 授油器油缸運(yùn)行速度 0.8m/min， 頂緊力 40KN。 2） 三位油缸的推拉力在 300N 至 2000N 之間 可調(diào) 。 3） 三位油缸的移動(dòng)速度在 2 米 /分至 3 米 /分 之間可調(diào) 。 2 三位油缸設(shè)計(jì)分析 2.1 三位油缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 如圖 1 為油缸的剖面結(jié)構(gòu)示意圖 。 它的組成 由缸蓋 1、活塞 2、后缸體 3、油缸蓋 4、缸體 5、活塞 桿 6、墊圈 7、油缸座 8、法蘭 9 等組成 。 A、B 為進(jìn)油 孔 ，C 為排氣孔 。 當(dāng) A、B 孔同時(shí)進(jìn)油時(shí) ，由于 A1 腔的受力面積 大于 A3 腔的受力面積 ，靠壓力差使活塞 2 和活塞 桿 6 一起向右移動(dòng) ， 當(dāng)活塞 2 移動(dòng)到油缸蓋 4 的 左臺(tái)肩面時(shí) ，被該臺(tái)肩擋住 ，不能繼續(xù)移動(dòng) ；而這 時(shí) ，由于 A2 p2A3+f 且 p1=p2 當(dāng)活塞 2 移動(dòng)到油缸蓋 4 的左臺(tái)肩面時(shí) p1d2f 在向右的推力作用下活塞桿 6 運(yùn)行到最右端 位置 。 2）油缸 B 腔進(jìn)油 ，A 腔回油時(shí) ，p1=0，此時(shí) p2d3>f 在向左的推力作用下運(yùn)行到最左端位置 。 歸納起來 ，三位油缸設(shè)計(jì)的必要條件是 ： pd2>f；pd3>f；p(d1+d2)>f+pd3 3）主軸箱變檔 主軸箱換檔油缸的直徑為 40 mm， 油缸行程 40mm，換檔速度為 0.8m/min，頂緊力 2.51KN。 2.3 三位換檔油缸參數(shù)的確定 三位油缸的參數(shù)計(jì)算 ： 已知三位油缸直徑 d= 40mm，油缸最大拉力 f=2000N 當(dāng)油缸向右移動(dòng)時(shí) ，p2=0 根據(jù)力平衡公式 ，pA1+pA2=p2A3+f 其中 f=2000N，A1=12.56c㎡ ,A2=5.5c㎡ , 可計(jì)算 p1=11.1Kg/c㎡ . 當(dāng)油缸向左移動(dòng)時(shí) ，p1=0 根據(jù)力平衡公式 ，p1A1+p1A2+f =p2A3 其中 f=2000N，A3=9.42c㎡ , 可計(jì)算 p1=21.2Kg/c㎡ . 由此可知 ,換檔時(shí)液壓提供 21.2 公斤級(jí)的壓力 油就可以了 。 3 液壓系統(tǒng)原理圖的確定 TKA2140 數(shù)控深孔鏜床動(dòng)作順序 主軸運(yùn)轉(zhuǎn) (冷卻開 ) 授油器油缸頂緊 換檔油缸換檔 開始加工 主軸停 (冷卻開 ) 授油器松開 (循環(huán)往復(fù) ) 根據(jù)此動(dòng)作順序以及三位油缸的特殊結(jié)構(gòu) ，可 確定出液壓原理圖如圖 2。 栗瑞紅 徐莉萍 ：數(shù)控深孔鏜床三位換檔油缸的換檔設(shè)計(jì)分析 圖 2 液壓原理圖 圖 1 三位油缸結(jié)構(gòu)圖 （下轉(zhuǎn) 58 頁 ） 33 安 陽工學(xué)院學(xué)報(bào) Journal of Anyang Institute of Technology 2009 年 4 小結(jié) 本文通過對(duì)三位油缸的巧妙結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的 分析介紹 ， 闡述了三位油缸在深孔鏜床主軸箱自 動(dòng)換檔過程中所起的作用 ， 并通過液壓系統(tǒng)對(duì)深 孔鏜床各項(xiàng)動(dòng)作的自動(dòng)控制 ， 提升了數(shù)控鏜床的 自動(dòng)化程度 。 參考文獻(xiàn) ： [1]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) （第 4 卷 ）[M].北京 ：機(jī)械工業(yè)出版社 ，2004. [2]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) (第二版 下冊(cè) )[M]. 北京 ：石油化學(xué)工業(yè)出 版社 ，1976. [3]匡襄 .液力傳動(dòng) [M]. 北京 ：機(jī)械工業(yè)出版社 ,1982. Analysis on Design of Three-position-cylinder when Changing Gear of Deep Boring CNC Mill LI Rui-hong 1，2 XU Li-ping 1 (1.Henan University of science 2. Anyang Xinsheng Machine Tool CO., LTD. Anyang 455000, China) Abstract: By the hydraulic system, the CNC deep boring mill realizes theauto-press to the workpiece and auto-gear-change of the spindle box. To the spindle box, only two-position-cylinder does not meet demands, so three-position-cylinder is designed. By the skillful design, the hydraulic system controls three positions of the gears. The paper introduces the theory of the three-position-cylinder and the design of it. Key words: CNC lathe; three-position-cylinder; auto-gear-change FCM Ant Colony Clustering Algorithm Based on Pheromones LEI Xiao-zhen LAI Wan-qin （Fujian Communications Technical College, Fuzhou 350007, China) Abstract: In order to overcome some defects of FCM clustering algorithm, a pheromone-based ant colony clustering algorithm FCM is proposed based on the advantages of ant colony optimization algorithm. A new cluster center is obtained through FCM algorithm. Global search and collateral calculation of Ant Colony Optimization avoids local optimization. The simulation result shows the effectiveness of the method. Key words: Pheromones; Ant Colony Optimization; FCM algorithm （上接 33 頁 ） 58