落地式镗铣床主轴箱的液压平衡机构

smellycat
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原文出处：
CN102814697A
Inventor 马瑛胡忠林董田江尹亮方圆袁世豪 
Original Assignee 宁波海天精工股份有限公司
Priority date 2012-08-13
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随着汽车、航空航天、造船、军工、通用机械等行业的飞速发展，落地式镗铣床应用越来越广泛，其加工的工件尺寸越来越大，工作行 程越来越长。目前，落地式镗铣床常用的主轴箱组件平衡系统通常采用重锤平衡的结构，以减小主轴箱组件上下移动时的惯性和冲击，但该结构存在着重量重，结构庞大，惯性大，从导致动态响应差，如果采用油缸平衡系统可以解决重锤平衡的弊端，作到结构紧凑、惯性小、动态响应好，但是落地式镗铣床主轴箱Y向行程一般在3〜5米，这就要求油缸活塞的行程也可以满足，而细长型的油缸不论是制造精度、活塞杆的稳定性，还是安装空间都存在一定的困难。

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本发明所要解决的技术问题是提供一种落地式镗铣床主轴箱的液压平衡机构，结构简单，采用滑轮结构，缩短了油缸的长度，加入了蓄能器组件有效降低了油压的波动。文章源自 solidworks教程网 http://gocae.comsolidworks教程网-http://gocae.com/3677.html

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采用的技术方案介绍：

ー种落地式镗铣床主轴箱的液压平衡机构，包括定滑轮（1)、定滑轮座（5)、动滑轮（2)、油缸（3)和蓄能器组件（4)，其特征在于，两个定滑轮座（5)安装固定在机床立柱的上端，定滑轮座（5)上并排安装有两个定滑轮（1)，油缸（3)竖直安装在机床立柱的内部，油缸（3)的上端连接有动滑轮安装座（8)，动滑轮安装座（8)中上下分别安装有上动滑轮（2)和下动滑轮（10)，两个动滑轮的外侧各绕有2根钢丝绳（7 )，上动滑轮（2 )上的钢丝绳（7 )往上绕过布置在机床主体立柱顶上左边两个定滑轮（I)后通过连接件（6 )与机床主轴箱（11)左侧顶端相连，下动滑轮（10 )上的钢丝绳（7)往上绕过布置在机床立柱顶上右边两个定滑轮（5)后通过连接件（6)与机床主轴箱（11)右侧顶端相连，油缸（3) —侧的机床立柱上安装有蓄能器组件（4)，蓄能器组件（4)通过油管与油缸（3)的上端相连，油缸（3)的下端通过关节轴承座（9)与机床立柱固定连接。文章源自 solidworks教程网 http://gocae.comsolidworks教程网-http://gocae.com/3677.html

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其特点在于：

a. 采用油缸平衡系统以解决重锤平衡的弊端，作到结构紧凑、惯性小、动态响应好；文章源自 solidworks教程网 http://gocae.comsolidworks教程网-http://gocae.com/3677.html

b. 采用滑轮结构使油缸行程减半，油缸推力增大一倍；文章源自 solidworks教程网 http://gocae.comsolidworks教程网-http://gocae.com/3677.html

c.在油缸下端连接处采用了销轴和关节轴承的固定方式，使油缸在任意方向都具有一定角度的偏摆，避免了油缸爬行、密封件损坏、平衡系统抖动等问题；文章源自 solidworks教程网 http://gocae.comsolidworks教程网-http://gocae.com/3677.html

d. 采用油缸与蓄能器组件的封闭回路，使油缸活塞在上下运动过程中，油液进出囊式蓄能器，并能通过控制蓄能器气体的体积和压力的变化，有效控制油液的压力波动范围在5%以下；文章源自 solidworks教程网 http://gocae.comsolidworks教程网-http://gocae.com/3677.html

5. 对油缸和蓄能器组件的油压、气压的压力设有压力继电器监控单元，当油压低于要求的使用范围，系统会自动启动液压站供油泵，补充油液以提高压力，当油压高于使用范围，系统会报警提示进行泄压。文章源自 solidworks教程网 http://gocae.comsolidworks教程网-http://gocae.com/3677.html

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油缸下端连接

关节轴承座（9)包括通轴（96)、关节轴承（91)和底座（95)，底座（95)安装固定在机床主体的下端，底座（95)的上侧中间开有缺ロ，缺口中安装有油缸连接块（90 )，通轴（96 )从底座（95 )的侧面穿过底座（95 )和油缸连接块（90 )，通轴（96)的中间外侧安装有关节轴承（91)，关节轴承（91)通过其外侧的关节轴承外环（94 )与油缸连接块（90 )相连接，关节轴承外环（94 )左侧与油缸连接块（90 )之间安装固定有端盖（92)，关节轴承（91)左侧的通轴（96)的外侧安装有轴套（93)。

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蓄能器组件

蓄能器组件（4)包括储气瓶（41)、蓄能器（44)和安装架（42)，蓄能器（44)竖直安装在安装架（42)内部中间位置，蓄能器（44)的两侧均匀并排地安装有若干个储气瓶（41)，蓄能器（44)和储气瓶（41)的上端都通过气管相互联通，安装架(42)的外壁上安装有气压传感器（43)和油压传感器（49)，气压传感器（43)通过管线与连接蓄能器（44)和储气瓶（41)的气管相连接，油压传感器（49)通过管线与连接蓄能器（44)和油缸（3)的油管相连接，蓄能器（44)的下端连接有出油ロ（48)，出油ロ（48)通过油管与油缸（3)的上端相连，其中一个储气瓶（41)的下端连接有氮气充气ロ（45)。

蓄能器组件（4)的下端布置有安全截止阀组（46)，安全截止阀组（46)与蓄能器(44)下端的进油ロ相连，安全截止阀组（46)的下端布置有高压定量液压泵（47)。

储气瓶（41)的容积大小和数量与主轴箱工作全行程所需要的油液容积和平衡力相配。

油缸（3)的长度与主轴箱的工作行程相配。

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相关计算公式

采用油缸与蓄能器组的封闭回路，使油缸活塞在上下运动过程中，油液进出蓄能器，并能通过控制蓄能器气体的体积和压力的变化，有效控制油液的压力波动范围在5%以下，蓄能器及储气瓶的容积和数量的计算公式如下：

[0011] 油缸行程在中间位置时平均压力P0=F/A，F为平衡力，A为油缸的有效面积；

[0012] 最大油压Pmax=PO* (l+e/2)，e为平衡力的波动，e ( 5% ；

[0013]最大平衡力 Fmax=Pmax*A ；

[0014]最小油压 Pmin=PO* (l-e/2)；

[0015]最小平衡力 Fmin=Pmin*A ；

[0016] 油缸的行程L为主轴箱工作行程的一半；

[0017] 蓄能器及储气瓶的有效容积Q=A*L;

[0018] 全行程蓄能器气体的变化量Z V=Q*K;

[0019] 蓄能器所需总容积V=」V/e。

[0020] 有益效果

实施案例1

[0034] 主轴箱组件的重量11ton;主轴箱快移速度12m/min;主轴箱行程3000mm;平衡力的波动e=3%。平衡力F=2*ll=22 (ton),油缸有效面积A=106 (cm~2)。

[0035] 油缸行程在中间位置时平均压力是

[0036] P0=F/A=22000/106=207. 5(bar)；

[0037]最大油压 Pmax=PO* (l+e/2) =207. 5* (1+0. 03/2) =210. 6 (bar)；

[0038]最大平衡力 Fmax=Pmax*A=210. 6*106=22. 32T0N ；

[0039]最小油压 Pmin=PO* (l-e/2) =207. 5* (1-0. 03/2) =204. 4bar ；

[0040]最小平衡力 Fmin=Pmin*A=204. 4*106=21. 67T0N ；

[0041]油缸的行程=3000/2=1500mm ；

[0042]有效容积 Q=106*150=15900 (cm~3) =15. 9L ；[0043] 全行程蓄能器气体的变化量Z V=Q*K=17. 5L; (K=l. I)；

[0044] 蓄能器所需总容积V=」V/e=583L;(设e=0. 03)；

[0045] 故选用100L蓄能器I件和100L气瓶5件。

[0046] 活塞快移速度12/2=6m/min，通过油液和气体的流量和流速计算，确定油缸进油口通径> 23mm,管道通径> 16mm,故选用通径为25mm的油 管和通径为20mm气体管道。

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  • 本文由 smellycat Published on 2018年11月16日