湖州师范学院
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毕业设计（论文）附属过程管理材料
（2014 届）
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毕业论文文献综述
毕业 论 文 题 目 内孔键槽拉床与工装设计
内孔键槽拉床与工装设计
信息与工程学院
机械设计制造及其自动化
金伟洁
10283523
贾玉景
文献综述题目 学 院 专 业 姓 名 学 号 指导教师
内孔键槽拉床与工装设计
湖州师范学院机械设计制造及其自动化专业 10283523 金伟洁
摘要：本文归纳了内孔键槽拉床与拉床夹具研究中的关键问题。分析了拉床的工作原理和结构特点以及现在的研究现状和未来的发展趋势。并在此基础上，对拉床的进一步研究进行了展望。 关键词：拉床；键槽；拉床夹具；设计；
1.引言
拉床是目前大批量生产广泛使用的一类机床之一，其适用于各种机械部件的盘、套、环等圆孔及其键槽、花键槽、异形内孔等几何形状的精加工。广泛使用于汽车、金属切削机床、农机、纺织、带锯床、园艺机械、减速器、水泵、齿轮、链轮、涡轮等生产制造行业。具有高精度、高效率、加工成本低等特点。因液压内拉床价格昂贵，它的使用受到了一定的制约。许多中小企业热衷于自行设计一些简易机械内拉床或改装普通车床为简易拉床而广泛应用于生产中[1]。
拉削时机床只有拉刀的直线运动，它是加工过程的主运动，进给运动则靠拉刀本身的结构来实现。拉削的加工精度可达IT7~IT8，表面粗糙度值Ra可达0.4~3.2um。拉削的生产率高，但由于一把拉刀只能加工一种尺寸表面，且拉刀较昂贵，所以拉床主要用于大批量生产。
拉床按加工表面分为内拉床、外拉床、侧拉床。按机床布局形式分卧式、立式和连续拉床。拉床的主要参数是额定拉力。卧式内拉床由床身、液压缸、工作支架、后托架等组成，主运动由拉床上的液压驱动装置带动拉刀作直线运动实现[4]。
2．拉床与流体传动的研究现状与发展趋势
2.1 基本结构
拉床按加工表面分为内拉床、外拉床、侧拉床。按机床布局形式分卧式、立式和连续拉床。拉床的主要参数是额定拉力。卧式内拉床由床身、液压缸、工作支架、后托架等组成，主运动由拉床上的液压驱动装置带动拉刀作直线运动实现[4]。通常，拉刀的直线或螺旋运动为主运动，在拉床上没有进给运动，进给量是由阶梯刀齿来实现的。
由于拉削的切削力较大，拉床的主运动多采用液压驱动。拉刀与活塞杆连接，在压力油作用下，活塞做往复运动，活塞向前为主运动，向后为返回运动。拉刀和活塞每往复运动一次，加工完毕一件[5]。
2.2 研究现状
拉床是目前大批量生产广泛使用的一类机床，拉削加工的生产率、加工精度、表面质量都比较高，且加工成本低。内拉床用于加工通孔，拉削时，拉刀作平稳的低速直线往复运动，它的主运动通常由液压驱动，但因其价格昂贵，因此，它的使用受到了一定的限制；也有用机械（普通丝杠、齿轮）驱动的，但因传动效率低及不能实现无级变速，致使它的使用有很大的局限性。 随着科学技术的发展，滚珠丝杠及变频电动机的广泛使用，把滚珠丝杠及变频电动机用于机械内拉床的设计，
它能简化机械内拉床结构，实现拉床无级变速，降低拉床生产成本。是一种高效机械拉床的设计[2]。 自二十世纪六十年代以来随着原子能、航空航天技术、微电子技术的发展，液压技术在更深、更广阔的领域得到了发展，先后出现了板式、叠加式液压阀系列，发展了以比例电磁铁为电气——机械转换器的电液比例控制阀并被广泛用于工业控制中，提高了电液控制系统的抗污染能力和性能价格比。七八十年代以来，液压技术与现代数学、力学和微电子技术、计算机技术、控制科学等紧密结合，出现了微处理机、电子放大器、传感测量元件和液压控制单元相互集成的机电一体化产品（如美国Lee公司研制的微型液压阀等），提高了液压系统的智能化程度和可靠性，并应用计算机技术开展了对液压元件和系统的动、静态性能数字仿真及结构的辅助设计和制造（CAD/CAM）。如前所述，液压传动与控制应用领域不断拓展，几乎囊括了国民经济的各个部门：从机械加工及装配线到材料压延和塑料成型设备；从材料及构件试验机到电液仿真试验平台；从建筑及工程机械到农业及环境保护设备；从电力煤炭等能源机械到石油天然气探采到各类化工设备；从矿山开采机械到钢铁冶金设备；从橡胶、皮革、造纸等轻工机械到家用电器、电子信息产品自动生产线及印刷、办公自动化设备；从航空航天控制到船舶、铁路和公路运输车辆„„液压传动与控制已成为现代机械工程的基本要素和工程控制的关键技术之一[7]。
2.3 发展趋势
1898年，美国的J.N.拉普安特制造了第一台机械传动卧式内拉床；20世纪30年代，在德国制成双油缸立式内拉床，在美国制造出加工气缸体等的大平面侧拉床；50年代初出现了连续拉床。 而流体传动与控制技术的发展也已有几百年的历史，其优势（如:功率重量比大，可控性好，散热性能好等）和劣势（如:泄漏、噪声、使用效率不高等）都比较明显。因此，扩大其优势，克服和改进其缺点则是流体传动与控制技术发展的方向[8]。
(1)控制噪声。一方面是改善有关的控制技术；另一重要方面是提高设计能力。仅以叶片泵为例，20年前日本首先提出了低噪声叶片泵的概念，在叶片泵的结构设计上进行了更大的改良，这是一次设计上的飞跃，才有了现在叶片泵的噪声能控制在60dB以下的基础。系统和元件噪声的进一步控制还需作进一步的深入研究。
(2)减少泄漏。新材料、新工艺直接影响着密封产品的性能和水平；在产品结构上进行改进，从设计开始就考虑到介质泄漏的问题，以便从根本上防治泄漏。
(3)介质清洁。介质的清洁是流体传动及控制系统安全、正常使用的保证，因此，过滤设备及材料性能的优劣是关键。
(4)节能高效。节能、高效的液压气动产品逐渐成为主导。阀岛技术和产品，智能化控制，可直接由PLC驱动的小功率(2W以下)电磁阀节能而又高效的泵、阀、缸等等都需要进一步的研究和开发
[20]。
(5)高度集成化。高度集成化包括:单功能元件的组合向多功能阀发展,集成器件子系统化和智能型一体化。
(6)微小型化。元器件的微、小、轻型化是为了满足航天、航空、潜艇、机器人、轿车、医用器械等部门的特殊应用需要。它将面临结构、材料、工艺、装配、检验等一系列有待研究解决的新课
题，是一种向高密集度的液压集成块或液压“晶体管”的过渡。
流体传动与控制的技术进步，是以时代的科学与技术进步为基础，并以国民经济发展的需要为动力，经过一个长期的发展历程，逐步取得的。机械电子工业是国民经济的支柱产业，而包含其中的流体传动与控制技术则起着关键作用[19] 。它的继续发展已成为历史的必然，但同样面临着巨大的困难和挑战，因此，流体传动与控制领域的从业者仍需加倍努力，为科学与技术的进步贡献更多的力量[3]。
3. 结束语
随着科学技术的不断进步，经济的发展，安全可靠高效的拉床将成为设计者们考虑的重要因素。而采用液压传动提高了设备的稳定性，降低设备故障发生率，提高了生产效率。并且设备结构简单，安装维护方便，使用简单，运行平稳，安全可靠，极大的提高了拉削效率。
本人做这项研究，主要是针对以上问题，从优化拉床的结构，优化人机关系的角度出发设计出一种更加安全可靠高效的拉床，同时也是对自己所学知识实际应用的一次考核。针对以上的问题，通过所学机械设计、工程力学、材料力学、机械原理，机电一体化系统设计等知识做进一步的研究，提出几种优化拉床的设计方案，并通过方案选择，最终设计出一种安全可靠，运行稳定的内孔键槽拉床。
参考文献
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毕业论文外文翻译
毕业设计（论文）题目 内孔键槽拉床与工装设计
液压拉床拉削载荷测试系统的研究
信息与工程学院
机械设计制造及其自动化
金伟洁
10283523
贾玉景
翻译题目 学 院 专 业 姓 名 班 级 学 号 指导教师
液压拉床拉削载荷测试系统的研究
杭州电子科技大学机械工程；徐明，倪静，陈国进
摘要：针对工作震动不能工作，甚至拉床导出不确定性拉削负载的缺点。因此设计了一个拉削负载的测试系统。该测试系统在拉床电子控制系统的基础上，采用一台工业控制计算机、一个高精度的数据采集卡，两个压力传感器，一个位移传感器和宝蓝公司的C++程序来拉削负载。在液压拉床的实际应用中，该系统在测试精度上具有良好的性能。为系统提供了一个有效的拉削负载测试解决方案。
关键词：拉床，拉削载荷，测试系统
1.引言
液压拉床具有精度高，效率高的优点。同时它属于最终成形加工方法，目前，有单液压拉床、双液压缸拉床。无论是使用单缸驱动还是双缸的驱动，拉床在质量最终成形上都起了一个非常重要的作用。另一方面，拉刀的切削过程是不连续的。但是一个单齿拉刀是间歇的。在这种情况下，拉床的负荷特性尤为重要。
但直到现在，很少有对拉削负荷特性的研究。在大多数情况下，控制算法是用来补偿负载的影响。该控制方法不依赖于数学模型，已经被应用。例如，PID是用来控制拉削过程，包括在控制回路的负载特性。因此，它可以忽略数学模型。这种“黑盒子”法是简单、容易的。但是它不适用于所有的拉床[1，2 ]。现行拉床的发展表明拉削负荷容易引起振动，严重影响工件的质量。此外，如果拉床的切削负荷严重不匹配，那么预先的控制方案对切削性能也是作用不大的。因此，研究拉削负是必要的和紧迫的，通过这种方法，可以很大程度的提高拉床的效率。本文提出了一个拉削负荷测试系统，并对硬件和软件都进行了详细的论述。
2.测试系统的原理
拉床的结构。以双缸拉床为例，图1显示切削负荷测试系统。它主要包括底座，套床，工作台，两个缸，主滑板，夹具，工件，刀具和电液伺服驱动器。和PROFIBUS—DP的电液伺服驱动，油箱，液压缸，位移传感器，伺服比例阀和西门子S7-300 PLC。
如下简要的介绍了工作原理：该刀具的夹具固定在滑板上，运动时两个液压缸驱动的固体板带动实现拉削工艺。
为了使测试拉床的正常运行，间接的方法是通过检测拉削力。具体措施如下：
（1）液压驱动力是通过测试两个气缸的压力数据。
（2）拉削速度和加速度与位移微分增益。
（3）拉削力由液压缸的速度和驱动力，加速度计算而得。
1.拉床基地； 2.主固体板； 3.工具夹； 4.拉床床身； 5.工作台； 6.液压缸活塞； 7.电液比例阀； 8.压力传感器；
9.液压缸； 10.位移传感器； 11.单向阀； 12.液压泵； 13.油箱； 14.拉削工具； 15.工件；
图l 双缸拉床负载测试系统
图2显示了切削负荷模型。其中F1是1缸的驱动力，F2为2缸的驱动力。V是拉削速度和加速度。拉削力的表达式如下公式1到4。
图2 负荷模型
忽略泄漏和摩擦负载，下列表达式可以推导，
F1=p11S11-p11 (1) F2=p21S21-p21 (2) F1+F2+M⋅g-FL=M·a (3) 拉削力：
FL=(p11⋅S11-p12⋅S12)+(p21⋅S21-p22⋅S22)+M⋅(g-a) (4) 在公式1 到公式4，P11，P21 分别是压力圆筒1缸两侧的压力，S11，S12 分别是缸1的横截面积；P 12，P22 分别是压力圆筒2缸两侧的压力，S11，S12 分别是缸2的横截面积；总质量固体平板和液压缸；重力加速度g 为G = 9.8kg/m2。
一般的设计目的。所设计的测试系统的关键性能如下：
（1）AD采样精度为24位，采样速度100 kHz以上。
（2）AD模块的通道应大于6。
（3）拉削力误差小于5N。
3.测试系统的实现
硬件结构：根据性能要求，系统采用工业计算机的方案以及数据采集卡。基于S7-300 PLC的拉削控制器，相应的模块只有16位和1毫秒采样率。它不能满足高采样速率和精度的要求。 因此工控机和数据采集卡的方案选择。
主要设备：工业计算机,研华工控机- 6l0h；
数据采集卡：pxl8996同步数据采集卡，24位精度，lkhz～l92khz采样率和8通道；四压力传感器用于检测气缸室的压力，压力范围为0～20Mpa；
位移传感器。由于在这个项目中没有合适的加速度传感器，位移传感器是用来获得加速度。磁致伸缩位移传感器的选择MTS公司的磁致伸缩位移传感器，其位移范围为2500mm。其输出4-20mA电流。
软件结构：在这个系统中。C++ Builder具有强大的功能和简单的编程特点[ 3 ]的优点，作为监控软件的开发环境。图3显示软件过程。
该软件包括三个部分。他们是采样数据曲线，拉削力曲线和数据的显示和保存。采样数据主要包括气缸的位移，速度，气缸的加速度和压力。
虽然有数据采集卡的多个滤波和抗干扰措施，软件滤波还是必要的。否则，采样数据无法使用。特别是加速度是由杆位移双微分得到。本系统有多个软件滤波措施。图4显示了其流程图。
因为没有适当的速度传感器，该试验台中连杆的速度是由位移微分得到。然而，这将导致高频率干扰。把油缸活塞杆精确的速度和加速度，采样数据进入平均模块，在平均模块的平均数据可以通过减去最小和最大数计算。然后，平均数据进入移动平均滤波器，就能具有较好的抗干扰性能。最后，数据进入切比雪夫滤波器，其截止频率是50Hz。它有两种类型，一阶和二阶。在本文中，采用二阶切比雪夫滤波器。它采用MATLAB [4,5]对滤波器进行设计和分析。
图3的测试软件流程图 图4 抗干扰的措施
4.结论
根据测试设计的系统性能进行了实验。实验结果表明，根据上述设计方案的测试系统可以满足测试要求。试验数据证明可靠，所设计的测试系统在拉床的研究有着非常重要的作用。
5.致谢
这个项目是海洋机电设备的技术支持的重点学科，杭州电子科技大学启动基金（kys015609075），和关键科学技术研究项目（中国教育部kyz01391 0002）。
FROM:M.Xu,J.Ni,G.J.CHEN.Research on the Broaching-load Testing System of Hydraulic Broaching Machine:(Hangzhou Dianzi University,Hangzhou press,China2011)
毕业设计（论文）外文翻译原文
Research on the Broaching-load Testing System of Hydraulic Broaching
Machine
Hangzhou Dianzi University: Ming XU ,Jing NI,Guojin CHEN
Abstract:In view of the disadvantages on working vibration or even cannot work of broaching machine derived by broaching-load’s uncertainty,a testing system of broaching-load is designed.The testing system uses an industrial computer,a high-precision data-acquisition-card,two pressure-sensors,a displacement-sensor and Borland C++ to test the broaching-load on the base of broaching machine’s electronic control system.The factual application in hydraulic broaching machine shows that the proposed system has a good performance on testing-accuracy.The proposed system gives an effective solution to broaching-load testing.
Key words:Broaching machine,Broaching-load,Testing system
1. Introduction
Hydraulic broaching machine has the advantage of high precision,high efficiency.And it belongs to ultimately forming machining methods.Currently,there are single hydraulic broaching machine,and dual hydraulic cylinders broaching machine.Whether the driving method is single-cylinder or dual-cylinder,the broaching machine plays a very important on the quality of final forming.On the other hand．the cutting process of broaching tool is not continuous.But a single tooth broaches the forming intermittently.In this case,the load characteristic is particularly important to the broaching machine．
But until now,there are few researches on the broaching-load characteristic.In most cases,the control algorithm is used to compensate the load influence.The control method,which does not rely on the mathematical model,is applied.For example,PID is used to control the process of Broaching,where the load characteristics includes in the control loop.Thus,it can ignore the mathematical model.This”black box”method is simple and easy.But it does not suitable for all broaching machine[l,2].The developments of the actual broaching machine show that broaching-load easily causes vibration,which seriously affects the quality of the workpiece,In addition,if the broaching-load mismatches the broaching machine seriously,the advance control scheme is helpless to the cutting performance.Therefore,it is essential and urgent to study the broaching-load.By this way,it can improve the technique of broaching machine.A testing system of broaching-load is presented in this paper.The system overview,hardware and software are discussed in detail.
2. Principle of the Testing System
Structure of the Broaching Machine.Take the dual-cylinder broaching machine as an example.the Fig.1 shows the testing system of broaching load.It mainly includes the base,bed-set,table board,two cylinders,main slide-plate,fixture,workpiece,broaching tool and electro-hydraulic servo drive.And the electro-hydraulic servo drive composes of oil-tank,hydraulic cylinder,displacement sensor,proportional servo valve and Siemens S7—300 PLC.
The working principle is described briefly as below：the broaching tool is fixed in the slide-plate by the fixture,and the two hydraulic cylinders drive the solid-plate so as to implement the broaching process.
l. Broaching machine base； 2.Master slide； 3.Tool folder； 4.Broaching machine bed； 5.Working table； 6.Hydraulic cylinder piston； 7.Electro hydraulic proportional valve；8.Pressure sensor； 9.Hydraulic cylinder； 10.Displacement sensor； 11.Check valve； 12 Hydraulic pump； 13 Tank； 14 Broaching tool； 15.Workpiece；
Fig l The load testing system of dual-cylinder broaching machine
In order to keep the normal operation of the tested broaching machine,the indirect method is adopted to detect the broaching-load.The specific measure is described as follows.
(1)The hydraulic drive force is obtained by testing the pressures of the two cylinders.
(2) The broaching speed and acceleration are gain from displacement-differential.
(3)The broaching-load is calculated out by hydraulic drive force,cylinder speed and acceleration.
Fig.2 shows the model of broaching-load .Where F1 is the drive force of cylinder 1,and F2 is the drive force of cylinder 2.FL is the broaching-load force.V is the broaching speed,and a is the broaching acceleration.The expressions of broaching-load force are shown as Eq.1 to Eq.4.
Fig 2 The model of broaching load
Ignoring the leak and friction-load,the following expressions can be deduced,
F1=p11S11-p11 (1) F2=p21S21-p21 (2) F1+F2+M⋅g-FL=M·a (3) 拉削力：
FL=(p11⋅S11-p12⋅S12)+(p21⋅S21-p22⋅S22)+M⋅(g-a) (4) In Eq.1 to Eq.4,p l l,p21 are the pressure of cylinder l and 2 non-rob-chamber respectively,S1 l,S12 are the cross-sectional area of cylinder l and 2 non-rob-chamber respectively;P l2,p22 are the pressure of cylinder l and 2 rob-chamber respectively,S 12,S22 are the cross-sectional area of cylinder l and 2 rob-chamber respectively；M is the total mass of solid-plate and hydraulic cylinders;g is the acceleration of gravity,g=9.8kg/m2.
General Design 0bjective.The key performances of the designed testing-system are described as follows： (1)The AD sampling accuracy is 24 bit．And the sampling speed is above l 00 kHz. (2)The channel of AD module should be more than 6． (3)The error of broaching l-load force is smaller than 5N.
3. Implementation of the Testing System
Hardware Structure.According to the performance requirement,the testing system adopts the scheme of industrial computer as well as data acquisition card.On account of using S7-300 PLC for the broaching controller,the corresponding AD module has only l6 bit and l ms sampling rate.It cannot meet
the
requirement of high sampling rate and accuracy.So the scheme of IPC+Data-Acquisition-Card has chosen. (1)Controller：Industrial computer，Advantech IPC-6l0H；
(2)Data-Acquisition-Card:PXl8996 synchronous data acquisition card,24-bit accuracy，lkHz～l92kHz sampling rate and 8 channels;
(3)Four pressure sensors are used to detect the pressure of cylinder chambers,pressure range is 0-20 Mpa; (4)Displacement sensor.Because there is no suitable acceleration sensor in this project,displacement sensor is used to gain acceleration.The magneto strictive displacement sensor of MTS Corporation is chosen,which displacement range is 2500mm.Its output is 4—20mA current.
Software Structure．In this system.C++Builder,which has the advantages of strong function and simple programming feature[3],is chosen for the development environment of monitoring software.Fig.3 shows the software process.
The software includes the three pars.They are sampling-data curve,broaching-load force curve and data’s display and save.The sampling-data mainly includes the displacement,the cylinder speed,the cylinder acceleration and the pressures．
Although there are multiple filter and anti-interference measure in data-acquisition-card,software filter is essential.Otherwise,the sampling data cannot be used.Especially the acceleration is gained by dual-differential of rod displacement.There are multiple software filter measures in this systern.Fig.4 shows its flowchart.
Because there isn’t any proper speed sensor for this test-rig yet,the rod speed is only obtained by displacement-differential.However,it will cause high frequency interference.To get the cylinder rod speed and acceleration accurately,the sampling data enters the averaging module.In the averaging module.the average data can be calculated by subtracting the maximum and minimum number.Then,the average data enters the moving averaging filter,which has a good performance on anti-periodic-interference.And lastly,the data enters the Chebyshev filter,whose cutoff
frequency is l 50Hz.It has two types,I order and II order.In this paper,Chebyshev filter of order II is adopted.It has been designed by using the Filter Design&Analysis Tool of MATLAB[4,5].
Fig.3 Flow chart of the testing software Fig.4 Measures of anti-interference
4. Conclusions
To test the performance of designed system,some experiments are implemented.The experiment results show that the testing system according to the above design scheme can meet the testing requirements.And the test data are proved reliable.The designed testing system plays a very important role in the research of broaching machine.
5. Acknowledgements
This project is supported by Key Discipline of The Ocean Mechatronic Equipments Technology,the Start Fund of Hangzhou Dianzi University(KYS015609075),and Key Science&Technique Research project of China Education Department(KYZ01391 0002).
6. References
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[2] T.T.Guo:Research on the theory and applications of VR-based testing.(MS.,Zhejiang UniversitV,China 2005).(In Chinese)
[3] H.Q.Shi:The guide of Borland C++ Builder 5 for developer(Beihang University Press,China 2000).(In Chinese)
[4] w.x.Lu,Y.S.Du：The testing＆information＆signal analysis of mechanical engineering.(Huazhong University of Science&Technology Press,China 1999).(In Chinese)
[5] D.Y.Xue,Y.Q.Chen:The technique and application of system simulation based on MATLAB/Simulink(Tsinghua University Press,China 2002).(In Chinese)
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人、答辩小组的评分分别占30%、30%、40%；”成绩等级”分为:优秀（90-100）、良好（80-89）、中等（70-79、及格（60-69）、不及格（60分以下）。
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湖州师范学院机械设计制造及其自动化专业 10283523 金伟洁
摘要：本文归纳了内孔键槽拉床与拉床夹具研究中的关键问题。分析了拉床的工作原理和结构特点以及现在的研究现状和未来的发展趋势。并在此基础上，对拉床的进一步研究进行了展望。 关键词：拉床；键槽；拉床夹具；设计；
1.引言
拉床是目前大批量生产广泛使用的一类机床之一，其适用于各种机械部件的盘、套、环等圆孔及其键槽、花键槽、异形内孔等几何形状的精加工。广泛使用于汽车、金属切削机床、农机、纺织、带锯床、园艺机械、减速器、水泵、齿轮、链轮、涡轮等生产制造行业。具有高精度、高效率、加工成本低等特点。因液压内拉床价格昂贵，它的使用受到了一定的制约。许多中小企业热衷于自行设计一些简易机械内拉床或改装普通车床为简易拉床而广泛应用于生产中[1]。
拉削时机床只有拉刀的直线运动，它是加工过程的主运动，进给运动则靠拉刀本身的结构来实现。拉削的加工精度可达IT7~IT8，表面粗糙度值Ra可达0.4~3.2um。拉削的生产率高，但由于一把拉刀只能加工一种尺寸表面，且拉刀较昂贵，所以拉床主要用于大批量生产。
拉床按加工表面分为内拉床、外拉床、侧拉床。按机床布局形式分卧式、立式和连续拉床。拉床的主要参数是额定拉力。卧式内拉床由床身、液压缸、工作支架、后托架等组成，主运动由拉床上的液压驱动装置带动拉刀作直线运动实现[4]。
2．拉床与流体传动的研究现状与发展趋势
2.1 基本结构
拉床按加工表面分为内拉床、外拉床、侧拉床。按机床布局形式分卧式、立式和连续拉床。拉床的主要参数是额定拉力。卧式内拉床由床身、液压缸、工作支架、后托架等组成，主运动由拉床上的液压驱动装置带动拉刀作直线运动实现[4]。通常，拉刀的直线或螺旋运动为主运动，在拉床上没有进给运动，进给量是由阶梯刀齿来实现的。
由于拉削的切削力较大，拉床的主运动多采用液压驱动。拉刀与活塞杆连接，在压力油作用下，活塞做往复运动，活塞向前为主运动，向后为返回运动。拉刀和活塞每往复运动一次，加工完毕一件[5]。
2.2 研究现状
拉床是目前大批量生产广泛使用的一类机床，拉削加工的生产率、加工精度、表面质量都比较高，且加工成本低。内拉床用于加工通孔，拉削时，拉刀作平稳的低速直线往复运动，它的主运动通常由液压驱动，但因其价格昂贵，因此，它的使用受到了一定的限制；也有用机械（普通丝杠、齿轮）驱动的，但因传动效率低及不能实现无级变速，致使它的使用有很大的局限性。 随着科学技术的发展，滚珠丝杠及变频电动机的广泛使用，把滚珠丝杠及变频电动机用于机械内拉床的设计，
它能简化机械内拉床结构，实现拉床无级变速，降低拉床生产成本。是一种高效机械拉床的设计[2]。 自二十世纪六十年代以来随着原子能、航空航天技术、微电子技术的发展，液压技术在更深、更广阔的领域得到了发展，先后出现了板式、叠加式液压阀系列，发展了以比例电磁铁为电气——机械转换器的电液比例控制阀并被广泛用于工业控制中，提高了电液控制系统的抗污染能力和性能价格比。七八十年代以来，液压技术与现代数学、力学和微电子技术、计算机技术、控制科学等紧密结合，出现了微处理机、电子放大器、传感测量元件和液压控制单元相互集成的机电一体化产品（如美国Lee公司研制的微型液压阀等），提高了液压系统的智能化程度和可靠性，并应用计算机技术开展了对液压元件和系统的动、静态性能数字仿真及结构的辅助设计和制造（CAD/CAM）。如前所述，液压传动与控制应用领域不断拓展，几乎囊括了国民经济的各个部门：从机械加工及装配线到材料压延和塑料成型设备；从材料及构件试验机到电液仿真试验平台；从建筑及工程机械到农业及环境保护设备；从电力煤炭等能源机械到石油天然气探采到各类化工设备；从矿山开采机械到钢铁冶金设备；从橡胶、皮革、造纸等轻工机械到家用电器、电子信息产品自动生产线及印刷、办公自动化设备；从航空航天控制到船舶、铁路和公路运输车辆„„液压传动与控制已成为现代机械工程的基本要素和工程控制的关键技术之一[7]。
2.3 发展趋势
1898年，美国的J.N.拉普安特制造了第一台机械传动卧式内拉床；20世纪30年代，在德国制成双油缸立式内拉床，在美国制造出加工气缸体等的大平面侧拉床；50年代初出现了连续拉床。 而流体传动与控制技术的发展也已有几百年的历史，其优势（如:功率重量比大，可控性好，散热性能好等）和劣势（如:泄漏、噪声、使用效率不高等）都比较明显。因此，扩大其优势，克服和改进其缺点则是流体传动与控制技术发展的方向[8]。
(1)控制噪声。一方面是改善有关的控制技术；另一重要方面是提高设计能力。仅以叶片泵为例，20年前日本首先提出了低噪声叶片泵的概念，在叶片泵的结构设计上进行了更大的改良，这是一次设计上的飞跃，才有了现在叶片泵的噪声能控制在60dB以下的基础。系统和元件噪声的进一步控制还需作进一步的深入研究。
(2)减少泄漏。新材料、新工艺直接影响着密封产品的性能和水平；在产品结构上进行改进，从设计开始就考虑到介质泄漏的问题，以便从根本上防治泄漏。
(3)介质清洁。介质的清洁是流体传动及控制系统安全、正常使用的保证，因此，过滤设备及材料性能的优劣是关键。
(4)节能高效。节能、高效的液压气动产品逐渐成为主导。阀岛技术和产品，智能化控制，可直接由PLC驱动的小功率(2W以下)电磁阀节能而又高效的泵、阀、缸等等都需要进一步的研究和开发
[20]。
(5)高度集成化。高度集成化包括:单功能元件的组合向多功能阀发展,集成器件子系统化和智能型一体化。
(6)微小型化。元器件的微、小、轻型化是为了满足航天、航空、潜艇、机器人、轿车、医用器械等部门的特殊应用需要。它将面临结构、材料、工艺、装配、检验等一系列有待研究解决的新课
题，是一种向高密集度的液压集成块或液压“晶体管”的过渡。
流体传动与控制的技术进步，是以时代的科学与技术进步为基础，并以国民经济发展的需要为动力，经过一个长期的发展历程，逐步取得的。机械电子工业是国民经济的支柱产业，而包含其中的流体传动与控制技术则起着关键作用[19] 。它的继续发展已成为历史的必然，但同样面临着巨大的困难和挑战，因此，流体传动与控制领域的从业者仍需加倍努力，为科学与技术的进步贡献更多的力量[3]。
3. 结束语
随着科学技术的不断进步，经济的发展，安全可靠高效的拉床将成为设计者们考虑的重要因素。而采用液压传动提高了设备的稳定性，降低设备故障发生率，提高了生产效率。并且设备结构简单，安装维护方便，使用简单，运行平稳，安全可靠，极大的提高了拉削效率。
本人做这项研究，主要是针对以上问题，从优化拉床的结构，优化人机关系的角度出发设计出一种更加安全可靠高效的拉床，同时也是对自己所学知识实际应用的一次考核。针对以上的问题，通过所学机械设计、工程力学、材料力学、机械原理，机电一体化系统设计等知识做进一步的研究，提出几种优化拉床的设计方案，并通过方案选择，最终设计出一种安全可靠，运行稳定的内孔键槽拉床。
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毕业论文外文翻译
毕业设计（论文）题目 内孔键槽拉床与工装设计
液压拉床拉削载荷测试系统的研究
信息与工程学院
机械设计制造及其自动化
金伟洁
10283523
贾玉景
翻译题目 学 院 专 业 姓 名 班 级 学 号 指导教师
液压拉床拉削载荷测试系统的研究
杭州电子科技大学机械工程；徐明，倪静，陈国进
摘要：针对工作震动不能工作，甚至拉床导出不确定性拉削负载的缺点。因此设计了一个拉削负载的测试系统。该测试系统在拉床电子控制系统的基础上，采用一台工业控制计算机、一个高精度的数据采集卡，两个压力传感器，一个位移传感器和宝蓝公司的C++程序来拉削负载。在液压拉床的实际应用中，该系统在测试精度上具有良好的性能。为系统提供了一个有效的拉削负载测试解决方案。
关键词：拉床，拉削载荷，测试系统
1.引言
液压拉床具有精度高，效率高的优点。同时它属于最终成形加工方法，目前，有单液压拉床、双液压缸拉床。无论是使用单缸驱动还是双缸的驱动，拉床在质量最终成形上都起了一个非常重要的作用。另一方面，拉刀的切削过程是不连续的。但是一个单齿拉刀是间歇的。在这种情况下，拉床的负荷特性尤为重要。
但直到现在，很少有对拉削负荷特性的研究。在大多数情况下，控制算法是用来补偿负载的影响。该控制方法不依赖于数学模型，已经被应用。例如，PID是用来控制拉削过程，包括在控制回路的负载特性。因此，它可以忽略数学模型。这种“黑盒子”法是简单、容易的。但是它不适用于所有的拉床[1，2 ]。现行拉床的发展表明拉削负荷容易引起振动，严重影响工件的质量。此外，如果拉床的切削负荷严重不匹配，那么预先的控制方案对切削性能也是作用不大的。因此，研究拉削负是必要的和紧迫的，通过这种方法，可以很大程度的提高拉床的效率。本文提出了一个拉削负荷测试系统，并对硬件和软件都进行了详细的论述。
2.测试系统的原理
拉床的结构。以双缸拉床为例，图1显示切削负荷测试系统。它主要包括底座，套床，工作台，两个缸，主滑板，夹具，工件，刀具和电液伺服驱动器。和PROFIBUS—DP的电液伺服驱动，油箱，液压缸，位移传感器，伺服比例阀和西门子S7-300 PLC。
如下简要的介绍了工作原理：该刀具的夹具固定在滑板上，运动时两个液压缸驱动的固体板带动实现拉削工艺。
为了使测试拉床的正常运行，间接的方法是通过检测拉削力。具体措施如下：
（1）液压驱动力是通过测试两个气缸的压力数据。
（2）拉削速度和加速度与位移微分增益。
（3）拉削力由液压缸的速度和驱动力，加速度计算而得。
1.拉床基地； 2.主固体板； 3.工具夹； 4.拉床床身； 5.工作台； 6.液压缸活塞； 7.电液比例阀； 8.压力传感器；
9.液压缸； 10.位移传感器； 11.单向阀； 12.液压泵； 13.油箱； 14.拉削工具； 15.工件；
图l 双缸拉床负载测试系统
图2显示了切削负荷模型。其中F1是1缸的驱动力，F2为2缸的驱动力。V是拉削速度和加速度。拉削力的表达式如下公式1到4。
图2 负荷模型
忽略泄漏和摩擦负载，下列表达式可以推导，
F1=p11S11-p11 (1) F2=p21S21-p21 (2) F1+F2+M⋅g-FL=M·a (3) 拉削力：
FL=(p11⋅S11-p12⋅S12)+(p21⋅S21-p22⋅S22)+M⋅(g-a) (4) 在公式1 到公式4，P11，P21 分别是压力圆筒1缸两侧的压力，S11，S12 分别是缸1的横截面积；P 12，P22 分别是压力圆筒2缸两侧的压力，S11，S12 分别是缸2的横截面积；总质量固体平板和液压缸；重力加速度g 为G = 9.8kg/m2。
一般的设计目的。所设计的测试系统的关键性能如下：
（1）AD采样精度为24位，采样速度100 kHz以上。
（2）AD模块的通道应大于6。
（3）拉削力误差小于5N。
3.测试系统的实现
硬件结构：根据性能要求，系统采用工业计算机的方案以及数据采集卡。基于S7-300 PLC的拉削控制器，相应的模块只有16位和1毫秒采样率。它不能满足高采样速率和精度的要求。 因此工控机和数据采集卡的方案选择。
主要设备：工业计算机,研华工控机- 6l0h；
数据采集卡：pxl8996同步数据采集卡，24位精度，lkhz～l92khz采样率和8通道；四压力传感器用于检测气缸室的压力，压力范围为0～20Mpa；
位移传感器。由于在这个项目中没有合适的加速度传感器，位移传感器是用来获得加速度。磁致伸缩位移传感器的选择MTS公司的磁致伸缩位移传感器，其位移范围为2500mm。其输出4-20mA电流。
软件结构：在这个系统中。C++ Builder具有强大的功能和简单的编程特点[ 3 ]的优点，作为监控软件的开发环境。图3显示软件过程。
该软件包括三个部分。他们是采样数据曲线，拉削力曲线和数据的显示和保存。采样数据主要包括气缸的位移，速度，气缸的加速度和压力。
虽然有数据采集卡的多个滤波和抗干扰措施，软件滤波还是必要的。否则，采样数据无法使用。特别是加速度是由杆位移双微分得到。本系统有多个软件滤波措施。图4显示了其流程图。
因为没有适当的速度传感器，该试验台中连杆的速度是由位移微分得到。然而，这将导致高频率干扰。把油缸活塞杆精确的速度和加速度，采样数据进入平均模块，在平均模块的平均数据可以通过减去最小和最大数计算。然后，平均数据进入移动平均滤波器，就能具有较好的抗干扰性能。最后，数据进入切比雪夫滤波器，其截止频率是50Hz。它有两种类型，一阶和二阶。在本文中，采用二阶切比雪夫滤波器。它采用MATLAB [4,5]对滤波器进行设计和分析。
图3的测试软件流程图 图4 抗干扰的措施
4.结论
根据测试设计的系统性能进行了实验。实验结果表明，根据上述设计方案的测试系统可以满足测试要求。试验数据证明可靠，所设计的测试系统在拉床的研究有着非常重要的作用。
5.致谢
这个项目是海洋机电设备的技术支持的重点学科，杭州电子科技大学启动基金（kys015609075），和关键科学技术研究项目（中国教育部kyz01391 0002）。
FROM:M.Xu,J.Ni,G.J.CHEN.Research on the Broaching-load Testing System of Hydraulic Broaching Machine:(Hangzhou Dianzi University,Hangzhou press,China2011)
毕业设计（论文）外文翻译原文
Research on the Broaching-load Testing System of Hydraulic Broaching
Machine
Hangzhou Dianzi University: Ming XU ,Jing NI,Guojin CHEN
Abstract:In view of the disadvantages on working vibration or even cannot work of broaching machine derived by broaching-load’s uncertainty,a testing system of broaching-load is designed.The testing system uses an industrial computer,a high-precision data-acquisition-card,two pressure-sensors,a displacement-sensor and Borland C++ to test the broaching-load on the base of broaching machine’s electronic control system.The factual application in hydraulic broaching machine shows that the proposed system has a good performance on testing-accuracy.The proposed system gives an effective solution to broaching-load testing.
Key words:Broaching machine,Broaching-load,Testing system
1. Introduction
Hydraulic broaching machine has the advantage of high precision,high efficiency.And it belongs to ultimately forming machining methods.Currently,there are single hydraulic broaching machine,and dual hydraulic cylinders broaching machine.Whether the driving method is single-cylinder or dual-cylinder,the broaching machine plays a very important on the quality of final forming.On the other hand．the cutting process of broaching tool is not continuous.But a single tooth broaches the forming intermittently.In this case,the load characteristic is particularly important to the broaching machine．
But until now,there are few researches on the broaching-load characteristic.In most cases,the control algorithm is used to compensate the load influence.The control method,which does not rely on the mathematical model,is applied.For example,PID is used to control the process of Broaching,where the load characteristics includes in the control loop.Thus,it can ignore the mathematical model.This”black box”method is simple and easy.But it does not suitable for all broaching machine[l,2].The developments of the actual broaching machine show that broaching-load easily causes vibration,which seriously affects the quality of the workpiece,In addition,if the broaching-load mismatches the broaching machine seriously,the advance control scheme is helpless to the cutting performance.Therefore,it is essential and urgent to study the broaching-load.By this way,it can improve the technique of broaching machine.A testing system of broaching-load is presented in this paper.The system overview,hardware and software are discussed in detail.
2. Principle of the Testing System
Structure of the Broaching Machine.Take the dual-cylinder broaching machine as an example.the Fig.1 shows the testing system of broaching load.It mainly includes the base,bed-set,table board,two cylinders,main slide-plate,fixture,workpiece,broaching tool and electro-hydraulic servo drive.And the electro-hydraulic servo drive composes of oil-tank,hydraulic cylinder,displacement sensor,proportional servo valve and Siemens S7—300 PLC.
The working principle is described briefly as below：the broaching tool is fixed in the slide-plate by the fixture,and the two hydraulic cylinders drive the solid-plate so as to implement the broaching process.
l. Broaching machine base； 2.Master slide； 3.Tool folder； 4.Broaching machine bed； 5.Working table； 6.Hydraulic cylinder piston； 7.Electro hydraulic proportional valve；8.Pressure sensor； 9.Hydraulic cylinder； 10.Displacement sensor； 11.Check valve； 12 Hydraulic pump； 13 Tank； 14 Broaching tool； 15.Workpiece；
Fig l The load testing system of dual-cylinder broaching machine
In order to keep the normal operation of the tested broaching machine,the indirect method is adopted to detect the broaching-load.The specific measure is described as follows.
(1)The hydraulic drive force is obtained by testing the pressures of the two cylinders.
(2) The broaching speed and acceleration are gain from displacement-differential.
(3)The broaching-load is calculated out by hydraulic drive force,cylinder speed and acceleration.
Fig.2 shows the model of broaching-load .Where F1 is the drive force of cylinder 1,and F2 is the drive force of cylinder 2.FL is the broaching-load force.V is the broaching speed,and a is the broaching acceleration.The expressions of broaching-load force are shown as Eq.1 to Eq.4.
Fig 2 The model of broaching load
Ignoring the leak and friction-load,the following expressions can be deduced,
F1=p11S11-p11 (1) F2=p21S21-p21 (2) F1+F2+M⋅g-FL=M·a (3) 拉削力：
FL=(p11⋅S11-p12⋅S12)+(p21⋅S21-p22⋅S22)+M⋅(g-a) (4) In Eq.1 to Eq.4,p l l,p21 are the pressure of cylinder l and 2 non-rob-chamber respectively,S1 l,S12 are the cross-sectional area of cylinder l and 2 non-rob-chamber respectively;P l2,p22 are the pressure of cylinder l and 2 rob-chamber respectively,S 12,S22 are the cross-sectional area of cylinder l and 2 rob-chamber respectively；M is the total mass of solid-plate and hydraulic cylinders;g is the acceleration of gravity,g=9.8kg/m2.
General Design 0bjective.The key performances of the designed testing-system are described as follows： (1)The AD sampling accuracy is 24 bit．And the sampling speed is above l 00 kHz. (2)The channel of AD module should be more than 6． (3)The error of broaching l-load force is smaller than 5N.
3. Implementation of the Testing System
Hardware Structure.According to the performance requirement,the testing system adopts the scheme of industrial computer as well as data acquisition card.On account of using S7-300 PLC for the broaching controller,the corresponding AD module has only l6 bit and l ms sampling rate.It cannot meet
the
requirement of high sampling rate and accuracy.So the scheme of IPC+Data-Acquisition-Card has chosen. (1)Controller：Industrial computer，Advantech IPC-6l0H；
(2)Data-Acquisition-Card:PXl8996 synchronous data acquisition card,24-bit accuracy，lkHz～l92kHz sampling rate and 8 channels;
(3)Four pressure sensors are used to detect the pressure of cylinder chambers,pressure range is 0-20 Mpa; (4)Displacement sensor.Because there is no suitable acceleration sensor in this project,displacement sensor is used to gain acceleration.The magneto strictive displacement sensor of MTS Corporation is chosen,which displacement range is 2500mm.Its output is 4—20mA current.
Software Structure．In this system.C++Builder,which has the advantages of strong function and simple programming feature[3],is chosen for the development environment of monitoring software.Fig.3 shows the software process.
The software includes the three pars.They are sampling-data curve,broaching-load force curve and data’s display and save.The sampling-data mainly includes the displacement,the cylinder speed,the cylinder acceleration and the pressures．
Although there are multiple filter and anti-interference measure in data-acquisition-card,software filter is essential.Otherwise,the sampling data cannot be used.Especially the acceleration is gained by dual-differential of rod displacement.There are multiple software filter measures in this systern.Fig.4 shows its flowchart.
Because there isn’t any proper speed sensor for this test-rig yet,the rod speed is only obtained by displacement-differential.However,it will cause high frequency interference.To get the cylinder rod speed and acceleration accurately,the sampling data enters the averaging module.In the averaging module.the average data can be calculated by subtracting the maximum and minimum number.Then,the average data enters the moving averaging filter,which has a good performance on anti-periodic-interference.And lastly,the data enters the Chebyshev filter,whose cutoff
frequency is l 50Hz.It has two types,I order and II order.In this paper,Chebyshev filter of order II is adopted.It has been designed by using the Filter Design&Analysis Tool of MATLAB[4,5].
Fig.3 Flow chart of the testing software Fig.4 Measures of anti-interference
4. Conclusions
To test the performance of designed system,some experiments are implemented.The experiment results show that the testing system according to the above design scheme can meet the testing requirements.And the test data are proved reliable.The designed testing system plays a very important role in the research of broaching machine.
5. Acknowledgements
This project is supported by Key Discipline of The Ocean Mechatronic Equipments Technology,the Start Fund of Hangzhou Dianzi University(KYS015609075),and Key Science&Technique Research project of China Education Department(KYZ01391 0002).
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说明：1。此表一式两份，一份学校存档，一份学院存档；2．”答辩小组评定成绩”栏中填写表”毕业设计(论文)答辩评分表”中的”总平均分”;“总成绩”栏采用“结构分”:指导教师、评阅
人、答辩小组的评分分别占30%、30%、40%；”成绩等级”分为:优秀（90-100）、良好（80-89）、中等（70-79、及格（60-69）、不及格（60分以下）。
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