数控专业毕业论文范文

1、专科学生毕业论文气动技术在数控机床中发展与应用系部名称： 机电工程系 专业班级： 数控技术与应用07-2班学生姓名： ？ 指导教师： ？ 职 称： 讲师 黑 龙 江 工 程 学 院二一年六月the graduation thesis for specialists degreepneumati technology in the development and application of nc machine toolsthe name: electrical engineering institute professional class: numerical control techno

2、logy application and 07-2 classthe students name: yu sunteacher: yanhong fuheilongjiang institute of technology2010-06harbin摘 要以数控机床为核心的现代机械制造系统具有控制规模大，自动化程度高和柔性化强的特点。由于制造系统的结构越来越复杂、价格愈来愈昂贵，如何提高机床的利用率就成为人们所关注的问题。随着数控机床的急速的发展，技术水平及自动化生产程度的不断提高，气动技术在数控系统中的应用越来越广泛，将会把工业发展推向新的台阶。随着工业自动化程度的迅速提高，气动控制技术已从汽

3、车、电子、冶金、食品加工等支柱产业扩展到其他工业领域。气动控制技术是以压缩空气为工作介质进行能量和信号传递的工程技术，是实现各种生产和自动控制的重要手段之一。气动控制技术不仅具有经济、安全、可靠、便于操作等优点，而且对于改善劳动条件、提高劳动生产率和产品质量，具有非常重要的作用。气动控制在促进自动化的发展中起到了极为重要的作用，已被全球各个工业部门所接受并得到广泛应用。随着微电子技术与气动元件相结合的应用发展及新材料的开发等，气动控制技术的应用，必将迎来崭新的时代。关键词：数控机床 ; 数控系统 ; 气动系统 ; 气动元件 ; 基本回路 abstractwith the core of mod

4、ern cnc machinery manufacturing system with control of large scale, high automation and flexibility. due to the structure of manufacturing system is becoming more and more complex, and the price is expensive, how to improve the machine utilization becomes people to issues of concern. with the rapid

5、development of nc machine tools, technical level and to improve the degree of automation production, pneumatic technology in the numerical control system is widely used in the industrial development, will be to a new stage.with the rapid increase of industrial automation control technology, pneumati

6、c from automobiles, electronics, metallurgy, food processing and pillar industry will spread to other industries. pneumatic control technology is compressed air as medium for energy and signal transmission engineering, manufacturing and is one of the important methods of automatic control. pneumatic

7、 control technology has not only economic, safe and reliable, easy to operate etc, and to improve working conditions, and improve labor productivity and quality products, plays a very important role.pneumatic control in promoting the development of automation plays a very important role in global in

8、dustry, has been widely accepted by departments and application. with microelectronics technology and pneumatic components combined application development and the development of new materials, pneumatic control technology application, will usher in new era.keywords: numerical control machine; cnc m

9、achine tool cnc system; pneumatic system; pneumatic components of fundamental circuit; the basic circuit目 录摘要iii第一章 绪论111数控机床概述1 111数控技术的发展2 112数控技术的发展趋势3 113数控机床组成4 114数控机床的特点6本章小结7第二章 气动技术知识 721气动技术的基本知识7 211气动技术的概念7 212气动技术常用单位7 213气动控制装置特点7 214气动系统组成822 气动元件的介绍9 221空气处理元件的介绍9 222气动控制元件的介绍10 23 气

10、动回路 13 231驱动气缸的回路13 232气缸速度控制回路15 233气动回路的基本回路16 234气动回路应用回路1924气动技术的优点特点22 本章小结22 第三章 气动技术在数控中应用发展2231数控系统的分类2232气动系统的分类2433 应用实例25 331数控加工中心换刀系统25 332 ca6140车床卡盘数控气动改造25 333气动夹具在数控车床上的应用26 334除切屑装置2734数控机床使用气动技术优点2735气动技术在数控中发展趋势27本章小结31结论32参考文献33致谢34第一章 绪 论11数控机床概述数控技术，简称数控（numerical controlnc），是

11、利用数字化信息对机械运动及加工过程进行控制的一种方法。由于现代数控都采用了计算机进行控制，因此，也可以称为计算机数控（computerized numerical controlcnc）。为了对机械运动及加工过程进行数字化信息控制，必须具备相应的硬件和软件。用来实现数字化信息控制的硬件和软件的整体成为数控系统（numerical control system），数控系统的核心是数控装置（numerical controller）。采用数控技术进行控制的机床，称为数控机床（nc机床）。它是一种综合应用了计算机技术、自动控制技术、精密测量技术和机床设计等先进技术的典型机电一体化产品，是现代制造技术

12、的基础。控制机床也是数控技术应用最早、最广泛的领域，因此，数控机床的水平代表了当前数控技术的性能、水平和发展方向。数控机床种类繁多，有钻铣镗床类、车削类、磨削类、电加工类、锻压类、激光加工类和其他特殊用途的专用数控机床等等，凡是采用了数控技术进行控制的机床统称为nc机床。带有自动换刀装置atc（automatic tool changeratc）的数控机床（带有回转刀架的数控车床除外）称为加工中心（machine centermc）。它通过刀具的自动交换，工件可以一次装、夹完成多工序的加工，实现了工序集中和工艺的复合，从而缩短了辅助加工时间，提高了机床的效率；减少了工件安装、定位次数，提高了加

13、工精度。加工中心是目前数控机床中产量最大、应用最广的数控机床。在加工中心的基础上，通过增加多工作台（托盘）自动交换装置（auto pallet changerapc）以及其他相关装置，组成的加工单元称为柔性加工单元（flexible manufacturing cellfmc）。fmc不仅是现了工序的集中和工艺的复合，而且通过工作台（托盘）的自动交换和较完善的自动监测、监控功能，可以进行一定时间的无人化加工，从而进一步提高了设备的加工效率。fmc既是柔性制造系统fms（flexible manufacturing system）的基础，又可以作为独立的自动化加工设备使用，因此其发展速度较快。在

14、fmc和加工中心的基础上，通过增加物流系统、工业机器人以及相关设备，并由中央控制系统进行集中、统一控制和管理，这样的制造系统称为柔性制造系统fms（flexible manufacturing system）。fms不仅可以进行长时间的无人化加工，而且可以实现多品种零件的全部加工和部件装配，实现了车间制造过程的自动化，它是一种高度自动化的先进制造系统。随着科技发展，为了适应市场需求多变的形势，对现代制造业来说，不仅需要发展车间制造过程的自动化，而且要实现从市场预测、生产决策、产品设计、产品制造直到产品销售的全面自动化。将这些要求综合、构成的完整的生产制造系统，称为计算机集成制造系统（compu

15、ter integrated manufacturing system-cims）。cims将一个更长的生产、经营活动进行了有机的集成，实现了更高效益、更高柔性的智能化生产，是当今自动化制造技术发展的最高阶段。在cims中，不仅是生产设备的集成，更主要的是以信息为特征的技术集成和功能集成。计算机是集成的工具，计算机辅助的自动化单元技术是集成的基础，信息和数据的交换及共享是集成的桥梁，最终形成的产品，可以看成是信息和数据的物质体现 111数控技术的发展从1952年美国麻省理工学院研制出世界上第一台由电子计算机控制的三坐标立式数控铣床，到现在已走过了58年历程。数控技术经过年的个阶段和代的发展：

16、第阶段：硬件数控(nc)第代：1952年的电子管 第代：1959年晶体管分离元件 第代：1969年的小规模集成电路 第阶段：软件数控(cnc)第代：1970年的小型计算机 第代：1974年的微处理器 第代：1990年基于个人pc机(pc-baseo)第代的系统优点主要有： （）元器件集成度高，可靠性好，性能高，可靠性已可达到万小时以上； （）基于pc平台，技术进步快，升级换代容易（）提供了开放式基础，可供利用的软、硬件资源丰富，使数控功能扩展到很宽的领域(如cad、cam、capp，连接网卡、声卡、打印机、摄影机等)； （）对数控系统生产厂来说，提供了优良的开发环境，简化了硬件。近10年数控机

17、床为适应加工技术发展，在以下几个技术领域都有巨大进步。 （1）高速化 由于高速加工技术普及，机床普遍提高各方面速度，车床主轴转速由30004000/提高到800010000/，铣床和加工中心主轴转速由400008000/提高到12000/、24000/、40000/以上快速移动速度由过去的1020/提高到48/、60/、80/、120/在提高速度的同时要求提高运动部件起动的加速度，其已由过去一般机床的0.5（重力加速度）提高到1.52，最高可达15，直线电机在机床上开始使用，主轴上大量采用内装式主轴电机。 （2）高精度化 数控机床的定位精度已由一般的0.010.02提高到0.008左右，亚微米

18、级机床达到0.0005左右，纳米级机床达到0.0050.01，最小分辨率为的数控系统和机床已有产品。数控中两轴以上插补技术大大提高，纳米级插补使两轴联动出的圆弧都可以达到的圆度，插补前多程序段预读，大大提高插补质量，并可进行自动拐角处理等。 （3）复合加工、新结构机床大量出现 如轴面体复合加工机床，轴联动加工各类异形零件。也派生出各新颖的机床结构，包括轴虚拟轴机床，串并联铰链机床等。采用特殊机械结构，数控的特殊运算方式，特殊编程要求。 （4）使用各种高效特殊功能的刀具使数控机床“如虎添翼”。如内冷钻头由于使高压冷却液直接冷却钻头切削刃和排除切屑，在钻深孔时大大提高效率。加工钢件切削速度能达10

19、00/，加工铝件能达5000/。 （5）数控机床的开放性和联网管理，已是使用数控机床的基本要求，它不仅是提高数控机床开动率、生产率的必要手段，而且是企业合理化、最佳化利用这些制造手段的方法。因此，计算机集成制造、网络制造、异地诊断、虚拟制造、异行工程等等各种新技术都在数控机床基础上发展起来，这必然成为世纪制造业发展的一个主要潮流。112数控技术的发展趋势现代制造业的飞速拓展和信息技术的发展应用，促使数控技术不断更新，变化日新月异，其发展的新趋势基本朝着五个大的方向：1高速化发展新趋势效率是先进制造技术的主体，高速加工技术可极大地提生产高效，目前高速加工中心进给速度达80m/min，甚至更高，空

20、运行速度可达100m/min左右。当今世界上许多汽车厂，包括在我国的一些汽车公司，已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美国cincinnati公司的hypermach机床进给速度最大达60m/min，快速为100 mmin，加速度达2g，主轴转速已达60000r/min。2. 精密化发展新趋势高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，提高市场竞争能力。在加工精度方面，由于各组件加工的精密化，微米的误差已不是问题，普通级数控机床的加工精度已由10m提高到5m ，精密级加工中心则从35m ，提高到11.5m，并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01m)。以计算机辅助生

21、产(cam)系统的发展带动数控控制器的功能越来越多。而为实现高速、高精加工，与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展，应用领域进一步扩大。3. 智能化发展新趋势未来的数控装备将具有一定智能化的功能，智能化内容包括数控系统中的各个方面：如为追求加工效率和加工质量方面的智能化，加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等。4. 开放化发展新趋势数控系统开放化已成为数控系统的未来之路。开放式数控系统就是数控系统的开发

22、可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能），形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品。它解决了传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题。美国、欧共体和日本等国纷纷实施战略发展计划，并进行开放式体系结构数控系统规范(omac、osaca、osec)的研究和制定。我国在2000年也开始进行中国的onc数控系统的规范框架的研究和制定。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当

23、前研究的核心。5.网络化发展新趋势网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。近年国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都相关的新概念和样机，日本山崎马扎克（mazak)公司展出的“cyberproduction center”（智能生产控制中心，简称cpc)；德国西门子(siemens)公司展出的open manufacturing environment（开放制造环境，简称ome）等，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。数控系统的网络化促进

24、了柔性自动化制造技术的发展，现代柔性制造系统从点(数控单机、加工中心和数控复合加工机床)、线(rmc、fms、ftl、fml)向面(工段车间独立制造岛、fa)、体(cims、分布式网络集成制造系统)的方向发展。柔性自动化技术以易于联网和集成为目标，同时注重加强单元技术的开拓、完善，数控机床及其构成的柔性制造系统能方便地与cad、cam、capp、mts联结，向信息集成方向发展。113数控机床组成(1)机床主体机床主机是数控机床的主体。它包括床身、底座、立柱、横梁、滑座、工作台、主轴箱、进给机构、刀架即自动换刀装置等机械部件。根据零件不同的加工方式分车床、铣床、钻床、镗床、磨床、重型机床、电加工

25、机床以及其它类型机床。(2)数控装置数控装置是数控机床的核心，现代数控装置均采用cnc(computernumerical control)形式，它包括硬件(印刷电路板、crt显示器、键盘、纸带阅读机等)以及相应的软件。cnc装置用于实现输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。(3)输入装置现代数控系统提供了多种程序输入方法，如通过面板人工现场输入(mdi方式)、通过磁盘驱动器输入、通过串行通讯口输入及传统的纸带阅读机输入等。现代数控系统均配置有大容量存储器ram来存储已输入数控系统的加工程序。通过数控系统的显示器及键盘可现场对内存中的加工程序进行

26、编辑与修改。(4)伺服系统和测量反馈系统伺服系统是数控机床的重要组成部分，用于实现数控机床的进给伺服控制和主轴伺服控制。伺服系统包括驱动装置和执行机构两大部分。驱动装置由主轴驱动单元、进给驱动单元和主轴伺服电动机组成。步迸电动机、直流伺服电动机和交流伺服电动机是常用的驱动装置。测量元件将数控机床各坐标轴的实际位移值检测出来并经反馈系统输入到机床的数控装置中，数控装置对反馈回来的实际位移值与指令值进行比较，并向伺服系统输出达到设定值所需的位移量指令。(5)数控机床的辅助装置辅助装置是保证充分发挥数控机床功能所必需的配套装置，常用的辅助装置包括：气动、液压装置，排屑装置，冷却、润滑装置，回转工作台

27、和数控分度头，防护，照明等各种辅助装置。(6)控制介质 现代数控机床不仅可以用cnc装置上的键盘直接输入零件的程序，也可以利用自动编程机，在机外进行零件的程序编制，将程序记录在信息载体上(如纸带、磁带、磁盘等)，然后送入数控装置。对于较为复杂的零件，一般都是采用这种自动程序编制的方法。数控机床的构成如图11所示。图11数控机床构成114数控机床的特点1) 加工精度高:数控机床是精密机械和自动化技术的综合体。机床的数控装置可以对机床运动中产生的位移、热变形等导致的误差，通过测量系统进行补偿而获得很高且稳定的加工精度。由于数控机床实现自动加工，所以减少了操作人员素质带来的人为误差，提高了同批零件的

28、一致性。2)生产较高： 就生产效率而言，相对普通机床，数控机床的效率一般能提高23倍、甚至十几倍。主要体现在以下几个方面: a. 一次装夹完成多工序加工，省去了普通机床加工的多次变换工种、工序间的转件以及划线等工序。 b. 简化了夹具及专用工装等，由于是一次装夹完成加工。所以普通机床多工序的夹具省去了，即使偶尔必须用到专用夹具。由于数控机床的超强功能夹具的结构也可简化。3)减轻劳动强度，数控机床的操作由体力型转为智力型。4)改善劳动条件，如深扬公司的产品采用全封闭护罩,机床不会有水、油、铁屑溅出，可有效保持工作环境的清洁。 5)有利于生产管理： a. 程序化控制加工、更换品种方便； b. 一机

29、多工序加工，减化生产过程的管理，减少管理人员； c. 可实现无人化生产。本章小结本章主要论述了数控机床中数控系统的组成及分类，数控机床的原理在了解数控技术发展的基础上，理解数控机床与现代机械制造系统之间的关系和发展数控机床的必要性。第二章 气动技术知识2.1气动技术的基本知识2.1.1 基本概念气动技术是以压缩空气作为介质，以空气压缩机作为动力源，来实现能量传递或信号传递与控制的工程技术，是流体传动与控制的重要重要组成技术之一，也是实现工业自动化和机电一体化的重要途径。2.1.2 气动技术中常用的单位1个大气压=760mmhg =1.013bar =101kpa压力单位换算1n/=kgf/m=

30、kgf/c1kgf/c=0.1mpa2.1.3气动控制装置的特点空气廉价且不污染环境，用过的气体可直接排入大气速度调整容易元件结构紧凑，可靠性高受湿度等环境影响小使用安全便于实现过载保护气动系统的稳定性差工作压力低，功率重量比小元件在行程中途停止精度低2.1.4气动系统的组成1.气动系统基本由下列装置组成(1)动力装置: 动力装置是指能将原动机的机械能转换成气压能的装置，它是气压传动系统的动力源。对气压传动系统来说是气压发生装置，也称为气源装置，其作用是为气压传动系统提供压缩空气。(2)控制调节装置:它包括各种阀类元件，其作用是用来控制工作介质的流动方向、压力和流量，以保证执行元件和工作机构按

31、要求工作。(3)执行元件: 执行元件指缸或马达，是将压力能转换为机械能的装置，其作用是在工作介质的作用下输出力和速度(或转矩和转速)，以驱动工作机构作功。(4)辅助装置: 除以上装置外的其它元器件部称为辅助装置，如油箱、过滤器、蓄能器、冷却器、分水滤气器、油雾器、消声器、管件、管接头以及各种信号转换器等。它们是一些对完成主运动起辅助作用的元件，在系统中也是必不可少的，对保证系统正常工作有着重要的作用。(5）工作介质:工作介质指传动气体，在气压传动系统中通常指压缩空气。2.气动系统基本由下列元件组成(1)气源装置气动系统的动力源提供压缩空气(2)空气处理装置调节压缩空气的洁净度及压力(3)控制元

32、件方向控制元件切换空气的流向流量控制元件调节空气的流量(4)逻辑元件与或非(5)执行元件将压力能转换为机械功(6)辅助元件保证气动装置正常工作的一些元件 压缩机a）气源装置 储气罐 后冷却器 过滤器 油雾分离器 减压阀b）空气调节 油雾器 处理装置 空气净化单元 干燥器 其它 电磁阀 气缸 气压控制阀 带终端开关气缸 方向控制阀 机械操作阀 带制动器气缸 手动阀 气缸 带锁气缸 其它 带电气缸 其它 速度控制阀回转执行件c）控制元件 速度控制阀 d）执行元件 逻辑阀 空气马达 管子接头 消音器 e）辅助元件 压力计 其它 2.2 气动元件介绍2.2.1空气处理元件压缩空气中含有各种污染物质。由

33、于这些污染物质降低了气动元件的使用寿命。并且会经常造成元件的误动作和故障。1空气滤清器空气滤清器又称为过滤器、分水滤清器或油水分离器。它的作用在于分离压缩空气中的水分、油分等杂质，使压缩空气得到初步净化。2.油雾分离器油雾分离器又称除油滤清器。它与空气滤清器不同之处仅在于所用过滤元件不同。空气滤清器不能分离油泥之类的油雾，原因是当油粒直径小于23m时呈干态，很难附着在物体上，分离这些微粒油雾需用凝聚式过滤元件，过滤元件的材料有：1） 活性炭2） 用与油有良好亲和能力的玻璃纤维、纤维素等制成的多孔滤芯3.空气干燥器为了获得干燥的空气只用空气滤清器是不够的，空气中的湿度还是几乎达100%。当湿度降

34、时，空气中的水蒸气就会变成水滴。为了防止水滴的产生，在很多情况下还需要使用干燥器。干燥器大致可分为冷冻式和吸附式两类。4.空气处理装置空气滤清器、调压阀和油雾器等组合在一起，即称为空气处理装置。a) 空气处理三联件（frl装置）空气处理三联件俗称气动三大件。它是由滤清器、调压阀和油雾器三件组成的，b) 空气处理双联件这是由组合式过滤器减压阀与油雾器组成的空气处理装置。c) 空气处理四联件它是由滤清器、油雾分离器、调压阀和油雾器四件组成，用于需要优质压缩空气的地方。5.调压阀（减压阀）调压阀是输出压力低于输入压力，并保持输出压力稳定的压力控制元件。由于大多是与滤清器和油雾器连成一体使用，所以把它

35、分在空气处理元件一类中。6.油雾器气动系统中有很多装置都有滑动部分如：气缸体与活塞，阀体与阀芯等。为了保证滑动部分的正常工作需要润滑，油雾器是提供润滑油的装置2.2.2 气动控制元件一、 方向控制阀方向控制阀是气动控制回路中用来控制气体流动方向和气流通断，从而使气路中的执行元件能按要求方向进行动作的元件。在各类元件中，方向控制阀的种类最多。主要有换向阀和单向阀两大类。前者包括电磁阀，气控阀等，后者主要有单向阀，梭阀等，应用都很广泛。1. 换向阀 换向阀主要有转阀和滑阀两大类本公司主要使用滑阀结构的换向阀。滑阀依靠其中的滑柱式阀芯处在不同位置上来接通或切断气路的。一般地讲，阀芯的切换位置主要有二

36、个或三个，即有二位阀和三位阀之分。表一表一中代表了阀的一个切换位置，故而有几个长方形表示该阀是几位的。长方形中的箭头#$表示在该位置上气流流动的方向，则表示在这一位置上气流被切断。二位阀有自复位和自保持两种。三位阀的阀芯除了可以停在阀体的两端外，还可有一个中间位置。气动阀通过气压信号切换阀芯，分成直接作动式和间接作动式两种，气动阀犹如去掉了电磁线圈后的电磁阀。由于采用气压信号控制，所以动作慢，不能指望像电磁阀那样高速动作，但寿命一般都较长。气动控制阀与电磁阀的区别是不用电磁铁，因而控制信号不是电信号而是气压信号，常用于防爆场合或不用电的简易生产线上。2. 单向阀图2.1图2.2如图2.1单向阀

37、只允许气流沿一个方向流动而不能反向流动。单向阀用在气路中需要防止空气逆流的场合，还可用在气源停止供气时需要保持压力的地方。梭阀相当于两个单向阀合成，有两个进气口，一个出气口，因而无论哪个进气口进气，出口总有输出，且出口总和压力高的进气口相联。双压阀则是“与”的功能，只有两口均有气流时才会使出口有输出。图2.2为快速排气阀的工作原理。当p腔进气后，活塞上移，阀口2开，阀口1闭，p a接通。当排气时，活塞下移，阀口2闭1开，a r接通，管路气体从r口排出。快速排气阀主要用于气缸排气，以加速气缸的动作。二、 流量控制阀在气动系统中，如要对气缸运动速度加以控制或需要延时元件计时时，就要控制压缩空气的流

38、量。在流量控制时，只要设法改变管道的截面就可。流量控制阀分为节流阀，速度控制阀和排气节流阀数种等。1 节流阀可调式节流阀依靠改变的流通面积来调节气流。2 速度控制阀速度控制阀由节流阀和单向阀组合而成。故而又叫单向节流阀，通过调节流量达到控制执行元件速度的目的。三、 压力控制阀压力控制阀是利用阀芯上的气压作用力和弹簧力保持平衡来进行工作的，平衡状态的任何破坏都会使阀芯位置产生变化，其结果不是改变阀口开度的大小（例如溢流阀、减压阀），就是改变阀口的通断（例如安全阀，顺序阀）。1. 溢流阀 溢流阀由进口（p）处的气压压力控制阀芯动作，当进口处压力达到预设值时阀芯克服弹簧力动作使得进、出口导通，从而实

39、现溢流作用。如图2.3(a)所示。 图 2.3(a) 图 2.3(b)2.减压阀 减压阀则是由出口处压力驱动阀芯，当出口处压力达到预设值时阀芯克服弹簧力动作使得进、出口截断，从而实现减压作用。如图2.3(b)所示。四、执行元件气动系统中将压缩空气的压力转换成机械能，从而实现所要求运动的驱动元件，称为执行元件。它分为气缸和气动马达两大类。相对于液压和机械传动，它结构简单，维修方便。但由于压缩空气的压力通常为0.3-0.6mpa故而输出力小。气缸是用压缩空气作动力源，产生直线运动或摆动，输出力或力矩做功的元件。主要气缸主要类型和特点见附表2。2.3 气动回路（一）回路设计基础1） 路的构成（图2.

40、4）图2.42）控制方式（二）驱动回路2.3.1 驱动气缸的基本回路在通常使用的气缸中有单作用气缸和双作用气缸。以下介绍驱动这些气缸的基本回路。1） 单作用气缸只在一个方向上的运动靠压缩空气驱动，靠弹簧力的作用回程。图2.52)图2.5为使用单作用气缸作往复运动的气路图。换向阀（电磁阀）使用二位三通阀。换向阀的p口与气源净化装置相连接，a口与气缸相连接。速度控制阀接在换向阀与气缸之间。速度控制阀有方向性，连接时不可接反。回路的动作动原理如下：在初始位置时，p口封闭，气缸的气缸盖一侧通过速度控制阀的单向阀和换向阀直接与大气相通。气缸活塞靠弹簧力的作用停止于完全缩回的位置.当电磁阀通电换向时,气源

41、通过速度控制阀给气缸供气,压缩弹簧使活塞前进.调整速度控制阀节流孔的大小,可以控制活塞前进速度.当电磁阀断电恢复到初始位置时,p口再次封闭,气缸内空气排出.活塞在弹簧力作用下后退并返回原点.这时气缸的速度不能控制.2）双作用气缸的驱动回路图2.6为使双作用气缸作往复运动的气路图。换向阀使用二位五通阀（二位四通阀也可以），换向阀的p口与气源静化装置相连接。a口与气缸杆一侧的接口相连，b口与气缸盖一侧的接口相连。速度控制阀接在换向阀与气缸之间（注意方向与单作用气缸时相反）。在初始位置时，p口与气缸杆一侧相通，另一方面，气缸盖一侧通过换向阀与大气相通。这时气缸活塞处于后死点的位置上。当电磁阀通电换向

42、时，气缸盖一侧通压缩空气，气缸杆一侧空气排出，活塞前进。活塞的速度由速度控制阀调整。当电磁阀断电回到初始位置时，气缸杆一侧充气，气缸盖一侧排气，活塞后退。后退的速度由速度控制阀调整。图2.62.3.2 气缸的速度控制回路基于不同的目的和条件，可使用各种回路对气缸进行速度控制。下面介绍通常使用的基本回路。b) 入口节流式图2.7这种方式通过调节供给气缸的流量，对气缸的速度加以控制。图2.7示出了这种方式的路图。来自换向阀的空气流过速度控制阀时，单向阀关闭，气流只有通过节流阀流向气缸，因为节流阀是可调的，所以通过调整节流阀便可设定气缸活塞的速度。气流反向流动时，即从气缸一侧流向阀一侧时，单向阀打开

43、，空气流量不受控制（自由流）。在入口节流方式中，气缸出口一侧排气较快，因而容易受到所供气压变动的影响。对于所加负载为变动负载的情况，速度稳定性差，因而除了特殊回路（例如防止失控回路等），一般都采用下面将要介绍的出口节流式。图2.8c) 出口节流式这种方式通过调节气缸的排气流量来控制气缸速度。图2.8示出了这种方式的回路图。注意，速度控制阀的方向与入口节流式相反。来自换向阀的空气流过速度控制阀时，单向阀打开，于是成为自由流，气流在不受控制的情况下流向气缸。而来自气缸一侧的空气使单向阀关闭，由节流阀调节流量，从而控制气缸活塞的速度。在气缸的两个口都按出口节流式连接速度控制阀时，活塞靠两侧的压差（由

44、排气一侧的速度控制阀调整）动作。因此，在负载变动的情况下，它比入口节流方式有更好的速度稳定性。出口节流是应用得最普通的方式。d) 排气节流式图2.9这种方式是将节流阀连接在换向阀的排气口上，调节排气的流量来控制气缸的速度。因为气缸的进气气流不经过节流阀，所以不需要单向阀。在调节排气流量来实现速度控制这一点上，它同出口节流式完全相同，不过，如果气缸与换向阀之间的管路较长，这一部分就成了气罐，使回路的响应变差，负载变动时，速度就会不稳定。图2.9为排气节流式的回路图。2.3.3 气动回路的基本回路，应用各种机能不同的电磁换向阀，可以构成不同的驱动回路。下面介绍几种基本的驱动回路。e) 单作用气缸的

45、往复动作回路图2.5所示的即为单作用气缸的往复动作回路。但由于它是采用单向的入口节流方式，所以气缸活塞的速度只有在伸出时受到控制。如果希望在缩回时（靠弹簧力作用）控制其速度，可以在换向阀与气缸之间，再反向串联一个速度调节阀，构成出口节流调速，或是在换向阀的r口上连接一个节流阀，构成排气节流方式。f) 双作用气缸往复动作回路图2.6所示的即为双作用气缸往复动作回路。这个回路中，使用的电磁阀是单电磁铁弹簧复位的，线圈通电时气缸伸出并保持在前死点位置。一旦断电，电磁复位，气缸马上后退。所以，它适用于遇到紧急情况（例如电源断电）希望气缸活塞返回初始位置的场合。g) 带自保持功能的双作用气缸往复动作回路

46、图2.10若希望在遇到紧急情况时气缸活塞能保持现行位置，可采用图2.10所示的回路。与图2.6相比，这个回路只是用带自保持功能的双电磁铁电磁阀代替了弹簧复位的单电磁铁电磁阀。这种电磁阀在一侧线圈通电切换后，它可以在遇到紧急情况（例如电源断电）时立即停止不动。这种回路普遍用于卡紧物体或抓持重物的气动路中。h) 双气源供气回路图2.11图2.12这是将气源分别连接到二位五通阀的r1、r2接口上使用的回路。p口为公共排气口，气缸与电磁阀之间的连接与通常的连接相反。图2.11示出了其回路图。在诸如用气缸升降重物等场合，当气缸伸出、缩回时，负载会有较大的不平衡。这时可采用这种双气源供气回路。一般只对一个

47、供气口（气缸上无负载作用的一侧）的压力进行减压，以取得压力（包括负载）平衡.由于一般调压阀空气不能反向流动,所以调压阀应接在电磁阀之前.此外,并不是所有种类的电磁阀都允许从r口供气,使用时要注意选择可从r口供气的电磁阀.e) 中途位置停止回路(中位封闭式)图2.12示出了使用中位封闭式三位五通换向阀使气缸在中途任意位置停止的回路。如果让线圈，交替通电，断电，那么，同使用二位五通阀时一样，气缸活塞将作往复运动。在活塞运动过程中，如果两个线圈都断电，则电磁阀靠弹簧作用返回中位，接口全部被封闭。气缸靠推力差（包括负载的气缸盖一侧同气缸杆一侧的推力差）少许移动一段后停止。当无负载时，气缸杆一侧活塞的受

48、压面积较小，所以气缸活塞往气缸杆一侧移动。停止后，如果气缸、配管、电磁阀没有泄漏，活塞将保持在停止位置上，当线圈或再次通电时，活塞重新做前进或后退。这样，虽然可以让活塞在中途停止，但由于空气有压缩性，所以不能期望有较高的停止精度。此外，有的电磁阀（滑阀）允许有一定的泄漏，所以在长时间停止于中位时，活塞会缓慢的漂移运动。在回路中添加锁紧回路（由双个气控单向阀构成）可避免这种现象。这种回路适用于对停止位置精度没有要求，停止后不希望活塞能自由移动的场合。i) 中途位置停止回路（中位排气式）图2.13图2.14 本回路同e）节所介绍的回路基本相同，但使用中位排气式的三位五通阀。图2.13是它的回路图。

49、当两个线圈都有断电时，气缸活塞两侧分别通过a,r1口和b,r2口接通大气。气缸活塞上两侧压力消失。当外力施加于气缸杆时，活塞将移动。这种回路适用于停止后希望允许外力拖动气缸的场合。不过，在停止的状态下，如果线圈通电，由于在通电瞬间气缸内没有压力，出口节流不起作用，会使活塞突然快速运动。这种现象称为飞缸。为避免飞缸现象，可将调速方式改为入口节流式，但最好使用下面介绍的双气源供气的回路。j) 中途位置停止回路（双气源供气回路）本回路与d）节所介绍的一样，是双气源供气回路，它使用中位排气式三位五通阀，图2.14是它的回路图。本回路驱动气缸活塞运动方面与e）节与f）节所介绍的回路基本相同，若在运行中途

50、，电磁阀两个线圈全都断电，则由r1r2口分别向气缸两侧供气，从两侧向活塞加压。这时，靠调压阀设定压力，以取得包括负载在内的推力平衡。这样，便抵消了由于加在气缸上的负载以及受压面积的不同所引起的推力差，使活塞中途停止。由于活塞两侧推力平衡，所以对活塞杆施加外力时，可拖动活塞运动。又由于活塞两侧始终保持一定压力，所以在线圈通电瞬间不会出现飞缸现象。需要注意的是，所使用的电磁阀应选用允许从r1r2口供气的。还要根据加在气缸上的负载作用力的方向，考虑调压阀应安装在r1还是r2口上。2.3.4 气动回路应用回路在气动回路中有各种应用回路，它们都是根据不同的使用目的而作了周密考虑的。下面介绍一些常用的实例

51、。1）快速回路（快速排气回路）这种回路用在当系统的功能要求气缸高速动作的场合，或者希望缩短循环时间的场合。图2.15示出了用快速排气阀使气缸活塞实现快速后退的回路图。图2.15气缸前进时，由速度控制阀进行速度控制，后退时，不通过电磁阀而由快速排气阀将气缸盖一侧的空气直接排出，以提高活塞回程速度。这时，供气一侧（活塞杆一侧）也需要有足够大的气流量，所以速度控制阀接出口节流方式连接。2）速度可变回路（两级变速回路）在双作用气缸往复运动基本回路上添加几个元件便可构成两级变速回路。图2.16示出了前进时两级变速控制回路。图2.16 图2.17气缸活塞前进时，如果电磁阀不通电，活塞的速度由速度控制阀控制。当电磁阀通电时，气流不仅通过速度控制阀，而且通过速度控制阀。排气阻力下降，气缸活塞前进速度增加。适当的调整两个速度控制阀，可获得合适的快、慢速进给速度。一般地，调整速度控制阀时，阀比阀要开得大些。由于快慢速度是由电磁阀控制切换的，所以完全可以在行程中途实现变速，即由低速切换到高速，或由高速切换到低速。此外，也可以将电磁阀改为机械阀，靠安装在气缸活塞杆上的撞块直接实现高低速切换。3）低速控制回路（气液回路）由于气体有弹